CN212695707U

CN212695707U - 一种mosfet浪涌保护电路

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Publication number: CN212695707U
Application number: CN202021455839.1U
Authority: CN
Inventors: 郭建军; 彭国建; 马治军; 单宛君; 任杰
Original assignee: Shanghai Wei'an Semiconductor Co ltd
Current assignee: Shanghai Wei'an Semiconductor Co ltd
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2021-03-12
Anticipated expiration: 2030-07-22

Abstract

本实用新型一种MOSFET浪涌保护电路，用于交流转直流开关电源中，包括MOSFET管、主控IC及连接主控IC的VCC引脚的IC VCC电源电路，MOSFET管的栅极连接主控IC的Gate引脚、源极接地、漏极接与母线电压Vbus连接的变压器一端，为IC提供直流电压供电的主控IC VCC电源电路的二极管一经电阻连接变压器另一绕组的Vout2端，还包括通过Vout2为IC VCC电源电路提供电源的VCC电源电路、控制主控IC供电电源通断的控制电路，该控制电路连在IC VCC电源电路和VCC电源电路之间。其在单级功率因数校正拓扑的LED驱动器中具有保护精度高，具备滞回功能，温度特性好等优点。

Description

一种MOSFET浪涌保护电路

技术领域

本实用新型涉及电子线路技术领域，尤其是一种MOSFET浪涌保护电路。

背景技术

随着电力电子技术的发展，开关电源得到了广泛的研究和应用。雷电、电子设备启停或故障等原因，会引起交流源出现电压浪涌；母线电压升高时，如果没有及时将电源电路中MOSFET管保护，就容易造成MOSFET管故障或失效；另外在某些区域，电网电压会出现持续性升高，极端情况下可达到交流440V，在这种情况下，对系统的安全具有很大的威胁。因此需要一种MOSFET浪涌和过压保护电路，在交流源S发生浪涌的时候主动将MOSFET关断，在交流源S浪涌消失后，MOSFET恢复正常工作。避免损失，提高可靠性。

金属-氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。 MOSFET依照其"通道"(工作载流子)的极性不同，可分为"N型"与"P型" 的两种类型，通常又称为NMOSFET与PMOSFET，其他简称上包括NMOS、PMOS等。

如图1所示，为现有保护电路结构原理图，MOSFET管Q1的栅极引脚连接主控IC的Gate引脚、源极引脚接地、漏极引脚接与母线电压Vbus连接的变压器一端，IC VCC电源电路的二极管一D1经电阻连接变压器另一绕组的Vout2端，靠外围电路钳位母线电压Vbus实现浪涌保护，如图1中，采用压敏电阻器MOV1实现钳位母线电压Vbus实现浪涌保护。此外围钳位电路中压敏电阻属于被动器件，用其来钳位母线电压Vbus，存在响应时间较长、离散性大等缺点；同时该电路没有关闭主控IC功能。交流源发生浪涌时MOSFET电压、电流应力非常高，导致可靠性下降。

CN201710709009.3涉及一种通讯网络电压电路的电磁兼容性及安规防护电路，包括：第一级浪涌防护电路，所述第一级浪涌防护电路的启动电压大于耐压阈值；第二级浪涌防护电路，设于所述第一级浪涌防护电路和所述第二端之间，包括浪涌保护单元和过流保护单元；所述浪涌保护单元的启动电压小于所述安规耐压测试规定的电压、大于市电电压；所述过流保护单元在流经的电流达到过流条件时断开，以避免所述浪涌保护单元被烧毁。本发明通过两级级浪涌防护电路进行浪涌防护，既能够满足EMC的浪涌防护要求，又能够满足UL 60950-1的上述耐压要求。

CN202010058052.X涉及一种保护电路、变频器装置及电器设备。保护电路包括过流保护电路、浪涌保护电路、滤波电路和干扰信号滤除电路，过流保护电流用于接入交流电源，浪涌保护电路连接过流保护电路，滤波电路连接浪涌保护电路，干扰信号滤除电路连接滤波电路，干扰信号滤除电路用于输出交流电。上述保护电路、变频器装置及电器设备，实现了过流保护，改善了变频器的电磁兼容性能，并可以消除电源浪涌电压，滤除干扰信号，提高了变频器的安全性和运行可靠性，降低了变频器的售后故障率，使用可靠性高。

发明内容

为克服现有技术的不足及存在的问题，本实用新型提供一种MOSFET浪涌保护电路，可有效解决开关电源交流源发生浪涌导致MOSFET损坏的弊端。

本实用新型提供一种MOSFET浪涌保护电路，包括MOSFET管Q1、主控IC及连接主控IC的VCC引脚的IC VCC电源电路，MOSFET管Q1的栅极引脚连接主控IC的Gate引脚、源极引脚接地、漏极引脚接与母线电压Vbus连接的变压器一端，为IC提供直流电压供电的主控ICVCC电源电路的二极管一D1经电阻连接变压器另一绕组的Vout2端，其还包括：

通过Vout2为IC VCC电源电路提供电源的VCC电源电路；

用于检测母线电压Vbus并生成采样信号输出的采样电路；

控制主控IC供电电源通断的控制电路，以实现MOSFET开启和关断；

交流源S上电后通过Vbus母线取电流，提供主控IC VCC电源的启动电路；

将交流源S 50Hz,220V正弦波整流成100Hz正半周期正弦波信号的整流电路，其中，所述采样电路，包括依次串联的电阻一R1、电阻五R5、电阻二R2，串联电路的一端连接母线电压Vbus和浪涌电压VHV端，另一端连接接地参考点，电阻一R1、电阻五R5和电阻二R2的串联结点作为母线电压Vbus采样电路的输出端用于检测母线电压Vbus和浪涌电压VHV并生成采样信号输出连接控制电路中精密基准U1的控制引脚；

所述的控制电路连接在IC VCC电源电路和VCC电源电路之间。

本实用新型原理是：通过主动实时检测浪涌电压，提高电路工作可靠性；同时，开关电源交流输入出现浪涌电压时，通过主动关闭主控IC来关断MOSFET，降低MOSFET应力，避免MOSFET失效并提高开关电源整机的可靠性。本实用新型电路具有较高的精度，有滞回功能，避免电源频繁开关机。以克服现有技术的不足。

在上述方案基础上，所述采样电路包括电阻一R1、电阻二R2、电阻五R5、电容四C4和二极管三D3，由电阻一R1与电阻二R2组成检测浪涌电压VHV；电阻五R5和电阻二R2组成检测母线电压Vbus，电阻一R1的第一引脚连接二极管三D3阴极，二极管三D3的阳极连接母线电压Vbus，电阻二R2的第二引脚与电阻一R1的第一引脚分别连接控制电路中精密基准U1的第3引脚；电阻二R2的第一引脚连接至接地参考点；电容四C4正极连接电阻一R1的第一引脚和二极管三D3阴极，负极连接到接地参考点，由所述的电容四C4将正弦半周期波形整形成直流电压VHV；浪涌电压VHV经过电阻一R1与电阻二R2的分压，将信号送至精密基准U1的3引脚；电阻五R5第一引脚连接母线电压Vbus，电阻R5第二引脚连接到电阻二R2的第二引脚、电阻一R1的第一引脚结点作为母线电压Vbus采样电路的输出端和控制电路中精密基准U1的3引脚。

进一步的，所述控制电路，包括精密基准U1、电阻三R3、三极管Q2、稳压管Z1，其中，稳压管Z1阳极连接到接地参考点，稳压管Z1阴极连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接二极管二D2的阴极，通过二极管二D2的阳极连接到变压器绕组Vout2第二引脚；三极管Q2的发射极E引脚连接至IC VCC电源电路的二极管一D1的阳极；二极管一D1负极连接到电容一C1正极和主控IC的VCC引脚，电容一C1负极连接到接地参考点；所述控制电路的精密基准U1的阳极连接到接地参考点，精密基准U1的阴极连接到电阻三R3的第二引脚，精密基准U1的3引脚连接采样电路，精密基准U1的2引脚通过电阻三R3的第一引脚与VCC电源电路的二极管二D2阴极连接。

优选的，所述的精密基准U1采用功耗低的TL431芯片。该芯片工作电压范围较宽，连接VCC电源电路和IC VCC电源中，损耗小。

进一步的，所述IC VCC电源电路包括二极管一D1和电容一C1，所述的二极管一D1的阳极连接至三极管Q2的发射极E引脚，二极管一D1负极连接到电容一C1的正极和主控IC的VCC引脚；所述的电容一C1负极连接到接地参考点。

进一步的，所述VCC电源电路包括二极管二D2、电容三C3，所述的二极管二D2的阴极连接到电容三C3的正极，以及控制电路中的三极管Q2的集电极、电阻三R3第一引脚，电容三C3的负极和变压器绕组Vout2的第一引脚连接并至接地参考点；二极管二D2阳极连接到变压器绕组Vout2第二引脚。

进一步的，VCC电源电路的二极管二D2负极和控制电路的三极管Q2集电极的结点连接一启动电路，该启动电路包括电阻四R4，电阻四R4第一引脚连接母线电压Vbus上，电阻四R4第二引脚连接到该结点上，交流源S上电后通过Vbus母线取电流，提供主控IC VCC电源。

上述方案基础上，所述的整流电路为整流桥BD1，其第1接线端连接母线电压Vbus上，第3接线端接到接地参考点。

本实用新型的优越性在于，可以应用于交流转直流开关电源中，尤其在单级功率因数校正拓扑的LED驱动器中具有保护精度高，具备滞回功能，温度特性好，主动保护等优点。通过主动实时检测浪涌，提高电路工作可靠性；同时，交流源出现浪涌时通过主动关闭主控IC来关断MOSFET管，降低MOSFET管应力，提高开关电源整机的可靠性。此电路具有较高的精度，有滞回功能，避免电源频繁开关机。以克服现有技术的不足。具有功耗低、精度高、有滞回、可靠性高等优点。

附图说明

图1是现有技术的电路结构原理图；

图2是本实用新型的电路结构原理图。

具体实施方式

现结合附图及实施对本实用新型作进一步地说明。

如图2所示，一种MOSFET浪涌保护电路，包括MOSFET管Q1、主控IC及连接主控IC的VCC引脚的IC VCC电源电路，MOSFET管Q1的栅极引脚连接主控IC的Gate引脚、源极引脚接地、漏极引脚接与母线电压Vbus连接的变压器一端，为IC提供直流电压供电的主控IC VCC电源电路的二极管一D1经电阻连接变压器另一绕组的Vout2端，特点是，还包括：

通过Vout2为IC VCC电源电路提供电源的VCC电源电路；

用于检测母线电压Vbus并生成采样信号输出的采样电路；

所述的控制电路连接在IC VCC电源电路和VCC电源电路之间。其中，

如图2中，采样电路框图所示，本实施例中所述采样电路包括电阻一R1、电阻二R2、电阻五R5、电容四C4和二极管三D3，由电阻一R1与电阻二R2组成检测浪涌电压VHV；电阻五R5和电阻二R2组成检测母线电压Vbus，电阻一R1的第一引脚连接二极管三D3阴极，二极管三D3的阳极连接母线电压Vbus，电阻二R2的第二引脚与电阻一R1的第一引脚分别连接控制电路中精密基准U1的3引脚；电阻二R2的第一引脚连接至接地参考点；电容四C4正极连接电阻一R1的第一引脚和二极管三D3阴极，负极连接到接地参考点，由所述的电容四C4将正弦半周期波形整形成直流电压VHV；浪涌电压VHV经过电阻一R1与电阻二R2的分压，将信号送至精密基准U1的控制引脚3；电阻五R5第一引脚连接母线电压Vbus，电阻R5第二引脚连接到电阻二R2的第二引脚、电阻一R1的第一引脚结点作为母线电压Vbus采样电路的输出端和控制电路中精密基准U1的控制引脚。

如图2中控制电路框图所示，连接在IC VCC电源电路与VCC电源电路之间，本实施例中，所述控制电路，包括精密基准U1、电阻三R3、三极管Q2、稳压管Z1，其中，稳压管Z1阳极连接到接地参考点，稳压管Z1阴极连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接VCC电源电路中二极管二D2的阴极；三极管Q2的发射极E引脚连接至IC VCC电源电路的二极管一D1的阳极；所述控制电路的精密基准U1的阳极连接到接地参考点，精密基准U1的阴极连接到电阻三R3的第二引脚，精密基准U1的3引脚连接采样电路，精密基准U1的2引脚通过电阻三R3的第一引脚与VCC电源电路的二极管二D2阴极连接。

电容二C2正极按精密基准U1的3引脚，负极接接地参考点。

本实施例中所述的精密基准U1采用TL431芯片。

本实施例中，所述IC VCC电源电路与图1中现有技术相同方案，包括二极管一D1和电容一C1，所述的二极管一D1的阳极连接至三极管Q2的发射极E引脚，二极管一D1负极连接到电容一C1的正极和主控IC的VCC引脚；所述的电容一C1负极连接到接地参考点。

所述VCC电源电路包括二极管二D2、电容三C3，所述的二极管二D2的阴极连接到电容三C3的正极，以及控制电路中的三极管Q2的集电极、电阻三R3第一引脚，电容三C3的负极和变压器绕组Vout2的第一引脚连接并至接地参考点；二极管二D2阳极连接到变压器绕组Vout2第二引脚。

在交流源S发生浪涌，母线电压Vbus达到过压保护电压点时，其输出关断VCC电源电路，用以控制IC进入电保护状态。

VCC电源电路的二极管二D2负极和控制电路的三极管Q2集电极的结点连接一启动电路，该启动电路包括电阻四R4，电阻四R4第一引脚连接母线电压Vbus上，电阻四R4第二引脚连接到该结点上，交流源S上电后通过Vbus母线取电流，提供主控IC VCC电源。

本实施例中，所述的整流电路为整流桥BD1，其第1接线端连接母线电压Vbus上，第3接线端接到接地参考点。

本实施例中，精密基准U1采用精度高、温漂低的TL431芯片，因其自身功耗很低，工作电压范围较宽，连接VCC电源电路和IC VCC电源中，损耗很小。解决了当前技术下损耗大，浪涌电压精度低，温漂大，无滞回电压的缺点。

本实用新型工作原理：

当交流源S出现浪涌后，通过整流桥BD1使母线电压Vbus、浪涌电压VHV升高，电阻一R1与电阻二R2分压电压超过精密基准U1内部基准2.5V电压，精密基准U1的阴极电压下降，三极管Q2基极电压低于0.7V，三极管Q2进入截止状态，IC VCC电压为低电平，IC gate引脚关闭PWM输出，MOSFET管Q1栅极引脚1和源极引脚2电压变为低电平；MOSFET管Q1关闭；避免MOSFET管Q1出现高电流应力导致失效。交流源S浪涌消失后，电阻五R5与电阻二R2分压电压小于精密基准U1内部基准电压2.5V，精密基准U1的阴极电压升高，三极管Q2基极电压高于0 .7V，三极管Q2进入导通状态，IC VCC电压为高电平，IC gate引脚PWM输出，MOSFET管Q1栅极引脚和源极引脚电压变为PMW脉冲电平；MOSFET管Q1恢复工作。

滞回电路电压形成原理：

交流源S在无浪涌电压情况下，电阻五R5与电阻二R2分压低于精密基准U1内部基准电压，精密基准 U1的阴极为高电平，三极管Q2导通，VCC电源通过三极管Q2给IC VCC供电。

交流源S在浪涌过电压情况下，二极管三D3导通，电容四C4将正弦半周期波形整形成直流电压VHV，VHV电压是交流源S正弦半周期信号峰值的1.414倍，VHV电压经电阻一R1与电阻二R2分压高于精密基准U1内部基准电压2.5V，精密基准U1的阴极为低电平，三极管Q2截至，IC进入保护模式，MOSFET管Q1关闭。当交流源S浪涌消失后，电阻五R5和电阻二R2分压明显低于电阻一R1与电阻二R2分压；并且当电阻五R5和电阻二R2分压低于精密基准U1内部基准电压2.5V，精密基准U1阴极电压升高大于0.7V，Q2导通，IC 开始工作，IC gate引脚输出PWM，MOSFET管Q1开始工作，变压器绕组Vout2通过VCC电源电路给IC VCC提供电源。交流源S发生浪涌时电阻一R1与电阻二R2分压明显高于电阻五R5和电阻二R2分压，二者存在一定电压差；交流源S无浪涌时，电阻一R1与电阻二R2分压明显低于电阻五R5和电阻二R2分压；这样避免了在过压点临界来回波动引起三极管Q2反复导通和关闭现象。

本实用新型所述的一种MOSFET浪涌保护电路可以应用于交流转直流开关电源中，尤其在单级功率因数校正拓扑的LED驱动器中具有保护精度高，具备滞回功能，温度特性好，主动保护等优点。本MOSFET浪涌保护电路具有主动保护原理：精密基准U1控制引脚通过电阻R1，电阻R5,电阻R2实时检测母线电压Vbus和浪涌电压VHV，一旦出现浪涌电压，IC主动关闭MOSFET进入保护模式，避免MOSFET过应力失效，提高可靠性。

Claims

1.一种MOSFET浪涌保护电路，包括MOSFET管Q1、主控IC及连接主控IC的VCC引脚的ICVCC电源电路，MOSFET管（Q1）的栅极引脚连接主控IC的Gate引脚、源极引脚接地、漏极引脚接与母线电压Vbus连接的变压器一端，为IC提供直流电压供电的主控IC VCC电源电路的二极管一（D1）经电阻连接变压器另一绕组的Vout2端，其特征在于：还包括：

通过Vout2为IC VCC电源电路提供电源的VCC电源电路；

用于检测母线电压Vbus并生成采样信号输出的采样电路；

将交流源S 50Hz、220V正弦波整流成100Hz正半周期正弦波信号的整流电路，其中，所述采样电路，包括依次串联的电阻一（R1）、电阻五（R5）、电阻二（R2），串联电路的一端连接母线电压Vbus和浪涌电压VHV端，另一端连接接地参考点，电阻一（R1）、电阻五（R5）和电阻二（R2）的串联结点作为母线电压Vbus采样电路的输出端用于检测母线电压Vbus和浪涌电压VHV并生成采样信号输出，连接控制电路中精密基准U1的控制引脚；

所述的控制电路连接在IC VCC电源电路和VCC电源电路之间。

2.根据权利要求1所述的MOSFET浪涌保护电路，其特征在于：所述采样电路包括电阻一（R1）、电阻二（R2）、电阻五（R5）、电容四（C4）和二极管三（D3），由电阻一（R1）与电阻二（R2）组成检测浪涌电压VHV；电阻五（R5）和电阻二（R2）组成检测母线电压Vbus，电阻一（R1）的第一引脚连接二极管三（D3）阴极，二极管三（D3）的阳极连接母线电压Vbus，电阻二（R2）的第二引脚与电阻一（R1）的第一引脚分别连接控制电路中精密基准U1的3引脚；电阻二（R2）的第一引脚连接至接地参考点；电容四（C4）正极连接电阻一（R1）的第一引脚和二极管三（D3）阴极，电容四（C4）负极连接到接地参考点，由所述的电容四（C4）将正弦半周期波形整形成直流电压VHV；浪涌电压VHV经过电阻一（R1）与电阻二（R2）的分压，将信号送至精密基准U1的3引脚；电阻五（R5）第一引脚连接母线电压Vbus，电阻五（R5）第二引脚连接到电阻二（R2）的第二引脚、电阻一（R1）的第一引脚结点作为母线电压Vbus采样电路的输出端和控制电路中精密基准U1的控制引脚。

3.根据权利要求1或2所述的MOSFET浪涌保护电路，其特征在于：所述控制电路，包括精密基准U1、电阻三（R3）、三极管（Q2）、稳压管（Z1），其中，稳压管（Z1）阳极连接到接地参考点，稳压管（Z1）阴极连接到三极管（Q2）的基极引脚B，三极管（Q2）的集电极引脚C连接VCC电源电路中二极管二（D2）的阴极；三极管（Q2）的发射极引脚E连接至IC VCC电源电路的二极管一（D1）的阳极；所述控制电路的精密基准U1的阳极连接到接地参考点，精密基准U1的第1阴极引脚连接到电阻三（R3）的第二引脚，精密基准U1的第3引脚连接采样电路，精密基准U1的第2引脚通过电阻三（R3）的第一引脚与VCC电源电路的二极管二（D2）阴极连接。

4.根据权利要求3所述的MOSFET浪涌保护电路，其特征在于：所述的精密基准U1采用TL431芯片。

5.根据权利要求3所述的MOSFET浪涌保护电路，其特征在于：所述IC VCC电源电路包括二极管一（D1）和电容一（C1），所述的二极管一（D1）的阳极连接至三极管（Q2）的发射极引脚E，二极管一（D1）负极连接到电容一（C1）的正极和主控IC的VCC引脚；所述的电容一（C1）负极连接到接地参考点。

6.根据权利要求3所述的MOSFET浪涌保护电路，其特征在于：所述VCC电源电路包括二极管二（D2）、电容三（C3），所述的二极管二（D2）的阴极连接到电容三（C3）的正极，以及控制电路中的三极管（Q2）的集电极、电阻三（R3）第一引脚，电容三（C3）的负极和变压器绕组Vout2的第一引脚连接并至接地参考点；二极管二（D2）阳极连接到变压器绕组Vout2第二引脚。

7.根据权利要求3所述的MOSFET浪涌保护电路，其特征在于：VCC电源电路的二极管二（D2）负极和控制电路的三极管（Q2）集电极的结点连接一启动电路，该启动电路包括电阻四（R4），电阻四（R4）第一引脚连接母线电压Vbus上，电阻四（R4）第二引脚连接到该结点上，交流源S上电后通过Vbus母线取电流，提供主控IC VCC电源。

8.根据权利要求1所述的MOSFET浪涌保护电路，其特征在于：所述的整流电路为整流桥BD1，其第1接线端连接母线电压Vbus上，第3接线端接到接地参考点。