CN215185854U

CN215185854U - 浪涌保护电路

Info

Publication number: CN215185854U
Application number: CN202121261219.9U
Authority: CN
Inventors: 覃鸿碧
Original assignee: Shenzhen Huaige Xinchuang Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Huaige Xinchuang Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2031-06-07

Abstract

本实用新型实施例公开了一种浪涌保护电路，由参考电路和反馈控制电路组成，参考电路由多个齐纳二极管串联组成，反馈控制电路由晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管Z4和二极管Z5组成，晶体管M3和晶体管M4的S极以及晶体管M1和晶体管M2的D极连接电压源正极；参考电路一端连接电压源负极，另一端通过电阻R1连接晶体管M3和晶体管M4的G极以及晶体管M3的D极；晶体管M2的G极连接晶体管M4的D极以及二极管Z4的负极，晶体管M1的G极连接晶体管M2的S极以及二极管Z5的负极。本实用新型的钳位电压可通过调节参考电路来改变，能够提供更加精确的浪涌保护；功耗较低，不影响被保护电路正常工作。

Description

浪涌保护电路

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种浪涌保护电路。

背景技术

众所周知，电子产品在使用中经常会遇到意外的电压瞬变和浪涌，从而导致电子产品的损坏。损坏的原因是电子产品中的半导体器件(包括二极管、晶体管、可控硅等)被烧毁或击穿。据估计，电子产品的故障有75%是由于瞬变和浪涌造成的。电压的瞬变和浪涌无处不在，电网、雷击、爆破,就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压，这些，都是电子产品的隐形致命杀手。因此，为了提高电子产品的可靠性和人体自身的安全性，必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。

通常，采用浪涌保护器以确保提供给受保护电子设备的电压不超过其击穿电压。提供这种浪涌保护功能的常规设备包括瞬态电压抑制(TVS)二极管。常规的TVS二极管结构如图1所示。

传统的TVS二极管其钳位电压会随着二极管吸收的电流变化而变化。因此TVS二极管的钳位电压相比于其触发电压会更大，在I-V曲线中两者的斜率称为TVS二极管的导通动态电阻，显然具有高的动态电阻的钳位器件会导致浪涌保护机制不理想，因为为了令其钳位电压达到要求，必须将TVS二极管的触发电压设置为低于实际所需的钳位电压，这样会导致其触发电压过低引起TVS二极管的误触发。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种浪涌保护电路，以实现在浪涌来临时，它能将电压钳位在一定值并且泄放大量电流，以此来保护内部电路不被击穿。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提出了一种浪涌保护电路，连接于电压源和电子设备之间，所述浪涌保护电路由参考电路和反馈控制电路组成，参考电路由多个齐纳二极管串联组成，反馈控制电路由晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管Z4和二极管Z5组成，晶体管M3和晶体管M4的S极以及晶体管M1和晶体管M2的D极连接电压源正极；参考电路一端连接电压源负极，另一端通过电阻R1连接晶体管M3和晶体管M4的G极以及晶体管M3的D极；电阻R2和二极管Z4并联，电阻R3和二极管Z5并联，二极管Z4和二极管Z5的正极连接电压源负极；晶体管M2的G极连接晶体管M4的D极以及二极管Z4的负极，晶体管M1的G极连接晶体管M2的S极以及二极管Z5的负极，晶体管M1的S极连接电压源负极。

进一步地，参考电路包括依次串联的二极管Z1、二极管Z2、二极管Z3，二极管Z1正极接电阻R1，二极管Z3接电压源负极，二极管Z2、二极管Z3的极方向与二极管Z1的极方向相反。

进一步地，M3和M4为PMOS，M2为驱动管，产生M1的开启电流，M1为泄放管，释放浪涌电流。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的钳位电压可通过调节参考电路来改变；和传统的TVS二极管相比较，本实用新型的钳位电压固定，且其具有接近于零的动态电阻，能够提供更加精确的浪涌保护；本实用新型能够在较快时间内泄放大量的电流，使被保护电路能不被击穿；本实用新型的漏电流很小，功耗较低，不影响被保护电路正常工作。

附图说明

图1是现有的TVS二极管的原理图。

图2是本实用新型实施例的浪涌保护电路的原理框图。

图3是本实用新型实施例的浪涌保护电路的电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

请参照图2～图3，本实用新型实施例的浪涌保护电路应用于电压源和电子设备之间。本实用新型实施例的浪涌保护电路由参考电路和反馈控制电路组成。具体实施时，本实用新型实施例的浪涌保护电路并联在所需保护电子设备的两端，其由参考电路和反馈控制电路两级组成。参考电路在源电压超过钳位电压时根据源电压生成基准电压，反馈控制电路用于接收基准电压并将输出电压钳位到钳位电压，同时由于反馈控制电路的存在，其钳位电压并不会随着电流变化而变化。

参考电路由多个齐纳二极管串联组成。其参考电压由齐纳二极管的方向和个数决定。同时，齐纳二极管要求有较低的电流系数，这样即使当源电压超过参考电压时，参考电路在不同的热条件下也保持稳定。

反馈控制电路由晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管Z4和二极管Z5组成，晶体管M3和晶体管M4的S极以及晶体管M1和晶体管M2的D极连接电压源正极；参考电路一端连接电压源负极，另一端通过电阻R1连接晶体管M3和晶体管M4的G极以及晶体管M3的D极；电阻R2和二极管Z4并联，电阻R3和二极管Z5并联，二极管Z4和二极管Z5的正极连接电压源负极；晶体管M2的G极连接晶体管M4的D极以及二极管Z4的负极，晶体管M1的G极连接晶体管M2的S极以及二极管Z5的负极，晶体管M1的S极连接电压源负极。

作为一种实施方式，参考电路包括依次串联的二极管Z1、二极管Z2、二极管Z3，二极管Z1正极接电阻R1，二极管Z3接电压源负极，二极管Z2、二极管Z3的极方向与二极管Z1的极方向相反。

作为一种实施方式，M3和M4为PMOS，M2为驱动管，产生M1的开启电流，M1为泄放管，释放浪涌电流。

本实用新型的工作原理为：M3和M4两个PMOS构成一个电流镜，产生参考电流；M2为驱动管，产生M1的开启电流；M1为泄放管(宽度一般为几十毫米)，用于释放浪涌电流。当浪涌电压大于二极管串击穿电压时，二极管串产生基准电压，即Vx电压值保持不变。同时，在M3一侧产生参考电流，经过电流镜的电流复制作用于M4，此电流经过电阻R2可以抬升R2两端的电压，从而使驱动管M2的栅极大于其阈值电压，开启M2。M2开启后产生的驱动电流经过R3抬升R3两端的电压，从而使主泄放器件M1打开，M1可以泄放大量的电流，使整个芯片钳位在一定的电压。由于M1的尺寸较大，因此需要M2产生足够的驱动电流开启M1。驱动电流的大小为：IM2=Cox*M1dV/dt(1)其中IM2为M2产生的驱动电流，Cox为M1的栅极电容。通常情况下，需要数十微安的电流才足以驱动泄放管。此外，为了提高M1的放电效率，可适当抬升M1的栅极电压。将M1的栅极瞬时电压抬升至超过其最大栅极电压(即Vth，max)有利于增强其放电能力。随着源级电压Vsource的增加，更多的电流被注入到缓冲晶体管M2中，这又进一步拉高了主钳位器件M1的栅极电压从而可以泄放更多的电流，以此调节其输出电压到钳位电压。同理，当源级电压Vsource减小(假设源级电压仍大于钳位电压)，更少的电流被被注入到缓冲晶体管M2中，这继而减少了主钳位器件M1上栅极电压，从而使泄放电流减小将输出电压调节至钳位电压。通过反馈控制这种方式，使得输出电压能够精确地钳位到所期望的钳位电压，而不管主钳位晶体管泄放的电流如何。结果可以使浪涌保护电路的最终动态电阻几乎为零。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims

1.一种浪涌保护电路，连接于电压源和电子设备之间，其特征在于，所述浪涌保护电路由参考电路和反馈控制电路组成，参考电路由多个齐纳二极管串联组成，反馈控制电路由晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管Z4和二极管Z5组成，晶体管M3和晶体管M4的S极以及晶体管M1和晶体管M2的D极连接电压源正极；参考电路一端连接电压源负极，另一端通过电阻R1连接晶体管M3和晶体管M4的G极以及晶体管M3的D极；电阻R2和二极管Z4并联，电阻R3和二极管Z5并联，二极管Z4和二极管Z5的正极连接电压源负极；晶体管M2的G极连接晶体管M4的D极以及二极管Z4的负极，晶体管M1的G极连接晶体管M2的S极以及二极管Z5的负极，晶体管M1的S极连接电压源负极。

2.如权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，参考电路包括依次串联的二极管Z1、二极管Z2、二极管Z3，二极管Z1正极接电阻R1，二极管Z3接电压源负极，二极管Z2、二极管Z3的极方向与二极管Z1的极方向相反。

3.如权利要求1所述的浪涌保护电路，其特征在于，M3和M4为PMOS，M2为驱动管，产生M1的开启电流，M1为泄放管，释放浪涌电流。