CN216056334U - 一种防反接缓启动直流电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防反接缓启动直流电路，包括MOS管，MOS管驱动用电阻分压电路以及MOS驱动用缓启电容，所述MOS管为两个，两个MOS管串联后接于直流电源供电回路中，且两个MOS管的源极连接在一起，所述电阻分压电路的节点连接两个MOS管的栅极为其提供驱动电压，并且所述电阻分压电路的一端连接两个MOS管的源极，所述缓启电容并接在MOS管的栅极和源极之间。本实用新型电路整合了缓启动与防反接保护功能，采用分立元器件制作，电路结构简单，性能稳定可靠，占用面积小，但却提供了全面的保护，并且降低了生产成本，降低了设计复杂度。

Description

一种防反接缓启动直流电路

技术领域

本实用新型属于电源供电技术领域，具体涉及一种防反接缓启动直流电路。

背景技术

缓启动与防反接保护电路对电子通信设备有很好的保护作用，因为终端客户存在多次开关机的应用场景和输入接反的可能性。但是由于成本与电路设计的复杂性，很多设计中只提供了一种保护电路。

电源缓启动或称软启动电路是电源前端电路重要的组成部分，这部分电路是一个供电单元的门户。电源缓启动电路可以减缓电源上电时对电源内部电路的冲击，例如：可以抑制电源浪涌电压；可以限制电源启动的电流，减少对于电源供方的瞬时的负载效应。

典型应用缓启动电路包括以下3类电路：1、热敏电阻缓启动电路，2、继电器与电阻组成缓启动电路，3、利用增强型MOSFET设计软启动电路。

其中，热敏电阻缓启动电路如图1所示，NTC是负温度系数的热敏电阻，其特性是阻抗会随着器件本身温度的升高而下降。当电源加在NTC与负载两端时，由于NTC有一定电阻值，会有一定的分压作用，随着电流流过NTC，其温度升高，阻值下降，分压值减小，最终电源电压会完全加在负载两端，完成启动过程。此电路简单实用，对于简单的设计较为合适。但是只能粗略的控制负载电压慢上，无法精确控制时间电流，并且由于热敏电阻有热惰性，在一次上电完成后，较短时间再次上电，此电路无法发挥作用。而且有一定的能量消耗。

继电器与电阻组成的缓启动电路如图2所示，继电器J1的导通电阻远小于电阻R1。此电路中继电器触点开关的控制需要外加控制信号，通常加一延时逻辑控制电路，当设备上电后，电容C1通过电阻R1充电，电容C1充满电后，继电器J1闭合，工作电流主要流经继电器，电阻R1被旁路，设备开始正常工作。此电路的优点：缓启效果较好，能有效防止上电冲击；缺点：电路复杂，成本高，继电器闭合时，可能会出现电弧现象，影响继电器的寿命，对开关机的次数、频率有限制。

增强型MOSFET软启动电路：利用MOSFET设计的软启动电路也比较常用，其是利用MOSFET的工作区域的变化、内阻的变化，达到限制冲击电流的效果。其包括NMOS和PMOS两种，如图3所示为NMOS管构成的缓启动电路，当输入上电时，由于电容C1的电压不能突变，输入电压通过电阻R1对电容C1进行充电，充电时间由电阻R1与电容C1共同决定，最终电容C1电压达到电阻R2上的分压。电容C1上的电压也即是NMOS管Q的栅极源极之间(NMOS管的导通条件为栅极电压高于源极电压)的电压，电压是从零开始，NMOS管Q的工作状态也即是从截止区到恒阻区，再从恒阻区到饱和区，在恒阻区时能起到很好的软启动作用，最终的饱和区导通电阻很小，其耗散功率可以忽略。VD1是为保护NMOS管Q防止其栅极遭受高压而损坏特意设置的稳压二极管，铁氧体磁珠FB串入NMOS管Q的漏极来吸收尖峰电压，用于替代常用的RC吸收电路。电阻R1与电容C1并联，关机时，电容C1通过电阻R2放电，再次启动时电路仍具有软启动功能。

如图4所示为PMOS管构成的缓启动电路，当输入上电时，由于电容C1的电压不能突变，输入电压通过电阻R2对电容C1进行充电，充电时间由电阻R2与电容C1共同决定，最终电容C1电压达到电阻R1上的分压。电容C1上的电压也即是PMOS管Q1的栅极源极之间(PMOS管的导通条件为栅极电压低于源极电压)的电压，电压是从零开始，PMOS管Q1的工作状态也即是从截止区到恒阻区，再从恒阻区到饱和区，在恒阻区时能起到很好的软启动作用，最终的饱和区的导通电阻很小，其耗散功率可以忽略。

在使用外接电源的电子设备中，如果电子设备的电源接反，会造成电子设备永久性的损坏。用户使用电子产品过程中，如插反电源正负极，会导致电子元器件烧毁。现在的电源防反接电路采用二极管，利用二极管的单向导通特性达到防止电源反接损坏电子设备的目的。但是，由于二极管的压降固定，造成其消耗的功率过大，产生较大热量，使得电路稳定性能降低，增加了维护成本。

由于直流电输入是有极性的，如果用户将电源极性接反时，可能会损坏设备。故在多数的直流输入设备中，均会设计防反接保护电路。通常情况下直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护。这种接法简单可靠，但当输入大电流的情况下功耗影响是非常大的。当然必要时可以用低导通电压的肖特基二极管。普通二极管的导通电压一般在0.6～0.7V，而肖特基二极管的导通电压一般在0.3V左右。用二极管整流桥对输入做整流，虽然输入可以不分正负，但是大电流时，消耗的功耗是单个二极管的2倍。

实际应用中二极管防反接电路一般采用图5所示的接法，这种防反接电路的优点是电路简单，成本较低，无损耗，但电源反接后二极管导通会烧保险，反接后需要跟换保险管。

我们可以利用MOS管的开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路。由于功率MOS管的内阻很小，现在MOSFET Rds(on)已经能够做到毫欧级，解决了现有采用二极管用于直流电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。NMOS管通过S管脚(源极)和D管脚(漏极)串接于电源负端和负载之间，电阻R为MOS管提供电压偏置，利用MOS管的开关特性控制电路的导通和断开，从而防止电源反接给负载带来损坏。

图6所示为NMOS防反接电路，电阻R1和R2构成的分压电路，给NMOS管栅极提供偏置电压，稳压二极管VD1用于防止栅极上高压损坏NMOS管，铁氧体磁珠FB串入NMOS管的漏极用来吸收尖峰电压。利用NMOS管设计的防反接保护电路，当输入电压正常接入时，电流从输入正极流入，流经电阻R1、R2，经过NMOS管Q的体二极管流回输入端。Q栅极源极之间电压即为电阻R2上的分压，选择适当的R1、R2值，满足NMOS管Q饱和导通。当输入电压极性接反时，NMOS管Q的体二极管反向截止，由于没有电流回路，栅极源极之间无偏置电压，Q不能导通，输出端无电压输出，设备不工作。

图7所示为PMOS防反接电路，当输入电压正常接入时，电流从输入正极流入，流经PMOS管Ql体二极管，经过电阻R1、R2流回输入端。PMOS管Q1上栅极源极之间电压即为R1的分压，选择适当的R1、R2值，PMOS管Q1最终工作在饱和状态。当输入极性接反时，由于PMOS管Q1的体二极管截止，无电流回路，栅极源极之间无电压偏置，PMOS管Q1不能导通。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种兼具缓启和防反接功能的防反接缓启动直流电路，该电路采用分立元件制作，结构简单，占用面积小。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种防反接缓启动直流电路，包括MOS管，MOS管驱动用电阻分压电路以及MOS驱动用缓启电容，所述MOS管为两个，两个MOS管串联后接于直流电源供电回路中，且两个MOS管的源极连接在一起，所述电阻分压电路的节点连接两个MOS管的栅极为其提供驱动电压，并且所述电阻分压电路的一端连接两个MOS管的源极，所述缓启电容并接在MOS管的栅极和源极之间。

优选的，所述MOS管为NMOS管，两个NMOS管串接于直流电源的负端，即两个NMOS管的漏极分别连接直流电源的负输入端和负输出端，所述电阻分压电路的一端连接两个PMOS管的源极，所述电阻分压电路的另一端连接直流电源的正端。

进一步的，所述两个NMOS管可以选用被封装在一起的NMOS芯片。

优选的，所述MOS管为PMOS管，两个PMOS管串接于直流电源的正端，即两个PMOS管的漏极分别连接直流电源的正输入端和正输出端，所述电阻分压电路的一端连接两个PMOS管的源极，所述电阻分压电路的另一端连接直流电源的负端。

进一步的，所述两个PMOS管可以选用被封装在一起的PMOS芯片。

进一步的，还包括防倒灌电路，所述防倒灌电路包括MOS管，所述MOS管为NMOS管，所述MOS管串接在电阻分压电路的另一端和直流电源负端之间，并且MOS管的源极接直流电源负端，所述MOS管的栅极接控制信号，所述控制信号来自输入供电电源。

进一步的，还包括MOS管保护电路，所述MOS管保护电路包括栅极过压保护电路以及漏极尖峰电压保护电路。

进一步的，所述栅极过压保护电路为稳压二极管，所述稳压二极管并接在MOS管的栅极和源极之间或者并接在电阻分压电路的节点与电阻分压电路的另一端之间。

进一步的，所述漏极尖峰电压保护电路为铁氧体磁珠，所述铁氧体磁珠串接在MOS管的漏极。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本实用新型电路整合了缓启动与防反接保护功能，采用分立元器件制作，电路结构简单，性能稳定可靠，占用面积小，但却提供了全面的保护，并且降低了生产成本，降低了设计复杂度。

附图说明

图1是热敏电阻缓启动电路原理图；

图2是继电器与电阻组成的缓启动电路原理图；

图3是NMOS管构成的缓启动电路原理图；

图4是PMOS管构成的缓启动电路原理图；

图5是二极管防反接电路原理图；

图6是NMOS管防反接电路原理图；

图7是PMOS管防反接电路原理图；

图8是本实用新型NMOS管防反接缓启电路原理图；

图9是本实用新型PMOS管防反接缓启电路原理图；

图10是本实用新型防倒灌NMOS管防反接缓启电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型做进一步详细描述：

本实用新型是一种用于直流电源的防反接缓启动直流电路，同时兼具防反接功能和缓启动功能，采用分立元器件制作，利用电容的充放电实现缓启动，利用MOS管导通电阻低的特性实现低功耗、高寿命和高可靠性，具有电路结构简单，成本低的特点。

本实用新型防反接缓启动直流电路包括MOS管，MOS管驱动用电阻分压电路以及MOS驱动用缓启电容，所述MOS管为两个，两个MOS管串联后接于直流电源供电回路中，且两个MOS管的源极连接在一起，所述电阻分压电路的节点连接两个MOS管的栅极为其提供驱动电压，并且所述电阻分压电路的一端连接两个MOS管的源极，所述缓启电容并接在MOS管的栅极和源极之间。

实施例1

如图8所示，本实施例所述MOS管为NMOS管，两个NMOS管Q1、Q2串接于直流电源的负端，即两个NMOS管的漏极分别连接直流电源的负输入端(Vin)和负输出端(Vout)，两个NMOS管Q1、Q2的源极连接在一起，两个NMOS管Q1、Q2的栅极连接在一起，所述电阻分压电路由电阻R1和电阻R2构成，所述电阻分压电路的一端(电阻R2一端)连接两个PMOS管的源极，所述电阻分压电路的另一端(电阻R1一端)连接直流电源的正端，通过电阻分压为两个NMOS管Q1、Q2的栅极提供驱动电压，所述缓启电容C1并接在两个NMOS管Q1、Q2的栅极和源极之间。

如图8所示，本实施例还包括MOS管保护电路，所述MOS管保护电路包括栅极过压保护电路以及漏极尖峰电压保护电路。所述栅极过压保护电路用于防止栅极遭受高压而损坏MOS管，对于本实施例，所述栅极过压保护电路为稳压二极管VD1，所述稳压二极管VD1并接在两个NMOS管Q1、Q2的栅极和源极之间。当然，稳压二极管也可以并接在电阻R1两端，具体电路设计和选择可以根据实际情况进行。所述漏极尖峰电压保护电路用于代替常用的RC吸收电路来吸收尖峰电压，对于本实施例所述漏极尖峰电压保护电路为铁氧体磁珠FB1、FB2，所述铁氧体磁珠FB1、FB2分别串接在NMOS管Q1、Q2的漏极。

在实际电路应用中两个NMOS管Q1、Q2可被封装在一起，构成NMOS芯片，推荐使用IRL6372PbF，其饱和导通电阻在17.9毫欧，其上消耗的功率可以忽略。

工作原理：

当输入电压Vin正常接入时，偏置部分(电阻分压驱动)电流经过R1、R2后通过NMOS管Q1的体二极管回到输入端，电阻R2上的分压即为NMOS管Q1、Q2的栅极源极间电压，由于电容C1的作用，栅极源极之间的电压从零开始逐渐升高，NMOS管Q1、Q2缓慢地进入饱和区，起到软启动的作用。当输入电压反接时，由于NMOS管Q1的体二极管反向截止，无偏置电流回路，电路不工作，起到防反接保护的作用。由此可以看出NMOS管Q1起到防反接保护的作用，NMOS管Q2起到软启动的作用。

实施例2

如图9所示，本实施例所述MOS管为PMOS管，两个PMOS管Q1、Q2串接于直流电源的正端，即两个PMOS管的漏极分别连接直流电源的正输入端(Vin)和正输出端(Vout)，两个PMOS管Q1、Q2的源极连接在一起，两个PMOS管Q1、Q2的栅极连接在一起，所述电阻分压电路由电阻R1和电阻R2构成，所述电阻分压电路的一端(电阻R1一端)连接两个PMOS管的源极，所述电阻分压电路的另一端(电阻R2一端)连接直流电源的正端，通过电阻分压为两个PMOS管Q1、Q2的栅极提供驱动电压，所述缓启电容C1并接在两个PMOS管Q1、Q2的栅极和源极之间。

如图9所示，本实施例还包括MOS管保护电路，所述MOS管保护电路包括栅极过压保护电路以及漏极尖峰电压保护电路。所述栅极过压保护电路用于防止栅极遭受高压而损坏MOS管，对于本实施例，所述栅极过压保护电路为稳压二极管VD1，所述稳压二极管VD1并接在电阻分压电路的节点与电阻分压电路的另一端之间，即并接在电阻R2两端。当然，稳压二极管也可以并接在MOS管的栅极和源极之间，具体电路设计和选择可以根据实际情况进行。所述漏极尖峰电压保护电路用于代替常用的RC吸收电路来吸收尖峰电压，对于本实施例所述漏极尖峰电压保护电路为铁氧体磁珠FB1、FB2，所述铁氧体磁珠FB1、FB2分别串接在PMOS管Q1、Q2的漏极。

在实际电路应用中两个PMOS管Q1、Q2可被封装在一起，构成PMOS芯片，推荐选择IRF9358PbF，其饱和导通电阻在23.8毫欧，其上消耗的功率可以忽略。

工作原理：

当输入电压Vin正常接入时，偏置部分(电阻分压驱动)电流经过PMOS管Q1的体二极管，流经分压电阻R1、R2回到输入端，电阻R1上的分压即为两个PMOS管Q1、Q2的栅极源极间电压，由于电容C1的作用，栅极源极之间的电压从零开始逐渐降低，两个PMOS管Q1、Q2缓慢地进入饱和区，起到软启动的作用。当输入电压反接时，由于PMOS管Q1的体二极管反向截止，无偏置电流回路，电路不工作，起到防反接保护的作用。可以看出PMOS管Q1起到防反接保护的作用，PMOS管Q2起到软启动的作用。

实施例3

对于实施例1和实施例2所述的两种保护电路，从输入输出来看，实际上是完全对称的电路结构，故也可以从输出端输入电压，然后从原输入端输出电压，同时具有同样的保护功能。但在应用中如果输出端有电池作为负载，可能会出现电池的电压倒灌至输入端的情况，需要考虑对输入端的影响。如果需要实现单向的输入，可以对电路进行修改，下面以PMOS管为例进行说明，如图10所示，本实施例与实施例2不同之处在于，本实施例还包括防倒灌电路，所述防倒灌电路包括MOS管，所述MOS管为NMOS管，所述MOS管串接在电阻分压电路的另一端和直流电源负端之间，并且MOS管的源极接直流电源负端，所述MOS管的栅极接控制信号，所述控制信号来自输入供电电源。

通过在实施例2电路的基础上增加一个NMOS作为方向控制，当控制信号来自输入端，则电流方向即为从输入流向输出端，即便是输出有类似电池的负载，电压也不会倒灌至输入端。

对于本实施例，上述是针对采用PMOS管的情况，对于采用NMOS管的情况，可以参照本实施例进行电路设计。

Claims (9)

1.一种防反接缓启动直流电路，其特征在于：包括MOS管，MOS管驱动用电阻分压电路以及MOS驱动用缓启电容，所述MOS管为两个，两个MOS管串联后接于直流电源供电回路中，且两个MOS管的源极连接在一起，所述电阻分压电路的节点连接两个MOS管的栅极为其提供驱动电压，并且所述电阻分压电路的一端连接两个MOS管的源极，所述缓启电容并接在MOS管的栅极和源极之间。

2.根据权利要求1所述的一种防反接缓启动直流电路，其特征在于：所述MOS管为NMOS管，两个NMOS管串接于直流电源的负端，即两个NMOS管的漏极分别连接直流电源的负输入端和负输出端，所述电阻分压电路的一端连接两个PMOS管的源极，所述电阻分压电路的另一端连接直流电源的正端。

3.根据权利要求2所述的一种防反接缓启动直流电路，其特征在于：所述两个NMOS管可以选用被封装在一起的NMOS芯片。

4.根据权利要求1所述的一种防反接缓启动直流电路，其特征在于：所述MOS管为PMOS管，两个PMOS管串接于直流电源的正端，即两个PMOS管的漏极分别连接直流电源的正输入端和正输出端，所述电阻分压电路的一端连接两个PMOS管的源极，所述电阻分压电路的另一端连接直流电源的负端。

5.根据权利要求4所述的一种防反接缓启动直流电路，其特征在于：所述两个PMOS管可以选用被封装在一起的PMOS芯片。

6.根据权利要求5所述的一种防反接缓启动直流电路，其特征在于：还包括防倒灌电路，所述防倒灌电路包括MOS管，所述MOS管为NMOS管，所述MOS管串接在电阻分压电路的另一端和直流电源负端之间，并且MOS管的源极接直流电源负端，所述MOS管的栅极接控制信号，所述控制信号来自输入供电电源。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种防反接缓启动直流电路，其特征在于：还包括MOS管保护电路，所述MOS管保护电路包括栅极过压保护电路以及漏极尖峰电压保护电路。

8.根据权利要求7所述的一种防反接缓启动直流电路，其特征在于：所述栅极过压保护电路为稳压二极管，所述稳压二极管并接在MOS管的栅极和源极之间或者并接在电阻分压电路的节点与电阻分压电路的另一端之间。

9.根据权利要求7所述的一种防反接缓启动直流电路，其特征在于：所述漏极尖峰电压保护电路为铁氧体磁珠，所述铁氧体磁珠串接在MOS管的漏极。

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