CN217522583U - 一种全功能直流抗浪涌电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全功能直流抗浪涌电路及装置，属于电源控制技术领域，连接在直流电源的直流输入端和直流输出端之间，包括依次连接的尖峰抑制电路、过压控制电路和升压控制电路，所述尖峰抑制电路和过压控制电路之间连接有电压检测电路；还包括主控单元，所述主控单元分别与所述电压检测电路、过压控制电路、升压控制电路连接。本实用新型连接于电子模块电源电压输入端，针对性地对输入电源的瞬态电压进行抑制处理，提升车载电子模块的抗干扰能力，并使其稳定于正常电压范围内。

Description

一种全功能直流抗浪涌电路及装置

技术领域

本实用新型涉及电源控制技术领域，尤其涉及一种全功能直流抗浪涌电路及装置。

背景技术

随着电子技术的发展，现代车辆的电子控制模块和车载设备电子模块(以下统称电子模块)越来越多，车辆使用环境也越来越恶劣。车载骚扰源、车外自然骚扰源及车外人为骚扰源等均对电子模块工作有重要影响，易引起电子模块电源瞬变、失控、导致电子模块性能下降，甚至损坏，失去功能，影响军事任务的完成。因此，对电子模块而言，必须有针对性地对输入电源的瞬态电压进行抑制处理，提升车载电子模块的抗干扰能力。

现有技术中，对输入电源进行抑制的电路只有单独的抗过压浪涌模块和抗欠压浪涌模块，无法同时满足抗过压浪涌及抗欠压浪涌的试验要求，难以实现设备的一体化以及集成化发展目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中抗浪涌模块存在的问题，提供了一种全功能直流抗浪涌电路及装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

提供一种全功能直流抗浪涌电路，连接在直流电源的直流输入端和直流输出端之间，包括依次连接的尖峰抑制电路、过压控制电路和升压控制电路，所述尖峰抑制电路和过压控制电路之间连接有电压检测电路；

还包括主控单元，所述主控单元分别与所述电压检测电路、过压控制电路、升压控制电路连接。

作为一优选项，所述尖峰抑制电路包括多个尖峰抑制电容，所述尖峰抑制电容的一端连接在直流输入端和直流输出端之间，所述尖峰抑制电容的另一端接地。

作为一优选项，所述主控单元包括过压控制模块和升压控制模块，所述过压控制模块与所述过压控制电路连接，所述升压控制模块与所述升压控制电路连接。

作为一优选项，所述过压控制模块包括过压控制芯片，所述过压控制电路包括瞬态抑制二极管、限流保护电阻、多个MOS管以及第一反馈采样电路，所述限流保护电阻的一端连接在直流输入端和直流输出端之间，所述限流保护电阻的另一端与所述瞬态抑制二极管连接，所述瞬态抑制二极管与限流保护电阻的公共连接点与所述过压控制芯片连接，所述MOS管的漏极与所述直流输入端连接，所述MOS管的源极与所述直流输出端连接，所述MOS管的栅极与所述过压控制芯片连接；所述第一反馈采样电路包括串联的两个第一采样电阻，两个第一采样电阻的公共连接点与所述过压控制芯片连接。

作为一优选项，所述过压控制芯片的型号为LT4356。

作为一优选项，所述MOS管的栅极对应连接有灌流电阻。

作为一优选项，所述升压控制模块包括升压控制芯片，所述升压控制电路包括依次连接的多个MOS管、升压储能电感以及储能电容，所述MOS管与所述升压控制芯片连接，所述储能电容与所述直流输出端连接；所述升压控制电路还包括第二反馈采样电路，所述第二反馈采样电路三个第二采样电阻，其中两个第二采样电阻串联接在升压控制芯片与直流输出端之间，另一个第二采样电阻的一端接在升压控制芯片上并接地。

作为一优选项，所述升压控制芯片型号为LTC3787。

作为一优选项，所述多个MOS管包括用于控制所述升压储能电感充电的第一充电MOS管以及用于控制所述储能电容充电的第二充电MOS管。

本实用新型还提供一种全功能直流抗浪涌装置，其包括所述的全功能直流抗浪涌电路。

需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。

与现有技术相比，本实用新型有益效果是：

(1)本实用新型通过设置依次连接的尖峰抑制电路、过压控制电路和升压控制电路，采用尖峰电压吸收电路和过压浪涌抑制技术相结合的方式，对尖峰电压进行吸收处理，保证后端车载电子模块正常工作，从而消除浪涌电压对车载电子模块的影响；升压控制电路发生时保证后端车载电子模块的供电需求；输入电压进入模块后依次经过尖峰抑制电路、过压浪涌抑制电路、欠压浪涌抑制电路。实现了集尖峰电压吸收、稳压型抗过压、升压型抗欠压三项保护功能于一体的设计要求。当输入电源出现浪涌电压、尖峰电压时，能够快速抑制，保证后端电子模块稳定工作，提高车辆电源系统的可靠性与抗干扰能力。

(2)本实用新型的尖峰抑制电路包括多个尖峰抑制电容，通过在输入端加一些大的吸收电容，就能起到抑制尖峰电压的作用，使得电压在过压浪涌抑制电路的承受范围之内。

(3)本实用新型的过压控制电路包括瞬态抑制二极管、限流保护电阻、多个MOS管以及第一反馈采样电路，通过瞬态抑制二极管能够保护过压控制芯片，防止电路中出现超过100V_DC的尖峰电压时，过压控制芯片因过电压而被烧毁；通过限流保护电阻限制流过瞬态抑制二极管的电流，防止瞬态抑制二极管因长时间工作被击穿；通过第一反馈采样电路决定在过压浪涌期间整个电路的输出电压值。

(4)本实用新型在过压控制电路的MOS管的栅极对应连接有灌流电阻，用于限制MOS管开断期间的G级电流，防止MOS管损坏。

(5)本实用新型的升压控制电路包括依次连接的多个MOS管、升压储能电感、第二反馈采样电路以及储能电容，通过MOS管控制升压储能电感进行充电，并升压储能电感放电时，对储能电容进行充电，储能电容用于为后端电子模块提供能量；通过第二反馈采样电路决定在欠压浪涌期间整个电路的输出电压值。

附图说明

图1为本实用新型示出的一种全功能直流抗浪涌电路的结构示意图；

图2为本实用新型示出的尖峰抑制电路和过压控制电路的电路结构示意图；

图3、图4为本实用新型示出的升压控制电路的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型集尖峰电压吸收、稳压型抗过压、升压型抗欠压三项保护功能于一体，当输入电源出现浪涌电压、尖峰电压时，能够快速抑制，保证后端电子模块稳定工作，提高车辆电源系统的可靠性与抗干扰能力。

实施例1

在该示例性实施例中，提供一种全功能直流抗浪涌电路，如图1所示，电路连接在直流电源的直流输入端和直流输出端之间，包括依次连接的尖峰抑制电路、过压控制电路和升压控制电路，所述尖峰抑制电路和过压控制电路之间连接有电压检测电路；

还包括主控单元，所述主控单元分别与所述电压检测电路、过压控制电路、升压控制电路连接。

具体地，通过电压检测电路实时检测输入的直流电源的电压大小，主控单元接收检测电压信号并根据检测电压信号的大小选择控制过压控制电路和升压控制电路。其中，电压检测电路为现有常规的电压检测手段。

进一步地，当直流输入端出现尖峰电压时，尖峰抑制电路将该电压抑制在后端电路能够正常工作的范围内，再经过过压控制电路的二次抑制，使输出电压不超过一定的电压值。当直流输入端出现过压浪涌时，尖峰抑制电路不对其进行处理，直接使用过压控制电路使输出电压不超过一定的电压值。当直流输入端出现欠压浪涌时，尖峰抑制电路和过压控制电路不对其进行处理，由升压控制电路处理，使输出电压不低于后端车载电子模块正常的供电需求。

实施例2

基于实施例1，提供一种全功能直流抗浪涌电路，所述尖峰抑制电路包括多个尖峰抑制电容，所述尖峰抑制电容的一端连接在直流输入端和直流输出端之间，所述尖峰抑制电容的另一端接地。由于尖峰脉冲的时间较短，通过在输入端加一些大的吸收电容，就能起到抑制尖峰电压的作用，使得电压在过压浪涌抑制电路的承受范围之内。具体地，如图2所示，图中C1、C2、C3、C6、C7、C8均为尖峰抑制电容，其取值较大，用于作为电路匹配和吸收电路中的尖峰电压。

进一步地，所述主控单元包括过压控制模块和升压控制模块，所述过压控制模块与所述过压控制电路连接，所述升压控制模块与所述升压控制电路连接。过压控制电路的原理为：在输入端串入一个降压二端口电路，正常情况下，该降压二端口电路处于低阻抗状态，输人输出几乎无压降；当过压浪涌出现时，该降压二端口电路工作于受控的高阻抗状态，将高于设定电压(如36V_DC)的功率消耗在降压二端口电路中，从而保证该降压二端口电路的输出端电压基本稳定在设定电压36V_DC，使后端电路正常工作。由于降压二端口电路中控制处理电路的工作周期为微秒级，所以，该降压二端口电路的响应时间也是微秒级的，才能有效的对长时间的浪涌电压有效的抑制。

进一步地，所述过压控制模块包括过压控制芯片，所述过压控制电路包括瞬态抑制二极管、限流保护电阻、多个MOS管以及第一反馈采样电路，所述限流保护电阻的一端连接在直流输入端和直流输出端之间，所述限流保护电阻的另一端与所述瞬态抑制二极管连接，所述瞬态抑制二极管与限流保护电阻的公共连接点与所述过压控制芯片连接，所述MOS管的漏极与所述直流输入端连接，所述MOS管的源极与所述直流输出端连接，所述MOS管的栅极与所述过压控制芯片连接；所述第一反馈采样电路包括串联的两个第一采样电阻，两个第一采样电阻的公共连接点与所述过压控制芯片连接。

具体地，如图2所示，图中U1表示过压控制芯片，其型号为LT4356，U1的引脚Vcc、SHDN输入电压范围为-60VDC～100VDC，引脚SNS输入电压范围为-60V_DC～Vcc+0.3V_DC，故在U1的输入电压部分设计保护电路，瞬态抑制二极管TVS1用于保护U1，防止电路中出现超过100V_DC的尖峰电压时，U1因过电压而被烧毁，其钳位电压小于100V_DC，限流保护电阻R2用于限制瞬态抑制二极管TVS1上流过的电流，防止瞬态抑制二极管TVS1因长时间工作被击穿。

R6、R7均为第一采样电阻，其取值决定了在过压浪涌期间整个电路的输出电压值V_OUT，V_OUT＝V_FB·(R6+R7)/R6，其中V_FB为LT4356的有效反馈电压，其取值1.25V_DC，当输入正常电压时，因R6、R7分压值小于1.25V_DC，U1控制MOS管Q11、Q12、Q13及Q14处于导通状态，电源通过4个MOS管为后端车载电子模块持续供电。当输入过压浪涌时，V_OUT电压跟随升高，当达到预设值时，R6、R7通过分压到达1.25V_DC，因U1的TMR端接地，U1的GATE脚将持续输出与预设值相等的电压，此时VGS小于VGS(TH)，Q11、Q12、Q13及Q14截止，输出电压急剧下降，当下降至VGS大于VGS(TH)后，Q11、Q12、Q13及Q14再次导通，输出电压回升，使得VGS再次减小至小于VGS(TH)，Q11、Q12、Q13及Q14截止，输出电压回落，如此循环，直至输入电源回归正常，U1的GATE脚输出电压恢复为正常时的V_OUT+14V_DC状态，即VGS为14V，Q11、Q12、Q13及Q14再次恢复到持续导通状态。

相比以前的TVS瞬态抑制器、压敏电阻和阻断型浪涌抑制等方案而言，采用快速反应的有源抑制技术，才能有效的对长时间的浪涌电压有效的抑制。当过压浪涌出现时，将高于设定电压36V_DC的功率消耗在过压抑制电路中，因此要求过压抑制电路必须有快速响应时间，才能有效地对长时间浪涌电压进行抑制，从而保证输出端电压基本稳定在设定电压点，使后端电路正常工作。

实施例3

基于实施例2，提供一种全功能直流抗浪涌电路，所述MOS管的栅极对应连接有灌流电阻。如图2所示，图中R3、R4、R5、R8为MOS管灌流电阻，用于限制MOS管开断期间的G级电流，防止MOS管损坏。

实施例4

在另一示例性实施例中，提供一种全功能直流抗浪涌电路，所述升压控制模块包括升压控制芯片，如图3、图4所示，所述升压控制电路包括依次连接的多个MOS管、升压储能电感以及储能电容，所述MOS管与所述升压控制芯片连接，所述储能电容与所述直流输出端连接；所述升压控制电路还包括第二反馈采样电路，所述第二反馈采样电路三个第二采样电阻，其中两个第二采样电阻串联接在升压控制芯片与直流输出端之间，另一个第二采样电阻的一端接在升压控制芯片上并接地。其中，图3为升压控制电路的左半部分，图4为升压控制电路的右半部分。

具体地，当输入电源出现欠压浪涌时，尖峰抑制电路和过压控制电路不对其进行处理，由升压控制电路升压来满足后端车载电子模块的供电需求。如图4所示，U2为升压控制芯片，其型号为LTC3787，图中L1和L2为升压储能电感，C41、C42、C43、C44、C45、C46均为储能电容，所述多个MOS管包括用于控制所述升压储能电感充电的第一充电MOS管(图中MOS管Q3、Q4、Q5、Q6)以及用于控制所述储能电容充电的第二充电MOS管(图中MOS管Q1、Q7)。当MOS管Q3、Q4、Q5、Q6导通时，对电感L1、L2充电；当MOS管Q1、Q7导通时，电感放电对储能电容C41、C42、C43、C44、C45、C46充电，为后端电子模块提供能量。

此外，R31、R30、R36为第二采样电阻构成第二反馈采样电路，其取值决定了在欠压浪涌期间整个电路的输出电压值V_OUT：

V_OUT＝V_FB·(R31+R30+R36)/R30，其中V_FB为升压控制芯片LTC3787的有效反馈电压，其取值1.2V_DC。经过升压控制电路处理的输出电压完全满足后端车载电子模块的供电需求。

实施例5

提供一种全功能直流抗浪涌装置，包括所述的全功能直流抗浪涌电路以及相关的外围电路。该装置可以一体成型也可以连接在其他电路中。开发过压浪涌抑制技术与欠压浪涌抑制技术相结合的浪涌抑制技术，利用MOS管的开关特性，通过浪涌抑制芯片IC控制外接MOS管的开断调整输出电压值，输出电压值通过电阻分压确定，辅以部分周边保护电路，以达到在过压浪涌时限制输出电压的目的；欠压浪涌时通过监测欠压电压，启动升压控制芯片IC将输入电压升压到设定电压值，以满足输入电源出现浪涌现象时，输出电压稳定在22VDC到36VDC范围内，消除浪涌电压对用电设备的影响。

进一步地，装置集尖峰吸收、稳压型抗过压、升压型抗欠压于一体。兼具过压浪涌抑制和欠压浪涌抑制的功能，用一个产品的体积实现两个产品的功能，在体积、重量、价格方面具有极大的优势。该装置尺寸(长×宽×高)：119mm×63mm×13.5mm。实现集成化与小型化设计。

以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种全功能直流抗浪涌电路，连接在直流电源的直流输入端和直流输出端之间，其特征在于，包括依次连接的尖峰抑制电路、过压控制电路和升压控制电路，所述尖峰抑制电路和过压控制电路之间连接有电压检测电路；

还包括主控单元，所述主控单元分别与所述电压检测电路、过压控制电路、升压控制电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种全功能直流抗浪涌电路，其特征在于，所述尖峰抑制电路包括多个尖峰抑制电容，所述尖峰抑制电容的一端连接在直流输入端和直流输出端之间，所述尖峰抑制电容的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的一种全功能直流抗浪涌电路，其特征在于，所述主控单元包括过压控制模块和升压控制模块，所述过压控制模块与所述过压控制电路连接，所述升压控制模块与所述升压控制电路连接。

4.根据权利要求3所述的一种全功能直流抗浪涌电路，其特征在于，所述过压控制模块包括过压控制芯片，所述过压控制电路包括瞬态抑制二极管、限流保护电阻、多个MOS管以及第一反馈采样电路，所述限流保护电阻的一端连接在直流输入端和直流输出端之间，所述限流保护电阻的另一端与所述瞬态抑制二极管连接，所述瞬态抑制二极管与限流保护电阻的公共连接点与所述过压控制芯片连接，所述MOS管的漏极与所述直流输入端连接，所述MOS管的源极与所述直流输出端连接，所述MOS管的栅极与所述过压控制芯片连接；所述第一反馈采样电路包括串联的两个第一采样电阻，两个第一采样电阻的公共连接点与所述过压控制芯片连接。

5.根据权利要求4所述的一种全功能直流抗浪涌电路，其特征在于，所述过压控制芯片的型号为LT4356。

6.根据权利要求4所述的一种全功能直流抗浪涌电路，其特征在于，所述MOS管的栅极对应连接有灌流电阻。

7.根据权利要求3所述的一种全功能直流抗浪涌电路，其特征在于，所述升压控制模块包括升压控制芯片，所述升压控制电路包括依次连接的多个MOS管、升压储能电感以及储能电容，所述MOS管与所述升压控制芯片连接，所述储能电容与所述直流输出端连接；所述升压控制电路还包括第二反馈采样电路，所述第二反馈采样电路三个第二采样电阻，其中两个第二采样电阻串联接在升压控制芯片与直流输出端之间，另一个第二采样电阻的一端接在升压控制芯片上并接地。

8.根据权利要求7所述的一种全功能直流抗浪涌电路，其特征在于，所述升压控制芯片型号为LTC3787。

9.根据权利要求7所述的一种全功能直流抗浪涌电路，其特征在于，所述多个MOS管包括用于控制所述升压储能电感充电的第一充电MOS管以及用于控制所述储能电容充电的第二充电MOS管。

10.一种全功能直流抗浪涌装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的全功能直流抗浪涌电路。

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