CN218387258U - 一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，可以对场效应晶体管的栅极电容泄压，控制场效应晶体管的栅极电容充电和放电。可在滤波电容充电接近完成时才开始对栅极电容充电，即能有效抑制开机冲击电流，又可保证场效应晶体管在滤波电容充满时导通，降低了场效应晶体管导通时的电应力，也可在输入电压掉电到一定值时对栅极电容进行泄放，避免再次开机时场效应晶体管仍处于导通状态或提前导通，导致的出现二次冲击电流将场效应晶体管损坏的问题。

Description

一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路

技术领域

本实用新型属于电子技术以及冲击电流抑制领域，具体涉及一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路。

背景技术

在直流供电电源开机瞬间，后级线间电容相当于短路，电容充电时会在其供电母线上产生较大的冲击电流，该冲击电流过大会损坏前级电路器件，或触发前级电源过流保护，造成同源的其他电子设备不能正常工作，故需要对该冲击电流进行抑制。GJB181B-2012飞机供电特性中对该冲击电流有明确要求：不能超过额定电流的5倍。

在大电流应用场合，多选用MOS管并联功率电阻的方式限制冲击电流。如图1所示，利用MOS管的延时导通，先用功率电阻抑制冲击电流，在后级电容（滤波电容）电压被充电至接近输入电压时将MOS管导通，将功率电阻旁路，电路以极小的导通压降及损耗工作。

该冲击电流抑制方法电路简单，应用广泛。但是在某些应用场合有一定的局限性。如在直流270V应用时，快速重复开关机试验时MOS管有时会损坏。究其原因是直流270V关机时，输入电压下降到一定值后，后级负载断开，后级电容和/或MOS管的栅极电容的电压并未泄放干净，后级电容也会为栅极电容充电，使得栅极电容的两端始终有残余电压。短时间再次开机时，MOS管仍保持在导通状态或者在后级电容尚未充满电时就导通，造成瞬间冲击电流过大，将MOS管损坏。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，解决现有技术中存在的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，包括泄放模块、控制模块、开关模块、滤波模块、电流抑制模块、正输入端、负输入端、正输出端以及负输出端；

所述滤波模块设置于正输出端和负输出端之间，并且正输出端与正输入端连接，所述正输入端与外部直流电源的正输出连接，所述负输入端与外部直流电源的负输出连接，所述滤波模块对直流电源进行滤波并输出；

所述开关模块和电流抑制模块并联后设置于负输入端与负输出端之间，所述开关模块采用场效应晶体管作为开关器件；所述开关模块中场效应晶体管导通时，电流抑制模块被旁路；所述开关模块中场效应晶体管断开时，电流抑制模块处于工作状态；

所述控制模块包括设置于正输入端与负输入端之间的栅极电容，所述栅极电容电压控制场效应晶体管的通断；所述栅极电容电压高于场效应晶体管的导通门槛电压时，开关模块导通；所述栅极电容电压被泄放拉低时，开关模块断开；

所述泄放模块与控制模块并联，且所述泄放模块用于泄放控制模块中栅极电容的电压。

在一种可能的实施方式中，所述滤波模块包括滤波电容C3，所述滤波电容C3的一端与负输出端连接，所述滤波电容C3的另一端与正输出端连接。

在一种可能的实施方式中，所述电流抑制模块包括功率电阻R7，所述功率电阻R7的一端与负输入端连接，所述功率电阻R7的另一端分别与滤波电容C3的一端和负输出端连接。

在一种可能的实施方式中，所述开关模块包括场效应晶体管Q2，所述场效应晶体管Q2的源极分别与功率电阻R7的一端和负输入端连接，所述场效应晶体管Q2的漏极分别与电阻R7的另一端、滤波电容C3的一端以及负输出端连接，所述场效应晶体管Q2的栅极与控制模块连接。

在一种可能的实施方式中，所述控制模块包括栅极电容C2，所述栅极电容C2的一端分别与场效应晶体管Q2的源极、功率电阻R7的一端和负输入端连接，所述栅极电容C2的另一端通过电阻R5分别与滤波电容C3的另一端、正输入端和正输出端连接，且所述栅极电容C2的另一端还与场效应晶体管Q2的栅极连接。

在一种可能的实施方式中，还包括电阻R6，所述电阻R6的一端与栅极电容C2的另一端连接，所述电阻R6的另一端与场效应晶体管Q2的栅极连接。

在一种可能的实施方式中，还包括钳位模块，所述钳位模块包括稳压二极管D3，所述稳压二极管D3的正极分别与栅极电容C2的一端、场效应晶体管Q2的源极、功率电阻R7的一端和负输入端连接，所述稳压二极管D3的负极分别与栅极电容C2的另一端和电阻R6的一端连接。

在一种可能的实施方式中，所述泄放模块包括光电耦合器U1，所述光电耦合器U1中输出端三极管的发射极分别与栅极电容C2的一端、稳压二极管D3的正极、场效应晶体管Q2的源极、功率电阻R7的一端和负输入端连接，所述光电耦合器U1中输出端三极管的集电极分别与栅极电容C2的另一端、稳压二极管D3的负极和电阻R6的一端连接。

在一种可能的实施方式中，所述光电耦合器U1中输入端二极管的正极与外部正电压信号连接，所述光电耦合器U1中输入端二极管的负极与外部负电压信号连接。

在一种可能的实施方式中，还包括电阻R3，所述光电耦合器U1中输入端二极管的正极通过电阻R3与外部正电压信号连接。

本实用新型提供的一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，可以对场效应晶体管的栅极电容泄压，控制场效应晶体管的栅极电容充电和放电。可在滤波电容充电接近完成时才开始对栅极电容充电，即能有效抑制开机冲击电流，又可保证场效应晶体管在滤波电容充满时导通，降低了场效应晶体管导通时的电应力，也可在输入电压掉电到一定值时对栅极电容进行泄放，避免再次开机时场效应晶体管仍处于导通状态或提前导通，导致的出现二次冲击电流将场效应晶体管损坏的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的现有冲击电流抑制电路的电路图。

图2为本申请实施例提供的一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路的电路结构框图。

图3为本申请实施例提供的一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图2和图3共同所示，一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，包括泄放模块、控制模块、开关模块、滤波模块、电流抑制模块、正输入端Vin+、负输入端Vin-、正输出端Vout+以及负输出端Vout-。

滤波模块设置于正输出端Vout+和负输出端Vout-之间，并且正输出端Vout+与正输入端Vin+连接，正输入端Vin+与外部直流电源的正输出连接，负输入端Vin-与外部直流电源的负输出连接，滤波模块对直流电源进行滤波并输出。正输入端Vin+和负输出端Vout-均与后级负载连接。

开关模块和电流抑制模块并联后设置于负输入端Vin-与负输出端Vout-之间，开关模块采用场效应晶体管作为开关器件；开关模块中场效应晶体管导通时，电流抑制模块被旁路；开关模块中场效应晶体管断开时，电流抑制模块处于工作状态。

控制模块包括设置于正输入端Vin+与负输入端Vin-之间的栅极电容，栅极电容电压控制场效应晶体管的通断；栅极电容电压高于场效应晶体管的导通门槛电压时，开关模块导通；栅极电容电压被泄放拉低时，开关模块断开。

泄放模块与控制模块并联，且泄放模块用于泄放控制模块中栅极电容的电压。

在一种可能的实施方式中，滤波模块包括滤波电容C3，滤波电容C3的一端与负输出端Vout-连接，滤波电容C3的另一端与正输出端Vout+连接。

在一种可能的实施方式中，电流抑制模块包括功率电阻R7，功率电阻R7的一端与负输入端Vin-连接，功率电阻R7的另一端分别与滤波电容C3的一端和负输出端Vout-连接。

在一种可能的实施方式中，开关模块包括场效应晶体管Q2，场效应晶体管Q2的源极分别与功率电阻R7的一端和负输入端Vin-连接，场效应晶体管Q2的漏极分别与电阻R7的另一端、滤波电容C3的一端以及负输出端Vout-连接，场效应晶体管Q2的栅极与控制模块连接。

正在开机瞬间，滤波电容C3相当于短路，会产生一个较大的冲击电流，因场效应晶体管Q2处于关断状态，故该冲击电流被限制，其峰值约为Vin/R7。

输入电压通过功率电阻R7为滤波电容C3充电，滤波电容C3两端电压上升，其充电时间常数为C3*R7，约5个时间常数后滤波电容C3两端电压即被充电至接近输入电压。

在一种可能的实施方式中，控制模块包括栅极电容C2，栅极电容C2的一端分别与场效应晶体管Q2的源极、功率电阻R7的一端和负输入端Vin-连接，栅极电容C2的另一端通过电阻R5分别与滤波电容C3的另一端、正输入端Vin+和正输出端Vout+连接，且栅极电容C2的另一端还与场效应晶体管Q2的栅极连接。

在一种可能的实施方式中，该一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路还包括电阻R6，电阻R6的一端与栅极电容C2的另一端连接，电阻R6的另一端与场效应晶体管Q2的栅极连接。

在一种可能的实施方式中，该一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路还包括钳位模块，钳位模块包括稳压二极管D3，稳压二极管D3的正极分别与栅极电容C2的一端、场效应晶体管Q2的源极、功率电阻R7的一端和负输入端Vin-连接，稳压二极管D3的负极分别与栅极电容C2的另一端和电阻R6的一端连接。

通过稳压二极管D3可以钳位栅极电容C2两端电压，由于场效应晶体管Q2的栅极可承受电压一般是最高20V，在全输入电压范围或者有过压浪涌时，稳压二极管D3将场效应晶体管Q2的电压钳位，从而实现对场效应晶体管Q2的保护。

在一种可能的实施方式中，泄放模块包括光电耦合器U1，光电耦合器U1中输出端三极管的发射极分别与栅极电容C2的一端、稳压二极管D3的正极、场效应晶体管Q2的源极、功率电阻R7的一端和负输入端Vin-连接，光电耦合器U1中输出端三极管的集电极分别与栅极电容C2的另一端、稳压二极管D3的负极和电阻R6的一端连接。

在一种可能的实施方式中，光电耦合器U1中输入端二极管的正极与外部正电压信号连接，光电耦合器U1中输入端二极管的负极与外部负电压信号连接。

为了方面描述，记外部正电压信号为ctr+以及外部负电压信号为ctr-，在滤波电容C3充电过程中，若ctr+/-悬空或ctr+/-间为低电平，则光电耦合器U1不导通，则输入电压同时也会通过电阻R5为场效应晶体管Q2的栅极电容C2充电，充电时间常数为R5*C2。当栅极电容C2两端电压超过场效应晶体管Q2的导通门槛电压时，场效应晶体管Q2导通，将功率电阻R7旁路。

为保证场效应晶体管Q2在滤波电容C3充电接近完成后才导通，可通过设置电阻R5与栅极电容C2的时间常数来实现。也可以调整ctr+/-的电平来实现。

将ctr+/-施加一个高电平（如施加+5V电压至ctr+，ctr-接地），光电耦合器U1处于导通状态，则栅极电容C2两端相当于短路，输入电压无法通过电阻R5给栅极电容C2充电。可待滤波电容C3充电完成后的任意时刻将该+5V电压断开或降为低电平，则光电耦合器U1断开，栅极电容C2开始由电阻R5充电，待其两端电压达到场效应晶体管Q2的导通门槛电压时，场效应晶体管Q2导通，将电阻R7旁路。

当输入电压因关机或其他原因掉电时，滤波电容C3会由后级负载放电（即滤波电容C3两端所接负载，也是正输出端和负输出端所连接的负载），当滤波电容C3两端电压下降到一定值后，后级负载停止工作，滤波电容C3及场效应晶体管Q2的栅极电容C2放电缓慢，甚至在系统再次开机时栅极电容C2及滤波电容C3两端仍有电压。此时将ctr+/-施加一个高电平（如+5V电压），则光电耦合器U1处于导通状态，则栅极电容C2两端电压被泄放。系统再次开机后，不论滤波电容C3两端是否仍有电压，场效应晶体管Q2处于持续关断状态，输入电压重新由功率电阻R7为滤波电容C3充电，限制开机冲击电流。

在任意时刻开机时，可先在ctr+/-施加一个高电平，将栅极电容C2两端电压泄放后再施加输入电压，不但可以精准抑制开机冲击电流，也可以避免栅极电容C2未被泄放干净而造成场效应晶体管Q2提前导通，从而保护场效应晶体管Q2不被损坏，提高可靠性。

在一种可能的实施方式中，该一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路还包括电阻R3，光电耦合器U1中输入端二极管的正极通过电阻R3与外部正电压信号连接。

本实用新型提供的一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，可以对场效应晶体管的栅极电容泄压，控制场效应晶体管的栅极电容充电和放电。可在滤波电容充电接近完成时才开始对栅极电容充电，即能有效抑制开机冲击电流，又可保证场效应晶体管在滤波电容充满时导通，降低了场效应晶体管导通时的电应力，也可在输入电压掉电到一定值时对栅极电容进行泄放，避免再次开机时场效应晶体管仍处于导通状态或提前导通，导致的出现二次冲击电流将场效应晶体管损坏的问题。

以上的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，其特征在于，包括泄放模块、控制模块、开关模块、滤波模块、电流抑制模块、正输入端、负输入端、正输出端以及负输出端；

所述滤波模块设置于正输出端和负输出端之间，并且正输出端与正输入端连接，所述正输入端与外部直流电源的正输出连接，所述负输入端与外部直流电源的负输出连接，所述滤波模块对直流电源进行滤波并输出；

所述开关模块和电流抑制模块并联后设置于负输入端与负输出端之间，所述开关模块采用场效应晶体管作为开关器件；所述开关模块中场效应晶体管导通时，电流抑制模块被旁路；所述开关模块中场效应晶体管断开时，电流抑制模块处于工作状态；

所述控制模块包括设置于正输入端与负输入端之间的栅极电容，所述栅极电容电压控制场效应晶体管的通断；所述栅极电容电压高于场效应晶体管的导通门槛电压时，开关模块导通；所述栅极电容电压被泄放拉低时，开关模块断开；

所述泄放模块与控制模块并联，且所述泄放模块用于泄放控制模块中栅极电容的电压。

2.根据权利要求1所述的隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述滤波模块包括滤波电容C3，所述滤波电容C3的一端与负输出端连接，所述滤波电容C3的另一端与正输出端连接。

3.根据权利要求2所述的隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述电流抑制模块包括功率电阻R7，所述功率电阻R7的一端与负输入端连接，所述功率电阻R7的另一端分别与滤波电容C3的一端和负输出端连接。

4.根据权利要求3所述的隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述开关模块包括场效应晶体管Q2，所述场效应晶体管Q2的源极分别与功率电阻R7的一端和负输入端连接，所述场效应晶体管Q2的漏极分别与电阻R7的另一端、滤波电容C3的一端以及负输出端连接，所述场效应晶体管Q2的栅极与控制模块连接。

5.根据权利要求4所述的隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述控制模块包括栅极电容C2，所述栅极电容C2的一端分别与场效应晶体管Q2的源极、功率电阻R7的一端和负输入端连接，所述栅极电容C2的另一端通过电阻R5分别与滤波电容C3的另一端、正输入端和正输出端连接，且所述栅极电容C2的另一端还与场效应晶体管Q2的栅极连接。

6.根据权利要求5所述的隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，其特征在于，还包括电阻R6，所述电阻R6的一端与栅极电容C2的另一端连接，所述电阻R6的另一端与场效应晶体管Q2的栅极连接。

7.根据权利要求5所述的隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，其特征在于，还包括钳位模块，所述钳位模块包括稳压二极管D3，所述稳压二极管D3的正极分别与栅极电容C2的一端、场效应晶体管Q2的源极、功率电阻R7的一端和负输入端连接，所述稳压二极管D3的负极分别与栅极电容C2的另一端和电阻R6的一端连接。

8.根据权利要求7所述的隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述泄放模块包括光电耦合器U1，所述光电耦合器U1中输出端三极管的发射极分别与栅极电容C2的一端、稳压二极管D3的正极、场效应晶体管Q2的源极、功率电阻R7的一端和负输入端连接，所述光电耦合器U1中输出端三极管的集电极分别与栅极电容C2的另一端、稳压二极管D3的负极和电阻R6的一端连接。

9.根据权利要求8所述的隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述光电耦合器U1中输入端二极管的正极与外部正电压信号连接，所述光电耦合器U1中输入端二极管的负极与外部负电压信号连接。

10.根据权利要求9所述的隔离可控泄放的冲击电流抑制电路，其特征在于，还包括电阻R3，所述光电耦合器U1中输入端二极管的正极通过电阻R3与外部正电压信号连接。

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