CN218888401U - 一种用于高压场合的冗余电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于高压场合的冗余电路，包括至少两个并联的冗余电路单元，每个所述冗余电路单元均包括开关功率管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、单向导通模块和晶体管，所述开关功率管的栅极通过依次串联的第一电阻和第二电阻与供电电源连接，开关功率管的源极与电源输入端连接，所述开关功率管的漏极与电源输出端连接，所述第三电阻的一端与供电电源连接，所述第三电阻的另一端与所述单向导通模块的正极连接，所述单向导通模块的负极与所述电源输出端连接，所述晶体管的基极与所述第三电阻的另一端连接，所述晶体管的发射极与电源输入端连接，所述晶体管的集电极与所述第一电阻和所述第二电阻的连接端连接。

Description

一种用于高压场合的冗余电路

技术领域

本申请涉及冗余电路技术领域，具体涉及一种用于高压场合的冗余电路。

背景技术

传统的冗余电源和冗余电路设计方案是由2个或多个电源通过分别连接二极管阳极，以“或门”的方式并联输出至电源总线上。可以让1个电源单独工作，也可以让多个电源同时工作。当其中1个电源出现故障时，由于二极管的单向导通特性，不会影响电源总线的输出。

在实际的冗余电源系统中，一般电流比较大，可达到几十安培或者上百安培。使用二极管的传统方案电路简单，但具有功耗大，发热严重，占用体积大等固有的缺点。现在新的冗余电源方案是采用大功率的MOSFET管代替传统电路中的二极管。MOSFET的导通内阻可以达到几毫欧或者几十毫欧，大大降低了压降损耗，在大功率应用中，不仅实现了效率更高的解决方案，节省了大量的散热体积，而且提高了产品的效率，减少了发热量。

应用电路中MOSFET需要有专业芯片控制。目前，TI、Linear等各大公司都推出了一些成熟的该类芯片。但是世面上的该类芯片应用的电压范围较小，超过一定的输出电压，芯片将不能支持实现相应的冗余功能。

发明内容

为此，本申请提供一种用于高压场合的冗余电路，以解决现有技术存在的如何在高压电路输出时冗余电路的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种用于高压场合的冗余电路，其特征在于，包括至少两个并联的冗余电路单元；

每个所述冗余电路单元均包括开关功率管(Q1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、单向导通模块和晶体管(Q2)；

所述开关功率管(Q1)的栅极通过依次串联的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)与供电电源(VCC)连接，所述开关功率管(Q1)的源极与电源输入端(VIN)连接，所述开关功率管(Q1)的漏极与电源输出端(VO)连接；

所述第三电阻(R3)的一端与供电电源(VCC)连接，所述第三电阻(R3)的另一端与所述单向导通模块的正极连接，所述单向导通模块的负极与所述电源输出端(VO)连接；

所述晶体管(Q2)的基极与所述第三电阻(R3)的另一端连接，所述晶体管(Q2)的发射极与电源输入端(VIN)连接，所述晶体管(Q2)的集电极与所述第一电阻(R1)和所述第二电阻(R2)的连接端连接。

作为优选，所述冗余电路还包括第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3)；

所述第一电容(C1)的一端与所述电源输出端(VO)连接，所述第一电容(C1)的另一端接地；

所述第二电容(C2)的一端与所述电源输入端(VIN)连接，所述第二电容(C2)的另一端接地；

所述第三电容(C3)的一端与所述电源输入端(VIN)连接，所述第三电容(C3)的另一端与供电电源(VCC)连接。

作为优选，所述开关功率管(Q1)为NMOS管。

作为优选，所述单向导通模块包括至少一个二极管(D1)，所述二极管(D1)为硅二极管或者锗二极管。

作为优选，所述晶体管(Q2)为NPN型三极管。

相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：

本申请提供了一种用于高压场合的冗余电路，包括至少两个并联的冗余电路单元，每个所述冗余电路单元均包括开关功率管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、单向导通模块和晶体管，所述开关功率管的栅极通过依次串联的第一电阻和第二电阻与供电电源连接，开关功率管的源极与电源输入端连接，所述开关功率管的漏极与电源输出端连接，所述第三电阻的一端与供电电源连接，所述第三电阻的另一端与所述单向导通模块的正极连接，所述单向导通模块的负极与所述电源输出端连接，所述晶体管的基极与所述第三电阻的另一端连接，所述晶体管的发射极与电源输入端连接，所述晶体管的集电极与所述第一电阻和所述第二电阻的连接端连接。可以有效的实现冗余电路的单向导通性能。本申请可以有效的保证冗余电路的防倒灌功能。可以通过调整VF和Vbe的值来灵活调整冗余电路中MOS管导通时的压降阈值，可以有效应用在高压及所有电压的场合，可以有效的保证冗余电路极低的损耗，可以有效的保证冗余电路并联备份的功能。

附图说明

为了更直观地说明现有技术以及本申请，下面给出几个示例性的附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本申请时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本申请揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元(部件)的增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易作出常规的调整或进一步的优化。

图1为本申请提供的一种用于高压场合的冗余电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本申请作进一步详述。

在本申请的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。

本申请中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解，而并非对实际产品中位置关系的绝对限定。在未脱离本申请揭示的技术构思的情况下，这些相对位置关系的改变，当亦视为本申请表述的范畴。

请参阅图1，本申请提供了一种用于高压场合的冗余电路，一种用于高压场合的冗余电路，其特征在于，包括至少两个并联的冗余电路单元；

每个所述冗余电路单元均包括开关功率管(Q1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、单向导通模块和晶体管(Q2)；

所述开关功率管(Q1)的栅极通过依次串联的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)与供电电源(VCC)连接，所述开关功率管(Q1)的源极与电源输入端(VIN)连接，所述开关功率管(Q1)的漏极与电源输出端(VO)连接；

所述第三电阻(R3)的一端与供电电源(VCC)连接，所述第三电阻(R3)的另一端与所述单向导通模块的正极连接，所述单向导通模块的负极与所述电源输出端(VO)连接；

所述晶体管(Q2)的基极与所述第三电阻(R3)的另一端连接，所述晶体管(Q2)的发射极与电源输入端(VIN)连接，所述晶体管(Q2)的集电极与所述第一电阻(R1)和所述第二电阻(R2)的连接端连接。

请参阅图1，所述第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)型号可以为RA102。

在本实施例中，通过采集开关功率管(Q1)的漏极和开关功率管(Q1)的源极两端的电压，并根据开关功率管(Q1)两端的电压差决定开关功率管(Q1)的导通和关断，从而实现冗余电路单元的单向导通性能并保证较低的损耗。

在本实施例中，在VIN-VO≥VF-Vbe的情况下，晶体管(Q2)关断，开关功率管(Q1)的栅极为高电平，开关功率管(Q1)的漏极和开关功率管(Q1)的源极之间导通；此时，冗余电路单元可以正常输出；在VIN-VO＜VF-Vbe的情况下，晶体管(Q2)的基极和晶体管(Q2)发射极之间导通，晶体管(Q2)的集电极和晶体管(Q2)的发射极之间导通，开关功率管(Q1)的栅极被拉低为低电平，开关功率管(Q1)的漏极和开关功率管(Q1)源极之间关断；此时，冗余电路单元关闭输出；其中，VIN为开关功率管(Q1)的源极电压，VO为开关功率管(Q1)的漏极电压，VF为单向导通模块的导通压降，Vbe为晶体管(Q2)的基极与晶体管(Q2)的发射极之间的电压。

在本实施例中，冗余电路包括至少两个并联的冗余电路单元，在两个或者多个冗余电路单元并联工作的情况下，各冗余电路单元以“或门”的方式并联输出至电源总线上；可以让1个电源单独工作，也可以让多个电源同时工作。当其中1个电源出现故障时，由于冗余电路单元的单向导通特性，不会影响电源总线的输出。

本实施例提供了一种用于高压场合的冗余电路，包括至少两个并联的冗余电路单元，每个所述冗余电路单元均包括开关功率管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、单向导通模块和晶体管，所述开关功率管的栅极通过依次串联的第一电阻和第二电阻与供电电源连接，开关功率管的源极与电源输入端连接，所述开关功率管的漏极与电源输出端连接，所述第三电阻的一端与供电电源连接，所述第三电阻的另一端与所述单向导通模块的正极连接，所述单向导通模块的负极与所述电源输出端连接，所述晶体管的基极与所述第三电阻的另一端连接，所述晶体管的发射极与电源输入端连接，所述晶体管的集电极与所述第一电阻和所述第二电阻的连接端连接。可以有效的实现冗余电路的单向导通性能。本申请可以有效的保证冗余电路的防倒灌功能。可以通过调整VF和Vbe的值来灵活调整冗余电路中MOS管导通时的压降阈值，可以有效应用在高压及所有电压的场合，可以有效的保证冗余电路极低的损耗，可以有效的保证冗余电路并联备份的功能。

在一个实施例中，可以实现冗余电路的单向导通性能，保证冗余电路的防倒灌；同时，可以通过调整VF和Vbe的值来灵活调整冗余电路中开关功率管(Q1)导通时的压降阈值。

在一个实施例中，可以有效应用在高压及所有电压的场合，保证冗余电路极低的损耗，且能够保证冗余电路并联备份的功能。

在一个实施例中，所述冗余电路还包括第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3)；

所述第一电容(C1)的一端与所述电源输出端(VO)连接，所述第一电容(C1)的另一端接地；

所述第二电容(C2)的一端与所述电源输入端(VIN)连接，所述第二电容(C2)的另一端接地；

所述第三电容(C3)的一端与所述电源输入端(VIN)连接，所述第三电容(C3)的另一端与供电电源(VCC)连接。

在一个实施例中，所述开关功率管(Q1)为NMOS管。

在一个实施例中，所述单向导通模块包括至少一个二极管(D1)，所述二极管(D1)为硅二极管或者锗二极管，硅二极管的正向导通电压降为0.5-0.7伏，锗二极管的正向导通电压降为0.1-0.3伏。

在一个实施例中，所述晶体管(Q2)为NPN型三极管。

在一个实施例中，本实用新型通过采集MOSFET管漏极和源极两端的电压，根据MOSFET两端的电压差决定MOSFET的导通和关断，从而实现冗余电路的单向导通性能并保证较低的损耗。

当Vin-Vo≥VF-Vbe时(其中Vin为冗余MOS管Q1源极电压，Vo为冗余MOS管Q1漏极电压，VF为二极管D1的导通压降，Vbe为三极管Q2的基极与发射极之间电压)，三极管Q2不导通，MOSFET管Q1的栅极为高电平，Q1的漏极和源极之间导通。此时冗余电路正常输出。

当Vin-Vo＜VF-Vbe时，三极管Q2的基极和发射极之间导通，Q2的集电极和发射极之间导通，MOSFET管Q1的栅极拉低为低电平，Q1的漏极和源极之间关断。此时冗余电路关闭输出。

因此当两个或者多个冗余电路并联工作时，各冗余电路以“或门”的方式并联输出至电源总线上。可以让1个电源单独工作，也可以让多个电源同时工作。当其中1个电源出现故障时，由于冗余电路的单向导通特性，不会影响电源总线的输出。

本实施例电路主要应用于高压冗余电路设计领域，通过采集MOSFET管漏极和源极两端的电压，并经过电路比较MOSFET两端的电压差决定MOSFET的导通和关断，从而实现任意电压情况下电路的冗余功能(单向导通，防止倒灌，并联备份)并保证较低的损耗。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。

上文中通过一般性说明及具体实施例对本申请作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本申请的技术构思，还可以对这些具体实施例作出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本申请的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本申请的权利要求保护范围。

Claims (5)

1.一种用于高压场合的冗余电路，其特征在于，包括至少两个并联的冗余电路单元；

每个所述冗余电路单元均包括开关功率管(Q1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、单向导通模块和晶体管(Q2)；

所述开关功率管(Q1)的栅极通过依次串联的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)与供电电源(VCC)连接，所述开关功率管(Q1)的源极与电源输入端(VIN)连接，所述开关功率管(Q1)的漏极与电源输出端(VO)连接；

所述第三电阻(R3)的一端与供电电源(VCC)连接，所述第三电阻(R3)的另一端与所述单向导通模块的正极连接，所述单向导通模块的负极与所述电源输出端(VO)连接；

所述晶体管(Q2)的基极与所述第三电阻(R3)的另一端连接，所述晶体管(Q2)的发射极与电源输入端(VIN)连接，所述晶体管(Q2)的集电极与所述第一电阻(R1)和所述第二电阻(R2)的连接端连接。

2.根据权利要求1所述的用于高压场合的冗余电路，其特征在于，所述冗余电路还包括第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3)；

所述第一电容(C1)的一端与所述电源输出端(VO)连接，所述第一电容(C1)的另一端接地；

所述第二电容(C2)的一端与所述电源输入端(VIN)连接，所述第二电容(C2)的另一端接地；

所述第三电容(C3)的一端与所述电源输入端(VIN)连接，所述第三电容(C3)的另一端与供电电源(VCC)连接。

3.根据权利要求1所述的用于高压场合的冗余电路，其特征在于，所述开关功率管(Q1)为NMOS管。

4.根据权利要求1所述的用于高压场合的冗余电路，其特征在于，所述单向导通模块包括至少一个二极管(D1)，所述二极管(D1)为硅二极管或者锗二极管。

5.根据权利要求1所述的用于高压场合的冗余电路，其特征在于，所述晶体管(Q2)为NPN型三极管。

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