CN2741087Y - 负电源过压欠压缓启保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种负电源过压欠压缓启保护电路，为解决现有同类电路反应过于灵敏，在短时电源跌落时会造成通讯中断的问题，本实用新型用一个过压欠压延时控制电路来代替了传统的专用芯片，其中包括过压比较器、欠压比较器、延时驱动单元以及辅助电源；延时驱动单元中的合路比较器的负输入端与过压比较器的输出端(OUT1)和欠压比较器(OUT2)的输出端连接，输出端(OUT4)则与延时比较器的负输入端连接；延时比较器的负输入端经电阻R12接基准电压、并经电容C6接输入负电压(VEE)；因需对电容C6充电，所以该电路的关断过程中也会有一个延时，而不是立即关断。本实用新型还通过对辅助电源和缓启电路的改进提高了整个电路的工作电压范围，并提高了其耐受电压冲击的能力。

Description

负电源过压欠压缓启保护电路

技术领域

本实用新型涉及通信领域中的供电技术，具体指一种负电源过压欠压缓启保护电路。

背景技术

通讯电源一般采用负电压供电，常见的有-48V和-60V电源，并采用二次电源模块将交流电转换成低压稳压电源给通讯单板提供电源。由于二次电源模块需要使用较大的铝电解电容进行滤波，在上电的过程中会给电容充电而产生瞬间电流冲击，为了避免上电瞬间的电流冲击和-48V电源的输出振荡，通常会采用上电缓启电路让输出电压缓慢上升，以减小电流冲击。

同时，在通讯电源的配电中，为了保证系统的可靠运行，一般都会采用AC/DC电源和电池相结合的形式给系统供电，平时由AC/DC电源给系统供电，并给电池提供浮充电流，当AC(交流电)出现断电或AC/DC电源出现故障时，则由电池来维持通讯系统的正常工作。在电池放电的过程中，由于铅酸蓄电池的容量降到总容量的0.2C以下后就会造成电池的损坏，所以应在电池容量降低到0.2C之前把负载断开以避免电池的损坏，因此，需要在电路中增加欠压保护功能。另一方面，由于过压对器件的应力影响较大，较高的电压会影响器件的寿命甚至会损坏器件，因此，在电源电路中还需要增加过压保护功能。

如图1所示为现有技术中的一个具有过压、欠压和缓启保护功能的电路，其中采用了专用芯片LT1640，负电源的电压为-48V。

在图1中，芯片LT1640具有上电缓启功能，其电压工作范围为-10V到-80V。从图中可以看出，芯片LT1640的第3管脚(UV)和第2管脚(OV)分别是欠压检测输入和过压检测输入，工作时，通过电阻R4、R5、R6的分压和芯片LT1640内部的基准电压进行比较，以监控-48V输入电压。在上电初期，芯片LT1640通过其第6管脚的输出电平来控制MOS管Q1的导通状况，让Q1的栅级与漏极之间的电压缓慢上升，从而使输出电容C4的电压缓慢上升，最终将冲击电流限制在一定范围内，以实现上电缓启的功能。

根据LT1640的资料，其欠压预置电压为：

$V_{\mathrm{UV}}=1.223\left(\frac{R4+R5+R6}{R5+R6}\right)$

当输入电压低于V_UV时，芯片LT1640的第6管脚会输出低电平关断MOS管Q1，以来达到低压保护目的。

同理，根据LT1640的资料，过压预置电压为：

$V_{\mathrm{OV}}=1.223\left(\frac{R4+R5+R6}{R6}\right)$

当输入电压高于过压预置电压V_OV时，芯片LT1640的第6管脚也会输出低电平关断MOS管Q1，以达到过压保护的目的。

上述缓启电路具有以下缺点：

1)由于采用专用芯片，所以成本相对较高。

2)如图2所示，根据芯片LT1640的资料，其欠压关断时间TPHLUV的典型值为1.5×10^-6S；当输入电压有较短时间的DIP(电压跌落)时，就会引起MOS管的关断，其反应非常灵敏，输入电压的毫秒级DIP就会引起反应而关断Q1，从而使输出电压断电；当输入电压恢复正常后又可重新驱动Q1导通，使输出电压恢复正常；其中，输出电压断电会引起由其供电的通讯设备停止工作，因而有引起通讯中断的隐患。

3)根据芯片LT1640的资料，其最高工作电压的输入范围为-80V，但在通讯设备的测试标准中，需要达到防雷或抗浪涌冲击要求，在防雷测试和浪涌测试中，通过系统的防护电路后的残留电压仍有-100V～-200V，此电压超过了芯片LT1640的工作电压范围，很可能会损坏这种专用芯片。如图3所示，芯片LT1640的过压关断时间TPHLOV的典型值为：1.7×10^-6S，如果输入电压超过了过压保护值V_OV，则芯片LT1640会将Q1关断，使输出电压断电，从而可造成通讯设备停止工作、通讯中断。如果通过在该电路之前增加防护滤波级数来降低残压，则电路成本会明显增加。

发明内容

本实用新型提供一种负电源过压欠压缓启保护电路，以解决现有负电源过压欠压缓启保护电路反应过于灵敏，在短时电源跌落或电压冲击下会立即关断输出电压，从而会使通讯系统停止工作、通讯被中断的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种负电源过压欠压缓启保护电路，包括过压欠压控制电路和受其控制的缓启电路，所述缓启电路中采用一个开关管Q1来控制输出电压，其中，所述过压欠压控制电路为一个过压欠压延时控制电路，其中包括过压比较器、欠压比较器、延时驱动单元、以及用于提供基准电压(Vref)的辅助电源；所述延时驱动单元中包括一个合路比较器和一个延时比较器；所述合路比较器的正输入端接所述基准电压，负输入端与所述过压比较器的输出端(OUT1)和欠压比较器(OUT2)的输出端连接、并通过电阻R11接正电源(VCC)，输出端(OUT4)则与所述延时比较器的负输入端连接；所述延时比较器的负输入端还经电阻R12接所述基准电压、并经电容C6接所述输入负电压(VEE)，正输入端则经电阻R13接所述基准电压、并经电阻R14接所述输入负电压，输出端则连接到所述开关管Q1的控制端。

为进一步解决现有负电源过压欠压缓启保护电路的工作电压范围较窄，雷击、浪涌等电压冲击会造成电路损坏的问题，本实用新型中，所述辅助电源由电阻R8、R9、R10，电容C7、C8、CE，三极管Q2，以及稳压二极管Z1、Z2组成；所述三极管Q2的集电极经电阻R9接电源地(GND)，基极经电容C7接输入负电压(VEE)、并经稳压二级管Z1接输入负电压(VEE)、还经电阻R8接电源地(GND)，发射极接正电源(VCC)、并分别经电容C8和电容CE接输入负电压(VEE)、还经串联的电阻R10和稳压二级管Z2接输入负电压(VEE)，稳压二级管Z2的正极端与输入负电压(VEE)连接，负极端则作为所述基准电压(Vref)输出端。

本实用新型中，所述缓启电路由所述开关管Q1，电阻R4、R5、R6、R7，电容C1、C2，以及稳压二极管Z3组成；所述开关管为一个MOS管，其漏极接输入负电压(VEE)，源极为输出电压的输出端，栅极经电阻R6接所述延时驱动单元的输出端(OUT3)；其中，电阻R7和C2组成的串联支路、电阻R4、电容C1、以及稳压二极管Z3分别连接在所述输入负电压(VEE)与延时驱动单元的输出端(OUT3)之间，稳压二极管Z3的正极端接输入负电压(VEE)；电阻R5则连接在电源地(GND)与延时驱动单元的输出端(OUT3)之间。

本实用新型的负电源过压欠压缓启保护电路不但具备上电缓启、过压保护、以及欠压保护功能，而且在电源短时跌落时还有延时关断功能，其优点包括以下方面：

1)由于使用的是一些通用器件而不是专用芯片，其成本相对较低。

2)其缓启电路的工作电压可以达到-200V，根除了LT1640电路中的电压工作范围较窄的问题，提高了可靠性。

3)耐受电压冲击的能力大大增强，完全能满足雷击、浪涌等电压冲击下的残压电压要求，根除了残压对器件和电路损坏的隐患。

4)在供电电源出现短时间跌落时，不会关断输出电压；在供电电源出现短时间过压时，也不会关断输出电压，提高了系统在瞬间干扰和瞬间低压的情况下的抗干扰能力，从而提高了系统的工作

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中的一个负电源过压欠压缓启保护电路；

图2是图1中所示芯片LT1640的欠压关断时序图；

图3是图1中所示芯片LT1640的过压关断时序图；

图4是本实用新型负电源过压欠压缓启保护电路的原理图；

图5是图4中所示辅助电源的电路图；

图6是图是图4中所示延时驱动电路的电路图。

具体实施方式

如图4所示，其右侧的MOS管Q1，电容C1、C2，电阻R4、R5、R6、R7，以及稳压二极管Z3组成了-48V缓启电路。在输入-48V电压前，延时驱动单元的输出为高阻悬空状态，电容C1的电压为0V；当有-48V输入电压时，地端GND通过电阻R5和R4分压后给电容C1充电，C1的电压逐渐上升，从而使MOS管Q1的VGS电压也逐渐上升，当该电压上升到一定值时，Q1导通，并通过电阻R7和电容C2的负反馈使Q1的VGS电压保持恒定，此时MOS管Q1等效为一个电阻RM，-48V输入电压通过RM给电容CL反相充电；当电容CL的电压上升到接近输入电压时，VGS电压继续上升，MOS管Q1工作于饱和区，此时VOUT的电压等于-48V，从而完成了缓启功能。其中Z3的作用是限制Q1的VGS电压，即使输入电压有200V，也不会出现VGS电压超过MOS规格所要求的最高电压。

图4的左侧为过压欠压延时控制电路，其中包括过压比较器、欠压比较器、辅助电源、以及延时驱动单元。

辅助电源的电路如图5所示，其中的正电压VCC可通过对线性稳压电源分压而获得，负电压VEE则与输入电压-48V连接；正电压VCC通过电阻R10和稳压二级管Z2提供一个基准稳压电源Vref，其中三极管Q2的耐压应在200V以上，各电阻的短时耐压也应在200V以上；当发生雷击或浪涌时，100V～-200V的残压不会对电路造成影响，从而消除了芯片LT1640的瞬间过压隐患。辅助电源中的滤波电容CE较大，当输入电压有短时DIP时，还可以由滤波电容给欠压保护控制电路提供电压。

图4中的电阻R1、R2、R3组成分压电阻，分别向过压比较器和欠压比较器输入检测到的电压值，然后通过过压比较器、欠压比较器与基准电压Vref进行比较，根据分压原理，欠压保护预置电压为：

$\mathrm{Vul}=\frac{\mathrm{Vref}\×(R1+R2+R3)}{R1+R2}$

过压保护预置电压为：

$\mathrm{Vov}=\frac{\mathrm{Vref}\×(R1+R2+R3)}{R1}$

延时驱动单元的电路如图6所示，当输入电压正常时，过压比较器和欠压比较器的OUT1和OUT2无输出，VA处的电压被电阻R11拉高到的电平，经过合路比较器比较后，输出的OUT4为低电平，此时延时比较器的输出OUT3为悬空状态，Q1保持导通状态。

当输入电压超出了过压预置电压Vov时，过压比较器的输出OUT1为低电平，此时VA处的电压为低电平，合路比较器OUT4的输出为悬空状态，Vref通过电阻R12给电容C6充电，经过一定充电延时后，电容C6的电压将高于从电阻R13、R14得出的分压，通过延时比较器比较后，其输出OUT3将变为低电平，从而会把MOS管Q1的VGS电压拉低，最终将Q1关断。可见，因需对电容C6充电，其过压关断过程中会有一个延时，而不是象现有技术中那样，一旦输入电压超过过压预置电压就立刻关断。

同理，当输入电压低于欠压预置电压Vul时，欠压比较器的输出OUT2为低电平，此时VA处的电压为低电平，合路比较器OUT4的输出为悬空状态，Vref通过电阻R12给电容C6充电，经过一定充电延时后，电容C6的电压将高于从电阻R13、R14得出的分压，通过延时比较器比较后，其输出OUT3将变为低电平，从而会把MOS管Q1的VGS电压拉低，最终将Q1关断。可见，因需对电容C6充电，其欠压关断过程中也会有一个延时，而不是象现有技术中那样，一旦输入电压低于欠压预置电压就立刻关断。

从上述分析可以看出，当输入电压出现短时的过压或欠压时，不会立即将Q1关断，而是有一个对电容C6进行充电而产生的延时，如果输入电压在该延时内(即电容C6的电压增加到大于从电阻R13、R14得出的分压之前)又恢复正常，则合路比较器的输出OUT4将恢复为低电平，从而使延时比较器的输出OUT3保持悬空状态而不会变成低电平，也就是说，短时的过压或欠压并不会导致Q1被关断。

如果因过压或欠压时间较长而已将Q1关断，当输入电压恢复正常时，合路比较器的输出OUT4将恢复为低电平，从而使延时比较器的输出OUT3由低电平迅速恢复为悬空状态，此过程中不会有延时，之后会由前述缓启电路逐渐输出符合要求的输出电压。

Claims (5)

1、一种负电源过压欠压缓启保护电路，包括过压欠压控制电路和受其控制的缓启电路，所述缓启电路中采用一个开关管Q1来控制输出电压，其特征在于，

所述过压欠压控制电路为一个过压欠压延时控制电路，其中包括过压比较器、欠压比较器、延时驱动单元、以及用于提供基准电压(Vref)的辅助电源；

所述延时驱动单元中包括一个合路比较器和一个延时比较器；

所述合路比较器的正输入端接所述基准电压，负输入端与所述过压比较器的输出端(OUT1)和欠压比较器(OUT2)的输出端连接、并通过电阻R11接正电源(VCC)，输出端(OUT4)则与所述延时比较器的负输入端连接；

所述延时比较器的负输入端还经电阻R12接所述基准电压、并经电容C6接所述输入负电压(VEE)，正输入端则经电阻R13接所述基准电压、并经电阻R14接所述输入负电压，输出端则连接到所述开关管Q1的控制端。

2、根据权利要求1所述的负电源过压欠压缓启保护电路，其特征在于，所述辅助电源由电阻R8、R9、R10，电容C7、C8、CE，三极管Q2，以及稳压二极管Z1、Z2组成；

所述三极管Q2的集电极经电阻R9接电源地(GND)，基极经电容C7接输入负电压(VEE)、并经稳压二级管Z1接输入负电压(VEE)、还经电阻R8接电源地(GND)，发射极接正电源(VCC)、并分别经电容C8和电容CE接输入负电压(VEE)、还经串联的电阻R10和稳压二级管Z2接输入负电压(VEE)，稳压二级管Z2的正极端与输入负电压(VEE)连接，负极端则作为所述基准电压(Vref)输出端。

3、根据权利要求2所述的负电源过压欠压缓启保护电路，其特征在于，在所述输入负电压(VEE)与所述电源地(GND)之间依次串接有三个分压电阻R1、R2、R3；

所述过压比较器的正输入端接基准电压(Vref)，负输入端连接在所述电阻R1与R2之间；

所述欠压比较器的负输入端接基准电压(Vref)，正输入端则连接到所述电阻R2与R3之间。

4、根据权利要求2所述的负电源过压欠压缓启保护电路，其特征在于，所述三极管Q2的耐压能力在200V以上，所述电阻R8、R9、R10的短时耐压能力也在200V以上。

5、根据权利要求1-4中任一项所述的负电源过压欠压缓启保护电路，其特征在于，所述缓启电路由所述开关管Q1，电阻R4、R5、R6、R7，电容C1、C2，以及稳压二极管Z3组成；

所述开关管为一个MOS管，其漏极接输入负电压(VEE)，源极为输出电压的输出端，栅极经电阻R6接所述延时驱动单元的输出端(OUT3)；

其中，电阻R7和C2组成的串联支路、电阻R4、电容C1、以及稳压二极管Z3分别连接在所述输入负电压(VEE)与延时驱动单元的输出端(OUT3)之间，稳压二极管Z3的正极端接输入负电压(VEE)；

电阻R5则连接在电源地(GND)与延时驱动单元的输出端(OUT3)之间。

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