一种电源系统安全电位保护电路技术方案

本发明专利技术公开了一种电源系统安全电位保护电路，通过增加缓冲网络和电位保护单元提升了高压电源系统的抗冲击能力和输入电压的适应性，可根据需要耐受的电流冲击情况计算保护电路中各元件的参数值，可适用于不同高压(0‑5kV)电源系统的电位保护；此外，通过在高压输出地与机壳地之间增加双向的电位保护单元，能够实现对高压电源系统的高功率双向电位保护，能够满足实际应用中对高压电源系统的高可靠、抗冲击能力强的需求。

A safe potential protection circuit for power system

【技术实现步骤摘要】
一种电源系统安全电位保护电路
本专利技术属于特种开关电源
，具体涉及一种电源系统安全电位保护电路。
技术介绍
在卫星上，配电系统将母线提供的电能按航天器各个负载的用电要求，进行变换和分配至各个用电设备。变换器是配电系统中最重要的部件，它的主要作用是卫星、飞船等各类航天器在地面测试和在轨运行的各阶段、将航天器的一次母线电压变换成星上各分系统及设备所需电压，供星上电子设备使用。由于航天器的负载的不同，其所需的供电电压也存在着很大的差别。同样，由于负载的多样性，变换器的输出回线(地线)也存在多样性。卫星上地线有很多，其中与变换器相关的地线主要分为3大类，其中包括：卫星机壳地，卫星的总地线与卫星的外壳相连；配电系统中变换器的输入地；配电系统中转换器的输出回线(输出地)，即负载的供电回路。由于连接不同的负载，转换器的输出地与卫星的机壳地之间存在着很多不同的情况。其中，当转换器输出为高压或者因为其他特殊原因导致输出回线需要与机壳地进行隔离时，就可能存在因为静电聚集而导致输出地与机壳地之间存在较大的电势差。除了这种情况外，高压变换器输出发生短路时，虽然电源会进行保护断电，但也会导致输出地与机壳地之间存在较大的电势差。这种情况下，输出地与机壳地之间需要加上一个电路将输出地与机壳地之间的电压进行钳位。传统设计中采用阻容或二极管进行该类电位保护电路的设计，其保护性能往往达不到预期效果，造成产品或系统的损伤，主要不足包含几个方面，首先单纯RC电路对电位箝位能力不足，仅适用于电源系统稳定性较好的情况，针对系统电位波动剧烈的场合，不能够起到保护功能，但二极管箝位电路同样存在抗冲击能力弱的问题，面对大电流的放电冲击，极易引起器件热击穿失效。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种电源系统安全电位保护电路，能够为高压电源系统的输出地与机壳地之间提供安全电位保护。本专利技术提供的一种电源系统安全电位保护电路，包括缓冲网络及电位保护单元，所述缓冲网络由RC电路串联而成，所述缓冲网络串联于高压输出地与机壳地之间，用于对瞬态情况下高压输出地与机壳地之间的电压骤变进行缓冲；所述电位保护单元的两个端点串联于高压输出地与机壳地之间，用于将高压输出地与机壳地之间的电压限定在设定电压范围内；所述电位保护单元包括电阻R3、电阻R4、稳压管V5、稳压管V8、场效应晶体管Q2、二极管V6及二极管V7，其中，电阻R4的一端与电位保护单元的第一端点连接，电阻R4的另一端串联电阻R3后与场效应晶体管Q2的栅极相连；稳压管V5的阳极与所述第一端点连接，稳压管V5的阴极与场效应晶体管Q2的栅极相连；场效应晶体管Q2的源极与所述第一端点连接，场效应晶体管Q2的漏极与二极管V6的阴极相连，二极管V6的阳极连接电位保护单元的第二端点；所述电阻R4的另一端连接稳压管V8的阳极，稳压管V8的阴极与二极管V7的阴极相连，二极管V7的阳极连接所述第二端点。进一步地，所述电位保护单元为并联的两个所述电位保护单元，分别为第一电位保护单元和第二电位保护单元；所述第一电位保护单元的第一端点与高压输出地连接、第二端点与机壳地连接；所述第二电位保护单元的第一端点与机壳地连接、第二端点与高压输出地连接。有益效果：本专利技术通过增加缓冲网络和电位保护单元提升了高压电源系统的抗冲击能力和输入电压的适应性，可根据需要耐受的电流冲击情况计算保护电路中各元件的参数值，可适用于不同高压(0-5kV)电源系统的电位保护；此外，通过在高压输出地与机壳地之间增加双向的电位保护单元，能够实现对高压电源系统的高功率双向电位保护，能够满足实际应用中对高压电源系统的高可靠、抗冲击能力强的需求。附图说明图1为本专利技术提供的一种电源系统安全电位保护电路的结构示意图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供的一种电源系统安全电位保护电路，如图1所示，包括缓冲网络及电位保护单元，缓冲网络由RC电路串联而成，缓冲网络串联于高压输出地与机壳地之间，用于对瞬态情况下高压输出地与机壳地之间的电压骤变进行缓冲；电位保护单元的两个端点串联于高压输出地与机壳地之间，用于将高压输出地与机壳地之间的电压限定在设定电压范围内，根据需要耐受的电流冲击情况计算保护电路中各元件的参数值，本专利技术可承受10万次100A电流的冲击，同时，可适用于不同高压(0-5kV)系统的电位保护。其中，缓冲网络对瞬态情况下的高压输出地与机壳地之间的电压骤变进行缓冲，防止高压的突变导致的电源系统的损坏，缓冲网络中的电阻为均压作用，防止两电容之间分压不均导致的电容损坏。电位保护单元包括电子开关、箝位电压击穿电路及电流方向限制电路，具体来说：电子开关由场效应晶体管Q1、电阻R1、电阻R2及稳压管V1(或场效应晶体管Q2、电阻R3、电阻R4及稳压管V5)组成，其中，加装在输入正线上的场效应晶体管相当于一个电子开关，通过控制N沟场效应晶体管的栅极电压，让场效应晶体管缓慢导通，达到接通高压输出地与机壳地的目的；箝位电压击穿电路为稳压管V4(或稳压管V8)，采用稳压管限定高压输出地与机壳地之间的最大电压差，当高压输出地与机壳地之间的压差超过稳压管的电压时，MOSFET会开始逐渐导通，将两地之间的压差拉低；电流方向限制电路由二极管V2、二极管V3(或二极管V6、二极管V7)组成，限制电流的泄放方向。考虑到由于压差的极性可能存在两种情况，所以采用两个对称的电位保护单元分别对两个极性方向的压差进行泄放，能够为高压电源系统提供高功率双向电位保护，对称的电位保护单元分别为第一电位保护单元和第二电位保护单元，第一电位保护单元的第一端点与高压输出地连接、第二端点与机壳地连接，第二电位保护单元的第一端点与机壳地连接、第二端点与高压输出地连接，具体来说：第一电位保护单元包括电阻R3、电阻R4、稳压管V5、稳压管V8、场效应晶体管Q2、二极管V6及二极管V7，其中，电阻R4的一端与第一端点连接，电阻R4的另一端串联电阻R3后与场效应晶体管Q2的栅极相连；稳压管V5的阳极与第一端点连接，稳压管V5的阴极与场效应晶体管Q2的栅极相连；场效应晶体管Q2的源极与第一端点连接，场效应晶体管Q2的漏极与二极管V6的阴极相连，二极管V6的阳极连接第二端点；电阻R4的另一端连接稳压管V8的阳极，稳压管V8的阴极与二极管V7的阴极相连，二极管V7的阳极连接第二端点；第二电位保护单元包括电阻R1、电阻R2、稳压管V1、稳压管V4、场效应晶体管Q1、二极管V2及二极管V3，其中，电阻R2的一端与第一端点连接，电阻R2的另一端串联电阻R1后与场效应晶体管Q1的栅极相连；稳压管V1的阳极与第一端点连接，稳压管V1的阴极与场效应晶体管Q1的栅极相连；场效应晶体管Q1的源极与第一端点连接，场效应晶体管Q1的漏极与二极管V2的阴极相连，二极管V3的阳极连接第二端点；电阻R2的另一端连接稳压管V4的阳极，稳压管V4的阴极与二极管V3的阴极相连，二极管V3的阳极连接第二端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电源系统安全电位保护电路，其特征在于，包括缓冲网络及电位保护单元，所述缓冲网络由RC电路串联而成，所述缓冲网络串联于高压输出地与机壳地之间，用于对瞬态情况下高压输出地与机壳地之间的电压骤变进行缓冲；所述电位保护单元的两个端点串联于高压输出地与机壳地之间，用于将高压输出地与机壳地之间的电压限定在设定电压范围内；/n所述电位保护单元包括电阻R3、电阻R4、稳压管V5、稳压管V8、场效应晶体管Q2、二极管V6及二极管V7，其中，电阻R4的一端与电位保护单元的第一端点连接，电阻R4的另一端串联电阻R3后与场效应晶体管Q2的栅极相连；稳压管V5的阳极与所述第一端点连接，稳压管V5的阴极与场效应晶体管Q2的栅极相连；场效应晶体管Q2的源极与所述第一端点连接，场效应晶体管Q2的漏极与二极管V6的阴极相连，二极管V6的阳极连接电位保护单元的第二端点；所述电阻R4的另一端连接稳压管V8的阳极，稳压管V8的阴极与二极管V7的阴极相连，二极管V7的阳极连接所述第二端点。/n

【技术特征摘要】
1.一种电源系统安全电位保护电路，其特征在于，包括缓冲网络及电位保护单元，所述缓冲网络由RC电路串联而成，所述缓冲网络串联于高压输出地与机壳地之间，用于对瞬态情况下高压输出地与机壳地之间的电压骤变进行缓冲；所述电位保护单元的两个端点串联于高压输出地与机壳地之间，用于将高压输出地与机壳地之间的电压限定在设定电压范围内；
所述电位保护单元包括电阻R3、电阻R4、稳压管V5、稳压管V8、场效应晶体管Q2、二极管V6及二极管V7，其中，电阻R4的一端与电位保护单元的第一端点连接，电阻R4的另一端串联电阻R3后与场效应晶体管Q2的栅极相连；稳压管V5的阳极与所述第一端点连接，稳压管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保平，陈昶文，徐恒通，冯玮玮，王长胜，赵登峰，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62