一种直流高效率开关浪涌抑制器及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种直流高效率开关浪涌抑制器及其使用方法，该抑制器包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、用于驱动所述第一MOS管Q1和所述第二MOS管Q2的驱动电路、电压采集及比较电路和电流采集及比较电路。本发明专利技术抑制器集合配置电压采集及比较电路和电流采集及比较电路，实现了对输出电压及回路电流的实时监测，再结合驱动电路，驱动电路根据电压、电流实时监测结果驱动MOS管动作，确保了输出电压、电流值处在后端用电设备规定输入范围内，保护后端用电设备可靠安全运行；且通过对电路参数的设置，可实现持续时间很长的浪涌保护。实现持续时间很长的浪涌保护。

【技术实现步骤摘要】
一种直流高效率开关浪涌抑制器及其使用方法


[0001]本专利技术涉及一种直流高效率开关浪涌抑制器及其使用方法。

技术介绍

[0002]在复杂直流供电系统网络中，对于某些特定环境和特殊用途的用电设备，受系统中各种负载干扰产生的超出正常供电的过压浪涌或负载电流突变时发生的电源电压浪涌，这些用电设备不仅必须耐受瞬态电压浪涌而不被损坏，还必须在出现电压浪涌时始终可靠工作。为了保护这些用电设备，防止受电源电压浪涌冲击而导致其电子器件损伤或失效，需要对用电设备的供电电路进行浪涌抑制处理。
[0003]浪涌抑制器的功率处理能力受限于保护电路的功率损耗。线性浪涌抑制器为需要高达约4A电流的系统提供了一种非常出色的解决方案，当超出这个电流范围时，该电路有效穿越长时间浪涌的能力会受到MOSFET安全工作区的限制。对于较大的电流，通过采用专用的开关稳压器技术如今可提供一种更有效的解决方案。在线性浪涌抑制器中，功率损耗是起调节作用的MOSFET的功耗。而在高效率浪涌抑制器或开关浪涌抑制器中，内部功率损耗由转换效率决定。由于开关浪涌抑制器功率损耗较低，因此与同级别的线性解决方案相比，开关浪涌抑制器将允许更高的输出电流和功率级别。在开关浪涌抑制器中，内部浪涌功率损耗会比正常功率损耗增加10倍之多。如果停留在PWM模式调节的时间受限，则运行功率会超越稳态操作中所能实现的水平。线性浪涌抑制器提供了具备低插入损耗的出色解决方案，适合输出电流高达4A左右的系统。开关浪涌抑制器将输出电流能力扩展到4A以上，同时解决方案尺寸很小，效率很高。
>[0004]与线性浪涌抑制器相比，开关浪涌抑制器的功率损耗较低，因此其能够在较长的输入电压浪涌时间和较高的输出电流情况下正常运行。
[0005]因此开发一种效率高、功耗低、带载能力强、散热好、可靠性高、精度高、可直接用于用电设备前端的直流高效率开关浪涌抑制器是必不可少的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种直流高效率开关浪涌抑制器，该抑制器可以确保使输出电压、电流值处在后端用电设备规定输入范围内，保护后端用电设备可靠安全运行。
[0007]为实现本专利技术的目的，在此提供的直流高效率开关浪涌抑制器包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、用于驱动所述第一MOS管Q1和所述第二MOS管Q2的驱动电路、电压采集及比较电路和电流采集及比较电路；所述第一MOS管Q1的漏极用于供电电源加载，源极接所述第二MOS管Q2的漏极，栅极接所述驱动电路的一路输出，所述第二MOS管Q2的源极接地，栅极接所述驱动电路的另一路输出；所述第一MOS管Q1导通时将供电电源从源极加载于用电设备，所述电压采集及比较电路的采集端接所述第一MOS管Q1的源极采集输出电压，并将采集到的电压与预设电压门限值进行比较，比较结果输入所述驱动电路；所述电流采集及比较电路的电流采样器件与所述第一MOS管Q1的源极串联采集输出回路上的电流并将采集到的电流
与预设电流门限值进行比较，比较结果输入所述驱动电路；所述驱动电路根据所述电压采集及比较电路的输出、所述电流采集及比较电路的输出控制所述第二MOS管Q2导通、截止。
[0008]该抑制器集合配置电压采集及比较电路和电流采集及比较电路，实现了对输出电压及回路电流的实时监测，再结合驱动电路，驱动电路根据电压、电流实时监测结果驱动MOS管动作，确保了输出电压、电流值处在后端用电设备规定输入范围内，保护后端用电设备可靠安全运行；且通过对电路参数的设置，可实现持续时间很长的浪涌保护。
[0009]进一步的，在所述第一MOS管Q1的漏极和源极之间串联有电荷泵和电容C2，电荷泵和电容C2构成了自举升压电路，可以加速第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的导通、截止，提高了响应效率，且保证了第一MOS管和第二MOS管的可靠性。
[0010]进一步的，所述电容C2和所述电荷泵相连接的一端还通过二极管D2接所述驱动电路的输出，所述二极管D2的阳极接驱动电路的输出，阴极接所述电容C2；二极管D2的配置避免了电荷泵向电容C2充电过程电流流入驱动电路从而对驱动电路造成影响的情况。
[0011]进一步的，所述电压采集及比较电路包括电阻R5、电阻R6和比较器U2，所述电阻R5和电阻R6串联于所述第一MOS管Q1的源极和地之间，两者相连接的一端与所述比较器U2的同相输入端连接，所述比较器的反相输入端输入预设电压门限值V
REF
，所述比较器的比较结果输入所述驱动电路。
[0012]进一步的，所述电流采集及比较电路包括电流采样器件R3和比较器U1，所述电流采集器件R3串联于所述第一MOS管Q1的源极，所述比较器U1的同相输入端和反相输入端分别接所述电流采集器件R3的两端，所述比较器U1的比较结果输入所述驱动电路。
[0013]进一步的，所述比较器U1的同相输入端通过电阻R4与所述电流采样器件R3的一端连接，在所述比较器U1同相输入端和反相输入端之间并联有电容C3、二极管D3和二极管D4；所述电容C3、所述二极管D3和所述二极管D4构成滤波隔离电路；保证了电路的稳定性及采样结果的准确性。
[0014]进一步的，还包括输入尖峰吸收及滤波电路，包括瞬态抑制二极管D1和电容C1。
[0015]进一步的，还包括输出尖峰吸收及滤波电路，包括瞬态抑制二极管D5和电容C5。
[0016]进一步的，所述第一MOS管Q1的源极还串联有电感L1。
[0017]进一步的，该抑制器采用金属封装方式将各功能电路及器件进行封装。金属封装具有以下应用优势：
[0018]1)机械支撑，机械结构支承电路，具有较高的静、动刚度和良好的抗振性，保护内部电路免遭机械损伤；
[0019]2)散热，金属封装导热性好，可避免内部功率器件因热积累导致产品失效；
[0020]3)屏蔽，全封闭金属壳体一定程度上避免了电磁干扰；
[0021]4)密封保护，罩壳与底板构成的气密腔体，使内部电路与外界环境有效隔离，确保内部电路免受外界恶劣环境影响。
[0022]本专利技术在此的另一方面在于一种使用方法，采用如本专利技术所述的直流高效率开关浪涌抑制器，使用时，先将如本专利技术所述的直流高效率开关浪涌抑制器串联于供电电源和用电设备之间，供电电源输出加载于直流高效开关浪涌抑制器；在供电电源存在时，直流高效开关浪涌抑制器中的第一MOS管Q1持续处于导通状态，电压采集及比较电路实时采集直流高效开关浪涌抑制器当前输出电压并与预设电压门限值进行比较，判定当前输出电压是
否为过压状态，如输出电压正常，驱动电路驱动第一MOS管Q1持续导通，第二MOS管Q2截止，输出为直通模式；如输出电压为过压状态，则驱动电路驱动第二MOS管Q2按照设定的周期频率导通、截止，将输出电压限制在预设电压门限值；电流采集及比较电路实时采集当前回路电流并与预设电流门限值进行比较，判定当前回路电流是否为过流状态，如回路电流正常，则驱动电路驱动第一MOS管Q1持续导通，第二MOS管Q2截止，输出为直通模式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流高效率开关浪涌抑制器，其特征在于：该抑制器包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、用于驱动所述第一MOS管Q1和所述第二MOS管Q2的驱动电路、电压采集及比较电路和电流采集及比较电路；所述第一MOS管Q1的漏极用于供电电源加载，源极接所述第二MOS管Q2的漏极，栅极接所述驱动电路的一路输出，所述第二MOS管Q2的源极接地，栅极接所述驱动电路的另一路输出；所述第一MOS管Q1导通时将供电电源从源极加载于用电设备，所述电压采集及比较电路的采集端接所述第一MOS管Q1的源极采集输出电压，并将采集到的电压与预设电压门限值进行比较，比较结果输入所述驱动电路；所述电流采集及比较电路的电流采样器件与所述第一MOS管Q1的源极串联采集输出回路上的电流并将采集到的电流与预设电流门限值进行比较，比较结果输入所述驱动电路；所述驱动电路根据所述电压采集及比较电路的输出、所述电流采集及比较电路的输出控制所述第二MOS管Q2导通、截止。2.根据权利要求1所述的直流高效率开关浪涌抑制器，其特征在于：在所述第一MOS管Q1的漏极和源极之间串联有电荷泵和电容C2。3.根据权利要求2所述的直流高效率开关浪涌抑制器，其特征在于：所述电容C2和所述电荷泵相连接的一端还通过二极管D2接所述驱动电路的输出，所述二极管D2的阳极接驱动电路的输出，阴极接所述电容C2。4.根据权利要求1或2或3所述的直流高效率开关浪涌抑制器，其特征在于：所述电压采集及比较电路包括电阻R5、电阻R6和比较器U2，所述电阻R5和电阻R6串联于所述第一MOS管Q1的源极和地之间，两者相连接的一端与所述比较器U2的同相输入端连接，所述比较器的反相输入端输入预设电压门限值V
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，所述比较器的比较结果输入所述驱动电路。5.根据权利要求1或2或3所述的直流高效率开关浪涌抑制器，其特征在于：所述电流采集及比较电路包括电流采样器件R3和比较器U1，所述电流采集器件R3串联于所述第一MOS管Q1的源极，所述比较器U1的同相输入端和反相输入端分别接所述电流采集器件R3的两端，所述比较器U1的比较结果输入所述驱动电路。6.根据权利要求5所述的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘西安，韩高鹏，张红静，田浩，姚恩源，毕庆生，刘转，杨圣敏，王益凡，
申请(专利权)人：贵州振华群英电器有限公司国营第八九一厂，
类型：发明
国别省市：