一种浪涌抑制电路

摘要

本发明公开了一种浪涌抑制电路，包括输入电源正负输入端、输出电源正负输出端、场效应管、第二晶体管、第三晶体管、电容、第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述正输入端连接正输出端，所述正输入端通过所述的第三电阻后分别与所述的场效应管的栅极及所述的第三晶体管的集电极连接，所述的正输入端经所述的电容连接至所述的场效应管漏极，所述场效应管的漏极还与负输出端连接，所述负输入端通过所述的第一电阻与所述的场效应管源极相连，所述的第三晶体管的基极连接场效应管的源极，所述的第二晶体管的基极通过所述的第二电阻接负输出端，所述第三晶体管的发射极连接所述的第二晶体管的集电极，所述第二晶体管的发射极连接负输入端。本发明可以确实有效地抑制开机时浪涌电压或电流的注入。

权利要求

1.一种浪涌抑制电路，其特征在于包括输入电源正负输入端、输出电源正负输出端、场效应管、第二晶体管、第三晶体管、电容、第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述正输入端连接正输出端，所述正输入端通过所述的第三电阻后分别与所述的场效应管的栅极及所述的第三晶体管的集电极连接，所述的正输入端经所述的电容连接至所述的场效应管漏极，所述场效应管的漏极还与负输出端连接，所述负输入端通过所述的第一电阻与所述的场效应管源极相连，所述的第三晶体管的基极连接场效应管的源极，所述的第二晶体管的基极通过所述的第二电阻接负输出端，所述第三晶体管的发射极连接所述的第二晶体管的集电极，所述第二晶体管的发射极连接负输入端。

2.根据权利要求1所述的浪涌抑制电路，其特征在于所述的第二晶体管和第三晶体管均为NPN型晶体管，对应地，所述场效应管为N沟道的功率型MOS管。

3.根据权利要求1所述的浪涌抑制电路，其特征在于所述第二晶体管和第三晶体管的基极和发射极之间分别并联有电阻。

4.根据权利要求1所述的浪涌抑制电路，其特征在于所述场效应管的栅极和源极之间并联有稳压管。

5.一种浪涌抑制电路，其特征在于包括输入电源正负输入端、输出电源正负输出端、场效应管、第二晶体管、第三晶体管、电容、第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述负输入端连接负输出端，所述正输入端连接第二晶体管的发射极并通过第一电阻分别连接第三晶体管的基极和场效应管的源极，所述第二晶体管的基极通过第二电阻连接正输出端，所述第二晶体管的集电极连接第三晶体管的发射极，所述第三晶体管的集电极连接场效应管的栅极并通过第三电阻连接负输入端，所述场效应管的漏极连接正输出端并通过电容连接负输入端。

6.根据权利要求5所述的浪涌抑制电路，其特征在于所述的第二晶体管和第三晶体管均为PNP型晶体管，对应地，所述场效应管为P沟道的功率型MOS管。

7.根据权利要求5所述的浪涌抑制电路，其特征在于所述第二晶体管和第三晶体管的基极和发射极之间分别并联有电阻。

8.根据权利要求5所述的浪涌抑制电路，其特征在于所述场效应管的栅极和源极之间并联有稳压管。

说明书

一种浪涌抑制电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电源保护电路，特别涉及电容滤波电路中的浪涌抑制电路。

背景技术

[0002] 目前的各种电器中，大量存在整流电路，如市电经整流、电容滤波，再给开关电源的变换电路供电；再如传统电源，市电经变压器降压后，经整流、电容滤波后给其它电路供电，这类电器在电源开关接通瞬间，由于滤波电容的存在，滤波电容两端电压瞬间从0V充电至额定工作电压，会产生很大的浪涌电压以及浪涌电流，浪涌电流不仅缩短了滤波电容的寿命，同时也对整流电路中的二极管、保险丝、电源中布线、走线都有较大的冲击。

[0003] 传统的抑制浪涌电流的方法是在整流电路的回路中，串入合适的负温度系数的热敏电阻(NTC)，热敏电阻在常态下其阻值较大，电源开关接通瞬间，热敏电阻阻值较大，限制了对电容的充电电流，从而抑制了浪涌电流，热敏电阻由于发热，其阻值因发热而减小，以减少电阻自身功耗和降低对电路效率的影响。这种方法简单可行，但若短时断电，由于热敏电阻冷却时间较长，在热敏电阻未冷却时，若电源开关再次接通或电路重新上电，这时产生的浪涌就会很大，热敏电阻的保护作用会下降，甚至完全失去作用。即使不短时断电，热敏电阻由于其阻值已减小，外部电源有浪涌电压产生时，热敏电阻作用极小，后续电路仍受到浪涌电压的冲击。

[0004] 在小功率应用场合，业界经常用固定电阻代替上述的热敏电阻，固定电阻的取值成了问题，取小了，抑制效果差，取大了，发热严重，影响整机的效率，一般很难在两者之间取舍，而且，一旦电路进入稳态，这一固定电阻抑制浪涌作用已完成，在电路中，仅起发热的负面作用。

[0005] 在现有技术中，比较有效的一种解决方法，参见图1，该电路包括电压输入端Vin-、电压输出端Vout-、MOS管Q1、三极管Q2、电容C、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，电压输入端Vin-分别与MOS管Q1的源极及三极管Q2的发射极连接，上述的电压输入端还通过第一电阻R1与MOS管Q1的漏极相连，三极管Q2的集电极连接MOS管Q1的栅极并通过第三电阻R3接地，三极管Q2的基极通过第二电阻R2与MOS管Q1的漏极相连，MOS管Q1的漏极通过电容C接地，MOS管Q1的漏极还与电压输出端Vout-连接。

[0006] 上述电路还有另外一种等同变换，即将和外部电源连接的关系进行更改：把电源输入端改为外部电源地线接入，原地线改为外部电源正输入；输出地线更改为输出正，输出端口更改为输出地线；输出地线和外部电源地线是两个不同的网络。

[0007] 上述方案的工作原理是，当Vin接外部电源时，该电源为负压，若电源开关闭合，由于电容两端电压初始为0V或较低的电压值，外部电源通过地线，经过电容C，分为两路回到Vin-，一路经过电阻R1回到Vin-，另一路经过电阻R2以及三极管Q2的基极、发射极回到Vin-，这时三极管Q2由于基极到发射极有电流流过，三极管Q2工作，由于Q1为MOS管，其栅极偏置电阻R3取值较大，一般在MΩ级左右，三极管Q2的集电极负载R3由于取值大，三极管Q2直接进入饱和工作状态，使得N沟道MOS管Q1的栅级到源极的电压很低，为三极管Q2的饱和压降，一般为0.7V至0.1V之间，这个电压达不到N沟道MOS管Q1的开启电压，MOS管Q1处于关断状态。

[0008] 这时，该电路从外部电源吸收的最大电流，发生在电容C两端电压为0V的瞬间，该电流最大值为：

[0009] ..................公式1

[0010] 从上述公式可以看出，该电路在外部电源闭合时，不对外部电源产生难以控制的充电电流，该电流仅与电阻R1和R2的取值有关，对电容C充电的电流，随着电容C两端电压升高，而逐步下降，电容C两端电压升高，而Vout的数值进一步下降，即输出电压Vout的绝对值增加，当满足：

[0011] Vout-Vin≤0.7V

[0012] 当满足上述公式时，即三极管Q2的基极、发射极之间的电压也会低于0.7V，三极管Q2截止，这时外部电源通过R3把电压加到Q1的栅极上，相对而言，栅极电压高于源极电压，MOS管Q1开启，处于导通状态，由于MOS管的内阻很低，这时，Vin和Vout电压差极低，电阻R1和R2两端电压极低，发热功率很小；而电阻R3由于取值较大，发热量也极低；实现了电路进入稳态时，降低了该电路的功率损耗。

[0013] 该电路进入稳态时，若这时Vin-有浪涌电压波动，若Vin-电压的绝对值趋势变小，这时电容C上电压会通过MOS管Q1内部的寄生二极管被外部电源钳位，没有什么影响；若Vin-电压的绝对值趋势变大，本电路可以实现浪涌保护，不会对电路产生较大的冲击电流，原理是：若Vin-电压的绝对值趋势变大瞬间，如图1中电压输入端Vin-边上的箭头所示，由于电容C两端电压不能突变，三极管Q2发射极和Vin-相连接，三极管Q2发射极也会瞬间向下跌落，这时，三极管Q2的发射极至电阻R2与Vout连接点之间的电压差会升高，电压差过0.7V时，电阻R2中会出现电流，三极管Q2的基极、发射极会有电流流过，三极管Q2饱和导通，MOS管Q1同步截止，外部电源的浪涌电压波动只能通过R1、R2对电容C起作用，这样实现外部电源有浪涌电压产生时，本电路提供动态的、实时保护。

[0014] 这个电路在实际试验中，发现对R1的要求很高，特别是使用在高压的场合，如220VAC的市电经整流后出现峰值近310V的脉动高压，在加电的瞬间，该电压就直接通过电容C加到R1的两端，R1的功率余量要较大才行，综合说来，该电路也存在下述不足：

[0015] 1、开机的浪涌电流为：

[0016]

[0017] 想进一步降低开机时的浪涌电流，R1要取大，

[0018] 2、R1的取值经常出现两难。取小了，开机时冲击电流(浪涌电流)较大。取大了，对C的充电慢，电路启动时间长，由于后续电路的耗电，Q1迟迟不能导通。RC回路的充电电流，就是随时间的推移，C两端电压升高，流过R1的充电电流是越来越小的。

[0019] 3、R1的功率余量要足够，由于体积限制的原因，很多对体积要求严格的场合不好兼容。

发明内容

[0020] 有鉴如此，本发明的目的在于提供一种浪涌抑制电路，要解决的技术问题是，在背景技术图1的基础上，让Q1在开机时工作在恒流源状态，不存在充电引发的浪涌。结束后工作在完全导通状态，同样实现抑制浪涌的目的。

[0021] 为解决上述技术问题，本发明提供一种浪涌抑制电路，包括输入电源正负输入端、输出电源正负输出端、场效应管、第二晶体管、第三晶体管、电容、第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述正输入端连接正输出端，所述正输入端通过所述的第三电阻后分别与所述的场效应管的栅极及所述的第三晶体管的集电极连接，所述的正输入端经所述的电容连接至所述的场效应管漏极，所述场效应管的漏极还与负输出端连接，所述负输入端通过所述的第一电阻与所述的场效应管源极相连，所述的第三晶体管的基极连接场效应管的源极，所述的第二晶体管的基极通过所述的第二电阻接负输出端，所述第三晶体管的发射极连接所述的第二晶体管的集电极，所述第二晶体管的发射极连接负输入端。

[0022] 所述第二晶体管和第三晶体管均为NPN型晶体管，对应地，所述场效应管为N沟道的功率型MOS管。

[0023] 所述第二晶体管和第三晶体管的基极和发射极分别并联有电阻。

[0024] 所述场效应管的栅极和源极之间并联有一稳压管。

[0025] 作为本发明的另一种实施方式：一种浪涌抑制电路，包括输入电源正负输入端、输出电源正负输出端、场效应管、第二晶体管、第三晶体管、电容、第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述负输入端连接负输出端，所述正输入端连接第二晶体管的发射极并通过第一电阻分别连接第三晶体管的基极和场效应管的源极，所述第二晶体管的基极通过第二电阻连接正输出端，所述第二晶体管的集电极连接第三晶体管的发射极，所述第三晶体管的集电极连接场效应管的栅极并通过第三电阻连接负输入端，所述场效应管的漏极连接正输出端并通过电容连接负输入端。

[0026] 所述第二晶体管和第三晶体管均为PNP型晶体管，对应地，所述场效应管为P沟道的功率型MOS管。

[0027] 所述第二晶体管和第三晶体管的基极和发射极分别并联有电阻。

[0028] 所述场效应管的栅极和源极之间并联有一稳压管。

[0029] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0030] 本发明在开机时，MOS管实现恒流充电，有效抑制浪涌电压的注入，在电路进入稳态后，MOS管完全导通，降低了浪涌抑制电路的功率损耗；负载短路时，提供限流保护功能，外部电源有浪涌电压产生时，本电路提供动态的、实时的限流保护。

附图说明

[0031] 图1为浪涌抑制现有技术比较有效的一种解决方法的原理图；

[0032] 图2为本发明浪涌抑制电路的实施例一原理图；

[0033] 图3为本发明浪涌抑制电路的实施例二原理图；

具体实施方式

[0034] 实施例一

[0035] 如图2所示，一种浪涌抑制电路，包括正输入端Vin+，负输入端Vin-，正输出端Vout+，负输出端Vout-，MOS管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、电容C、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3，正输入端Vin+连接正输出端Vout+，正输入端Vin+通过第三电阻R3后分别与MOS管Q1的栅极和第三晶体管Q3的集电极连接，正输入端Vin+通过电容C连接至场效应管Q1的漏极，MOS管Q1的漏极还与负输出端Vout-连接，负输入端Vin-通过第一电阻R1与MOS管Q1源极相连，第三晶体管Q3的基极连接至MOS管Q1的源极与第一电阻R1的连接点上，第二晶体管Q2的基极通过第二电阻R2接负输出端Vout-，第二晶体管Q2的集电极连接第三晶体管Q3的发射极。

[0036] 上述实施例一的工作原理是，当正输入端Vin+接外部电源时，该电源为正压，若电源开关闭合，由于电容两端电压初始为0或较低的电压值，外部电源通过电源线，经过电容C，分为多路回到电压输入端Vin-，(以下简称输入地)，一路经过电容C、第二电阻R2以及第二晶体管Q2的基极、发射极回到输入地，这时第二晶体管Q2由于基极到发射极有电流流过，第二晶体管Q2工作，处于饱和导通状态；MOS管的栅极偏置第三电阻R3取值较大，一般在MΩ级左右，晶体管Q2的集电极负载：第三电阻R3和第三晶体管Q3，因为第三电阻R3取值大，第二晶体管Q2直接进入饱和工作状态，使得第三晶体管Q3的发射极等效接输入地，这时N沟道MOS管Q1、第三晶体管Q3和第一电阻R1组成恒流源电路，恒流源的电流为：

[0037] ......公式2

[0038] 其中UQ3BE为第三晶体管Q3的基极与发射极压降，常见的硅管为0.7V左右，VQ2CE(sat)为第二晶体管Q2的集电极与发射极的饱和压降，常见的硅管为0.15V左右，由公式2可见，流过MOS管Q1的电流与第一电阻R1的取值成反比，另一部分的电流是经过第三电阻R3、第三晶体管Q3集电极、第三晶体管Q3发射极、第二晶体管Q2集电极、第二晶体管Q2发射极的电流，这个电流由于受第三电阻R3影响，在毫安级左右，不会产生浪涌。

[0039] 恒流源电路的工作原理简述：

[0040] 若某种原因使IR1变大，那么第一电阻R1两端的电压升高，这时，流过第三晶体管Q3的基极、发射极的电流增大，第三晶体管Q3的集电极电流增大，第三电阻R3的两端电压升高，那么第三晶体管Q3的集电极对输入地(Vin-)的电压降低，即MOS管Q1栅极与输入地的电压同步降低，MOS管Q1的导通电流会降低，从而使IR1回到公式2的电流值上。

[0041] 若某种原因使IR1变小，那么第一电阻R1两端的电压降低，这时，流过第三晶体管Q3的基极、发射极的电流减小，第三晶体管Q3的集电极电流减小，第三电阻R3的两端电压降低，那么第三晶体管Q3的集电极对输入地(Vin-)的电压升高，即MOS管Q1栅极与输入地的电压同步升高，MOS管Q1的导通电流会增加，从而使IR1上升回到公式2的电流值上。

[0042] 外部电源通过电源线，经过电容C，经过MOS管Q1、第一电阻R1回到电压输入端的输入地。还有一路经过第三电阻R3、第三晶体管Q3、第二晶体管Q2回到电压输入端的地线。

[0043] 从上述公式2可知，本电路在外部电源闭合时，不对外部电源产生难以控制的充电电流，该电流为恒定的IR1，对电容C充电的电流，随着电容C两端电压升高，一直维持在IR1，电容C两端电压升高，而正输出端Vout+与负输出端Vout-之间电压进一步升高，当满足：

[0044] Vin-Vout≤0.7V

[0045] 当满足上述公式时，即第二晶体管Q2的基极、发射极之间的电压也会低于0.7V，第二晶体管Q2截止，这时第三晶体管Q3也会截止，外部电源通过电阻R3把电压加到MOS管Q1的栅极上，MOS管Q1完全处于导通状态，由于MOS管Q1的内阻很低，这时，Vin和Vout电压差极低，第一电阻R1由于取值较小，两端电压较低，发热功率很小；而第三电阻R3由于取值极大，发热量很低；实现了电路进入稳态时，降低了浪涌抑制电路的功率损耗。

[0046] 电路进入稳态时，若这时Vin有浪涌电压波动，若Vin+电压升高，这时电容C上电压不会突变，变化的电压通过第二电阻R2会让第二晶体管Q2再次饱和导通，使得MOS管Q1再次工作在恒流状态，对电容C的充电电流再次被限流，这样实现外部电源有浪涌电压产生时，本电路提供动态的、实时保护。若正输入端Vin+电压降低时，MOS管Q1会处于完全导通，由于外部电源电压降低产生的浪涌危害小，可以不用保护。

[0047] 负载短路保护功能的实现原理：当电路进入稳态工作时，若负载发生短路，即相当于电容C短路，即电容C的两端电压会降低，这时，第二电阻R2通过第二晶体管Q2的基极、发射极再次有电流流过，第二晶体管Q2饱和导通，MOS管Q1处于恒流工作，这时电路的总工作电流如公式1所示，所以只要合理选择第一电阻R1，配合电路中的保险丝，就可以合理控制电路的总工作电流，不至于让故障扩大化或引发火灾等。

[0048] 本实施例一适用于输入端与输出端不共地的电路。

[0049] 实施例二

[0050] 如图3所示，与实施例一不同的是，第二晶体管Q2、第三晶体管Q3为PNP型晶体管，MOS管Q1为P沟道的功率型MOS管，电源极性要反过来，其它连接关系不变，电容若使用电解电容等有极性电容，接入时按实际极性正确接入即可。

[0051] 其工作原理同实施例一所述，这里不再赘述。实施例二适合用于控制正电源输入的电路、输入端与输出端需共地的电路。

[0052] 此外，上述两个实施例还可以进一步改进，如在第二晶体管Q2、第三晶体管Q3的基极与发射极之间并联电阻，可以调节三极管的饱和、截止灵敏度性能，从而调节本发明电路的工作灵敏度。

[0053] 还可在MOS管Q1栅极和源极之间并联上保护用的稳压管，以防止MOS管Q1栅极和源极被高压击穿。

[0054] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，如采用三极管或公知的复合管代替相应的MOS管，具体而言，可用NPN型三极管代替N沟道MOS管、用PNP型三极管代替P沟道MOS管，对应的，三极管的基极B、发射极E、集电极C分别对应MOS管的栅极G、源极S、漏极D。