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CN110850953B - 一种耐过压浪涌电路 - Google Patents

一种耐过压浪涌电路 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种耐过压浪涌电路，包括开关控制电路、供电检测电路及掉电保持电路；所述供电检测电路检测外部供电源的状态，发生过压浪涌时供电检测电路控制开关控制电路关断，并控制掉电保持电路供电。本发明在实现供电兼容性的欠压及掉电保持需求同时，可实现耐过压浪涌的需求，极大地降低了主供电回路中功率管的功耗和热设计要求，电路设计简单可靠。

Description

一种耐过压浪涌电路
技术领域
本发明属于机载计算机直流电源领域，涉及一种耐过压浪涌电路。
背景技术
在当前的机载计算机产品中，产品集成化程度高，整机功率大，为满足供电兼容性的设计要求，已有的利用功率场效应管的沟道夹断特性对输入过压浪涌进行箝位输出的电路，其功率场效应管承受的功耗越来越高，器件选型的要求也就愈高，电路的可靠性也随之下降。
为了缓解由此带来的限制，提出一种新的过压浪涌保护方式，能够不增加电路的复杂度，低功耗高可靠地实现过压浪涌保护功能。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种低功耗高可靠实现耐过压浪涌的电路，可同时实现耐欠压浪涌和掉电保持功能。
本发明的技术方案：
一种耐过压浪涌电路，包括开关控制电路、供电检测电路及掉电保持电路；
所述供电检测电路检测外部供电源的状态，发生过压浪涌时供电检测电路控制开关控制电路关断，并控制掉电保持电路供电。
优选的，所述的一种耐过压浪涌电路，所述开关控制电路包括：第一功率管V2的栅极由上拉电阻R7接至供电源，并通过下拉电阻R11串联第一开关管V3下拉到地，V3的栅极由过压检测信号控制。
优选的，所述的一种耐过压浪涌电路，供电检测电路对比检测到的电压与过压检测阈值，产生过压检测信号OV_S。
优选的，所述的一种耐过压浪涌电路，其特征在于，
所述过压检测信号OV_S接入开关控制电路，控制第一开关管V3栅极电位；
供电电压低于过压检测阈值时，过压检测信号OV_S为高电平，第一开关管V3的栅源极电压大于开通电压，所述第一开关管V3导通，第一功率管V2导通；
供电电压高于过压检测阈值时，过压检测信号OV_S为低电平，第一开关管V3的栅源极电压为0，所述第一开关管V3关断，第一功率管V2关断。
优选的，所述的一种耐过压浪涌电路，
所述掉电保持电路包括第二开关管V5；
所述第二开关管V5源极接地；
所述第二开关管V5栅极为高电平时导通，掉电保持电路放电；
所述第二开关管V5栅极为低电平时关断，掉电保持电路充电或保持。
优选的，所述的一种耐过压浪涌电路，
所述过压检测信号OV_S的反相信号接入掉电保持电路，控制第二开关管V5的栅极电位；
供电电压高于过压检测阈值时，过压检测信号OV_S的反相信号为高电平；
供电电压低于过压检测阈值时，过压检测信号OV_S的反相信号为低电平。
优选的，所述的一种耐过压浪涌电路，供电检测电路对比检测到的电压与欠压检测阈值，产生欠压检测信号UV_S。
优选的，所述的一种耐过压浪涌电路，
所述欠压检测信号UV_S接入掉电保持电路，控制第二开关管V5的栅极电位；
供电电压高于欠压检测阈值时，欠压检测信号UV_S为低电平；
供电电压低于欠压检测阈值时，欠压检测信号UV_S为高电平。
本发明的优点效果：复用已有的功能实现电路--掉电保持电路，在实现供电兼容性的欠压及掉电保持需求同时，可实现耐过压浪涌的需求，极大地降低了主供电回路中功率管的功耗和热设计要求，电路设计简单可靠。
附图说明
图1为电路原理图。
具体实施方式
本发明研制的耐过压浪涌电路，适用于满足GJB 181A-2003以及DO-160G中直流供电的瞬态工作特性以及供电中断的产品。在以往的设计中，为了满足欠压瞬变工作特性及供电中断要求，电路中设置了掉电保持电路，其掉电保持时间至少为50ms，能够覆盖过压浪涌的持续时间。仅需要在主供电回路设置一个功率开关管，在承受过压浪涌期间，通过检测外部供电源的状态来关断主回路功率开关管，并触发掉电保持电路工作，即可保证后级DC/DC转换电路正常工作。该电路组成主要包括：开关控制电路、供电检测电路及掉电保持电路。
1.开关控制电路
开关控制电路是采集供电检测信号来控制供电线路的通断，串入供电回路的第一功率管V2选用P沟道场效应管IRF9540N，不需要升压驱动电路。第一功率管V2的栅极由上拉电阻R7接至供电源，并通过下拉电阻R11串联第一开关管V3下拉到地，第一开关管V3的栅极由过压检测信号控制。
当过压检测信号为高电平，即供电端电压在正常工作范围以及低于欠压检测门限时，第一开关管V3的栅源极电压大于其开通电压，第一开关管V3工作在饱和导通状态，上拉电阻R7和下拉电阻R11串联分压，通过适当的选取R7和R11阻值，可保证R7两端电压即第一功率管V2的栅源极电压大于其开通电压，可保证第一功率管V2工作在饱和导通状态，其导通压降仅有几十毫伏，故V2损耗很低，电路简单可靠。
当过压检测信号为低电平，即供电电压高于过压检测阈值时，第一开关管V3的栅源极电压为零，V3被关断，第一功率管V2的栅极通过上拉电阻R7与其源极相通，栅源极电压为零，处于关断状态，避免过压瞬变电压施加于后级DC/DC转换电路。
2.供电检测电路
供电检测电路对供电源电压进行判别，产生过压检测信号OV_S，以及欠压检测信号UV_S。
供电检测电路通过采样电阻R4、R5和R6串联对供电电压进行分压，采样电阻R6两端电压为欠压检测采集电压，采样电阻R5和R6两端电压为过压检测采集电压，分别与设定的基准电压进行比较得到过压检测信号OV_S和欠压检测信号UV_S。过压检测信号OV_S接入开关控制电路，控制第一开关管V3栅极电位，并经过反相后接入掉电保持电路；欠压检测信号UV_S接入掉电保持电路，与过压检测信号OV_S反相信号通过高选后控制第二开关管V5的栅极电位。过压检测阈值设置为后级DC/DC转换电路的最高工作电压，欠压检测阈值设置要低于正常欠压瞬变电压值且保证后级DC/DC电路能够正常工作即可。
当供电端电压高于过压阈值时，过压检测信号OV_S为低电平，使得开关控制电路的第一功率管V2处于断开状态，同时过压检测信号OV_S反相信号为高电平，使掉电保持电路工作在放电状态，用以维持后级DC/DC电路正常工作；
当供电端电压高于欠压阈值并且低于过压阈值时，过压检测信号OV_S为高电平，使得开关控制电路的第一功率管V2工作在饱和导通状态，供电源可向后级供电。此时过压检测信号OV_S反相信号为低电平，且欠压检测信号UV_S为低电平，掉电保持电路处于充电或保持状态，不向外提供能量，由供电源为后级DC/DC电路供电；
当供电端电压低于欠压阈值时，过压检测信号OV_S为高电平，使得开关控制电路的第一功率管V2工作在饱和导通状态，此时过压检测信号OV_S反相信号为低电平，而欠压检测信号UV_S为高电平，掉电保持电路放电输出，由于掉电保持电路输出电压高于此时的供电端电压，使得供电输入回路串联的防反二极管V1反偏，由掉电保持电路向后级DC/DC模块供电。
3.掉电保持电路
掉电保持电路在以往的设计中用于正常欠压浪涌及供电中断期间为后级电路续能，保证产品能够不间断工作。待外部供电源电压恢复正常后，给掉电保持电路中的储能电容充电，蓄积能量。在该设计中，产品承受过压浪涌期间，同样地触发掉电保持电路为后级电路续能。因此，掉电保持电路接收两路控制信号：过压检测信号OV_S和欠压检测信号UV_S，当过压检测信号OV_S的反相信号和欠压检测信号UV_S中任意一路检测信号为高时，第二开关管V5开通，进而第二功率管V4导通，掉电保持电路开始向后级电路放电；当外部供电源电压恢复正常时，过压检测信号OV_S的反相信号和欠压检测信号UV_S均为低电平，供电源通过第二功率管V4的体二极管对储能电容充电。

Claims (1)

1.一种耐过压浪涌电路，其特征在于，包括开关控制电路、供电检测电路及掉电保持电路；
所述供电检测电路检测外部供电源的状态，发生过压浪涌时供电检测电路控制开关控制电路关断，并控制掉电保持电路供电；
所述开关控制电路包括：第一功率管V2的栅极由上拉电阻R7接至供电源，并通过下拉电阻R11串联第一开关管V3下拉到地，V3的栅极由过压检测信号控制；
供电检测电路对比检测到的电压与过压检测阈值，产生过压检测信号OV_S；
所述过压检测信号OV_S接入开关控制电路，控制第一开关管V3栅极电位；
供电电压低于过压检测阈值时，过压检测信号OV_S为高电平，第一开关管V3的栅源极电压大于开通电压，所述第一开关管V3导通，第一功率管V2导通；
供电电压高于过压检测阈值时，过压检测信号OV_S为低电平，第一开关管V3的栅源极电压为0，所述第一开关管V3关断，第一功率管V2关断；
所述掉电保持电路包括第二开关管V5；
所述第二开关管V5源极接地；
所述第二开关管V5栅极为高电平时导通，掉电保持电路放电；
所述第二开关管V5栅极为低电平时关断，掉电保持电路充电或保持；
所述过压检测信号OV_S的反相信号接入掉电保持电路，控制第二开关管V5的栅极电位；
供电电压高于过压检测阈值时，过压检测信号OV_S的反相信号为高电平；
供电电压低于过压检测阈值时，过压检测信号OV_S的反相信号为低电平；
供电检测电路对比检测到的电压与欠压检测阈值，产生欠压检测信号UV_S；
所述欠压检测信号UV_S接入掉电保持电路，控制第二开关管V5的栅极电位；
供电电压高于欠压检测阈值时，欠压检测信号UV_S为低电平；供电电压低于欠压检测阈值时，欠压检测信号UV_S为高电平。
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