一种直流瞬态电压保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种直流瞬态电压保护电路。


背景技术：

2.飞机上供电系统非常复杂，电源系统功耗相当大。当供电系统出现意外而短暂的失控工作时，电压将发生较大扰动，这时用电设备不应发生任何故障或中断工作。gjb 181-86规定了飞机用电设备电功率输入端的供电特性，其中直流用电设备必须能够承受一定的瞬态电压，包括耐尖峰电压(600v/10μs)、耐过压浪涌(80v/50ms)和耐欠压浪涌(8v/50ms)。另外飞机上的用电设备还需要有独立的加电控制和过流保护功能，而常用的直流浪涌电压抑制器仅能实现瞬态电压保护，不能保证用电设备在瞬态电压下不中断工作及过流保护、加电控制等，且为集成的直插式模块，体积、重量均较大，拆装维护十分不便。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种直流耐瞬态电压电路，可有效抑制gjb181-86规定的直流供电系统非正常工作时的尖峰电压、过压浪涌和欠压浪涌，具有反极性保护和过流保护功能，且体积小、维护方便。
4.实现本实用新型目的的技术方案为：一种直流瞬态电压保护电路，包括反极性保护电路、电源滤波电路、过压欠压浪涌保护电路和电压输出保持电路，其中：
5.所述反极性保护电路输入端和供电系统电源连接，其输出端与电源滤波电路输入端连接，反极性保护电路用于避免后级电路被电压击穿；
6.所述电源滤波电路用于滤除输入电源线上的共模和差模传导噪声，其输出端与过压欠压浪涌保护电路的输入端连接；
7.所述过压欠压浪涌保护电路用于保护用电设备免遭电压瞬变的损坏，其输出端与电压输出保持电路连接；
8.所述电压输出保持电路用于输出直流输入电压，其输出端与电源输出端连接。
9.本实用新型与现有技术相比，其显著效果为：本实用新型提供的直流耐瞬态电压电路可对高瞬态电压进行跟踪并抑制，保证供电系统非正常工作时用电设备不中断工作，同时具有反极性保护、过流保护、加电控制及电源滤波等功能，尤其适用于需符合gjb 181-86要求的直流用电设备电源输入端，能够极大提高用电设备的可靠性和电磁兼容性；本实用新型提供的电路不仅占用体积小、维护方便，还具有电源emi滤波及关断控制等功能，可保证军用用电设备符合gjb 151a-97规定的电磁发射项目ce102(电源线传导发射)和ce107(电源线尖峰信号传导发射)要求。
附图说明
10.图1为本实用新型的直流耐瞬态电压电路图。
具体实施方式
11.下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
12.结合图1,本实施例提供的直流瞬态电压保护电路符合gjb181标准，其由反极性保护电路、电源滤波电路、过压欠压浪涌保护电路和电压输出保持电路组成。
13.反极性保护电路由第一自恢复保险丝f1、第二自恢复保险丝f2和双向瞬态电压抑制二极管v1组成。第一自恢复保险丝f1一端与供电系统电源正极连接，另一端与第二自恢复保险丝f2一端连接，第二自恢复保险丝f2另一端与双向瞬态电压抑制二极管v1一端连接，二极管v1另一端与供电系统电源地线连接。f1的规格根据用电设备的额定电流来选择，f2选择较小的阻断电流(一般几百毫安)用于避免v1过电流被烧毁。v1可将供电系统输入电压箝位在-85～104v之间，600v/10μs的尖峰电压将被箝位在100v左右，避免后级浪涌保护电路n1、v2被高压击穿。
14.电源滤波电路由第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第一电感l1、第一变压器t1和第二变压器t2组成，用于滤除输入电源线上的共模和差模传导噪声。第一电容c1一端与第一自恢复保险丝f1的输出端连接，另一端与供电系统电源地线连接，同时第一电容c1两端与第一变压器t1的同名端连接，第一变压器t1的一输出端与第二电容c2一端和第二变压器t2的一个同名端连接，第一变压器t1的另一输出端与第三电容c3一端和第二变压器t2的另一同名端连接，第二电容c2和第三电容c3的另一端分别接地，第二变压器t2的一输出端与过压欠压浪涌保护电路输入端连接，第二变压器t2的另一输出端与第一电感l1一端连接，第一电感l1另一端接地。电源滤波电路输入最大持续电压为75v(瞬态电压200v/5s)、最大电流为5a，共模抑制为35db(500khz)，差模抑制为38db(500khz)，可保证用电设备电源线传导发射不超过gjb 151a规定的极限值。
15.过压欠压浪涌保护电路采用基于ltc4364的浪涌抑制电路，可保护用电设备免遭高电压瞬变的损坏；同时具有一种集成型理想二极管控制器，可在供电系统输出电压掉电期间保持输出电压。该电路由浪涌抑制器n1、第一n沟道mosfet管v2、第二n沟道mosfet管v3、第一稳压管v4、第二稳压管v5、第三稳压管v6、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9组成。第一电阻r1一端与加电控制信号power_on/off和浪涌抑制器n1的shdn脚(shdn)连接，另一端与第二电阻r2一端连接，第二电阻r2另一端与第三电阻r3一端和浪涌抑制器n1的uv脚(uv)连接，第三电阻r3另一端与第四电阻r4一端和浪涌抑制器n1的11脚(ov)连接，第四电阻r4另一端接地。第五电阻r5一端与mos管v2漏极连接，另一端与第一稳压管v4阴极和浪涌抑制器n1的8脚(vcc)连接，第一稳压管v4阳极接地。第六电阻r6一端与mos管v2栅极连接，另一端与第四电容c4一端和浪涌抑制器n1的6脚连接，第四电容c4另一端与地连接。第二稳压管v5阴极与浪涌抑制器n1的6脚连接，阳极与mos管v2源极和浪涌抑制器n1的5脚(source)连接。第三稳压管v6阳极与mos管v3源极和浪涌抑制器n1的5脚(source)连接，阴极与mos管v3栅极和浪涌抑制器n1的4脚(dgate)连接。mos管v3漏极与第七电阻r7一端和浪涌抑制器n1的2脚(sense)连接，第
七电阻r7另一端与第五电容c5一端、第六电容c6一端和浪涌抑制器n1的1脚(out)连接，第五电容c5另一端和第六电容c6另一端分别接地。第八电阻r8一端与浪涌抑制器n1的1脚(out)连接，另一端与第九电阻r9一端和浪涌抑制器n1的16脚(fb)连接，第九电阻r9另一端接地。第七电容c7一端与浪涌抑制器n1的15脚(tmr)连接，另一端接地。浪涌抑制器n1通过驱动v2来限制输入电压瞬变或过流过程中送至用电设备负载端的电压和电流。n1还通过驱动v3(用作理想二极管控制器)来避免用电设备在输入极性反接的情况下受损，并在输入电压异常时隔断反向电流流动。当输入极性反接时，v4和r5一起将n1的vcc电源电压箝位在接近0v。
16.n1可在4v～80v的宽输入电源电压范围内可靠工作，并保证在-40v～100v的电压范围内不会受损。正常情况下，v2完全导通，以非常低的功率损耗向用电设备提供电流。v4和r5共同用来限制n1的vcc电源电压高于100v的瞬变。在过压浪涌(80v/50ms)或尖峰电压(600v/10μs)期间，v4将n1的vcc电源电压箝位在43v，r4将流过v4的电流限制在安全水平(30ma以下)；n1内部的电压放大器控制v2的栅极电压转换速率来限制浪涌电流，c4连接在v2栅极上用来进一步减缓浪涌电流；在过压浪涌时通过保持r9上电压为1.25v，并由r8和r9组成的分压网络来限制输出电压vout不高于36v；另外r2、r3和r4组成一个输入过压和欠压检测网络，当输入电压过压(超过45v)或欠压(低于15v)时，v2将关断，以上保护电路共同保证用电设备满足耐尖峰电压和耐过压浪涌要求。
17.该电路可提供输出短路和过大电流的保护。r7为一个电流检测电阻器，n1通过监视r7两端的电压来检测过电流情况，当r7上电压超过50mv时v2将关断，且可通过改变r7阻值来调整过流保护门限。同时在过压或过流故障期间，n1内部一个电流源对c7进行充电，当c7上电压达到1.35v时v2将被关断。
18.v2、v3的栅极和源极之间放置的v5、v6是稳压电压为15v的稳压管，用来保证v2、v3正常情况下的完全导通。c5、c6是输出旁路电容，用于稳定电压和电流限制环路并最大限度地抑制输入瞬变的电容性馈通。
19.v3的源极和漏极充当理想二极管的正极和负极，n1控制v3栅极以在源极和漏极上维持一个30mv的正向电压。与采用分立的隔离二极管相比，这种方法可减少功率损耗并增加传输到用电设备负载端的可用电压。在发生输入短路或电源掉电时，反向电流将短暂流过导通状态的v3。如果反向电压超过-30mv，则n1将立即把v3的栅极拉至低电平，v3关断，最大限度较少后级储能电容器c8的放电，并保持输出电压，从而抑制输出端的扰动。
20.供电系统通过控制power_on/off信号“高阻”或“接地”来实现用电设备加电控制。当power_on/off信号为“高阻”时，输入电压通过r1送至n1的停机控制引脚，只需输入电压高于2.2v用电设备即可正常上电。当power_on/off信号“接地”(低于0.5v)时，n1关断，这时用电设备下电。与采用继电器切换的传统电路相比，该电路可极大减小因继电器触点吸合产生的开关瞬态传导发射，不超过额定电压的
±
20％，满足电源线尖峰信号传导发射要求。
21.电压输出保持电路由储能电容c8、肖特基二极管v7和第十电阻r10组成。第十电阻r10一端与第七电阻r7一端连接，另一端与储能电容c8一端和二极管v7阳极连接，储能电容c8另一端接地，二极管v7阴极与电源输出端连接。供电系统正常情况时，输入电压经r10对c8进行充电。供电系统非正常工作期间，若输入电压出现过压浪涌(80v/50ms)或欠压浪涌(8v/50ms)，过压欠压浪涌保护电路超出延迟周期被关断，c8开始经由v7开始放电，为后级
电路提供可靠的直流工作电压，可保证供电系统输出电压瞬变时用电设备不中断工作。
22.本实用新型可有效抑制gjb 181-86规定的直流供电系统非正常工作时的尖峰电压、过压浪涌和欠压浪涌，以及可保证用电设备符合gjb 151a-97规定的电磁发射项目ce102(电源线传导发射)和ce107(电源线尖峰信号传导发射)要求，并具有反极性保护和过流保护功能。