专利名称：双电源及输入直流浪涌保护模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采用有源器件对过高瞬态浪涌电压进行跟踪并抑制的直流浪涌保护模块，用于飞机、舰船、车辆等领域直流用电设备的电源输入保护。
背景技术：
在飞机、舰船、车辆等领域直流供电系统中，很多关键设备均采用了余度供电，以保障设备可靠安全工作。通常的余度电源选择是通过并联两个或多个肖特基二极管实现，但是二极管正向导通压降较大，在大电流下增加系统功耗并产生过多的热量。另外，由于发动机起动、开关或者负载接入切换等原因，容易产生过压电涌。特别地，在多电源系统中，由于电源切换原因，也容易产生过压或欠压电涌。如果不有效抑制过高的瞬态浪涌电压，会损 伤用电设备电子器件。浪涌保护模块位于用电设备电源输入前端，当过压浪涌发生时能将电压钳位在用电设备允许的输入电压范围内。通常有五种方法来获得浪涌保护。一是采用串联大功率电阻及并联瞬态电压抑制二极管使直流电压稳定在瞬态电压抑制二极管所钳位的电压上；二是采用过压保护单元及欠压保护单元监测电源输入端电压控制电子开关的通断，从而达到浪涌电压保护的目的；三是通过下游的直流转换器的使能引脚对结型场效应晶体管的栅极施加偏压，使源极输出电压约等于栅极电压达到浪涌保护的目的；四是采用多级浪涌钳位电路级联的方式，将大功率应用场合下过高的浪涌电压钳位到所允许的电压范围；五是采用多谐振荡电路及倍压整流电路等保证场效应管栅极电压与输出电压的差值能使场效应管始终处于导通状态，并使场效应管源极电压略低于栅极电压，从而达到抑制浪涌电压的目的。然而第一种情况串联大功率电阻会额外损耗系统大量的功耗且产生大量的热量，不适合于大功率应用场合；第二种情况在过压时关闭电源输出，使下游设备在过压浪涌产生时产生瞬时掉电，需增加大容量储能电容来保证下游设备的连续工作；第三种情况引入了外部其它设备来提供偏压，不利于产品的独立工作；第四种情况采用级联方式应用于大功率电路中，产品体积较大，增加了器件数量，降低了可靠性；第五种情况采用的振荡电路及通过多二极管及电容组成的倍压整流电路，电路复杂，且使用器件较多，使产品体积较大。
实用新型内容本实用新型所要解决的问题在于克服上述现有技术中二极管或选择电路压降大、浪涌保护电路功耗高、体积大、可靠性低及模块化程度低等不足，而提供一种具有双电源输入通道，一个电源输出通道，采用有源器件对过高瞬态浪涌电压进行跟踪并抑制的双电源及输入直流浪涌保护模块。本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现一种双电源及输入直流浪涌保护模块，它包括壳体封装和安装在壳体封装内的双路电源选择电路及浪涌保护电路；所述双路电源选择电路包括分别串联于第一、二电源输入端的第一、二输入场效应管及分别并联于第一、二输入场效应管的第一、二压差监控电路，其中，所述第一输入场效应管的源极和第一压差监控电路的第一输入端连接第一电源的一输入端，所述第二输入场效应管的源极和第二压差监控电路的第一输入端均连接第二电源的一输入端；所述第一、二压差监控电路的第二输入端及第一、二输入场效应管的漏极连接浪涌保护电路的输入端;所述浪涌保护电路包括大功率场效应管电路、基准电源电路、电压放大电路、电压钳位电路及保护电路；所述第一、二压差监控电路的第三输入端连接的电压放大电路的输出端，第一、二压差监控电路的输出端连接第一、二输入场效应管的栅极。根据上述实用新型的一种优选实施方式，其中，所述大功率场效应管电路的漏极连接电源输入端，其源极连接电源输出端，其栅极连接于电压钳位电路的输出端；所述基准电源电路的输入端连接电源输出端，所述基准电源电路的输出端连接电压放大电路的输入端，所述基准电源电路的另一输出端连接输入电源负端；所述保护电路的一端连接大功率场效应管电路的栅极和电压钳位电路的输出端，其另一端接大功率场效应管电路的源极；所述电压放大电路的输出端连接电压钳位电路的输入端和第一压差监控电路、第二压差监 控电路的第三输入端，为电压钳位电路及大功率场效应管的栅极提供驱动电源。根据上述实用新型的一种优选实施方式，其中，所述电压放大电路包括有源电压增益放大驱动芯片及相关的电阻、电容、电感及二极管，产生下级电路所需的驱动电源。根据上述实用新型的一种优选实施方式，其中，所述电压钳位电路包括电阻、稳压二极管；其中，所述电阻的一端接电压放大电路的输出端，其另一端接稳压二极管的一端和大功率场效应管电路的栅极，所述稳压二极管的另一端连接电源负端，在浪涌发生时有效钳位大功率场效应管电路的源极浪涌输出电压。根据上述实用新型的一种优选实施方式，其中，所述大功率场效应管电路由一个或多个N沟道功率场效应管并联组成，串联于电源输入主通道上。根据上述实用新型的一种优选实施方式，其中，上述壳体封装包括壳体和灌封于壳体内的灌封胶。本实用新型的有益效果如下I、本实用新型双电源及输入直流浪涌保护模块具有2路直流电源或输入方式，自动选通电压最高的输入通道，切断未选通通道；2、本实用新型双电源及输入直流浪涌保护模块采用输入电压监控电路，具有斯密特迟滞触发功能，有效防止电源噪声干扰引起的频繁切换；3、本实用新型双电源及输入直流浪涌保护模块，采用大功率场效应管电路，具有导通内阻小，功耗低等优点，5A时产品功耗仅I. 8W，导通压降仅40mV/A ；4、本实用新型双电源及输入直流浪涌保护模块，采用基准电源电路及电压放大电路等有源器件，外围器件少，大大缩小了产品体积，额定电流5A时体积仅27. 4mmX GOmrnX 13mm ;5、本实用新型双电源及输入直流浪涌保护模块，输入电压范围宽，最低可达到6V，最高输入电压可根据需要调整参数设置，其用于飞机、舰船、车辆等领域直流用电设备的电源输入保护
图I是本实用新型的电路框图；图2是本实用新型的电路原理图；图3是本实用新型的测试电路图；图4是本实用新型的过压 浪涌输入输出波形图；图5是本实用新型的欠压浪涌输入输出波形图；图6是本实用新型的尖峰脉冲输入输出波形图；图7是本实用新型的典型输出特性波形图；图8是本实用新型的另一典型输出特性波形图；图9是本实用新型的输入输出曲线图；图10是本实用新型的典型应用电路图；图11是本实用新型的输入-输出压差与迟滞电压定义。图中各标号壳体封装1，双路电源选择电路2，浪涌保护电路3，第一压差监控电路21,第二压差监控电路22,第一输入场效应管23,第二输入场效应管24,大功率场效应管电路31，基准源电路32，电压放大电路33，电压钳位电路34，保护电路35。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步详细说明。参见图1，本实用新型所述的双电源及输入直流浪涌保护模块10，采用双路28V电源中的任一路或双路作为输入电源，一般负载作为下游设备，包括壳体封装I和安装在壳体封装I内的双路电源选择电路2及浪涌保护电路3。参见图2，所述双路电源选择电路2由分别串联于第一电源输入端VIN1+、第二电源输入端VIN2+的第一输入场效应管23、第二输入场效应管24及分别并联于第一输入场效应管23、第二输入场效应管24的第一压差监控电路21、第二压差监控电路22组成，其中第一输入场效应管23的源极及第一压差监控电路21的一端接第一电源输入端VIN1+，第二输入场效应管24的源极及第二压差监控电路22的一端接第二电源输入端VIN2+ ;第一压差监控电路21、第二压差监控电路22的另一端及第一输入场效应管23、第二输入场效应管24的漏极接浪涌保护电路3的输入端VIN+ ;第一压差监控电路21、第二压差监控电路22的第三端接浪涌保护电路3中的电压放大电路33的输出端B，第一压差监控电路21的输出端接第一输入场效应管的栅极，第二压差监控电路22的输出端接第二输入场效应管24的栅极。第一压差监控电路21监控第一输入场效应管23源极与漏极间的电压差，第二压差监控电路22监控第二输入场效应管24源极与漏极间的电压差，系统启动上电时，电压通过第一输入场效应管23及第二输入场效应管24的内部二极管输入，同时压差监控电路启动，若两端压差大于设定的迟滞电压值时，压差监控电路给对应的输入场效应管栅极提供驱动电压，输入场效应管完全导通，该通道切换为主供电通道。本实施例中，浪涌保护电路3由大功率场效应管电路31，基准电源电路32，电压放大电路33，电压钳位电路34及保护电路35组成。所述大功率场效应管电路31由一个或多个N沟道功率场效应管并联组成，串联于电源输入主通道上，其中漏极接电源输入端VIN+，源极接电源输出端V0UT+，栅极接于电压钳位电路34的输出端；用于提供在功率低阻抗电流通道及浪涌能量吸收。根据浪涌保护模块所需输出电流的大小，可选择多个同类型的N沟道功率场效应管并联，满足大功率的需求。所述基准电源电路32的一端接电源输入端VIN+，一端接电压放大电路33，第三端接输入电源负端VIN-，为电压放大电路33提供工作电源；基准源电路2由基准源及多个电容电阻组成，直接采集VIN+上的电压，稳压生成基准电压。所述电压放大电路33 —端接基准电源电路32输出端，另一端接电压钳位电路34的输入及双路电源选择电路2中的第一压差监控电路21、第二压差监控电路22的第三端，为电压钳位电路及大功率场效应管的栅极提供驱动电源；电压放大电路33包括有源电压增益放大驱动芯片及相关的电阻、电容、电感及二极管等，产生下级电路所需的驱动电源。所述电压钳位电路34 —端接电压放大电路33，钳位电压输出端接大功率场效应 管电路31的栅极，第三端接输入电源负端C0M，在浪涌发生时有效钳位大功率场效应管电路31的源极浪涌输出电压；电压钳位电路34包括电阻、稳压二极管，其中电阻的一端接电压放大电路33的输出B点，另一端接稳压二极管的一端，同时接大功率场效应管电路31的C点，稳压二极管另一端接电源负端COM。所述保护电路35包括稳压二极管、电阻、电容；其一端接大功率场效应管电路31的栅极及电压钳位电路34的输出端，另一端接大功率场效应管电路31的源极，用于保护大功率场效应管电路免受高压电动势及反向电动势损伤。上述壳体封装I包括壳体和灌封于壳体内的灌封胶。参见图3-图11，图3为本实用新型的浪涌保护模块测试电路图。其是通过两个浪涌发生器40连接本实用新型的双电源以及输入直流浪涌保护模块10，该直流浪涌保护模块10还连接电容和电阻。图4为本实用新型的浪涌保护模块在图3所示测试条件下的满足GJB181-1986直流供电特性要求的过压浪涌输入输出波形，图5为本实用新型的浪涌保护模块在图3所示测试条件下的满足GJB181-1986飞机直流供电特性要求的欠压浪涌输入输出波形，图6为本实用新型的浪涌保护模块在图3所示测试条件下的满足GJB181-1986飞机直流供电特性要求的电压尖峰浪涌输入输出波形，图7为本实用新型的浪涌保护模块在图3所示测试条件下的满足MIL-STD-704A飞机直流供电特性要求的浪涌输入输出波形，图8为本实用新型的浪涌保护模块在图3所示测试条件下满足D0-160E飞机直流供电特性要求的浪涌输入输出波形，图9为本实用新型的浪涌保护模块的基本输入输出特性曲线。图10为本实用新型浪涌保护模块双路电源或输入时的输入-输出压差与迟滞电压定义，图11为本实用新型的浪涌保护模块的典型应用电路，该电路将两个28V的直流电源51通过二极管52和滤波器53连接实用新型的双电源以及输入直流浪涌保护模块10，该直流浪涌保护模块10的输出端连接负载54。但是本领域技术人员应当认识到本实用新型的浪涌保护模块不限于此典型应用电路。由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。
权利要求1.一种双电源及输入直流浪涌保护模块，它包括壳体封装和安装在壳体封装内的双路电源选择电路及浪涌保护电路；其特征在于， 所述双路电源选择电路包括分别串联于第一、二电源输入端的第一、二输入场效应管及分别并联于第一、二输入场效应管的第一、二压差监控电路，其中，所述第一输入场效应管的源极和第一压差监控电路的第一输入端连接第一电源的一输入端，所述第二输入场效应管的源极和第二压差监控电路的第一输入端均连接第二电源的一输入端；所述第一、二压差监控电路的第二输入端及第一、二输入场效应管的漏极连接浪涌保护电路的输入端； 所述浪涌保护电路包括大功率场效应管电路、基准电源电路、电压放大电路、电压钳位电路及保护电路；所述第一、二压差监控电路的第三输入端连接的电压放大电路的输出端，第一、二压差监控电路的输出端连接第一、二输入场效应管的栅极。
2.根据权利要求I所述的一种双电源及输入直流浪涌保护模块，其特征在于，所述大功率场效应管电路的漏极连接电源输入端，其源极连接电源输出端，其栅极连接于电压钳位电路的输出端；所述基准电源电路的输入端连接电源输出端，所述基准电源电路的输出端连接电压放大电路的输入端，所述基准电源电路的另一输出端连接输入电源负端；所述保护电路的一端连接大功率场效应管电路的栅极和电压钳位电路的输出端，其另一端接大功率场效应管电路的源极；所述电压放大电路的输出端连接电压钳位电路的输入端和第一压差监控电路、第二压差监控电路的第三输入端。
3.根据权利要求2所述的一种双电源及输入直流浪涌保护模块，其特征在于，所述电压放大电路包括有源电压增益放大驱动芯片及相关的电阻、电容、电感及二极管。
4.根据权利要求2所述的一种双电源及输入直流浪涌保护模块，其特征在于，所述电压钳位电路包括电阻、稳压二极管；其中，所述电阻的一端接电压放大电路的输出端，其另一端接稳压二极管的一端和大功率场效应管电路的栅极，所述稳压二极管的另一端连接电源负端。
5.根据权利要求2所述的一种双电源及输入直流浪涌保护模块，其特征在于，所述大功率场效应管电路由一个或多个N沟道功率场效应管并联组成，串联于电源输入主通道上。
6.根据权利要求I至5任意一项所述的一种双电源及输入直流浪涌保护模块，其特征在于，上述壳体封装包括壳体和灌封于壳体内的灌封胶。
专利摘要本实用新型一种双电源及输入直流浪涌保护模块，包括壳体封装和安装在壳体封装内的双路电源选择电路及浪涌保护电路；双路电源选择电路包括分别串联于第一、二电源输入端的第一、二输入场效应管及分别并联于第一、二输入场效应管的第一、二压差监控电路，第一输入场效应管的源极和第一压差监控电路的第一输入端连接第一电源的一输入端，第二输入场效应管的源极和第二压差监控电路的第一输入端均连接第二电源的一输入端；第一、二压差监控电路的第二输入端及第一、二输入场效应管的漏极连接浪涌保护电路的输入端。本实用新型具有斯密特迟滞触发功能，有效防止电源噪声干扰引起的频繁切换；其内阻小，功耗低，外围器件少，大大缩小了产品体积。
文档编号H02J9/06GK202679058SQ201220214490
公开日2013年1月16日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者朱军 申请人:上海尊瑞电子有限公司