高压直流系统的限流保护电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种限流保护电路，特别是设及一种高压直流系统的限流保护电 路。
【背景技术】
[0002] 直流系统，尤其是高压直流系统，由于一般都存在较大的负载电容，因此在起动过 程中冲击电流较大，冲击电流延续时间较长等特点。过大的冲击电流不仅有可能造成上游 保护误动作，还会因应力过大而减少系统寿命和降低可靠性。因此在直流系统中，尤其有必 要限制起动冲击电流。
[0003] 限值起动冲击电流的方法比较多，W下=种方案比较常见：
[0004] (I)NTC电阻方案，运种方案是在起动回路中串联一个负溫度系数的电阻，运样在 冷起动时，由于溫度低，电阻值大，起动电流较小;起动之后电阻溫度上升，阻值下降，不会 影响正常运行。运种方式是最为简易的限流方案，但仅针对冷起动有效。对于电源中断后马 上重启的情况，由于电阻溫度来不及下降，运种方式基本无法限制冲击电流。
[0005] (2)电阻和继电器方案，为了克服NTC电阻的缺陷，就该用固定电阻串联在起动回 路中，在起动完成后，通过闭合一个继电器把该电阻短路，从而确保电阻只在起动中起作 用。运种方式的主要缺陷在于闭合继电器的时机不容易把握。如果闭合过早，则在闭合时会 造成二次冲击，仍会产生较大的冲击电流;如果闭合过晚，则电阻上会流过正常运行电流， 造成过高的损耗，甚至会影响电阻的可靠性和寿命。
[0006] (3)限流MOSFET方案，前面两种方案在交直流电路中都可W使用。还有一种仅适合 于直流电路的方案，就是通过MOSFET进行限流。把一个MOS管和一个电流采样电阻一起串联 在起动回路里，如图1所示。图1中的关键限流元件为第一MOS管MOSl，其驱动电源由运算放 大器Ul经驱动电阻R化V提供。运算放大器Ul的正输入端通过第一电阻Rl、S端稳压电路U2、 第二分压电阻R2和第S分压电阻R3设定为一个固定电压;第一 MOS管Ul的负输入端连接到 采样电阻Rs处。正常运行时，第一MOS管Ul正输入端设定的电压高于采样电阻Rs上的电压， 第一 MOS管Ul输出为高电平，第一 MOS管MOSl完全导通。在起动过程中或输出过流状态下，输 出电流增大，造成采样电阻Rs上的电压增大，当运个电压大于第一 MOS管Ul正端的设定电压 时，运算放大器Ul输出为低电平，第一MOS管MOSl会完全关断;实际运行过程中，由于运算放 大器Ul接成负反馈电路，在采样电阻Rs上电压增大到设定电压附近时，运算放大器Ul的输 出电压会降低，使第一 MOS管MOSl工作在线性区域，从而使采样电阻Rs上的电压维持在设定 电压处，运样就起到了限制输出电流的作用。假定设定电压为Vset,则限流值为
[0007] 运个方案中当第一 MOS管MOSl工作在线性区域时，其电压和电路应力较大，如果在 运个区域工作时间较长，就可能超过参数表安全工作区中规定的时间，造成第一MOS管MOSl 的损坏。在输出电路情况不明的情况下，运种电路的应用有一定的风险性，因此一般只用在 小功率电路中。运个方案主要不足在于无法关断第一MOS管MOSl，运样当起动时间过长，或 输出过流或短路时，图1的方案无法保证限流元件第一MOS管MOSl自身不受损坏。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高压直流系统的限流保护电路，其确 保第一MOS管工作在安全区之内，不仅可W限制冲击电流，而且可W在输出过流或短路时， 及时关断限流MOS管，可靠地保护电路不受损坏，从而使运个电路成为可W应用于大功率电 路的实用电路。
[0009] 本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种高压直流系统的限 流保护电路，其特征在于，其包括第一 MOS管、运算放大器、第一电阻、=端稳压电路、第二分 压电阻、第S分压电阻、采样电阻、驱动电阻、可变电阻、电容、和第二MOS管，其中：
[0010] 运算放大器的正输入端与第二分压电阻、第=分压电阻连接，第二分压电阻和第 =分压电阻串联，第一电阻与=端稳压电路串联，第二分压电阻、第=分压电阻都与=端稳 压电路连接，运算放大器的输出端与驱动电阻连接，运算放大器的负输入端与采样电阻连 接，可变电阻与电容串联并构成一个RC电路，第一 MOS管的漏极与RC电路并联，第二MOS管的 栅极与可变电阻、电容连接，第二MOS管的漏极与第一 MOS管的栅极连接。
[0011] 优选地，所述第一 MOS管的漏极与一个输出电容连接。
[0012] 优选地，所述第二MOS管的栅极与一个稳压管连接。
[0013] 本实用新型的积极进步效果在于:本实用新型确保第一 MOS管(原有的限流MOS管） 工作在安全区之内，不仅可W限制冲击电流，而且可W在输出过流或短路时，可靠地保护电 路不受损坏，从而使运个电路成为可W应用于大功率电路的实用电路。
【附图说明】
[0014] 图1为现有限流MOSFET方案的电路图。
[0015] 图2为本实用新型高压直流系统的限流保护电路的电路图。
[0016] 图3为本实用新型实现的安全工作区的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，W详细说明本实用新型的技术方案。
[0018] 如图2所示，本实用新型的高压直流系统的限流保护电路是在图1的基础上增加了 一个关断电路，具体是在第一MOS管MOSl的漏极处并联了一个RC电路，即可变电阻化和电容 Ct,并通过电容Ct上的电压驱动另一个MOS管（第二MOS管M0S2)。本实用新型的高压直流系 统的限流保护电路包括第一 MOS管MOSl、运算放大器Ul、第一电阻Rl、S端稳压电路U2、第二 分压电阻R2、第S分压电阻R3、采样电阻Rs、驱动电阻R化V、可变电阻化、电容Ct、和第二MOS 管M0S2，其中，运算放大器Ul的正输入端与第二分压电阻R2、第S分压电阻R3连接，第二分 压电阻R2和第=分压电阻R3串联，第一电阻Rl与=端稳压电路U2串联，第二分压电阻R2、第 S分压电阻R3都与S端稳压电路U2连接，运算放大器Ul的输出端与驱动电阻R化V连接，运 算放大器Ul的负输入端与采样电阻Rs连接，可变电阻化与电容Ct串联并构成一个RC电路， 第一 MOS管MOSl的漏极与RC电路并联，第二MOS管M0S2的栅极与可变电阻化、电容Ct连接，第 二MOS管M0S2的漏极与第一 MOS管MOSl的栅极连接。
[0019] 第一 MOS管MOSl的漏极与一个输出电容Cout连接。输出电容Cout是直流电源的输 出端口都有的大电容，运个电容直接接在电源的输出端上，跟负载是并联关系，进行限流 时，就把输出电容的负端跟电源的负端断开，在其中接入一个MOS管，通过控制MOS管的电流 进行限流。
[0020] 第二MOS管M0S2的栅极与一个稳压管Zl连接。当第二MOS管M0S2导通时，关断第一 MOS管MOSl，运样第一MOS管MOSl上电压保持为高，从而锁定了关断动作。稳压管Zl是为了限 制第二MOS管M0S2的口极电压。
[0021] 起动时输出电容值越大，第一 MOS管MOSl的漏极电压就下降越慢，运样RC电路给电 容Ct上充的电压就越高，到达第二MOS管M0S2 口槛电压的时间就越短。运样第一 MOS管MOSl 上的应力越大，关断时间就越短，可变电阻化和电容Ct的数值可W根据第一 MOS管MOSl的安 全工作区来进行选取，从而在各种运行条件下，都可W保护电路不受损坏。
[0022] 图2中S端稳压电路U2的型号可W为化431，其输出电压为2.5V，运样在运算放大 器Ul正输入端的电压设定值为如式（1):
[0024]电流采样电阻Rs为0.1欧姆，运样冲击电流的限流值为如式(2):
[00%]在输出短路时，第一MOS管MOSl上承受的最大电压为输入电压，即300V。根据可变 电阻化和电容Ct的选值，在300V输入时，电容Ct上的电压在5ms左右充到5V，到达第二MOS管 U2的口极电压口槛值，从而可W关断，第一MOS管MOSl。第一MOS管MOSl的型号为 STW70N60M2，查阅参数表的安全工作区（见图3)，可见在输入电压为300V，限流值为5A时，安 全工作时间为9ms。实际关断时间为5ms，小于安全工作时间9ms，运说明设计参数可W确保 第一 MOS管MOSl的安全运行。
[0027] 本实用新型增加了一个关断电路，确保第一 MOS管MOSl工作在安全区之内，不仅可 W限制冲击电流，而且可W在输出过流或短路时，可靠地保护电路不受损坏，从而使运个电 路成为可W应用于大功率电路的实用电路。
[0028] W上所述的具体实施例，对本实用新型的解决的技术问题、技术方案和有益效果 进行了进一步详细说明，所应理解的是，W上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不 用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种高压直流系统的限流保护电路，其特征在于，其包括第一 MOS管、运算放大器、第 一电阻、三端稳压电路、第二分压电阻、第三分压电阻、采样电阻、驱动电阻、可变电阻、电 容、和第二M0S管，其中： 运算放大器的正输入端与第二分压电阻、第三分压电阻连接，第二分压电阻和第三分 压电阻串联，第一电阻与三端稳压电路串联，第二分压电阻、第三分压电阻都与三端稳压电 路连接，运算放大器的输出端与驱动电阻连接，运算放大器的负输入端与采样电阻连接，可 变电阻与电容串联并构成一个RC电路，第一 M0S管的漏极与RC电路并联，第二M0S管的栅极 与可变电阻、电容连接，第二M0S管的漏极与第一M0S管的栅极连接。2. 如权利要求1所述的高压直流系统的限流保护电路，其特征在于，所述第一M0S管的 漏极与一个输出电容连接。3. 如权利要求1所述的高压直流系统的限流保护电路，其特征在于，所述第二M0S管的 栅极与一个稳压管连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高压直流系统的限流保护电路，其包括第一MOS管等，运算放大器的正输入端与第二分压电阻、第三分压电阻连接，第二分压电阻和第三分压电阻串联，第一电阻与三端稳压电路串联，第二分压电阻、第三分压电阻都与三端稳压电路连接，运算放大器的输出端与驱动电阻连接，运算放大器的负输入端与采样电阻连接，可变电阻与电容串联并构成一个RC电路，第一MOS管的漏极与RC电路并联，第二MOS管的栅极与可变电阻、电容连接，第二MOS管的漏极与第一MOS管的栅极连接。本实用新型确保第一MOS管工作在安全区之内，不仅可以限制冲击电流，而且可以在输出过流或短路时，及时关断限流MOS管，可靠地保护电路不受损坏。
【IPC分类】H02H9/02, H02H3/08
【公开号】CN205283112
【申请号】CN201520940977
【发明人】叶阳
【申请人】上海泓语电气技术有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年11月23日