本发明涉及电气控制领域，尤其涉及一种抗浪涌电路、浪涌管及具有该浪涌管的电气设备。
背景技术：
随着电气设备的日益发展，电气设备所需供电的电能要求也越发提高。目前在电气设备的电源端口中对于大电流的浪涌的防护大多数都是采用普通的浪涌管进行设计，但是这种浪涌管本身只是具有固定的钳位电压，对于不同的电气设备内对浪涌防护需求，通常的作法是使用不同型号，以适配的浪涌管，从而会造成维护困难。而在某些必要要用到大电流的电气设备的情况下，由于工艺的限制，使用单独的浪涌管并不能达到有效保护电源端口的目的。
因此，需要一种新型的浪涌管内的抗浪涌电路，能进一步地保护与该浪涌管连接的电源端口，延长电气设备的使用寿命。
技术实现要素：
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种抗浪涌电路、浪涌管及具有该浪涌管的电气设备，通过可调钳位电压的设计，保证电气设备在工作时更加安全。
本发明公开了一种抗浪涌电路，包括输入端vin和输出端vout，一电流自所述输入端vin流入至所述抗浪涌电路内并自所述输出端vout输出，所述抗浪涌电路还包括：
浪涌二极管，所述浪涌二极管的正极接地，负极与所述输入端vin连接，所述电流经所述浪涌二极管钳位至一第一电压；
n型mos管，所述n型mos管的源极与所述浪涌二极管的负极连接，栅极与所述抗浪涌电路的可调电压电位连接，漏极与所述输出端vout连接；
当所述电流的浪涌脉冲大于所述第一电压时，所述浪涌脉冲小于所述n型mos管的驱动电压vgs，所述n型mos关断，隔离所述电流。
优选地，所述抗浪涌电路设于一抗浪涌模块内，所述输入端vin、输出端vout和可调电压电位为设于所述抗浪涌模块外的端口。
优选地，与所述浪涌二极管的正极连接的接地端为设于所述抗浪涌模块外的端口。
优选地，所述抗浪涌电路还包括：
电容c，所述电容c的一端与所述输出端vout连接，另一接地。
优选地，所述电容c的容量为1-10μf。
优选地，所述电容c的容量为1μf。
本发明还公开了一种浪涌管，包括上述的抗浪涌电路。
本发明又公开了一种电气设备，包括电源，所述电源与上述的浪涌管连接。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.抗浪涌电路的钳位电压可调，根据不同的电气设备，可设置不同的钳位电压，适用性强；
2.通过二级防护能够更有效地保护电源端口，延长电气设备的工作寿命。
附图说明
图1为符合本发明一优选实施例中的抗浪涌电路的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
参阅图1，为符合本发明一优选实施例中的抗浪涌电路的电路结构示意图。在该实施例中，抗浪涌保护电路包括输入端vin和输出端vout，该输入端vin和输出端vout互相连接，当输入端vin输入一电流时，将自输入端vin流入至抗浪涌电路内部，并随后并自输出端vout输出，流至与该抗浪涌保护电路连接的后续电路中。
为了使得该抗浪涌电路具有多级防浪涌的作用，该抗浪涌电路内还包括有：
浪涌二极管，其正极接地，负极与输入端vin连接，当电流自输入端vin输入时，将由该浪涌二极管钳位到一第一电压，即把该电流具有的浪涌脉冲尽可能地钳位到一定范围内。浪涌二极管也称为瞬态抑制二极管，称tvs，是一种二极管形式的高效能保护器件。当tvs二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压钳位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差、钳位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表、电度表、rs232/422/423/485、i/o、lan、isdn、adsl、usb、mp3、pdas、gps、cdma、gsm、数字照相机的保护、共模/差模保护、rf耦合/ic驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。tvs的电路符号与普通稳压二极管相同。它的正向特性与普通二极管相同；反向特性为典型的pn结雪崩器件。
在瞬态峰值脉冲电流作用下，流过tvs的电流，由原来的反向漏电流id上升到ir时，其两极呈现的电压由额定反向关断电压vwm上升到击穿电压vbr，tvs被击穿。随着峰值脉冲电流的出现，流过tvs的电流达到峰值脉冲电流ipp。在其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下。而后，随着脉冲电流按指数衰减，tvs两极的电压也不断下降，最后恢复到起始状态。这就是tvs抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的整个过程。
最大反向漏电流id和额定反向关断电压vwm是tvs最大连续工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加入tvs的两极间时，它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流id。
最小击穿电压vbr和击穿电流ir是tvs最小的雪崩电压。25℃时，在这个电压之前，tvs是不导通的。当tvs流过规定的1ma电流(ir)时，加入tvs两极间的电压为其最小击穿电压vbr。按tvs的vbr与标准值的离散程度，可把tvs分为±5％vbr和±10％vbr两种。对于±5％vbr来说，vwm＝0.85vbr；对于±10％vbr来说，vwm＝0.81vbr。
当持续时间为20微秒的脉冲峰值电流ipp流过tvs时，在其两极间出现的最大峰值电压为vc。它是串联电阻上和因温度系数两者电压上升的组合。vc、ipp反映tvs器件的浪涌抑制能力。vc与vbr之比称为钳位因子，一般在1.2～1.4之间。
电容量c是tvs雪崩结截面决定的、在特定的1mhz频率下测得的。c的大小与tvs的电流承受能力成正比，c过大将使信号衰减。因此，c是数据接口电路选用tvs的重要参数。
最大峰值脉冲功耗pm是tvs能承受的最大峰值脉冲耗散功率。其规定的试验脉冲波形和各种tvs的pm值，请查阅有关产品手册。在给定的最大箝位电压下，功耗pm越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗pm下，箝位电压vc越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且tvs所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率(持续时间与间歇时间之比)为0.01％，如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的“累积”，有可能使tvs损坏。
箝位时间tc是tvs两端电压从零到最小击穿电压vbr的时间。对单极性tvs一般是1×10-12秒；对双极性tvs一般是1×10-11秒。
tvs器件可以按极性分为单极性和双极性两种，按用途可分为各种电路都适用的通用型器件和特殊电路适用的专用型器件。如：各种交流电压保护器、4～200ma电流环保器、数据线保护器、同轴电缆保护器、电话机保护器等。若按封装及内部结构可分为：轴向引线二极管、双列直插tvs阵列(适用多线保护)、贴片式、组件式和大功率模块式等。
在选用浪涌二极管时，需注意以下几点：
1、确定被保护电路的最大直流或连续工作电压、电路的额定标准电压和“高端”容限。
2、tvs额定反向关断vwm应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的vwm太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。串行连接分电压，并行连接分电流。
3、tvs的最大钳位电压vc应小于被保护电路的损坏电压。
4、在规定的脉冲持续时间内，tvs的最大峰值脉冲功耗pm必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
5、对于数据接口电路的保护，还必须注意选取具有合适电容c的tvs器件。
6、根据用途选用tvs的极性及封装结构。交流电路选用双极性tvs较为合理；多线保护选用tvs阵列更为有利。
7、温度考虑。瞬态电压抑制器可以在－55～+150℃之间工作。如果需要tvs在一个变化的温度工作，由于其反向漏电流id是随增加而增大；功耗随tvs结温增加而下降，从+25℃到+175℃，大约线性下降50％与击穿电压vbr随温度的增加按一定的系数增加。
在浪涌二极管的基础上，抗浪涌电路还包括n型mos管，n型mos管的源极与浪涌二极管的负极连接，栅极与抗浪涌电路的可调电压电位连接，漏极与输出端vout连接。当电流的浪涌脉冲大于第一电压时，浪涌脉冲小于n型mos管的驱动电压vgs，n型mos管关断，隔离电流。将n型mos管的漏极作为输入，栅极作为控制脚，控制钳位的电压点，从外部可调电压电位处设置vout的最大电压点位vctr，例如，可设置n型mos管的vcontrol＝vctr，此时，若第一级钳位，即该浪涌二极管处未能有效的降低浪涌电压，此时由于n型mos管本身的特性，只有当vgs>vth的时候n型mos管才会导通，所以此时n型mos管会迅速关断，隔离电源通路，从而有效的保护后端器件。
n型mos管之所以常用，是因为导通电阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用n型mos管。n型mos管的三个管脚之间有寄生电容存在，寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免。n型mos管漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载(如马达)，这个二极管很重要。不管是n型mos管还是p型mos管，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的mos管会减小导通损耗。n型mos管在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。n型mos管两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，n型mos管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。
跟双极性晶体管相比，一般认为使n型mos管导通不需要电流，只要gs电压高于一定的值，就可以了。在n型mos管的结构中可以看到，在gs，gd之间存在寄生电容，而n型mos管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计n型mos管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。第二注意的是，普遍用于高端驱动的n型mos管，导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的n型mos管导通时源极电压与漏极电压(vcc)相同，所以这时栅极电压要比vcc大4v或10v。如果在同一个系统里，要得到比vcc大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动n型mos管。上边说的4v或10v是常用的mos管的导通电压，设计时当然需要有一定的余量。而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的mos管用在不同的领域里，但在12v汽车电子系统里，一般4v导通就够用了。
现在的n型mos管对应的mos驱动，有几个特别的应用：
1、低压应用
当使用5v电源，这时候如果使用传统的图腾柱结构，由于三极管的be有0.7v左右的压降，导致实际最终加在gate上的电压只有4.3v。这时候，选用标称gate电压4.5v的n型mos管就存在一定的风险。同样的问题也发生在使用3v或者其他低压电源的场合。
2、宽电压应用
输入电压并不是一个固定值，它会随着时间或者其他因素而变动。这个变动导致pwm电路提供给n型mos管的驱动电压是不稳定的。为了让n型mos管在高gate电压下安全，很多n型mos管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值。在这种情况下，当提供的驱动电压超过稳压管的电压，就会引起较大的静态功耗。同时，如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压，就会出现输入电压比较高的时候，n型mos管工作良好，而输入电压降低的时候gate电压不足，引起导通不够彻底，从而增加功耗。
3、双电压应用
在一些控制电路中，逻辑部分使用典型的5v或者3.3v数字电压，而功率部分使用12v甚至更高的电压。两个电压采用共地方式连接。这就提出一个要求，需要使用一个电路，让低压侧能够有效的控制高压侧的n型mos管，同时高压侧的n型mos管也同样会面对1和2中提到的问题。在这三种情况下，图腾柱结构无法满足输出要求，而很多现成的n型mos管驱动ic，似乎也没有包含gate电压限制的结构。
由于n型mos管的栅极驱动过程，可以简单的理解为驱动源对n型mos管的输入电容(主要是栅源极电容cgs)的充放电过程；当cgs达到门槛电压之后，n型mos管就会进入导通状态；当n型mos管导通后，vds开始下降，id开始上升，此时n型mos管进入饱和区；但由于米勒效应，vgs会持续一段时间不再上升，此时id已经达到最大，而vds还在继续下降，直到米勒电容充满电，vgs又上升到驱动电压的值，此时n型mos管进入电阻区，此时vds彻底降下来，导通结束。由于米勒电容阻止了vgs的上升，从而也就阻止了vds的下降，这样就会使损耗的时间加长。(vgs上升，则导通电阻下降，从而vds下降)。
由于mos管常被击穿，为对该击穿现象进行解决，可执行以下解决方案：
第一、mos管本身的输入电阻很高，而栅源极间电容又非常小，所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(u＝q/c)，将管子损坏。虽然mos输入端有抗静电的保护措施，但仍需小心对待，在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装，不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。组装、调试时，工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏，如不宜穿尼龙、化纤衣服，手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时，使用的设备必须良好接地。
第二、mos电路输入端的保护二极管，其导通时电流容限一般为1ma，在可能出现过大瞬态输入电流(超过10ma)时，应串接输入保护电阻。因此应用时可选择一个内部有保护电阻的mos管应。还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限，太大的瞬间信号和过高的静电电压将使保护电路失去作用。所以焊接时电烙铁必须可靠接地，以防漏电击穿器件输入端，一般使用时，可断电后利用电烙铁的余热进行焊接，并先焊其接地管脚。
mos是电压驱动元件，对电压很敏感，悬空的g很容易接受外部干扰使mos导通，外部干扰信号对g-s结电容充电，这个微小的电荷可以储存很长时间。在试验中g悬空很危险，很多就因为这样爆管，g接个下拉电阻对地，旁路干扰信号就不会直通了，一般可以10～20k。这个电阻称为栅极电阻，作用1：为场效应管提供偏置电压；作用2：起到泻放电阻的作用(保护栅极g～源极s)。第一个作用好理解，这里解释一下第二个作用的原理：保护栅极g～源极s：场效应管的g-s极间的电阻值是很大的，这样只要有少量的静电就能使他的g-s极间的等效电容两端产生很高的电压，如果不及时把这些少量的静电泻放掉，他两端的高压就有可能使场效应管产生误动作，甚至有可能击穿其g-s极；这时栅极与源极之间加的电阻就能把上述的静电泻放掉，从而起到了保护场效应管的作用。
在一优选实施例中，抗浪涌电路设于一抗浪涌模块内，输入端vin、输出端vout和可调电压电位为设于抗浪涌模块外的端口，与浪涌二极管的正极连接的接地端为设于抗浪涌模块外的端口。通过模块化的设置，当用户需要使用该抗浪涌电路时，仅需要将外部设备，如电源等，与设置在外部的端口直接连接即可，方便使用。
为进一步保证稳压，在抗浪涌电路中，还包括了电容c，电容c的一端与输出端vout连接，另一接地，其容量为1-10μf，或最优选地，容量为1μf。电容c的设置，使得后断电源的输出更加平滑，避免出现电压尖峰。
具有上述的抗浪涌电路后，可设置在一浪涌管内，并将该浪涌管安装在电气设备后，与电源连接，抑制脉冲电流的同时，保护电源端口。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。