一种用于低压电压测量电路的抗高压保护电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种用于低压检测系统中的低压电压测 量电路的抗高压保护电路。
【背景技术】
[0002] 抗高压保护电路经常用在低压电子设备、测量仪表等低压检测系统中，以保护低 压电压测量电路部分不受可能出现的恒定高压或瞬时高压的侵害。特别是高精度的测量仪 表对抗高压保护电路提出了更高的要求，由于该电路常用于测量电路的输入部分，因而希 望该电路有小阻抗、低噪声和快响应以及无泄漏电流、无直流误差等特性。
[0003] 目前抗高压保护电路通常由图3所示，其由二极管CR5、负钳位电压单元与二极管 CR6、正钳位电压单元组成的限压电路和耐压电阻构成，输出端0UT2接低压电路，耐压电阻 Rl-般为固定电阻，当输入电压超过钳位电压，会有电流流过耐压电阻Rl，从而将超过钳位 电压的电压降落在耐压电阻上，保证高压不会伤害低压电路。该电路虽然简单，但该电路具 有输入阻抗高，响应慢，有较大的热噪声以及起保护作用时功耗大、会发热的缺点。
[0004] 如图4所示，授权公告号为CN 203813406 U的实用新型公开一种过流过压保护电 路，包括三个耗尽型MOSFET管Q5、Q6和Q7以及两级采样电路，其中，第一级采样电路由稳压 二极管Dl构成，第二级电压采样电路由电阻R2构成，MOSFET管Q5的源极与MOSFET管Q6的源 极相连，MOSFET管Q5的漏极接高电平，MOSFET管Q6的漏极接低电平，MOSFET管Q5的栅极与 MOSFET管Q6的漏极电性相连，MOSFET管Q7的漏极与MOSFET管Q5的漏极相连，MOSFET管Q6的 栅极连接在第二级电压采样电路的高电平端，MOSFET管Q7的栅极连接在第一级电压采样电 路的高电平端，Q6的栅极电压高于Q7的栅极电压;该电路结构简单，采用MOSFET管代替固定 电阻作为耐压器件，克服了图3所示的常用抗高压保护电路的缺陷，并通过选择不同的栅极 电压采样点可以适应不同的电压范围。然而，其仍然存在以下不足：（1)该电路在保护初期 会有一个mA级甚至更大的电流脉冲，功耗大，容易造成电路损坏；（2)该电路需要两个耐压 器件作为一组实现耐压功能，空间和成本都会提高;耐压范围有限，也不易扩展。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供一种用于低压电路的抗高压保护电路，该电路适 用于各种范围的电压测量电路中，起保护作用时功耗小，并且便于扩展耐压范围，配置灵 活。
[0006] 本发明的上述目的是由以下技术方案来实现的：
[0007] -种用于低压电压测量电路的抗高压保护电路，包括电压输入端和电压输出端， 以及串联在所述电压输入端与电压输出端之间的耐压电路，和连接到所述电压输出端的限 压电路，所述电压输出端连接到低压电压测量电路，所述耐压电路包括具有第一输入端和 第一输出端的第一耐压单元和/或具有第二输入端和第二输出端的第二耐压单元，其中：
[0008] 第一耐压单元还包括在第一输入端和第一输出端之间依次连接的作为耐压器件 的N沟道耗尽型FET管和作为限流器件的N沟道JFET管，N沟道耗尽型FET管的漏极连接到第 一输入端，N沟道耗尽型FET管的源极与N沟道JFET管的漏极连接，N沟道耗尽型FET管的栅极 与N沟道JFET管的栅极连接，N沟道耗尽型FET管的栅极与N沟道JFET管的栅极的交接处再连 接到N沟道JFET管的源极，N沟道JFET管的源极连接到第一输出端；
[0009]第二耐压单元还包括在第二输入端和第二输出端之间依次连接的作为限流器件 的N沟道JFET管和作为耐压器件的N沟道耗尽型FET管，N沟道JFET管的源极连接第二输入 端，N沟道JFET管的漏极与N沟道耗尽型FET管的源极连接，N沟道JFET管的栅极与N沟道耗尽 型FET管的栅极连接，N沟道JFET管的栅极和N沟道耗尽型FET管的栅极的交接处再连接到N 沟道JFET管的源极，N沟道耗尽型FET管的漏极连接到第二输出端；
[0010]在所述耐压电路中，一个或多个第一耐压单元和/或一个或多个第二耐压单元可 任意串联连接在所述电压输入端和电压输出端之间。
[0011] 在上述的用于低压电压测量电路的抗高压保护电路中，在所述耐压电路中，一个 第一耐压单元和一个第二耐压单元串联组成耐压单元组，一个或多个耐压单元组串联连接 在所述电压输入端和电压输出端之间。
[0012] 在上述的用于低压电压测量电路的抗高压保护电路中，所述第一耐压单元和第二 耐压单元还包括由稳压管组成的保护电路，稳压管的阳极与N沟道JFET管的源极和栅极的 交接处相连，稳压管的阴极与N沟道耗尽型FET管的源极和N沟道JFET管的漏极的交接处相 连，所述稳压电路保护N沟道JFET管不受瞬时高压的损害。
[0013] 在上述的用于低压电压测量电路的抗高压保护电路中，所述限压电路包括由正钳 位电压单元与第一二极管的阴极相连而形成的正限压电路以及负钳位电压单元与第二二 极管的阳极相连而形成的负限压电路，其中，所述第一二极管的阳极与第二二极管的阴极 连接在一起，第一二极管的阳极与第二二极管的阴极的交接处连接到所述电压输出端。
[0014] 本发明的技术效果是：（1)选用具有很小的饱和漏源极电流Idss的N沟道JFET管来 产生起保护作用时的栅极电压，如MMBF4117,其I dss典型值只有30μΑ，最大值小于90μΑ，不需 要像授权公告号为CN 203813406 U的实用新型那样需要另外增加一路耐压电路来产生起 保护时的栅极电压信号，从而降低成本和功耗，易于实现小型化；（2)该电路的起保护作用 时保护电流小（<90μΑ)，所以起保护作用时功耗不大，因此耐压管可以选用较小封装，有利 于减小热电动势（Thermal EMF)的影响，适用于高精度电压测量尤其是小信号电压测量电 路中；（3)本发明的耐压电路可通过任意串联耐压单元，满足更高的耐压要求，便于扩展其 耐压范围，配置灵活。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的实施例1的电路图；
[0016] 图2是本发明的实施例2的电路图；
[0017] 图3是现有技术的一种抗高压保护电路图；
[0018] 图4是现有技术中的过流过压保护电路的实施例的原理图；
[0019] 图5是实施例1的测试电路图；
[0020] 图6是测试1的测量结果图；
[0021] 图7是测试2的测量结果图；
[0022]图8是测试3的测量结果图；
[0023]图9是测试4的测量结果图。
[0024]图中附图标记表示为：
[0025] VHl:本发明的电压输入端，VLl:接地端，OUT 1:本发明的电压输出端;CRl、CR2:稳 压管，A1、A2:稳压管阳极，C1、C2:稳压管阴极;U1、U3:负钳位电压单元，U2、U4:正钳位电压 单元，CR3、CR4、CR5、CR6:二极管;Ql、Q2: N沟道JFET管，Q3、Q4: N沟道耗尽型FET管，Gl、G2: N 沟道JFET管的栅极，G3、G4:N沟道耗尽型FET管的栅极，S1、S2:N沟道JFET管的源极，S3、S4:N 沟道耗尽型FET管的源极，Dl、D2 :N沟道JFET管的漏极，D31、D32、D41、D42 :N沟道耗尽型FET 管的漏极;Rl:电阻，0UT2:现有技术电路中的输出端；
[0026] Q5、Q6、Q7:耗尽型MOSFET管，R2:电阻，CR7:稳压二极管；
[0027] K:万用表，VIN:示波器的通道1，V0UT:示波器的通道2。
【具体实施方式】
[0028] 以下结合附图和具体实施例，对本发明用于低压电压测量电路的抗高压保护电路 进行详细说明。
[0029] 图1为本发明实施例1的电路图，同时示出了本发明的原理。如图1所示，本发明的 抗高压保护电路包括电压输入端VHl和电压输出端OUTl，以及串联在电压输入端和电压输 出端之间、包括第一耐压单元和第二耐压单元的耐压电路，和连接到电压输出端的限压电 路，电压输出端连接低压电压测量电路。下面通过具体的实施例对本发明的技术方案进行 详细介绍。
[0030] 实施例1:
[0031] 如图1所示，耐压电路包括具有第一输入端和第一输出端的第一耐压单元和具有 第二输入端和第二输出端的第二耐压单元，其中：
[0032] 第一耐压单元还包括在第一输入端和第一输出端之间依次连接的作为耐压器件 的N沟道耗尽型FET管Q3和作为限流器件的N沟道JFET管Ql，N沟道耗尽型FET管Q3的漏极 D31、D32连接到第一输入端，N沟道耗尽型FET管Q3的源极S3与N沟道JFET管Ql的漏极Dl连 接，N沟道耗尽