一种大功率多路串并联均压的电压浪涌抑制电路

技术领域

本发明属于电路技术领域，具体涉及一种大功率多路串并联均压的电压浪涌抑制电路。

背景技术

随着半导体各种性能的提升，对系统电源的要求越来越高，稳定的电源前端电压是现有系统电源的主流方向，线性过压浪涌抑制线路由于具有良好的电磁兼容性成为前端预处理模块的首选。

由于电源的功率越来越高，而传统的线性过压浪涌抑制线路，箝位功率MOSFET管主要是单个MOSFET管，由于工艺限制，单个箝位功率MOSFET管过电流能力有限，导致输出功率受限，严重制约了线性过压浪涌抑制电路的使用范围。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种大功率多路串并联均压的电压浪涌抑制电路，以便解决上述提到的技术问题。

本发明的技术方案是：

一种大功率多路串并联均压的电压浪涌抑制电路，包括：

外接输入端，所述外接输入端与第一电容CA的一端电连接，所述第一电容CA的另一端接地；

外接输出端，所述外接输出端与第二电容CB的一端电连接，所述第二电容CB的另一端接地；

箝位电路，串联在所述外接输入端和外接输出端之间，所述箝位电路包括依次串联的至少两级箝位模块，所述箝位模块包括至少两个并联的箝位单元，所述箝位单元包括：

MOSFET管，所述MOSFET管的源极与所述外接输入端电连接，所述MOSFET管的漏极与后级箝位模块电连接，所述MOSFET管的栅极与第三电容C2的一端电连接，所述第三电容C2的另一端接地，所述第三电容C2背离接地端的一端与第一电阻R2的一端电连接，所述第一电阻R2的另一端与所述MOSFET管的漏极电连接；

还包括：

供电电路，用于保证后级线路的正常供电，所述供电电路的输入端和外接输入端连接；

震荡电路，用于为后级电路提供设定频率的方波，所述震荡电路的输入端与所述供电电路的输出端连接；

自举电路，用于为所述箝位单元提供栅极驱动电压，所述震荡电路的输出端与所述自举电路的输入端连接；

均压电路，用于给所述箝位单元的MOSFET管的箝位电压均压；

输出调压电路，用于设定输出电压，所述输出调压电路的输入端和外接输入端电连接，所述输出调压电路的输出端和外接输出端电连接。

优选的，所述供电电路包括第二电阻R1、第一三极管VT1、第一二极管D1、第一稳压管DZ1和第四电容C1，所述第二电阻R1的一端与所述外接输入端电连接，所述第二电阻R1的另一端与所述第一二极管D1的阳极电连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第一稳压管DZ1的阴极电连接，所述第一稳压管DZ1的阳极接地；所述第一二极管D1的阳极电连接第一三极管VT1的基极，所述第一三极管VT1的发射极与所述第四电容C1的一端电连接，所述第四电容C1的另一端接地，所述第一三极管VT1的集电极与所述外接输入端电连接。

优选的，所述震荡电路包括：

三角波发生电路和将三角波发生电路转化为方波的方波输出电路，所述三角波发生电路包括脉冲宽度调制器IC1，所述脉冲宽度调制器IC1为UCC2813-5，所述UCC2813-5的FB端口、CS端口、GND端口均接地，COMP端口与第五电容C11的一端电连接，所述第五电容C11的另一端接地，R/C端口与第六电容C10的一端电连接，所述第六电容C10的另一端接地，V

方波输出电路包括比较器IC2，所述比较器IC2的同相输入端与所述第六电容C10背离接地的一端电连接，所述比较器IC2的反相输入端分别与第四电阻R11、第五电阻R12的一端分别电连接，所述第四电阻R11的另一端与所述第三电阻R10的另一端电连接，所述第五电阻R12的另一端接地，所述比较器IC2的正向电源端口分别电连接供电电源和第七电容C12的一端，所述第七电容C12的另一端接地，所述比较器IC2的负向电源端口接地，所述比较器IC2的输出端与第六电阻R13、第七电阻R14的一端分别电连接，所述第六电阻R13的另一端与供电电源电连接，所述第七电阻R14的另一端分别与第二三极管VT2、第三三极管VT3的基极电连接，所述第二三极管VT2的发射极与第三三极管VT3的发射极电连接，所述第二三极管VT2的集电极接地，所述第三三极管VT3的集电极电连接供电电源。

优选的，所述自举电路包括至少两个自举单元，所述自举单元包括一端与所述第三三极管VT3的发射极电连接的第七电容C13，所述第七电容C13的另一端分别与第二二极管D2的阳极、第三二极管D3的阴极电连接，所述第三二极管D3的阳极电连接第八电容C14的一端，所述第八电容C14的另一端与所述第二二极管D2的阴极电连接，所述第二二极管D2的阴极还电连接第八电阻R15的一端，所述第八电阻R15的另一端与第二稳压管DZ2的阴极电连接，所述第二稳压管DZ2的阳极与所述第三二极管D3的阳极电连接；所述第二稳压管DZ2的阴极电连接MOSFET管的栅极，所述第二稳压管DZ2的阳极电连接MOSFET管的漏极。

优选的，所述均压电路包括依次串联的至少两个均压单元，所述均压单元包括一端与所述外接输入端电连接的第九电阻R24，所述第九电阻R24的另一端与第十电阻R17的一端电连接，所述第十电阻R17的另一端电连接MOSFET管的栅极，所述外接输入端与第五稳压管DZ5的阴极电连接，所述第五稳压管DZ5的阳极与所述第九电阻R24背离外接输入端的一端电连接。

优选的，还包括第四二极管D7，所述第四二极管D7的阳极与所述外接输入端电连接，所述第四二极管D7的阴极与第五稳压管DZ5的阴极电连接。

优选的，所述输出调压电路包括依次串联的第十一电阻R19、第十二电阻R20和第十三电阻R21，所述第十一电阻R19与外接输出端电连接，所述第十三电阻R21接地，所述第十三电阻R21背离接地端的一端与第四三极管VT4的基极电连接，所述第四三极管VT4的集电极与外接输出端电连接，所述第四三极管VT4的发射极与第五三极管VT5的发射极电连接，所述第五三极管VT5的集电极电连接供电电源，所述第五三极管VT5的基极电连接UCC2813-5的V

本发明提供的一种大功率多路串并联均压的电压浪涌抑制电路，在正常供电情况下，箝位电路中MOSFET管完全导通，该线路处于微功耗工作状态，当输入电压高过限幅电压或者过压浪涌来临时，箝位电路将输出电压限制在设定电压范围之内，这时候模块处于线性稳压工作模式，保障后级电路不受电压瞬变的影响。

与现有技术相比，本发明通过箝位MOSFET管多管串联均流和多管并联均压线路，大幅度提升线性过压浪涌抑制功率，过压等级，扩展浪涌抑制的使用范围，同时可以根据实际需要多级串并联功率MOSFET管，实现更高电压等级和更大功率等级的使用，实用性强，值得推广。

附图说明

图1为本发明的整体电路图；

图2为本发明的供电电路；

图3为本发明的震荡电路；

图4为本发明的方波输出电路；

图5为本发明的箝位电路；

图6为本发明的自举电路；

图7为本发明的均压电路；

图8为本发明的输出调压电路。

具体实施方式

本发明提供了一种大功率多路串并联均压的电压浪涌抑制电路，下面结合图1到图8的结构示意图，对本发明进行说明。

实施例1

一种大功率多路串并联均压的电压浪涌抑制电路，电路图见图1所示，包括外接输入端，所述外接输入端与第一电容CA的一端电连接，所述第一电容CA的另一端接地；

外接输出端，所述外接输出端与第二电容CB的一端电连接，所述第二电容CB的另一端接地；

箝位电路，用于实现对电压浪涌的抑制，串联在所述外接输入端和外接输出端之间，所述箝位电路包括依次串联的至少两级箝位模块，所述箝位模块包括至少两个并联的箝位单元，所述箝位单元包括：

MOSFET管，所述MOSFET管的源极与所述外接输入端电连接，所述MOSFET管的漏极与后级箝位模块电连接，所述MOSFET管的栅极与第三电容C2的一端电连接，所述第三电容C2的另一端接地，所述第三电容C2背离接地端的一端与第一电阻R2的一端电连接，所述第一电阻R2的另一端与所述MOSFET管的漏极电连接；其中，第一电阻R2是MOSFET管的栅极与MOSFET管的漏极之间的放电电阻，第三电容C2用于电压浪涌来临时抑制尖峰电压。

还包括：

供电电路，用于保证后级线路的正常供电，所述供电电路的输入端和外接输入端连接；

震荡电路，用于为后级电路提供设定频率的方波，所述震荡电路的输入端与所述供电电路的输出端连接；

自举电路，用于为所述箝位单元提供栅极驱动电压，所述震荡电路的输出端与所述自举电路的输入端连接；

均压电路，用于给所述箝位单元的MOSFET管的箝位电压均压；

输出调压电路，用于设定输出电压，所述输出调压电路的输入端和外接输入端电连接，所述输出调压电路的输出端和外接输出端电连接。

在正常供电情况下，箝位电路中MOSFET管完全导通，该线路处于微功耗工作状态，当输入电压高过限幅电压或者过压浪涌来临时，箝位电路将输出电压限制在设定电压范围之内，这时候模块处于线性稳压工作模式，保障后级电路不受电压瞬变的影响。

其中，如图2所示，供电电路的功能是为后级电路提供稳定的电压，保证后级线路的正常供电，供电电路由第二电阻R1、第一三极管VT1、第一二极管D1、第一稳压管DZ1和第四电容C1组成。其中，第二电阻R1是第一三极管VT1的基极限流电阻，第一稳压管DZ1用于限定第一三极管VT1基极的输出电压，第一二极管D1用于高低温补偿。

供电电路包括第二电阻R1、第一三极管VT1、第一二极管D1、第一稳压管DZ1和第四电容C1，所述第二电阻R1的一端与所述外接输入端电连接，所述第二电阻R1的另一端与所述第一二极管D1的阳极电连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第一稳压管DZ1的阴极电连接，所述第一稳压管DZ1的阳极接地；所述第一二极管D1的阳极电连接第一三极管VT1的基极，所述第一三极管VT1的发射极与所述第四电容C1的一端电连接，所述第四电容C1的另一端接地，所述第一三极管VT1的集电极与所述外接输入端电连接。

其中，震荡电路包括三角波发生电路和将三角波发生电路转化为方波的方波输出电路。

其中，三角波发生电路如图3所示，功能是产生三角波，图中IC1为集成电路芯片，其型号为UCC2813-5，提供三角波，通过改变第六电容C10和第三电阻R10可以改变输出频率，第五电容C11为基准VREF的储能电容。

三角波发生电路包括脉冲宽度调制器IC1，所述脉冲宽度调制器IC1为UCC2813-5，所述UCC2813-5的FB端口、CS端口、GND端口均接地，COMP端口与第五电容C11的一端电连接，所述第五电容C11的另一端接地，R/C端口与第六电容C10的一端电连接，所述第六电容C10的另一端接地，V

其中，如图4所示的方波输出电路，图中第四电阻R11和第五电阻R12对基准分压后和三角波(RT)比较，通过比较器IC2比较器输出方波，比较器IC2为比较器供电储能电容，第六电阻R13、第七电阻R14、第二三极管VT2、第三三极管VT3组成功率放大电路，增强方波的驱动能力，通过FB输出方波。

方波输出电路包括比较器IC2，所述比较器IC2的同相输入端与所述第六电容C10背离接地的一端电连接，所述比较器IC2的反相输入端分别与第四电阻R11、第五电阻R12的一端分别电连接，所述第四电阻R11的另一端与所述第三电阻R10的另一端电连接，所述第五电阻R12的另一端接地，所述比较器IC2的正向电源端口分别电连接供电电源和第七电容C12的一端，所述第七电容C12的另一端接地，所述比较器IC2的负向电源端口接地，所述比较器IC2的输出端与第六电阻R13、第七电阻R14的一端分别电连接，所述第六电阻R13的另一端与供电电源电连接，所述第七电阻R14的另一端分别与第二三极管VT2、第三三极管VT3的基极电连接，所述第二三极管VT2的发射极与第三三极管VT3的发射极电连接，所述第二三极管VT2的集电极接地，所述第三三极管VT3的集电极电连接供电电源。

其中，如图5所示的箝位电路，为非隔离线性抑制电路，箝位电路的功能是用于实现对电压浪涌的抑制，将输出电压箝位到设定电压，多余的电压均匀分布在箝位电路的多级串并联MOSFET管中，最终以热的形式消耗。

图5包括了二级箝位，每级中又并联了4个箝位单元。

在正常供电情况下，第一级Q1A～Q4A和第二级Q2B～Q4B的MOSFET管完全导通，由于MOSFET管内阻很低，因此功耗很小。

当浪涌电压来临时，假设输入的是80V/50ms浪涌电压，输出电压设定在38V，此时，第一级输出电压为59V，第二级输出电压为38V，两级MOSFET管上的电压均为21V，两级箝位电路可以有效降低MOSFET管上源极(D)和漏极(S)之间的电压，增强MOSFET管过电流能力，提高MOSFET管可靠性。

其中，如图6所示的自举电路，功能是为箝位电路提供栅极驱动电压。方波输出电路通过FB把方波送给第七电容C13和第九电容C15，图中VTH2和VO1处是第二级箝位电路中MOSFET管的的栅极和漏极，VTH1和VS1是第一级箝位电路中MOSFET管的栅极和漏极。方波通过第七电容C13和第九电容C15利用二极管的单向导通原理，将电压升高到开启箝位MOSFET管的电压，其中第八电容C14和第十电容C16为滤波电容，第八电阻R15、第十五电阻R16为限流电阻，第二稳压管DZ2、第四稳压管DZ4为MOSFET管的栅极和漏极之间的稳压二极管，防止电压过高损坏箝位MOSFET管。

自举电路包括至少两个自举单元，所述自举单元包括一端与所述第三三极管VT3的发射极电连接的第七电容C13，所述第七电容C13的另一端分别与第二二极管D2的阳极、第三二极管D3的阴极电连接，所述第三二极管D3的阳极电连接第八电容C14的一端，所述第八电容C14的另一端与所述第二二极管D2的阴极电连接，所述第二二极管D2的阴极还电连接第八电阻R15的一端，所述第八电阻R15的另一端与第二稳压管DZ2的阴极电连接，所述第二稳压管DZ2的阳极与所述第三二极管D3的阳极电连接；所述第二稳压管DZ2的阴极电连接MOSFET管的栅极，所述第二稳压管DZ2的阳极电连接MOSFET管的漏极。

其中，如图7所示的均压电路，功能是对箝位电路的多级主功率MOSFET管箝位电压均压，有效提高箝位电路的功率等级和MOSFET管的可靠性。

均压电路包括依次串联的至少两个均压单元，所述均压单元包括一端与所述外接输入端电连接的第九电阻R24，所述第九电阻R24的另一端与第十电阻R17的一端电连接，所述第十电阻R17的另一端电连接MOSFET管的栅极，所述外接输入端与第五稳压管DZ5的阴极电连接，所述第五稳压管DZ5的阳极与所述第九电阻R24背离外接输入端的一端电连接。

均压电路中的VTH2为第二级栅极(G)，VTH1为第一级栅极(G)，第三稳压管DZ3为第二级箝位二极管，第五二极管D4为温漂抑制二极管，第五稳压管DZ5为第一级箝位二极管，第四二极管D7为温漂抑制二极管。第十六电阻R22和第十电阻R17为限流电阻，第十七电阻R23和第九电阻R24为分压电阻。

如果为多级MOSFET管串联，在此基础上增加即可。实际的应用中，可以视功率情况，最多可分为6-8级，并串联分为四个MOSFET管并串联。

其中，如图8所示的输出调压电路，功能是设定输出电压。图中第十一电阻R19、第十二电阻R20和第十三电阻R21为设定输出电压分压电阻，第四三极管VT4和第五三极管VT5组成恒流源，第十八电阻R18为限流电阻。

当输出电压小于设定电压时，第四三极管VT4不导通，Vo1输出不箝位，当输出电压大于设定电压时，第四三极管VT4导通，将Vo1电压箝位到设定电压，由于Vo1为第二级箝位MOSFET管的漏极，实现了电压浪涌抑制的功能。

输出调压电路包括依次串联的第十一电阻R19、第十二电阻R20和第十三电阻R21，所述第十一电阻R19与外接输出端电连接，所述第十三电阻R21接地，所述第十三电阻R21背离接地端的一端与第四三极管VT4的基极电连接，所述第四三极管VT4的集电极与外接输出端电连接，所述第四三极管VT4的发射极与第五三极管VT5的发射极电连接，所述第五三极管VT5的集电极电连接供电电源，所述第五三极管VT5的基极电连接UCC2813-5的V

实施例2

为了提高均压精度，在图7中使用电阻均压的基础上，增加二极管，具体的，还包括第四二极管D7，所述第四二极管D7的阳极与所述外接输入端电连接，所述第四二极管D7的阴极与第五稳压管DZ5的阴极电连接。

本发明提供的一种大功率多路串并联均压的电压浪涌抑制电路，功耗低、精度高、工作时间长，有效的打破了西方国家在该领域的垄断，实用性强，值得推广。

以上公开的仅为本发明的较佳具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。