CN102437560A

CN102437560A - 一种具有可恢复过流保护功能的浪涌电流抑制电路模块

Info

Publication number: CN102437560A
Application number: CN2011104305950A
Authority: CN
Inventors: 叶东东; 张扬; 文毅; 钟红军; 李春江; 常涛; 彭勃
Original assignee: Beijing Institute of Control Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Control Engineering
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN102437560B

Abstract

本发明公开了一种具有可恢复过流保护功能的浪涌电流抑制电路模块，在一次母线与负载端之间包含由电阻R1、R2、R3、R4、R5、MOS管V1、三极管V2和稳压二极管V3组成的电路模块。采用本发明实现了集浪涌电流抑制和可恢复输入过流的保护，最大程度的保护了卫星的电源母线。

Description

一种具有可恢复过流保护功能的浪涌电流抑制电路模块

技术领域

本发明涉及一种具有可恢复过流保护功能的浪涌电流抑制电路模块，适用于卫星及其他需要实现浪涌电流抑制和可恢复输入过流保护功能的电路。

背景技术

APS星敏感器是卫星控制***中的重要姿态测量部件，APS星敏感器的电源输入为一次电源，其内部所使用的各种二次电源均由安装在星敏感器内部的二次电源模块提供。二次电源模块要为星敏感器的探头电路、数据处理电路、致冷器控制电路提供所需的二次电源。

由于卫星母线供电功率有限，且所用到电子线路的正负线之间有大容量的电容存在，如不采取措施，在某一单机开机的瞬间电容瞬时短路，将引起非常大的浪涌电流和启动浪涌电流，会造成卫星一次母线电压瞬时剧烈波动，从而影响其他单机的正常工作。另外，若某一单机发生短路故障时，须采取措施将该单机从一次母线上分离出去，以保护一次母线。为此各卫星平台的建造规范均提出，在二次电源的输入端需设计浪涌抑制电路和输入过流保护电路，并且在可预见的未来，启动浪涌电流也将要求被抑制。

目前，已有的二次电源浪涌电流抑制电路只能在开机瞬间进行自身浪涌电流抑制，不能对负载启动时的启动浪涌电流进行抑制，也不能在正常工作时进行多次浪涌电流抑制。输入过流保护电路均采用熔断器并联的方法，由于熔断器为热熔元件，因此在电装时对焊接温度要求较高，且存在熔断后不可恢复的缺点。

因此，需要研制一种结构简单、功能可靠的电路模块，能够在实现多次浪涌电流抑制的同时，实现可恢复的过流保护功能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种具有可恢复过流保护功能的浪涌电流抑制电路模块。本发明集浪涌电流抑制和可恢复输入过流保护为一体，最大程度的保护了卫星的电源母线。

本发明的技术解决方案是：

一种具有可恢复过流保护功能的浪涌电流抑制电路模块，在一次母线与负载端之间包含由电阻R1、R2、R3、R4、R5、MOS管V1、三极管V2和稳压二极管V3组成的电路模块，其中，电阻R1、电阻R2和MOS管V1串联后并联于正负母线之间，当所述电路模块用于负线时，所述电阻R3的一端与稳压二极管V3的阴极相连后与电阻R1和电阻R2的串联端相连；所述电阻R3的另一端与稳压二极管V3的阳极以及MOS管V1的源极与负线相连；当所述电路模块用于正线时，所述电阻R3的一端与稳压二极管V3的阳极相联后与电阻R1和电阻R2的串联端相连；所述电阻R3的另一端与二极管V3的阴极以及MOS管V1的源极与正线相连。

当所述电路模块用于负线时，所述MOS管V1采用N沟道MOS管，所述三极管V2采用NPN三极管；所述三极管V2的集电极与稳压二极管V3的阴极相连；所述三极管V2的发射极与电阻R4的一端与稳压二极管V3的阳极相连；所述三极管V2的基极通过电阻R5与电阻R4的另一端以及MOS管V1的源极相连。

当所述电路模块用于正线时，所述MOS管V1采用P沟道MOS管，所述三极管V2采用PNP三极管；所述三极管V2的集电极与稳压二极管V3的阳极相连；所述三极管V2的发射极与电阻R4的一端与稳压二极管V3的阴极相连；所述三极管V2的基极通过电阻R5与电阻R4的另一端以及MOS管V1的源极相连。

母线上电开启后，MOS管V1的漏-源可通过的电流I_D由下式所示，

I_{D} = I_{DO} {(\frac{U_{GS}}{U_{th}} - 1)}^{2}

其中，I_GS为MOS管V1的栅-源电压；U_th为MOS管V1的开启电压；I_DO为当U_GS＝2U_th时的漏-源电流，当I_D×R₄≥0.5V时，三极管V2开启并控制U_GS，使得MOS管V1的工作状态在可变电阻区和恒流区之间转化，从而实现对电流I_D的抑制和保护功能。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)多次浪涌电流抑制功能：现有技术应用于负线的电路如图3所示，当一次母线上电启动时，电容C1瞬时短路，使得MOS管V1的栅-源电压U_GS等于0V，当C1充电时，MOS管V1的栅-源电压U_GS从0V增加到电阻R1和电阻R3的分压值，从而开启MOS管V1，在此过程中实现浪涌电流抑制的功能，当电容C1充电完成后，浪涌电流抑制功能失效；本发明如图1或2所示，利用电阻R4采样MOS管V1的漏-源电流I_D，控制三极管V2的导通，使得MOS管V1的工作区域从可变电阻区进入恒流区，从而将浪涌电流保持为恒定值，当浪涌电流消失后，MOS管V1的工作区域从恒流区返回可变电阻区，以上工作过程可随浪涌电流的出现和消失重复进行，因此可实现多次浪涌电流抑制功能。

(2)可恢复输入过流保护功能：当负载出现短路故障时，利用电阻R4采样MOS管V1的漏-源电流I_D，控制三极管V2的导通，使得MOS管V1的工作区域从可变电阻区进入恒流区，可将输入电流限制为恒定值，实现输入过流保护，当短路故障被排除后，MOS管V1的工作区域从恒流区返回可变电阻区，电路可迅速恢复正常工作状态。

(3)恒流保护功能：利用电阻R4采样MOS管V1的漏-源电流I_D，控制三极管V2的导通，使得MOS管V1的工作区域从可变电阻区进入恒流区，因此浪涌电流被限制为恒定值，且当电路参数固定后，该电流值不会随输入电压的变化而改变。

附图说明

图1为本发明电路图1；

图2为本发明电路图2；

图3为现有技术电路图3；

图4为首次浪涌电流抑制波形图；

图5为过流保护电流抑制波形图；

图6为多次浪涌抑制波形图；

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1、2所示，本发明提出了一种具有可恢复过流保护功能的浪涌电流抑制电路模块，其中，图1为电路模块用于负线时电路图，图2为电路模块用于正线时电路图。电路的器件包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、MOS管V1、三极管V2和稳压二极管V3。具体的连接如图1或2所示。图中MOS管V₁的管脚定义为：G-栅极，D-漏极，S-源极；三极管V₂的管脚定义为：b-基极，c-集电极，e-发射极。

当连接于负线时，所述MOS管V1采用NMOS管，所述三极管V2采用NPN三极管。所述三极管V2的集电极与稳压二极管V3的阴极相连；所述三极管V2的发射极与电阻R4的一端与稳压二极管V3的阳极相连；所述三极管V2的基极通过电阻R5与电阻R4的另一端以及MOS管V1的源极相连；

当连接于正线时，所述MOS管V1采用PMOS管，所述三极管V2采用PNP三极管；所述三极管V2的集电极与稳压二极管V3的阳极相连；所述三极管V2的发射极与电阻R4的一端与稳压二极管V3的阴极相连；所述三极管V2的基极通过电阻R5与电阻R4的另一端以及MOS管V1的源极相连。

一次母线上电开启时，假设负载未启动，输入电压经所述电阻R1和R3分压，使得U_GS≥2U_th时，MOS管V1开启并工作在恒流区，此时MOS管V1的漏-源可通过的电流I_D由下式所示，

I_{D} = I_{DO} {(\frac{U_{GS}}{U_{th}} - 1)}^{2}

其中，U_GS为MOS管V1的栅-源电压；U_th为MOS管V1的开启电压；I_DO为当U_GS＝2U_th时的漏-源电流。

如图4所示负载启动时，其正负线之间的电容瞬时短路，此时一次母线上将产生较大的浪涌电流，即MOS管V1的漏-源流过较大的电流I_D，当I_D×R₄≥0.5V时，三极管V2导通，使得U_GS减小为三极管V2的管压降U_ce，根据公式

根据可以知道，I_D为恒定值，即MOS管V1工作在恒流区；当电容充电完成后，浪涌电流消失，电路恢复正常工作状态，即MOS管V1工作在可变电阻区。

如图5所示负载出现短路故障时，一次母线上将产生较大的电流，即MOS管V1的漏-源流过较大的电流I_D，当I_D×R₄≥0.5V时，三极管V2导通，使得U_GS减小为三极管V2的管压降U_ce，根据公式

根据可以知道，I_D为恒定值，即MOS管V1工作在恒流区；当短路故障排除后，过流电流消失，电路恢复正常工作状态，即MOS管V1工作在可变电阻区。

如图6所示当有多个负载间隔启动时，一次母线上将不断产生较大的电流，即MOS管V1的漏-源不断的流过较大的电流I_D，每次当I_D×R₄≥0.5V时，三极管V2导通，使得U_GS减小为三极管V2的管压降U_ce，根据公式

根据可以知道，I_D都将为恒定值，即MOS管V1工作在恒流区；当多个负载分别启动完成后，电路恢复正常工作状态，即MOS管V1工作在可变电阻区。

实施例

本发明电路中器件的具体型号如下，可根据具体母线电压值、电流抑制范围和保护要求进行调整，应用于负线时：

一次母线电源电压：+28V

R1：RMK3216-1/4W-30KΩ

R2：RMK3216-1/4W-100Ω

R3：RMK3216-1/4W-10KΩ

R4：RX21-4W-0.35Ω

R5：RMK3216-1/4W-100Ω

V1：IRHNJ67230SCV(IRF5NJ3315)

V2：3DG111F

V3：ZW60

应用于正线时：

一次母线电源电压：+28V

R1：RMK3216-1/4W-30KΩ

R2：RMK3216-1/4W-100Ω

R3：RMK3216-1/4W-10KΩ

R4：RX21-4W-0.35Ω

R5：RMK3216-1/4W-100Ω

V1：IRHNJ9130(IRF5NJ9540)

V2：3CG111C

V3：ZW60

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种具有可恢复过流保护功能的浪涌电流抑制电路模块，在一次母线与负载端之间包含由电阻R1、R2、R3、R4、R5、MOS管V1、三极管V2和稳压二极管V3组成的电路模块，其中，电阻R1、电阻R2和MOS管V1串联后并联于正负母线之间，当所述电路模块用于负线时，所述电阻R3的一端与稳压二极管V3的阴极相连后与电阻R1和电阻R2的串联端相连；所述电阻R3的另一端与稳压二极管V3的阳极以及MOS管V1的源极与负线相连；当所述电路模块用于正线时，所述电阻R3的一端与稳压二极管V3的阳极相联后与电阻R1和电阻R2的串联端相连；所述电阻R3的另一端与二极管V3的阴极以及MOS管V1的源极与正线相连；其特征在于：

当所述电路模块用于负线时，所述MOS管V1采用N沟道MOS管，所述三极管V2采用NPN三极管；所述三极管V2的集电极与稳压二极管V3的阴极相连；所述三极管V2的发射极与电阻R4的一端与稳压二极管V3的阳极相连；所述三极管V2的基极通过电阻R5与电阻R4的另一端以及MOS管V1的源极相连；

2.如权利要求1所述的一种具有可恢复过流保护功能的浪涌电流抑制电路模块，其特征在于：母线上电开启后，MOS管V1的漏-源可通过的电流I_D由下式所示，

I_{D} = I_{DO} {(\frac{U_{GS}}{U_{th}} - 1)}^{2}

其中，U_GS为MOS管V1的栅-源电压；U_th为MOS管V1的开启电压；I_DO为当U_GS＝2U_th时的漏-源电流，当I_D×R₄≥0.5V时，三极管V2开启并控制U_GS，使得MOS管V1的工作状态在可变电阻区和恒流区之间转化，从而实现对电流I_D的抑制和保护功能。