CN102651544B - 场效应管过电压保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种场效应管过电压保护方法，包括以下步骤：步骤1、提供整流模块、高压检测控制模块及场效应管，该高压检测控制模块电性连接于该整流模块，该场效应管的栅极电性连接于该高压检测控制模块，该场效应管的源极电性连接于该整流模块，该场效应管的漏极用于连接负载主功能电路；步骤2、接通整流模块电源，经过该整流模块整流，得到直流电压供给高压检测控制模块；步骤3、高压检测模块根据该直流电压进行比较判断，并输出控制电平给场效应管的栅极；步骤4、场效应管根据栅极上的控制电平控制自身的导通或关断，从而控制主功能电路的开通或关断。

Description

场效应管过电压保护方法

技术领域

本发明涉及一种过电压保护领域，尤其涉及一种采用场效应管设计的过电压保护方法。

背景技术

一般的电器产品中大多没有过电压保护电路，如图1所示，一旦电网出现异常，电压波动升高时，就会有电器损坏的情况发生。

如图2所示，为了解决这个问题，有些产品采用了继电器J作为保护开关，控制电路回路的闭合或断开，当检测电路检测到电网异常电压升高时，控制继电器切断输入电源，从而保护了电器产品内部电路免受电网异常电压升高而损坏的危险。该继电器J功率较高，一定程度上会增加电路功耗，这就会造成能源浪费，而且继电器J触点接触时会产生火花，使用寿命相对降低，存在一定安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种场效应管过电压保护方法，利用半导体场效应管作为过电压保护电路的保护开关，该场效应管为无触点开关，不存在机械动作，无火花产生，使用寿命长，安全性高，且驱动场效应管所需的功率低，节省能源。

为实现上述目的，本发明提供的一种场效应管过电压保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、提供整流模块、高压检测控制模块及场效应管，所述高压检测控制模块电性连接于所述整流模块，所述场效应管的栅极电性连接于所述高压检测控制模块，所述场效应管的源极电性连接于所述整流模块，所述场效应管的漏极用于连接负载主功能电路；

步骤2、接通该整流模块电源，经过所述整流模块整流，得到直流电压供给高压检测控制模块；

步骤3、高压检测模块根据该直流电压进行比较判断，并输出控制电平给场效应管的栅极；

步骤4、所述场效应管根据栅极上的控制电平控制自身的导通或关断，从而控制主功能电路的开通或关断。

所述步骤3中，高压检测控制模块处理该直流电压，并与模块内部电路设定的基准电压进行比较，若判定该电压小于设定电压，则该高压检测控制模块输出的控制电平为高电平，若判定该电压大于设定电压，则该高压检测控制模块输出的控制电平为低电平。

所述步骤4中若所述场效应管栅极上的控制电平为高电平时，场效应管完全导通，电性连接于场效应管的漏极与整流模块的负载主功能电路导通正常工作，若所述场效应管栅极上的控制电平为低电平时，场效应管完全关断，该负载主功能电路停止工作。

所述整流模块为桥式整流电路。

本发明的有益效果：本发明提供的场效应管过电压保护方法，利用半导体场效应管作为过电压保护电路的保护开关，通过高压检测控制模块检测电网电压的高低来输出控制电平控制场效应管的导通与关断，从而控制主功能电路的闭合与断开，该场效应管为无触点开关，不存在机械动作，无火花产生，使用寿命长，安全性高，且驱动场效应管所需的功率低，节省能源。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

附图中，

图1为现有无过电压保护电路的电路图；

图2为现有加继电器保护的电路框图；

图3为本发明场效应管过电压保护方法的流程示意图；

图4为本发明场效应管过电压保护方法的模块示意图；

图5为本发明场效应管过电压保护方法的一实施例的电路图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

请参阅图3至5，本发明提供一种场效应管过电压保护方法，其包括一下步骤：

步骤1、提供整流模块10、高压检测控制模块20及场效应管Q1，所述高压检测控制模块20电性连接于所述整流模块1，所述场效应管Q1的栅极G电性连接于所述高压检测控制模块20，所述场效应管Q1的源极S电性连接于所述整流模块10，所述场效应管Q1的漏极D用于连接负载主功能电路30；

本实施例中，所述高压检测控制模块20包括一电压基准芯片U1及一稳压管ZD1，所述电压基准芯片U1输入引脚R及接地引脚A电性连接于整流模块10，所述电压基准芯片U1输出引脚K电性连接于场效应管Q1的栅极G，所述稳压管ZD1阳极电性连接于所述电压基准芯片U1的输出引脚K，所述稳压管ZD1阴极电性连接于所述电压基准芯片U1的接地引脚A。

所述高压检测控制模块20还包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第一滤波电容E1、第二滤波电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6，所述第一二极管D1与第一滤波电容E1正向串联后电性连接于整流模块10输出端，所述第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3串联后接于第一滤波电容E1的阳极与阴极，所述电压基准芯片U1的输入引脚R电性连接于所述第二电阻R2与第三电阻R3中间，所述第二滤波电容C1电性连接于所述电压基准芯片U1的输入引脚R和接地引脚A，所述第四电阻R4与第二二极管D2正向串联后接于第一二极管D1的阴极与场效应管Q1的栅极G，所述电压基准芯片U1的输出引脚K电性连接于所述第二二极管D2的阳极，所述第五电阻R5一端电性连接于第一电阻R1与第二电阻R2中间，另一端电性连接于场效应管Q1的漏极D，所述第六电阻R6电性连接于场效应管Q1的栅极G与第一滤波电容E1的阴极。

所述整流模块10为由四个二极管构成的桥式整流电路，所述电压基准芯片U1采用美国国家半导体公司生产的LM431，其可通过调整***电阻阻值得到2.5V至36V的输出电压，然不限于此，电压基准芯片U1还可选用TL431、CL431、UTC431等类似功能兼容的芯片，所述稳压管ZD1反向击穿电压略小于场效应管Q1栅极G的最高电压，优选为15V。

步骤2、接通该整流模块10电源，经过所述整流模块10整流，得到直流电压供给高压检测控制模块20；

本实施例中，电网电压经整流模块10整流后得到的全波直流电Vdc，经过第一滤波电容E1滤波后形成一个比较平稳的直流电压V1，该直流电压V1一方面为高压检测控制模块20提供工作电源，另一方面作为电网电压的识别信号。

直流电压V1经过第四电阻R4、稳压管ZD1形成一个稳定的电压V4，为电压基准芯片U1和场效应管Q1提供工作电压。电路中第二滤波电容C1对电压基准芯片U1的输入引脚R的电压信号进一步滤波，提高高压检测控制模块20检测电压的精准度。

步骤3、高压检测模块20根据该直流电压进行比较判断，并输出控制电平给场效应管Q1的栅极G；

所述高压检测控制模块20处理该直流电压V1得到比较电压，电压基准芯片U1将该比较电压与该电压基准芯片的设定电压进行比较，若比较电压小于设定电压，则该电压基准芯片U1输出引脚K输出的控制电平为高电平，若比较电压大于设定电压，则该电压基准芯片U1输出引脚K输出的控制电平为低电平。

本实施例中，直流电压V1经过电阻R1、R2、R3串联分压以后，形成电压V2及电压V3，电压V3送到电压基准芯片U1的输入引脚R，为电压基准芯片U1提供比较电压，该电压基准芯片U1将该比较电压与该电压基准芯片U1的设定电压作比较。所述电压基准芯片U1的设定电压为2.5V。

步骤4、所述场效应管Q1根据栅极G上的控制电平控制自身的导通或关断，从而控制主功能电路30的开通或关断。

若所述场效应管Q1栅极G上的控制电平为高电平时，场效应管Q1完全导通，电性连接于场效应管Q1的漏极D与整流模块1的负载主功能电路3导通正常工作，若所述场效应管Q1栅极G上的控制电平为低电平时，场效应管Q1完全关断，该负载主功能电路30停止工作。

若电压基准芯片U1输出的控制电平为高电平，该控制电平经过稳压管ZD1的稳压后，该控制电平传送至场效应管Q1的栅极G，控制场效应管Q1完全导通，电性连接于场效应管Q1的漏极D与整流模块10的负载主功能电路30导通正常工作，若电压基准芯片U1输出的控制电平为低电平，该控制电平传送至场效应管Q1的栅极G，控制场效应管Q1完全关断，该负载主功能电路30停止工作。

本实施例中，当电网电压正常时，通过调整第一电阻、第二电阻及第三电阻R1、R2及R3的阻值可以得到电压V3小于2.5V，也即是电压基准芯片U1的输入引脚R处的电压小于2.5V，此时电压基准芯片U1的输出引脚K输出的控制电平为高电平，再加上稳压管ZD1限定作用，上述电压V4为15V，此时场效应管Q1的栅极G电压Vg约为14.3V(电压V4减去第二二极管D2的管压(约0.7V)，得到14.3V)，所以此时场效应管Q1处于完全导通状态，负载主功能电路30可以正常工作。

当电网异常电压超过正常值时，相应电压电压V3会大于2.5V，也即是电压基准芯片U1的输入引脚R的电压大于2.5V，电压基准芯片U1的输出引脚K输出的控制电平为低电平，此时上述电压V4为2.5V(电压基准芯片U1的最低输出电压)，此时场效应管Q1的栅极G电压Vg约为1.8V(电压V4减去第二二极管D2的管压(0.7V)，得到1.8V)，所以此时场效应管Q1处于完全关断状态，负载主功能电路30与电网完全断开，不受电网异常高电压的影响，从而实现了保护负载主功能电路30的目的。

此外，所述第五电阻R5起到反馈回差控制作用。当电压V3升到2.5V时，场效应管Q1关断，电压V5变为高电压Vdc，此高电压Vdc又经第五电阻R5正反馈使得电压V2及电压V3相应地进一步升高，确保电压V3超过2.5V，场效应管Q1可靠导通。反之，当电压V3降到2.5V时，场效应管Q1导通电压V5变为低电压，此低电压又经第五电阻R5正反馈使得电压V2及电压V3相应的进一步降低，确保电压V3低于2.5V，场效应管Q1则可靠关断。

综上所述，本发明提供的场效应管过电压保护方法，利用半导体场效应管作为过电压保护电路的保护开关，通过高压检测控制模块检测电网电压的高低来输出控制电平控制场效应管的导通与关断，从而控制主功能电路的闭合与断开，该场效应管为无触点开关，不存在机械动作，无火花产生，使用寿命长，安全性高，且驱动场效应管所需的功率低，节省能源。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种场效应管过电压保护方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤1、提供整流模块、高压检测控制模块及场效应管，所述整流模块为桥式整流电路；所述高压检测控制模块电性连接于所述整流模块，所述场效应管的栅极电性连接于所述高压检测控制模块，所述场效应管的源极电性连接于所述整流模块，所述场效应管的漏极用于连接负载主功能电路； 

步骤2、接通该整流模块电源，经过所述整流模块整流，得到直流电压供给高压检测控制模块； 

步骤3、高压检测模块根据该直流电压进行比较判断，并输出控制电平给场效应管的栅极； 

步骤4、所述场效应管根据栅极上的控制电平控制自身的导通或关断，从而控制主功能电路的开通或关断； 

所述步骤3中，高压检测控制模块处理该直流电压，并与模块内部电路设定的基准电压进行比较，若判定该电压小于设定电压，则该高压检测控制模块输出的控制电平为高电平，若判定该电压大于设定电压，则该高压检测控制模块输出的控制电平为低电平；

其中，步骤1中所述高压检测控制模块，包括：一电压基准芯片(U1)及一稳压管(ZD1)，所述电压基准芯片(U1)输入引脚(R)及接地引脚(A)电性连接于整流模块，所述电压基准芯片(U1)输出引脚(K)电性连接于场效应管(Q1)的栅极，所述稳压管(ZD1)阳极电性连接于所述电压基准芯片(U1)的输出引脚(K)，所述稳压管(ZD1)阴极电性连接于所述电压基准芯片(U1)的接地引脚(A)；还包括：第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一滤波电容(E1)、第二滤波电容(C1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)及第六电阻(R6)，所述第一二极管(D1)与第一滤波电容(E1)正向串联后电性连接于整流模块的输出端，所述第一电阻(R1)、第二电阻(R2)及第三电阻(R3)串联后接于第一滤波电容(E1)的阳极与阴极，所述电压基准芯片(U1)的输入引脚(R)电性连接于所述第二电阻(R2)与第三电阻(R3)中间，所述第二滤波电容 (C1)电性连接于所述电压基准芯片(U1)的输入引脚(R)和接地引脚(A)，所述第四电阻(R4)与第二二极管(D2)正向串联后接于第一二极管(D1)的阴极与场效应管的栅极，所述电压基准芯片(U1)的输出引脚(K)电性连接于所述第二二极管(D2)的阳极，所述第五电阻(R5)一端电性连接于第一电阻(R1)与第二电阻(R2)中间，另一端电性连接于场效应管的漏极，所述第六电阻(R6)电性连接于场效应管的栅极与第一滤波电容(E1)的阴极。 

2.如权利要求1所述的场效应管过电压保护方法，其特征在于，所述步骤4中若所述场效应管栅极上的控制电平为高电平时，场效应管完全导通，电性连接于场效应管的漏极与整流模块的负载主功能电路导通正常工作，若所述场效应管栅极上的控制电平为低电平时，场效应管完全关断，该负载主功能电路停止工作。