CN105068636A - 一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，属于防浪涌电路，本发明解决加固计算机供电***中，被浪涌电压冲击后，供电出现故障的问题。技术方案为：压敏电阻、瞬态电压抑制二极管、过压过流保护电路并联，压敏电阻与瞬态电压抑制二极管的一端均连接电源输入端，压敏电阻与瞬态电压抑制二极管的另一端均接地；过压过流保护电路包括过压保护稳压芯片、线性场效应管，过压保护稳压芯片的VCC引脚连接电源输入端，过压保护稳压芯片的OUT引脚连接电源输出端；线性场效应管的漏极连接过压保护稳压芯片的SNS引脚，线性场效应管的栅极连接过压保护稳压芯片的GATE引脚，线性场效应管的源极连接过压保护稳压芯片的OUT引脚。

Description

一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路

技术领域

本发明涉及一种防浪涌电路，具体地说是一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路。

背景技术

加固计算机（ruggedizedcomputer），是为适应各种恶劣环境，在计算机设计时，对影响计算机性能的各种因素，如***结构、电气特性和机械物理结构等，采取相应保证措施的计算机，又称抗恶劣环境计算机。其特点是：具有强的环境适应性、高可靠性和高可维性；较强的实时处理能力；系列化、标准化和模块化。

机载或车载的加固计算机对供电的安全性的要求比较高，机载或车载的加固计算机供电***的低压直流电源一般是24V，但其中常伴有60V以下的冲击浪涌电压。为保证用电设备在该环境下正常可靠的工作，必须能承受这种环境下的浪涌电压冲击，即24V直流环境下承受浪涌电压的要求是承受电压尖峰VPK为60V的浪涌电压以后不发生任何故障。

目前，机载或车载的加固计算机供电***，仍存在被浪涌电压冲击后，出现供电故障的问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路。解决加固计算机供电***，仍存在被浪涌电压冲击后，出现供电故障的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，包括依次连接的电源输入端Vin、压敏电阻RV、瞬态电压抑制二极管TVS、过压过流保护电路、电源输出端Vout；压敏电阻RV、瞬态电压抑制二极管TVS、过压过流保护电路并联，压敏电阻RV与瞬态电压抑制二极管TVS的一端均连接电源输入端Vin，压敏电阻RV与瞬态电压抑制二极管TVS的另一端均接地；过压过流保护电路包括过压保护稳压芯片、线性场效应管Q1，过压保护稳压芯片的VCC引脚连接电源输入端Vin，过压保护稳压芯片的OUT引脚连接电源输出端Vout；线性场效应管Q1的漏极（D）连接过压保护稳压芯片的SNS引脚，线性场效应管Q1的栅极（G）连接过压保护稳压芯片的GATE引脚，线性场效应管Q1的源极（S）连接过压保护稳压芯片的OUT引脚；电源输入端Vin经过采样电阻R1后连接线性场效应管Q1的漏极（D），线性场效应管Q1的源极（S）连接电源输出端Vout。

过压保护稳压芯片采用LT4356芯片或者LT4363芯片。

电阻R2与电阻R3串联组成电压比较器，电阻R2的另一端接在线性场效应管Q1的源极（S）与电源输出端Vout之间，电阻R3的另一端接地，过压保护稳压芯片的FB引脚连接在电阻R2与电阻R3串联电路之间的中心抽头。

线性场效应管Q1的栅极（G）经过电阻R4后连接至过压保护稳压芯片的GATE引脚；电容C1的一端连接在电阻R4与过压保护稳压芯片的GATE引脚之间，电容C1的另一端接地。

线性场效应管Q1采用IRLR2908型号的线性场效应管。

瞬态电压抑制二极管TVS为2个，即瞬态电压抑制二极管TVS1与瞬态电压抑制二极管TVS2，均设置在压敏电阻RV与过压过流保护电路之间。

电阻R5与电容C2串联，电源输入端Vin连接电阻R5的另一端，电容C2的另一端接地。

电容C3与电容C4并联电路的一端连接电源输出端Vout，另一端接地。

电阻R6与发光二极管LED1串联，电阻R6的另一端连接电源输出端Vout，发光二极管LED1另一端接地。

过压保护稳压芯片的TMR引脚经过电容C5后接地。

压敏电阻是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，一种限压型保护器件，主要用于在电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。压敏电阻先对冲击浪涌进行处理；利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间，压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。

瞬态电压抑制二极管，英文全称TransientVoltageSuppressor，简称TVS管；是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS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，使两极间的电压箝位于一个预定值，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。

本发明的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路和现有技术相比，具有以下优点：

1、采用了压敏电阻RV、瞬态电压抑制二极管TVS、过压保护稳压芯片、线性场效应管Q1作为核心器件，电路简单、可靠性高，能够达到各项指标要求；

2、24V供电环境下经过此防冲击浪涌电路后给后级笔记本主板供电稳定，在机载或者车载电源有冲击浪涌时能及时处理掉冲击浪涌能量，提高产品的可靠性；机载或者车载电源进入后先通过压敏电阻RV和瞬态电压抑制二极管TVS对冲击浪涌进行初级处理，吸收大部分的冲击浪涌能量，然后可能还残留的小电压冲击浪涌进入后级电路，再通过过压保护稳压芯片进行过压过流保护电路处理，充分保证电源输入的可靠性；

3、适用于机载或车载的加固计算机中。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路的结构框图；

附图2为一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路的电路图。

图2中：车载电源连接在电压输入端Vin，电压输出端Vout连接笔记本主板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

本发明的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其结构包括依次连接的电源输入端Vin、压敏电阻RV、瞬态电压抑制二极管TVS、过压过流保护电路、电源输出端Vout；压敏电阻RV、瞬态电压抑制二极管TVS、过压过流保护电路并联，压敏电阻RV与瞬态电压抑制二极管TVS的一端均连接电源输入端Vin，压敏电阻RV与瞬态电压抑制二极管TVS的另一端均接地；过压过流保护电路包括过压保护稳压芯片、线性场效应管Q1，过压保护稳压芯片的VCC引脚连接电源输入端Vin，过压保护稳压芯片的OUT引脚连接电源输出端Vout；线性场效应管Q1的漏极（D）连接过压保护稳压芯片的SNS引脚，线性场效应管Q1的栅极（G）连接过压保护稳压芯片的GATE引脚，线性场效应管Q1的源极（S）连接过压保护稳压芯片的OUT引脚；电源输入端Vin经过采样电阻R1后连接线性场效应管Q1的漏极（D），线性场效应管Q1的源极（S）连接电源输出端Vout。

过压保护稳压芯片采用LT4356芯片。LT4356芯片为凌力尔特公司(LinearTechnologyCorporation，简称凌特)推出的浪涌保护芯片。

电阻R2与电阻R3串联组成电压比较器，电阻R2的另一端接在线性场效应管Q1的源极（S）与电源输出端Vout之间，电阻R3的另一端接地，过压保护稳压芯片的FB引脚连接在电阻R2与电阻R3串联电路之间的中心抽头。

线性场效应管Q1的栅极（G）经过电阻R4后连接至过压保护稳压芯片的GATE引脚；电容C1的一端连接在电阻R4与过压保护稳压芯片的GATE引脚之间，电容C1的另一端接地。

线性场效应管Q1采用IRLR2908型号的线性场效应管。

LT4356芯片中引脚功能如下：

FB引脚1：Feedback，定压反馈输入引脚，引脚通过一个分压电阻的输出和GND之间，用于确定输出电压；

OUT引脚2：电压输出引脚；

GATE引脚3：门控制输入信号引脚；

SNS引脚4：电流感应信号输入引脚；

VCC引脚5：供电电压输入引脚；

SHDN引脚6：总控制信号输入引脚；

FLT引脚7：故障输出引脚；

EN引脚8：使能引脚；

GND引脚9：接地引脚；

TMR引脚10：防冲击浪涌时间输入引脚。

本实施例的防冲击浪涌电路，PCB板采用2层板，电源输入端Vin与电源输出端Vout分别设置在不同层的PCB板上，进行隔离，元器件布局充分考虑了尺寸和位置，保证电磁兼容性，保证电路板的器件布局合理。

本实施例的防冲击浪涌电路，使用时，首先压敏电阻RV先对冲击浪涌进行处理，利用压敏电阻RV的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻RV的两极间，压敏电阻RV可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。瞬态电压抑制二极管TVS在线路板上与被保护线路并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，瞬态电压抑制二极管TVS便产生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流透过瞬态电压抑制二极管TVS被引开，避开被保护元件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后，瞬态电压抑制二极管TVS自动恢复高阻状态，整个回路进入正常电压。为彻底消除冲击浪涌的影响，在压敏电阻RV和瞬态电压抑制二极管TVS之后有过压过流保护电路。该部分电路采用了凌特公司的LT4356芯片和线性场效应管IRLR2908为核心器件。LT4356是凌特公司推出的一种过压保护稳压器，该器件能同时进行过压和过流保护，为航空电子设备等下游组件提供了可靠的前段保护。其工作电压范围为4V～80V，可以处理100V甚至更高的瞬态电压，并在不对自身和负载造成损坏的前提下提供低至-60V的反向输入保护。LT4356芯片通过一个电压比较器将FB引脚反馈电压和一个1.25V基准电压比较来控制GATE引脚的输出以实现电路的电压保护功能。发生过压保护时，在定时周期内LT4356芯片GATE引脚控制线性场效应管Q1继续保持导通，直到时间超过设定的定时周期时，GATE引脚控制线性场效应管Q1关断，保证***保持一定时间内的瞬时冲击浪涌电压。该部分电路分别对防冲击浪涌的过压保护、过流保护及防冲击浪涌保护时间进行了设定。

实施例2：

本发明的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其结构包括依次连接的电源输入端Vin、压敏电阻RV、瞬态电压抑制二极管TVS、过压过流保护电路、电源输出端Vout；压敏电阻RV、瞬态电压抑制二极管TVS、过压过流保护电路并联，压敏电阻RV与瞬态电压抑制二极管TVS的一端均连接电源输入端Vin，压敏电阻RV与瞬态电压抑制二极管TVS的另一端均接地；过压过流保护电路包括过压保护稳压芯片、线性场效应管Q1，过压保护稳压芯片的VCC引脚连接电源输入端Vin，过压保护稳压芯片的OUT引脚连接电源输出端Vout；线性场效应管Q1的漏极（D）连接过压保护稳压芯片的SNS引脚，线性场效应管Q1的栅极（G）连接过压保护稳压芯片的GATE引脚，线性场效应管Q1的源极（S）连接过压保护稳压芯片的OUT引脚；电源输入端Vin经过采样电阻R1后连接线性场效应管Q1的漏极（D），线性场效应管Q1的源极（S）连接电源输出端Vout。

过压保护稳压芯片采用LT4363芯片。LT4363芯片为凌力尔特公司(LinearTechnologyCorporation，简称凌特)推出的浪涌保护芯片。

电阻R2与电阻R3串联组成电压比较器，电阻R2的另一端接在线性场效应管Q1的源极（S）与电源输出端Vout之间，电阻R3的另一端接地，过压保护稳压芯片的FB引脚连接在电阻R2与电阻R3串联电路之间的中心抽头。

线性场效应管Q1的栅极（G）经过电阻R4后连接至过压保护稳压芯片的GATE引脚；电容C1的一端连接在电阻R4与过压保护稳压芯片的GATE引脚之间，电容C1的另一端接地。

线性场效应管Q1采用IRLR2908型号的线性场效应管。

瞬态电压抑制二极管TVS为2个，即瞬态电压抑制二极管TVS1与瞬态电压抑制二极管TVS2，均设置在压敏电阻RV与过压过流保护电路之间。

电阻R5与电容C2串联，电源输入端Vin连接电阻R5的另一端，电容C2的另一端接地。

电容C3与电容C4并联电路的一端连接电源输出端Vout，另一端接地。

电阻R6与发光二极管LED1串联，电阻R6的另一端连接电源输出端Vout，发光二极管LED1另一端接地。

过压保护稳压芯片的TMR引脚经过电容C5后接地。

本实施例中，过压保护设计如下：此电路的过压保护电压值为32V，当输入超过32V时，将其电压值箝位在32V。LT4363芯片通过一个电压比较器将FB引脚反馈电压和一个1.25V基准电压比较来控制GATE引脚的输出以实现电路的电压保护功能。电阻R2和电阻R3连到LT4363芯片的FB引脚，发生过压保护时，在定时周期内LT4363芯片GATE引脚控制线型场效应管Q1继续保持导通，直到时间超过设定的定时周期时，GATE引脚控制线性场效应管Q1关断，保证***在一定时间内的冲击浪涌电压下仍工作，根据输出箝位电压VREG为32V计算出过压保护时两个分压电阻--电阻R2和电阻R3的取值。设过压保护时，通过电阻R2和电阻R3的电流为250uA，R3=1.25V/250uA=5KΩ，实际取4.99KΩ。R2=(32V-1.25V)R5/1.25V=122.7KΩ，实际取124KΩ。

过流保护设计如下：此电路的最大工作电流设置为5A，当电流超过5A一定时间后电路关断。通过采样电阻R1两端的压降控制LT4363芯片GATE引脚以实现防冲击浪涌电流功能。采样电阻R1两端VCC引脚和SNS引脚的压降与内部50mV基准电压比较，当采样电阻R1压降大于50mV时进入过流保护。SNS引脚最低能够工作在-60V，SNS引脚和VCC引脚的压降不能超过30V。如果不用过流保护功能，可以将SNS引脚和VCC引脚直接连接。本设计采样电阻R1取10mΩ，实现电流限定在5A以下：I=50mV/RSNS1=I=50mV/10mΩ=5A。

冲击浪涌持续时间的设置：由于冲击浪涌是在一定时间内有的，当出现冲击浪涌时防冲击浪涌电路在对后级进行限压限流的处理，超过此时间后电路关断，防止线性场效应管Q1因吸收冲击浪涌能量太久过热而造成损坏。防冲击浪涌时间设置是通过在LT4363芯片的TMR脚加电容实现的。由于前面两级压敏电阻RV、瞬态电压抑制二极管TVS已经对冲击浪涌进行了处理，到该部分压过流保护电路的冲击浪涌已经比较小了，设定冲击浪涌时间为2ms，当超过此设定时间后，电路输出关断。计算TMR引脚定时电容C5的容值：CTMR=(2ms*5uA)/100mV=0.1uF。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

Claims (10)

1.一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其特征在于包括依次连接的电源输入端Vin、压敏电阻RV、瞬态电压抑制二极管TVS、过压过流保护电路、电源输出端Vout；

压敏电阻RV、瞬态电压抑制二极管TVS、过压过流保护电路并联，压敏电阻RV与瞬态电压抑制二极管TVS的一端均连接电源输入端Vin，压敏电阻RV与瞬态电压抑制二极管TVS的另一端均接地；

过压过流保护电路包括过压保护稳压芯片、线性场效应管Q1，过压保护稳压芯片的VCC引脚连接电源输入端Vin，过压保护稳压芯片的OUT引脚连接电源输出端Vout；

线性场效应管Q1的漏极连接过压保护稳压芯片的SNS引脚，线性场效应管Q1的栅极连接过压保护稳压芯片的GATE引脚，线性场效应管Q1的源极连接过压保护稳压芯片的OUT引脚；

电源输入端Vin经过采样电阻R1后连接线性场效应管Q1的漏极，线性场效应管Q1的源极连接电源输出端Vout。

2.根据权利要求1所述的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其特征在于过压保护稳压芯片采用LT4356芯片或者LT4363芯片。

3.根据权利要求2所述的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其特征在于电阻R2与电阻R3串联组成电压比较器，电阻R2的另一端接在线性场效应管Q1的源极与电源输出端Vout之间，电阻R3的另一端接地，过压保护稳压芯片的FB引脚连接在电阻R2与电阻R3串联电路之间的中心抽头。

4.根据权利要求2所述的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其特征在于线性场效应管Q1的栅极经过电阻R4后连接至过压保护稳压芯片的GATE引脚；电容C1的一端连接在电阻R4与过压保护稳压芯片的GATE引脚之间，电容C1的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其特征在于线性场效应管Q1采用IRLR2908型号的线性场效应管。

6.根据权利要求1所述的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其特征在于瞬态电压抑制二极管TVS为2个，即瞬态电压抑制二极管TVS1与瞬态电压抑制二极管TVS2，均设置在压敏电阻RV与过压过流保护电路之间。

7.根据权利要求1所述的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其特征在于电阻R5与电容C2串联，电源输入端Vin连接电阻R5的另一端，电容C2的另一端接地。

8.根据权利要求1所述的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其特征在于电容C3与电容C4并联电路的一端连接电源输出端Vout，另一端接地。

9.根据权利要求1所述的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其特征在于电阻R6与发光二极管LED1串联，电阻R6的另一端连接电源输出端Vout，发光二极管LED1另一端接地。

10.根据权利要求2所述的一种应用于加固计算机中的防冲击浪涌电路，其特征在于过压保护稳压芯片的TMR引脚经过电容C5后接地。