CN108199566A

CN108199566A - 带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源

Info

Publication number: CN108199566A
Application number: CN201711435648.1A
Authority: CN
Inventors: 李健华; 高斌泉
Original assignee: Chengdu Dingxin Zhiyuan Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Dingxin Zhiyuan Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2018-06-22

Abstract

本发明提供一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，涉及单脉冲电源领域；其解决了现有高温单脉冲电源的过压保护和欠压保护效果不好，易造成电源损坏的问题；本发明电源主要由整流滤波电路、直流欠压保护电路、直流过压保护电路、控制IC、MOS管Q3和升压单元组成，其改进了直流欠压保护电路和直流过压保护电路。本发明对于直流欠电压防护的效果更好，其在输入欠压时，不给控制IC供电，在额定电压范围加大了给控制IC的供电电流，使产品在高温情况下也能可靠启动；本发明对于直流过压防护的效果更好，其采用稳压管加采样电阻的方式，在输入电压过压时，可在采样电阻上产生较大的电流，在高温下也能可靠工作。

Description

带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源

技术领域

本发明涉及单脉冲电源领域，尤其是涉及一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源。

背景技术

高温单脉冲电源是一种在其输入端接入200～230Vdc的额定直流电压时，其会输出高电压、大电流的脉冲能量。这种电源工作环境温度高(最高可达225℃)、现场供电情况复杂(有其它各种设备需要各电压等级的交流/直流电压，交流电压范围：0～380Vac，直流电压范围：0～300Vdc)、输入端电缆长(可达10km)且与其它电缆混在一起。

当这种电源产品由于接线错误，或由于输入电缆之间绝缘层破损造成产品输入端接入了异常的直流电压时，如在输入反向直流电压(-600～0Vdc)、直流欠压(0～150Vdc)、直流过压(250～300Vdc)等情况下，产品将不能工作、且非常容易损坏，因此这种产品通常都需要增加对异常直流电压的防护功能。

图1提供了一种现有产品的直流保护电路，其工作原理如下：

对直流欠压的保护：通过采用电阻R5’、电阻R6’分压作为控制IC’的启动电压，当输入直流电压在0～150Vdc时，由于启动电压达不到控制IC’的启动电压门限，控制IC’不工作。但随着环境温度的升高，控制IC’的漏电流会越来越大，在环境温度225℃时，漏电流可以达到10mA左右。而R5’受体积、散热条件的影响，设计的电流值一般小于5mA，这就造成在高温环境下，输入端即使接入额定的直流工作电压，产品也不能工作。

对直流过压的保护：通过使用电阻R1’、电阻R2’对输入电压采样，如果输入端直流电压过高，采样电压将高于基准电压Vref，使Q1’关断，主电路不工作。但是在高温225℃的情况下，基准电压Vref会降低至常温的60％左右，同时三极管Q2’的漏电流变大，在输入电压未达到过压门限时，Q2’就会导通，拉低Q1’门极电压，使产品在额定电压下也不能正常工作。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，解决现有高温单脉冲电源的过压保护和欠压保护效果不好，易造成电源损坏的问题。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，其特征在于，该电源包括整流滤波电路、直流欠压保护电路、直流过压保护电路、控制IC、MOS管Q3和升压单元，所述升压单元包括初级线圈和次级线圈，所述直流过压保护电路包括稳压管ZD1’、电阻R16、稳压管ZD4、电容C21、MOS管Q2、电阻R17’、电阻R19和MOS管Q1，所述稳压管ZD1’的正极连接整流滤波电路的正极输出端、负极通过电阻R16连接稳压管ZD4的正极，所述稳压管ZD4的负极连接整流滤波电路的负极输出端，所述电阻R17’与电阻R19串联后再并联在整流滤波电路的两个输出端之间，所述MOS管Q2的栅极连接到电阻R16与稳压管ZD4的正极之间、源极连接到整流滤波电路的负极输出端、漏极连接到电阻R17’与电阻R19之间，所述电容C21的一端连接MOS管Q2的栅极、另一端连接整流滤波电路的负极输出端，所述MOS管Q1的栅极连接到电阻R17’与电阻R19之间、源极连接到整流滤波电路的负极输出端、漏极连接到直流欠压保护电路。

作为进一步方案，所述直流欠压保护电路包括稳压管ZD5’、电阻R2、电阻R10’和电容C16，所述直流过压保护电路的电源输入端连接整流滤波电路，所述稳压管ZD5’的正极连接直流过压保护电路的正极输出端，稳压管ZD5’的负极依次串接电阻R2、电阻R10’后接到直流过压保护电路的负极输出端，所述控制IC的启动电压端连接到电阻R2与电阻R10’之间，控制IC的控制端连接MOS管Q3的栅极，所述MOS管Q3的源极连接直流过压保护电路的负极输出端，所述MOS管Q3的漏极连接初级线圈的一端，初级线圈的另一端连接直流过压保护电路的正极输出端，所述电容C16的一端连接控制IC的启动电压端、另一端连接直流过压保护电路的负极输出端，所述MOS管Q1的漏极连接到电阻R10’。

作为进一步方案，所述稳压管ZD1’的稳压值为225V～230V，该稳压管ZD1’由1～50个稳压管串联而成。

作为进一步方案，所述稳压管ZD4的稳压值为10V～24V，该稳压管ZD4由1～30个稳压管串联而成。

作为进一步方案，所述稳压管ZD5’的稳压值为150V～160V，该稳压管ZD5’由1～10个稳压管串联而成。

作为进一步方案，该电源还包括交流防护电路，该电路包括电容C20、电阻R14、二极管D9、二极管D8、电阻R15和电阻R18，所述整流滤波电路包括电容C9和二极管D7，所述电容C9并联在电源的两端，所述二极管D7的正极端连接电源正极、负极端连接稳压管ZD5’的正极，所述电容C20的一端连接二极管D7的正极端、另一端通过电阻R14连接二极管D9的负极，所述二极管D9的正极连接电源负极，所述二极管D8的正极连接到电容C20与电阻R14之间、负极端依次串联电阻R15和电阻R18后连接电源负极，所述MOS管Q2的栅极连接到电阻R15与电阻R18之间。

作为进一步方案，所述电阻R14和电阻R15简化为一个电阻R14’，所述电容C20通过电阻R14’分别连接二极管D9和二极管D8。

作为进一步方案，所述二极管D7为反向耐压大于600V的二极管；所述电容C20为电容值在0.01uF～0.1uF，且耐压大于600V的多层陶瓷电容；所述电容C21为电容值在0.1uF～1uF的多层陶瓷电容；所述电阻R14和电阻R15为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

作为进一步方案，所述电阻R14’为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明对于直流欠电压防护的效果更好，其在输入欠压时，不给控制IC供电，在额定电压范围加大了给控制IC的供电电流，使产品在高温情况下也能可靠启动；

2、本发明对于直流过压防护的效果更好，其采用稳压管加采样电阻的方式，在输入电压过压时，可在采样电阻上产生较大的电流，在高温下也能可靠工作；

3、本发明还可以对交流异常电压进行防护，其在0～380Vac整个范围内，都起到防护作用，工作温度可达225℃。

附图说明

图1为现有高温单脉冲电源的直流保护电路图；

图2为本发明的直流保护电路图；

图3为在本发明的基础上增加交流防护的电路图；

图4为带直流、交流防护的本发明的具体电路图；

图5为另一种带直流、交流防护的本发明的具体电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明提供一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，如图2所示，该电源主要由整流滤波电路、直流欠压保护电路、直流过压保护电路、控制IC、MOS管Q3和升压单元、整流单元、储能单元组成。其中，升压单元主要由初级线圈和次级线圈组成。直流过压保护电路的电源输入端连接整流滤波电路。整流单元连接升压单元。储能单元连接整流单元。储能单元通过开关连接负载。

直流欠压保护电路主要由稳压管ZD5’、电阻R2、电阻R10’和电容C16组成。稳压管ZD5’的正极连接直流过压保护电路的正极输出端，稳压管ZD5’的负极依次串接电阻R2、电阻R10’后接到直流过压保护电路的负极输出端。控制IC的启动电压端连接到电阻R2与电阻R10’之间，控制IC的控制端连接MOS管Q3的栅极。MOS管Q3的源极连接直流过压保护电路的负极输出端，MOS管Q3的漏极连接初级线圈的一端，初级线圈的另一端连接直流过压保护电路的正极输出端。电容C16的一端连接控制IC的启动电压端、另一端连接直流过压保护电路的负极输出端。本发明的稳压管ZD5’可以由1～10个稳压管串联而成，只要单个或串联后的稳压值之和在150V～160V之间即可。本发明的电阻R10’通过电阻R10和一个与其他电路共用的电阻R11共同构成。

本实施例中，稳压管ZD5’的稳压值取150V(实际线路中可由2个稳压管ZD5、ZD65串联而成)，当输入直流电压小于150Vdc时，稳压管ZD5’没有击穿，控制IC无启动电压，不能工作。当输入直流电压大于150Vdc时，稳压管ZD5’击穿，电阻R2对电容C16充电，当电容C16两端电压超过控制IC的启动门限电压后，控制IC启动，主电路工作。线路设计为当输入额定直流电压(200～230Vdc)时，电阻R2对电容C16的充电电流为15～25mA。这样，即使在高温225℃情况下，控制IC的漏电流达到10mA，控制IC也能启动。

实施例2

本实施例中，提供一种直流过压保护电路，电源的其余组成与实施例一致，如图2所示。直流过压保护电路主要由稳压管ZD1’、电阻R16、稳压管ZD4、电容C21、MOS管Q2、电阻R17’、电阻R19和MOS管Q1组成。稳压管ZD1’的正极连接整流滤波电路的正极输出端、负极通过电阻R16连接稳压管ZD4的正极。稳压管ZD4的负极连接整流滤波电路的负极输出端。电阻R17’与电阻R19串联后再并联在整流滤波电路的两个输出端之间。MOS管Q2的栅极连接到电阻R16与稳压管ZD4的正极之间、源极连接到整流滤波电路的负极输出端、漏极连接到电阻R17’与电阻R19之间。电容C21的一端连接MOS管Q2的栅极、另一端连接整流滤波电路的负极输出端。MOS管Q1的栅极连接到电阻R17’与电阻R19之间、源极连接到整流滤波电路的负极输出端、漏极连接到电阻R10’。本发明的稳压管ZD1’可以由1～50个稳压管串联而成，只要单个或串联后的稳压值之和在225V～230V之间即可。稳压管ZD4也可以由1～30个稳压管串联而，只要单个或串联后的稳压值为10V～24V即可。电阻R17’也可以有几个电阻串联而成，本实施例采用电阻R17和电阻R20串联组成。

本实施例中，稳压管ZD1’的稳压值取225V(实际线路中可由3个稳压管ZD1、ZD2、ZD3串联而成)，当输入直流电压大于230Vdc时，稳压管ZD1’击穿，电阻R16对电容C21充电，当电容C21两端电压超过MOS管Q2门限电压时，MOS管Q2导通，拉低MOS管Q1门极电压，MOS管Q1关断，主电路不工作。

实施例3

本实施例主要是在实施例2的基础上增加了交流防护电路，其余组成与实施例2一致。本实施例的结构图如图3和图4所示，交流防护电路主要由电容C20、电阻R14、二极管D9、二极管D8、电阻R15和电阻R18组成。该交流防护电路与直流过压保护电路共用电容C21。整流滤波电路包括电容C9和二极管D7，电容C9并联在电源的两端，二极管D7的正极端连接电源正极、负极端连接稳压管ZD5’的正极。电容C20的一端连接二极管D7的正极端、另一端通过电阻R14连接二极管D9的负极，二极管D9的正极连接电源负极(由于串联，二极管D9和电阻R14的位置可交换)。二极管D8的正极连接到电容C20与电阻R14之间、负极端依次串联电阻R15和电阻R18后连接电源负极。MOS管Q2的栅极连接到电阻R15与电阻R18之间。

二极管D7、D8、D9选择1N4007、FR107、BYV26E等反向耐压大于600V的二极管。电容C20为电容值在0.01uF～0.1uF，且耐压大于600V的多层陶瓷电容。电容C21为电容值在0.1uF～1uF的多层陶瓷电容。电阻R14和电阻R15为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

本实施例中，由于线路中C20要求耐压高而容量小，C21要求容量大而耐压低，所以C20和C321均可使用耐高温的陶瓷电容。C20可选用0.01uF/1kV贴片电容，C21可选用0.47uF/50V贴片电容。即使输入端交流电压为380Vac(峰值电压540V)，也能可靠工作。

当输入端误接入交流电压时，在交流电压上升时(正弦波形0°～90°)，电流经电容C20、二极管D8、电阻R15、电容C21，对电容C20和电容C21充电。在交流电压下降时(正弦波形90°～270°)，电流经二极管D9、电阻R14、电容C20，对电容C20放电。再次上升时(正弦波形270°～2π+90°)，又对电容C20和电容C21充电。这样周而复始，电容C21两端会维持一个电压，使MOS管Q2导通，拉低MOS管Q1门极电压，MOS管Q1关断，主电路不工作，从而起到交流防护作用。

实施例4

本实施例是基于实施例3的改进，其电路结构如图5所示，主要将电阻R14和电阻R15简化为一个电阻R14’。电容C20通过电阻R14’分别连接二极管D9和二极管D8。电阻R14’为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，其特征在于，该电源包括整流滤波电路、直流欠压保护电路、直流过压保护电路、控制IC、MOS管Q3和升压单元，所述升压单元包括初级线圈和次级线圈，所述直流过压保护电路包括稳压管ZD1’、电阻R16、稳压管ZD4、电容C21、MOS管Q2、电阻R17’、电阻R19和MOS管Q1，所述稳压管ZD1’的正极连接整流滤波电路的正极输出端、负极通过电阻R16连接稳压管ZD4的正极，所述稳压管ZD4的负极连接整流滤波电路的负极输出端，所述电阻R17’与电阻R19串联后再并联在整流滤波电路的两个输出端之间，所述MOS管Q2的栅极连接到电阻R16与稳压管ZD4的正极之间、源极连接到整流滤波电路的负极输出端、漏极连接到电阻R17’与电阻R19之间，所述电容C21的一端连接MOS管Q2的栅极、另一端连接整流滤波电路的负极输出端，所述MOS管Q1的栅极连接到电阻R17’与电阻R19之间、源极连接到整流滤波电路的负极输出端、漏极连接到直流欠压保护电路。

2.根据权利要求1所述的一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，其特征在于，所述直流欠压保护电路包括稳压管ZD5’、电阻R2、电阻R10’和电容C16，所述直流过压保护电路的电源输入端连接整流滤波电路，所述稳压管ZD5’的正极连接直流过压保护电路的正极输出端，稳压管ZD5’的负极依次串接电阻R2、电阻R10’后接到直流过压保护电路的负极输出端，所述控制IC的启动电压端连接到电阻R2与电阻R10’之间，控制IC的控制端连接MOS管Q3的栅极，所述MOS管Q3的源极连接直流过压保护电路的负极输出端，所述MOS管Q3的漏极连接初级线圈的一端，初级线圈的另一端连接直流过压保护电路的正极输出端，所述电容C16的一端连接控制IC的启动电压端、另一端连接直流过压保护电路的负极输出端，所述MOS管Q1的漏极连接到电阻R10’。

3.根据权利要求2所述的一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，其特征在于，所述稳压管ZD1’的稳压值为225V～230V，该稳压管ZD1’由1～50个稳压管串联而成。

4.根据权利要求2所述的一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，其特征在于，所述稳压管ZD4的稳压值为10V～24V，该稳压管ZD4由1～30个稳压管串联而成。

5.根据权利要求2所述的一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，其特征在于，所述稳压管ZD5’的稳压值为150V～160V，该稳压管ZD5’由1～10个稳压管串联而成。

6.根据权利要求2所述的一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，其特征在于，该电源还包括交流防护电路，该电路包括电容C20、电阻R14、二极管D9、二极管D8、电阻R15和电阻R18，所述整流滤波电路包括电容C9和二极管D7，所述电容C9并联在电源的两端，所述二极管D7的正极端连接电源正极、负极端连接稳压管ZD5’的正极，所述电容C20的一端连接二极管D7的正极端、另一端通过电阻R14连接二极管D9的负极，所述二极管D9的正极连接电源负极，所述二极管D8的正极连接到电容C20与电阻R14之间、负极端依次串联电阻R15和电阻R18后连接电源负极，所述MOS管Q2的栅极连接到电阻R15与电阻R18之间。

7.根据权利要求6所述的一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，其特征在于，所述电阻R14和电阻R15简化为一个电阻R14’，所述电容C20通过电阻R14’分别连接二极管D9和二极管D8。

8.根据权利要求6所述的一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，其特征在于，所述二极管D7为反向耐压大于600V的二极管；所述电容C20为电容值在0.01uF～0.1uF，且耐压大于600V的多层陶瓷电容；所述电容C21为电容值在0.1uF～1uF的多层陶瓷电容；所述电阻R14和电阻R15为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。

9.根据权利要求7所述的一种带直流过压保护的直流窗口式工作高温单脉冲电源，其特征在于，所述电阻R14’为电阻值10kΩ～100kΩ，且功率大于或等于1/4W的电阻。