CN108336722B - 并联浪涌抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种并联浪涌抑制电路，包括控制器、第一开关管及第二开关管，第一开关管和第二开关管的控制端均与控制器电连接，以在控制器的控制下导通或关断，第二开关管的导通阻抗小于第一开关管，第一开关管的单次雪崩能量高于第二开关管，当输入信号的电压处于第一预设范围时，控制器控制第一开关管和第二开关管均导通；当输入信号的电压处于第二预设范围时，控制器控制第一开关管导通、第二开关管关断，通过设置并联的两个开关管，根据电信号强度大小选择使用不同的开关管，限定输出信号的强度，有效地保护后级电路，同时能够减小正常工作状态下的能量导通传输损耗，有利于功率MOS管选型，实现大电流输出浪涌模块。

Description

并联浪涌抑制电路

技术领域

本发明涉及直流浪涌抑制器技术领域，具体而言，涉及一种并联浪涌抑制电路。

背景技术

浪涌电压抑制器(surge suppressor)，也叫浪涌保护器、防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

直流浪涌抑制器的内部MOS管要求有较高的单次雪崩能量(EAS单次雪崩能量)，但其导通阻抗(Rds)大，正常工作电压下损耗大；不易制造大电流浪涌抑制器。因此急需设计一种损耗小的大电流浪涌抑制电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种并联浪涌抑制电路，以实现降低浪涌抑制器内部MOS管的导通损耗的目的。

本发明是这样实现的：

一种并联浪涌抑制电路，所述浪涌抑制电路包括控制器、第一开关管及第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管并联，所述第一开关管和所述第二开关管的控制端均与所述控制器电连接，以在所述控制器的控制下导通或关断，所述第二开关管的导通阻抗小于第一开关管的阻抗，所述第一开关管的单次雪崩能量高于所述第二开关管的单次雪崩能量，当输入信号的电压处于第一预设范围时，所述控制器控制所述第一开关管和所述第二开关管均导通；当输入信号的电压处于第二预设范围时，所述控制器控制所述第一开关管导通、第二开关管关断。

进一步地，所述并联浪涌抑制电路包括信号输出端及输出信号采样电路，所述第一开关管和所述第二开关管的输出端均与所述信号输出端电连接，所述输出信号采样电路与所述信号输出端电连接，所述输出信号采样电路还与所述控制器电连接，所述输出信号采样电路用于检测并联浪涌抑制电路的输出信号的电压，将检测到的输出信号的电压发送至控制器，所述控制器根据输出信号的电压控制第一开关管的工作状态。

进一步地，所述并联浪涌抑制电路包括信号输入端及输入信号采样电路，所述信号输入端与所述第一开关管的输入端、第二开关管的输入端均连接，所述输入信号采样电路与所述信号输入端电连接，所述输入信号采样电路还与所述控制器电连接，所述输入信号采样电路用于检测并联浪涌抑制电路的输入信号的电压，将检测到的输入信号的电压发送至控制器，所述控制器根据输入信号的电压控制第一开关管和第二开关管的导通或关断。

进一步地，所述第一开关管的栅极与所述控制器电连接，所述第一开关管的漏极与所述信号输入端电连接，所述第一开关管的源极与所述信号输出端电连接。

进一步地，所述第二开关管的栅极与所述控制器电连接，所述第二开关管的漏极与所述信号输入端电连接，所述第二开关管的源极与所述信号输出端电连接。

进一步地，所述第一预设范围为8～36V。

进一步地，所述第二预设范围为36～80V。

进一步地，当所述输入信号大于第二预设范围时，所述控制器控制第一开关管和第二开关管均关断。

进一步地，所述输出信号采样电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述信号输出端电连接，所述第一电阻的第二端与所述控制器的第一I/O端口电连接，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第二电阻的第二端接地。

进一步地，所述输入信号采样电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端与所述信号输入端电连接，所述第三电阻的第二端与所述控制器的第二I/O端口电连接，所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第二端电连接，所述第四电阻的第二端接地。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种并联浪涌抑制电路，包括控制器、第一开关管及第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管并联，所述第一开关管和所述第二开关管的控制端均与所述控制器电连接，以在所述控制器的控制下导通或关断，所述第二开关管的导通阻抗小于第一开关管的阻抗，所述第一开关管的单次雪崩能量高于所述第二开关管的单次雪崩能量，当输入信号的电压处于第一预设范围时，所述控制器控制所述第一开关管和所述第二开关管均导通；当输入信号的电压处于第二预设范围时，所述控制器控制所述第一开关管导通、第二开关管关断，通过设置并联的两个开关管，根据电信号强度大小选择使用不同的开关管，限定输出信号的强度，有效地保护后级电路，同时能够减小正常工作状态下的能量导通传输损耗，有利于功率MOS管选型，实现大电流输出浪涌模块。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明所提供的一种并联浪涌抑制电路的示意框图。

图2示出了并联浪涌抑制电路的电路连接示意图。

图标：100-并联浪涌抑制电路；110-控制器111；MA-第一开关管；MB-第二开关管；P1-信号输入端；P2-信号输出端；151-输入信号采样电路；R3-第三电阻；R4-第四电阻；153-输出信号采样电路；R1-第一电阻；R2-第二电阻。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

在本发明的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例

本实施例提供了一种并联浪涌抑制电路100，请参阅图1，图1示出了本实施例提供的并联浪涌抑制电路100的示意图。

并联浪涌抑制电路100包括控制器、第一开关管MA及第二开关管MB，第一开关管MA和第二开关管MB的控制端均与控制器电连接，以在控制器的控制下导通或关断，以将信号进行处理并传输至后级电路。

并联浪涌抑制电路100还包括输入信号采样电路151和输出信号采样电路153，输入信号采样电路151用于采样输入信号，将采样的输入信号传输至控制器；输出信号采样电路153用于采样输出信号，将采样的输出信号传输至控制器，控制器依据采样的输入信号和采样的输出信号控制第一开关管MA和第二开关管MB的工作状态。

例如，请参阅图2，于本实施例中，第一开关管MA和第二开关管MB并联，并联浪涌抑制电路100还包括信号输入端P1和信号输出端P2，信号输入端P1与第一开关管MA的输入端、第二开关管MB的输入端均连接，信号输出端P2与第一开关管MA和第二开关管MB的输出端均连接，信号输入端P1用于接入输入信号，以将输入信号导入第一开关管MA或第二开关管MB，第一开关管MA或第二开关管MB对输入信号进行处理后传导至信号输出端P2进行输出。

需要说明的是，于本实施例中，所述并联浪涌抑制电路100还包括保护电路，所述保护电路与信号输入端P1电性连接，所述保护电路用于滤除大电流，防止电压过大的信号或电流过大的信号损坏第一开关管MA和/或第二开关管MB。

于本实施例中，第一开关管MA和第二开关管MB可以是MOS管，但不限于此。第一开关管MA的栅极与控制器电连接，第一开关管MA的漏极与信号输入端P1电连接，第一开关管MA的源极与信号输出端P2电连接。第二开关管MB的栅极与控制器电连接，第二开关管MB的漏极与信号输入端P1电连接，第二开关管MB的源极与信号输出端P2电连接。于本实施例中，第一开关管MA的栅极和第二开关管MB的栅极与控制器的控制端电连接，用于在控制器的控制下导通或关断。

所述输入信号采样电路151用于对输入信号进行采样，并将采样的输入信号发送至控制器，所述输出信号采样电路153用于对输出信号进行采样，并将采样的输出信号发送至控制器，所述控制器根据采样的输入信号和采样的输出信号控制第一开关管MA或第二开关管MB导通或关断。

输入信号采样电路151与信号输入端P1电连接，输入信号采样电路151还与控制器电连接，输入信号采样电路151用于检测并联浪涌抑制电路100的输入信号，例如，检测输入信号的电压，将检测到的输入信号的电压发送至控制器，控制器根据输入信号的电压控制第一开关管MA和第二开关管MB的导通或关断。

于本实施例中，输入信号采样电路151包括第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3的第一端与信号输入端P1电连接，第三电阻R3的第二端与控制器的第二I/O端口电连接，第四电阻R4的第一端与第三电阻R3的第二端电连接，第四电阻R4的第二端接地。

第一开关管MA和第二开关管MB的输出端均与信号输出端P2电连接，输出信号采样电路153与信号输出端P2电连接，输出信号采样电路153用于检测并联浪涌抑制电路100的输出信号的电压，并将检测到的输出信号的电压发送至控制器，控制器根据输出信号的电压控制第一开关管MA的工作状态。

于本实施例中，输出信号采样电路153包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端与信号输出端P2电连接，第一电阻R1的第二端与控制器的第一I/O端口电连接，第二电阻R2的第一端与第一电阻R1的第二端电连接，第二电阻R2的第二端接地。

需要说明的是，所述输入信号采样电路151和输出信号采样电路153均包括数模转换电路等子电路模块，以将采样的模拟信号转化为数字信号传输至控制器。于本实施例中，所述控制器可以是DSP控制芯片、单片机、FPGA芯片等具有相同或相似功能的处理芯片。

于本实施例中，第一开关管MA为高EAS(单次雪崩能量)、低Rdson(导通阻抗)的功率器件，所述第二开关管MB为低EAS、低Rdson的功率器件。第二开关管MB的Rdson小于第一开关管MA的Rdson，第一开关管MA的EAS高于第二开关管MB的EAS，当输入信号的电压处于第一预设范围时，例如，所述第一预设范围为可以是8～36V。控制器控制第一开关管MA和第二开关管MB均导通；此时，由于第二开关管MB的导通阻抗小，故而电流均从第二开关管MB上流过，从而正常导通时的能量损耗小。

当输入信号的电压出现过压状态，即输入信号的电压处于第二预设范围时，控制器控制第一开关管MA导通、第二开关管MB关断。于本实施例中，所述第二预设范围可以是36～80V。第一开关管MA导通，第二开关管MB关断，则电信号通过第一开关管MA经信号输出端P2向后级电路传送。第一开关管MA为高EAS(单次雪崩能量)、低Rdson(导通阻抗)的功率器件，电信号在通过是可以将信号的能量进行限制。控制器根据采样的输出信号控制第一开关管MA的工作状态，例如，控制器根据采样的输出信号，控制第一开关管MA的驱动电压，使第一开关管MA工作在线性状态，使输出信号限制在设定的值，有效保护后级电路的用电设备。

当控制器接收的采样的输入信号的电压趋于正常，即处于第一预设范围时，控制器在此控制第二开关管MB打开，电信号恢复通过第二开关管MB传输。

当输入信号大于第二预设范围时，控制器控制第一开关管MA和第二开关管MB均关断，以防止保护后级电路。

综上所述，本发明提供了一种并联浪涌抑制电路100，包括控制器、第一开关管MA及第二开关管MB，所述第一开关管MA和所述第二开关管MB并联，所述第一开关管MA和所述第二开关管MB的控制端均与所述控制器电连接，以在所述控制器的控制下导通或关断，所述第二开关管MB的导通阻抗小于第一开关管MA的阻抗，所述第一开关管MA的单次雪崩能量高于所述第二开关管MB的单次雪崩能量，当输入信号的电压处于第一预设范围时，所述控制器控制所述第一开关管MA和所述第二开关管MB均导通；当输入信号的电压处于第二预设范围时，所述控制器控制所述第一开关管MA导通、第二开关管MB关断，通过设置并联的两个开关管，根据电信号强度大小选择使用不同的开关管，限定输出信号的强度，有效地保护后级电路，同时能够减小正常工作状态下的能量导通传输损耗，有利于功率MOS管选型，实现大电流输出浪涌模块。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种并联浪涌抑制电路，其特征在于，所述并联浪涌抑制电路包括控制器、第一开关管及第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管并联，所述第一开关管和所述第二开关管的控制端均与所述控制器电连接，以在所述控制器的控制下导通或关断，所述第二开关管的导通阻抗小于第一开关管的阻抗，所述第一开关管的单次雪崩能量高于所述第二开关管的单次雪崩能量；

当输入信号的电压处于第一预设范围时，所述控制器控制所述第一开关管和所述第二开关管均导通；

当输入信号的电压处于第二预设范围时，所述控制器控制所述第一开关管导通、第二开关管关断，且所述控制器根据采样的输出信号，控制所述第一开关管的驱动电压，使所述第一开关管工作在线性状态，使输出信号限制在设定的值，有效保护后级电路的用电设备；所述第二预设范围的最小值为所述第一预设范围的最大值。

2.如权利要求1所述的并联浪涌抑制电路，其特征在于，所述并联浪涌抑制电路包括信号输出端及输出信号采样电路，所述第一开关管和所述第二开关管的输出端均与所述信号输出端电连接，所述输出信号采样电路与所述信号输出端电连接，所述输出信号采样电路还与所述控制器电连接，所述输出信号采样电路用于检测并联浪涌抑制电路的输出信号的电压，将检测到的输出信号的电压发送至控制器，所述控制器根据输出信号的电压控制第一开关管的工作状态。

3.如权利要求2所述的并联浪涌抑制电路，其特征在于，所述并联浪涌抑制电路包括信号输入端及输入信号采样电路，所述信号输入端与所述第一开关管的输入端、第二开关管的输入端均连接，所述输入信号采样电路与所述信号输入端电连接，所述输入信号采样电路还与所述控制器电连接，所述输入信号采样电路用于检测并联浪涌抑制电路的输入信号的电压，将检测到的输入信号的电压发送至控制器，所述控制器根据输入信号的电压控制第一开关管和第二开关管的导通或关断。

4.如权利要求3所述的并联浪涌抑制电路，其特征在于，所述第一开关管的栅极与所述控制器电连接，所述第一开关管的漏极与所述信号输入端电连接，所述第一开关管的源极与所述信号输出端电连接。

5.如权利要求4所述的并联浪涌抑制电路，其特征在于，所述第二开关管的栅极与所述控制器电连接，所述第二开关管的漏极与所述信号输入端电连接，所述第二开关管的源极与所述信号输出端电连接。

6.如权利要求1所述的并联浪涌抑制电路，其特征在于，所述第一预设范围为8～36V。

7.如权利要求1所述的并联浪涌抑制电路，其特征在于，所述第二预设范围为36～80V。

8.如权利要求1所述的并联浪涌抑制电路，其特征在于，当所述输入信号大于第二预设范围时，所述控制器控制第一开关管和第二开关管均关断。

9.如权利要求2所述的并联浪涌抑制电路，其特征在于，所述输出信号采样电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述信号输出端电连接，所述第一电阻的第二端与所述控制器的第一I/O端口电连接，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端电连接，所述第二电阻的第二端接地。

10.如权利要求4所述的并联浪涌抑制电路，其特征在于，所述输入信号采样电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端与所述信号输入端电连接，所述第三电阻的第二端与所述控制器的第二I/O端口电连接，所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第二端电连接，所述第四电阻的第二端接地。