CN114899810A - 一种开机启动浪涌抑制保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开机启动浪涌抑制保护方法。属于开机保护电路技术领域。开机启动浪涌抑制保护方法通过开机启动浪涌抑制保护电路实现，保护方法包括上电瞬间保护、启动过程保护及启动完成保护；上电瞬间保护具体为：第二场效应管处于截止状态，第一场效应管截止，此时前端电源通过限流电阻给后续电路上电，最大充电电流为输入电压和限流电阻的比值。本发明的方法在电子产品开机瞬间，能有效吸收掉浪涌电压，同时可根据自己的实际使用需求，合理的设计启动电流及启动时间。

Description

一种开机启动浪涌抑制保护方法

技术领域

本发明涉及一种开机启动浪涌抑制保护方法。属于开机保护电路技术领域。

背景技术

随着社会的发展进步，电子产品在我们日常生活中所占的比重越来越大。电源管理单元作为电子产品不可或缺的部分，其性能会影响到整个电子产品的功能、性能以及长期可靠性等各个方面。

对于功率稍大点的电子产品，其电源管理单元都会有开关稳压器。通常情况下，会在其输入端设计大量的电容和电感用于储能和滤波，使其自身不受到外部干扰的影响，同时也滤除自身的开关杂散，使其不影响外部电路的正常工作。

由于电感电流和电容电压不能突变，在给电子产品上电的瞬间，会产生较大的输入浪涌电流，同时在电源管理单元的输入端可能会产生较大的浪涌电压，特别是对于那些热插拔的电子产品，这一现象会更为明显。

浪涌电流虽然时间很短，但较大的浪涌电流会使得前端供电单元限流保护，缩短电容及设备中其他部件的使用寿命；同时，会影响到电源网络中的其他设备，造成同一网络中其他设备的瞬间电压降低，形成干扰。

浪涌电压直接作用于电源管理单元，可能会造成电源管理单元的电子元器件永久失效。

传统的浪涌和限流电路通常是分开的，即一个电源管理单元的输入端分别有一个独立的浪涌电压抑制电路和浪涌电流抑制电路。

浪涌电压抑制电路将输入到电源管理单元的浪涌电压钳位到指定电压范围内；浪涌电流抑制电路将在启动时将电流限制在某一指定范围内。

传统的浪涌电压抑制电路，大部分由TVS、气体放电管、压敏电阻等被动元器件的组合电路组成，如果要实现高精度的电压钳位，则需要配合一些电源监测芯片来配合实现。

图1所示电路中，上电时，电路会首先通过R1对C1进行充电，待C1电压达到某一设定值时，Q1才会打开，此时电路才会正常导通。该电路开关管导通后内阻较小，不会增加额外的功耗，不受温度影响，同时可根据实际使用情况合理调整开启电压和开启时间。但是该电路不能有效处理掉因开关切换在电源管理单元上附加的浪涌电压，同时，若后级电源管理单元是非隔离电源时，该电路会失效，电源负极会通过其他地方形成回路，从而直接旁路掉Q1。

传统的浪涌电压和浪涌电流抑制电路通常是由浪涌电压抑制和浪涌电流抑制两部分组成。

浪涌电压抑制电路如果采用电压监测电路进行精确钳位，则较为复杂，成本较高。利用单N沟道场效应管实现的浪涌电流抑制电路只能用于采用隔离电源的电子产品中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种开机启动浪涌抑制保护方法，有效隔离浪涌电压，限制浪涌电流，从而使得产品在上电或者热插拔过程中稳定过度，正常工作。

本发明一种开机启动浪涌抑制保护方法，所述开机启动浪涌抑制保护方法通过开机启动浪涌抑制保护电路实现，保护电路包括输入电容，输入电容的两端连接电源正极和电源负极，保护电路还包括第一场效应管、第二场效应管、限流电阻、延时电容，第一场效应管的源极和漏极与限流电阻并联后接入电源正极和输入电容之间，第一场效应管的栅极与第二场效应管的漏极连接，第二场效应管的栅极与延时电容串联后连接电源负极，第二场效应管的源极连接输入电容；

所述保护方法包括上电瞬间保护、启动过程保护及启动完成保护；

上电瞬间保护具体为：第二场效应管处于截止状态，第一场效应管截止，此时前端电源通过限流电阻给后续电路上电，最大充电电流为输入电压和限流电阻的比值。

进一步优选地，所述保护电路中第一场效应管为P沟道场效应管，第二场效应管为N沟道场效应管。

进一步优选地，所述保护电路还包括第一限压电阻、第二限压电阻，第一限压电阻连接在电源正极和第一场效应管的栅极之间，第二限压电阻连接在第一场效应管的栅极和第二场效应管的漏极之间。

进一步优选地，所述保护电路还包括第三限压电阻、第四限压电阻，第三限压电阻连接在电源正极和第二场效应管的栅极之间，第四限压电阻与延时电容并联连接。

进一步优选地，所述方法中启动过程保护具体为：输入电源通过第三限压电阻对延时电容进行充电，当延时电容上的电压达到第二场效应管阈值后，第二场效应管导通，此时第二限压电阻的到地阻抗阻值减小，使第一场效应管的栅极电压逐渐降低，第一场效应管导通。

进一步优选地，所述方法中启动完成保护具体为：第一场效应管被完全导通，限流电阻被旁路掉，前端电源通过第一场效应管为后级电路供电。

本发明一种开机启动浪涌抑制保护方法，相比于现有技术的方案，具有以下优点：

成本较低：该电路有一个功率场效应管和一个控制场效应管组成，成本较低，易于实现。

应用范围较广：通过对功率场效应管的耐压进行合理的选择，该电路基本能应用于各种直流开关电路。

稳定：该电路较为稳定，不受环境等因素影响。

可操作性强：可以根据产品需求，合理设置限流值及启动时间。

附图说明

图1为传统浪涌保护抑制电路的工作原理图。

图2为本发明开机启动浪涌抑制保护电路的原理图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

图2是本发明的开机启动浪涌抑制保护电路的原理图。本发明提供一种由小功率N沟道场效应管和大功率P沟道场效应管组合实现的浪涌电压和浪涌电流抑制电路，C为输入电容。

图2中，R1为功率电阻，在Q1未导通时，通过R1来限制开机电流，Q1导通后R1被旁路。Q1为开关管，当Q1导通时旁路掉R1，为后级电路供电。Q2为控制管，用于控制Q1的导通，当Q2导通时，Q1导通。R2和R3用于控制Q1的导通电压。R4和R5用来控制Q2的导通电压。C1用于延时，结合R4用来调节 Q1导通时间。电路工作原理如下：

a)在上电的瞬间

由于来不及给C1充电，因此Q2处于截止状态，从而Q1截止，此时前端电源通过R1给后续电路上电，最大充电电流为输入电压U和R1的比值，与电路中其他元件无关。因此，该电路可以通过调整R1的阻值大小对限流值进行调整。

如果在上电时产生了浪涌电压，则该浪涌电压会完全被R1吸收掉，该浪涌电压不会对后级电源管理单元造成任何影响。

b)启动过程中

在启动过程中，输入电源会通过R4对C1进行充电。当C1上的电压达到一定值后(Q2阈值)，Q2会缓慢导通，此时R3的到地阻抗阻值减小，从而使得Q1 的G极电压逐渐降低，使得Q1缓慢导通。此时Q1的导通电阻慢慢减小，从而与R1形成并联，同时对后级电路供电。

c)启动完成后

启动完成后，Q1被完全导通，导通电阻根据管子选择的不同，量级约在 mΩ的样子，其与R1并联后，R1基本上被旁路掉，从而前端电源通过Q1为后级电路供电。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种开机启动浪涌抑制保护方法，其特征在于：所述开机启动浪涌抑制保护方法通过开机启动浪涌抑制保护电路实现，保护电路包括输入电容，输入电容的两端连接电源正极和电源负极，保护电路还包括第一场效应管、第二场效应管、限流电阻、延时电容，第一场效应管的源极和漏极与限流电阻并联后接入电源正极和输入电容之间，第一场效应管的栅极与第二场效应管的漏极连接，第二场效应管的栅极与延时电容串联后连接电源负极，第二场效应管的源极连接输入电容；

所述保护方法包括上电瞬间保护、启动过程保护及启动完成保护；

上电瞬间保护具体为：第二场效应管处于截止状态，第一场效应管截止，此时前端电源通过限流电阻给后续电路上电，最大充电电流为输入电压和限流电阻的比值。

2.根据权利要求1所述的开机启动浪涌抑制保护方法，其特征在于：所述保护电路中第一场效应管为P沟道场效应管，第二场效应管为N沟道场效应管。

3.根据权利要求2所述的开机启动浪涌抑制保护方法，其特征在于：所述保护电路还包括第一限压电阻、第二限压电阻，第一限压电阻连接在电源正极和第一场效应管的栅极之间，第二限压电阻连接在第一场效应管的栅极和第二场效应管的漏极之间。

4.根据权利要求3所述的开机启动浪涌抑制保护方法，其特征在于：所述保护电路还包括第三限压电阻、第四限压电阻，第三限压电阻连接在电源正极和第二场效应管的栅极之间，第四限压电阻与延时电容并联连接。

5.根据权利要求4所述的开机启动浪涌抑制保护方法，其特征在于：所述方法中启动过程保护具体为：输入电源通过第三限压电阻对延时电容进行充电，当延时电容上的电压达到第二场效应管阈值后，第二场效应管导通，此时第二限压电阻的到地阻抗阻值减小，使第一场效应管的栅极电压逐渐降低，第一场效应管导通。

6.根据权利要求4所述的开机启动浪涌抑制保护方法，其特征在于：所述方法中启动完成保护具体为：第一场效应管被完全导通，限流电阻被旁路掉，前端电源通过第一场效应管为后级电路供电。

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