CN211063335U - 一种基于三nmos管并联的大功率浪涌电压抑制模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于三NMOS管并联的大功率浪涌电压抑制模块，属于机载电子设备技术领域。本实用新型基于多个NMOS管并联，设计了一种电路原理简单、可靠性高、结构紧凑、导通电流30A的大功率浪涌抑制模块，其中通过在每个NOMS场效应管的栅极端串接一个5.1Ω电阻(电阻R1、R2、R3)，消除了三个NOMS场效应管的器件参数差异的多场效应管并联防振荡电路设计方案，整个电路原理简单，易于实现，产品可靠性高，浪涌抑制模块的通流量大，达到30A通流量；浪涌抑制模块导通内阻低，发热量小，电压降小。
Description
技术领域
本实用新型属于机载电子设备技术领域，具体涉及一种基于三 NMOS管并联的大功率浪涌电压抑制模块。
背景技术
国家军用标准GJB181-86、GJB181A-2003等标准规定了机载电子设备必须能够承受一定的瞬态浪涌电压(如80V/50ms)。因此，机载电子设备均需要安装瞬态浪涌抑制模块。瞬态过压浪涌具有源阻抗低(0.5Ω)、持续时间长(50ms)、总能量比较大等特点，瞬态浪涌抑制模块都是基于功率场效应管的控制电路来实现浪涌电压保护。目前基于功率场效应管设计的过压浪涌抑制模块有两种类型：NMOS 管浪涌抑制模块和PMOS管浪涌抑制模块。
NMOS管浪涌抑制模块电路原理框图如图1所示。
NMOS管浪涌抑制模块电路工作原理为：由采用稳压二极管和限流电阻构成的稳压电路给振荡电路供电。振荡电路采用NE555芯片，产生振幅12V的高频方波。由二极管、电阻与电容构成的电荷泵进行峰值检波和电平移位给栅极端电容充电。采样电路将输出端采样电压与电压控制电路的基准电压进行比较，控制场效应管栅极端的三极管的导通与截止，进而控制栅极端电容的电压。当正常输入28V电压时，栅源电压VGS>VGS(th)，NMOS管正向导通。当有80V浪涌电压时，输出端采样电压大于基准电压(2.5V)，栅极端三极管导通，栅极端电容放电，栅极电压下降，栅源电压VGS<0V，NMOS管截止。然后，输出电压下降，采样电压小于基准电压2.5V，栅极端三极管截止，电荷泵给栅极端电容充电，栅源电压VGS>VGS(th)，NMOS管正向导通。如此循环控制NMOS管，使输出电压不高于设定值36V。
PMOS管浪涌抑制模块电路原理类似降压型开关稳压电路，原理框图如图2所示。
PMOS管浪涌抑制模块电路工作原理为：保护电路为稳压值15V 的稳压二极管，以保护VGS电压不超PMOS管栅源击穿电压。采样电阻将输出端电压反馈至由三极管、偏置电阻等组成控制电路，控制 PMOS管的栅极电压。当正常输入28V电压时，稳压二极管使栅源电压VGS＝-15V，PMOS管正向导通。当有80V浪涌电压时，输出端采样电压大于2.5V，使得三极管基极电压正向偏置且VBE>Von，三极管导通。进而导致控制端的三极管导通，PMOS管栅极电压上升， PMOS管截止。然后，输出电压下降，三极管VBE<Von，三极管截止。 PMOS管栅极电压下拉，PMOS管导通。如此循环控制PMOS管，使输出电压不高于设定值36V。
由图1和图2可知，NMOS管浪涌抑制模块和PMOS管浪涌抑制模块均是由MOS管和控制电路组成。PMOS管的导通电阻相对较大，导致浪涌抑制模块的功耗较大，因此只适用于小功率(小于50W) 的浪涌电压抑制模块。NMOS管导通电阻较小，适用于大功率浪涌电压抑制模块。基于NMOS管的浪涌电压抑制模块的缺点有两个：一是由于NMOS管需要升压控制，控制电路一般采用倍压升压和电荷泵升压电路，导致控制电路相对较复杂；二是由于半导体制造工艺限制，单个NMOS管导通电流受限，要实现大功率浪涌抑制模块，需要采用多个NMOS管并联，但是多个NOMS管并联容易产生振荡，导致模块性能不稳定，甚至失效。目前市场上的浪涌抑制模块，一般采用两个NOMS管并联，浪涌抑制模块的导通电流只能实现20A。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型要解决的技术问题是：如何设计一种电路原理简单、可靠性高、结构紧凑、导通电流30A的大功率浪涌抑制模块。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于三NMOS管并联的大功率浪涌电压抑制模块，包括瞬态抑制二极管D1、稳压二极管D2、过压保护控制芯片U1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、 R7，场效应管Q1、Q2、Q3，电容C1、C2、C3，其中R5为限流电阻； C3为定时电容；稳压二极管D2和限流电阻R5构成稳压电路；
D1正极与D2正极连接；D1负极与R5一端，Q1、Q2、Q3的漏极连接；Q1、Q2、Q3的源极连接在一起并连接U1、R6一端、C2的正极；Q1的栅极通过R1连接R4一端，Q2的栅极通过R2连接R4一端， Q3的栅极通过R3连接R4一端；R4另一端连接C1一端以及U1；D2的负极连接U1；R6另一端连接R7一端以及U1，R7另一端连接C2的负极； C3的两端与U1连接。
优选地，U1为LT4363型过压保护控制芯片。
优选地，D1用于抑制电源输入端的尖峰电压。
优选地，稳压二极管D2和限流电阻R5构成的稳压电路用于为U1 提供电源。
优选地，电阻R6和电阻R7构成的电压采样电路用于将输出端电压反馈至U1。
优选地，定时电容C3用于确定稳压的时间。
优选地，Q1、Q2、Q3均为NMOS场效应管。
优选地，Q1、Q2、Q3均为NMOS场效应管FQA140N10。
优选地，电阻R1、R2、R3用于消除三个NOMS场效应管Q1、Q2、 Q3的器件参数差异。
优选地，电阻R4和电容C1用于平滑浪涌电压产生和结束瞬间的场效应管栅极电压。
(三)有益效果
本实用新型基于多个NMOS管并联，设计了一种电路原理简单、可靠性高、结构紧凑、导通电流30A的大功率浪涌抑制模块，其中通过在每个NOMS场效应管的栅极端串接一个5.1Ω电阻(电阻R1、 R2、R3)，消除了三个NOMS场效应管的器件参数差异的多场效应管并联防振荡电路设计方案，整个电路原理简单，易于实现，产品可靠性高，浪涌抑制模块的通流量大，达到30A通流量；浪涌抑制模块导通内阻低，发热量小，电压降小。
附图说明
图1为现有的电荷泵充电驱动型浪涌抑制电路原理图；
图2为现有的PMOS驱动型浪涌抑制电路原理图；
图3为本实用新型的电路原理图；
图4为本实用新型的外形三视图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。
本实用新型的基于三NMOS管并联的大功率浪涌电压抑制模块的电路原理图如图3所示，包括瞬态抑制二极管D1、稳压二极管D2、过压保护控制芯片U1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，场效应管Q1、Q2、Q3，电容C1、C2、C3，其中R5为限流电阻；C3为定时电容；稳压二极管D2和限流电阻R5构成稳压电路；
D1正极与D2正极、U1的过压比较输入端OV连接；D1负极与R5 一端，Q1、Q2、Q3的漏极连接；Q1、Q2、Q3的源极连接在一起并连接U1、R6一端、C2的正极；Q1的栅极通过R1连接R4一端，Q2的栅极通过R2连接R4一端，Q3的栅极通过R3连接R4一端；R4另一端连接C1一端以及U1；D2的负极连接U1的电源端及欠压比较输入端UV；R6另一端连接R7一端以及U1的电压采样反馈输入端FB，R7另一端连接C2的负极；C3的一端与U1的钳位定时器输入端连接，另一端与U1 的地端GND连接。
其中，U1为LT4363型过压保护控制芯片，集成了电荷泵升压和电压比较控制功能；D1为瞬态抑制二极管，用于抑制电源输入端的尖峰电压，消除尖峰电压干扰；稳压二极管D2和限流电阻R5构成的稳压电路为U1提供稳定电源；电阻R6和电阻R7构成的电压采样电路，将输出端电压反馈至U1，定时电容C3用于确定稳压的时间；Q1、Q2、 Q3均为NMOS场效应管FQA140N10，电阻R1、R2、R3用于消除三个 NOMS场效应管Q1、Q2、Q3的器件参数差异，防止场效应管并联振荡；电阻R4和电容C1用于平滑浪涌电压产生和结束瞬间的场效应管栅极电压，避免产生过冲电压；电容C2为整个大功率浪涌电压抑制模块的工作电容。
控制芯片U1(LT4363)集成了电荷泵和电压比较控制功能。电压采样电路(电阻R6和R7)将输出端采样电压与控制芯片U1 (LT4363)内部的基准电压进行比较，调整控制芯片U1内部用于驱动三个NMOS场效应管栅极端的引脚(U1-3)电压，进而控制三个 NMOS场效应管栅源电压，实现三个NMOS场效应管导通与截止的控制；当正常输入28V电压时，栅源电压大于开启电压，三个NMOS场效应管正向导通。当有80V浪涌电压时，输出端采样电压大于芯片内部基准电压(1.275V)，控制芯片U1内部充电泵电路的三极管导通放电，栅极电压(引脚U1-3)下降，当三个NMOS场效应管的栅源电压小于0V，三个NMOS场效应管完全截止；然后，输出端电压下降，采样电压小于基准电压1.275V，控制芯片U1内部充电泵电路开始充电，栅极电压(引脚U1-3)上升，栅源电压大于开启电压，三个NMOS 场效应管正向导通；如此循环控制三个NMOS场效应管，使输出电压不高于设定值36V。
本发明的浪涌抑制模块外形结构如图4所示，其中的引脚定义为： 1、2、3脚为Vin+，4、5、6脚为Vout+，7、8、9脚为GNDin，10、11、 12脚为GNDout。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于三NMOS管并联的大功率浪涌电压抑制模块，其特征在于，包括瞬态抑制二极管D1、稳压二极管D2、过压保护控制芯片U1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，场效应管Q1、Q2、Q3，电容C1、C2、C3，其中R5为限流电阻；C3为定时电容；稳压二极管D2和限流电阻R5构成稳压电路；
D1正极与D2正极连接；D1负极与R5一端，Q1、Q2、Q3的漏极连接；Q1、Q2、Q3的源极连接在一起并连接U1、R6一端、C2的正极；Q1的栅极通过R1连接R4一端，Q2的栅极通过R2连接R4一端，Q3的栅极通过R3连接R4一端；R4另一端连接C1一端以及U1；D2的负极连接U1；R6另一端连接R7一端以及U1，R7另一端连接C2的负极；C3的两端与U1连接。
2.如权利要求1所述的大功率浪涌电压抑制模块，其特征在于，U1为LT4363型过压保护控制芯片。
3.如权利要求1所述的大功率浪涌电压抑制模块，其特征在于，D1用于抑制电源输入端的尖峰电压。
4.如权利要求1所述的大功率浪涌电压抑制模块，其特征在于，稳压二极管D2和限流电阻R5构成的稳压电路用于为U1提供电源。
5.如权利要求1所述的大功率浪涌电压抑制模块，其特征在于，电阻R6和电阻R7构成的电压采样电路用于将输出端电压反馈至U1。
6.如权利要求1所述的大功率浪涌电压抑制模块，其特征在于，定时电容C3用于确定稳压的时间。
7.如权利要求1所述的大功率浪涌电压抑制模块，其特征在于，Q1、Q2、Q3均为NMOS场效应管。
8.如权利要求1所述的大功率浪涌电压抑制模块，其特征在于，Q1、Q2、Q3均为NMOS场效应管FQA140N10。
9.如权利要求1所述的大功率浪涌电压抑制模块，其特征在于，电阻R1、R2、R3用于消除三个NOMS场效应管Q1、Q2、Q3的器件参数差异。
10.如权利要求1至9中任一项所述的大功率浪涌电压抑制模块，其特征在于，电阻R4和电容C1用于平滑浪涌电压产生和结束瞬间的场效应管栅极电压。
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|---|---|---|---|---|
| CN112467707A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-03-09 | 中国航发西安动力控制科技有限公司 | 一种过压浪涌抑制电路 |
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2019
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