一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，包括串接在輸入端和輸出端之間的開關(guān)管1和開關(guān)管2；電流檢測反饋電路接在所述開關(guān)管1和開關(guān)管2之間，用于檢測通過的電流并將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號反饋給限流控制裝置；開關(guān)管1和開關(guān)管2正常工作時(shí)以低阻態(tài)將輸入信號傳遞到輸出端，一旦輸出端不慎對地短路或誤接高電壓，開關(guān)管快速轉(zhuǎn)為恒流高阻態(tài)并將輸入端和輸出端之間的電壓安全阻斷；限流控制裝置，用于根據(jù)電流檢測反饋電路所反饋的電壓信號輸出控制信號，使開關(guān)管1或開關(guān)管2處于低阻態(tài)或恒流高阻態(tài)。采用本實(shí)用新型技術(shù)方案，正常工作時(shí)具有低阻抗特性，誤接高壓時(shí)以恒流高阻態(tài)進(jìn)行高壓安全阻斷，從而保護(hù)輸出電路不因外界電壓沖擊而損壞。
【專利說明】一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，特別涉及一種流經(jīng)電流在允許范圍內(nèi)時(shí)呈低阻態(tài)，超過范圍后會自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒流高阻態(tài)，對流經(jīng)電流進(jìn)行限制并安全阻斷兩端電壓的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路。

【背景技術(shù)】
[0002]“工業(yè)過程校準(zhǔn)器”是一種集輸出與測量多種信號于一體的多用途計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)儀器，是工業(yè)企業(yè)的工作標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)揮著計(jì)量溯源的重要作用。由于該產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，故誤接高壓或大電流的可能性極大，而目前市場上最好的校準(zhǔn)器其輸出端的耐壓能力僅為36V, 一旦誤入高電壓或大電流必然損毀無疑。
[0003]圖1是業(yè)內(nèi)用過的輸出端口保護(hù)電路:在保證輸出信號噪聲和負(fù)載能力的條件下，模擬信號輸出端先串入一個(gè)小阻值自恢復(fù)保險(xiǎn)絲以限制電流，然后再對地加一個(gè)TVS管以限制電壓，從而保護(hù)輸出電路不因外界電壓沖擊而損壞。但這樣的保護(hù)電路因自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的特性存在以下缺點(diǎn):
[0004]1、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲有個(gè)最大電流限制，超過會導(dǎo)致自身損傷，因此誤接電壓不能太高，上述電路只能保護(hù)±36VDC電壓；
[0005]2、由于自恢復(fù)保險(xiǎn)絲動(dòng)作時(shí)間過長，某些情況下會導(dǎo)致TVS管Dl過功率燒毀；
[0006]3、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲受沖擊和老化等原因，內(nèi)阻會逐步變大，造成電路負(fù)載能力下降、輸出噪聲增大的問題。
[0007]4、保護(hù)限制電流偏大，校驗(yàn)儀輸出電流一般均在30mA以下，因此還另需設(shè)計(jì)限流保護(hù)電路。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服上述主要缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種能精確限流、低阻抗、抗高壓的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路。
[0009]本發(fā)明提供了一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，包括串接在輸入端和輸出端之間的開關(guān)管I和開關(guān)管2;
[0010]一電流檢測反饋電路串接在所述開關(guān)管I和開關(guān)管2之間，用于檢測通過的電流并將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號反饋給限流控制裝置；
[0011]一限流控制裝置與所述電流檢測反饋電路、開關(guān)管I和開關(guān)管2相連接；
[0012]所述開關(guān)管I和開關(guān)管2正常工作時(shí)以低阻態(tài)將輸入信號傳遞到輸出端,一旦輸出端不慎對地短路或誤接高電壓，開關(guān)管快速轉(zhuǎn)為恒流高阻態(tài)并將輸入端和輸出端之間的電壓安全阻斷；
[0013]所述限流控制裝置，用于根據(jù)所述電流檢測反饋電路所反饋的電壓信號控制所述開關(guān)管I或開關(guān)管2處于低阻態(tài)或恒流高阻態(tài)。
[0014]作為優(yōu)選，所述限流控制裝置將所述開關(guān)管I在輸入正電流超過范圍時(shí)將其轉(zhuǎn)為恒流高阻態(tài)；將所述開關(guān)管2在輸入負(fù)電流超過范圍時(shí)將電路轉(zhuǎn)為恒流高阻態(tài)。
[0015]作為優(yōu)選，所述限流控制裝置將所述開關(guān)管在通過電流超過范圍時(shí)轉(zhuǎn)為可變阻狀態(tài)，所述開關(guān)管轉(zhuǎn)為恒流高阻態(tài)。
[0016]作為優(yōu)選，所述限流控制裝置包括一運(yùn)放以及為該電路供電的供電電源，該電源相對于輸入電壓浮動(dòng)；
[0017]所述運(yùn)放的同相輸入端經(jīng)電阻分壓電路與所述供電電源相連接，調(diào)節(jié)電阻參數(shù)可設(shè)定其輸入電壓信號；所述運(yùn)放的反相輸入端疊加所述電流檢測反饋電路的反饋電壓信號，所述運(yùn)放根據(jù)該反饋電壓信號控制其輸出端輸出所述控制信號。
[0018]作為優(yōu)選，所述開關(guān)管I或開關(guān)管2為MOSFET管，所述控制信號通過控制MOSFET管柵極的偏壓使其處于低阻態(tài)或恒流高阻態(tài)。
[0019]作為優(yōu)選，所述運(yùn)放在反饋電壓信號低于同相端輸入電壓時(shí)，運(yùn)放輸出提供足夠高的柵極偏置電壓使開關(guān)管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)；在反饋電壓信號達(dá)到同相端輸入電壓時(shí)，運(yùn)放輸出電壓下降，降低了開關(guān)管柵極偏置電壓，開關(guān)管導(dǎo)通電阻上升，使電流采樣電阻上電壓維持在運(yùn)放輸入的設(shè)定電壓左右。
[0020]作為優(yōu)選，所述限流控制裝置還包括快速三極管，該三極管在輸入信號快速上升時(shí)，能快速導(dǎo)通并將MOSFET柵極電壓降下來，從而讓MOSFET高速進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。
[0021]作為優(yōu)選，所述開關(guān)管I和開關(guān)管2為N溝道M0SFET，和其配合為快速NPN三極管。
[0022]作為優(yōu)選，所述開關(guān)管I和開關(guān)管2為P溝道M0SFET，和其配合為快速PNP三極管。
[0023]作為優(yōu)選，所述開關(guān)管I和開關(guān)管2為N溝道和P溝道MOSFET混搭，和其配合為快速NPN和PNP三極管混搭。
[0024]保護(hù)電路還包括一些高速三極管，這些器件是防止MOSFET因寄生電容和運(yùn)放動(dòng)作慢而導(dǎo)致瞬態(tài)電流時(shí)間過長，造成電路中器件因功率過大而損壞；利用三極管BE間的二極管和另加的快速二極管，用于快速放電，以限制限流電阻上的電壓過高，有效的避免了因瞬態(tài)Vgs超過允許值而導(dǎo)致場效應(yīng)管損壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種過電壓保護(hù)電路的原理圖；
[0026]圖2為本發(fā)明所述一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路的原理圖框圖；
[0027]圖3為本發(fā)明所述一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路的實(shí)施例1的原理圖；
[0028]圖4為本發(fā)明所述一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路的實(shí)施例2的原理圖；
[0029]圖5為本發(fā)明所述一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路的實(shí)施例3的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面參考附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其他附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件或處理的表示和描述。[0031 ] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0032]參見圖2，所示為本發(fā)明所述一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路的原理圖框圖，包括串接在輸入端和輸出端之間的開關(guān)管I和開關(guān)管2 ；
[0033]一電流檢測反饋電路接在所述開關(guān)管I和開關(guān)管2之間，用于檢測通過的電流并將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號反饋給限流控制裝置；
[0034]一限流控制裝置與所述電流檢測反饋電路、開關(guān)管I和開關(guān)管2相連接；
[0035]開關(guān)管I和開關(guān)管2正常工作時(shí)以低阻態(tài)將輸入信號傳遞到輸出端,一旦輸出端不慎對地短路或誤接高電壓，開關(guān)管快速轉(zhuǎn)為恒流高阻態(tài)并將輸入端和輸出端之間的電壓安全阻斷；
[0036]限流控制裝置，用于根據(jù)所述電流檢測反饋電路所反饋的電壓信號輸出控制信號，使開關(guān)管I或開關(guān)管2處于低阻態(tài)或恒流高阻態(tài)。
[0037]下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0038]實(shí)施例1
[0039]如圖3所示，本發(fā)明所述一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路:
[0040]輸入端連到TVS管D8和N溝道增強(qiáng)型MOSFET Ml的漏極。TVS管D8另一端接輸出地線。U2A運(yùn)放輸出I腳通過電阻Rll同M0SFETM1的柵極和三極管Ql集電極相連，運(yùn)放U2由電壓源Vl和V2供電，Vl電壓源通過R8和R9分壓，再由分壓供給到U2運(yùn)放的3腳和5腳輸入端。MOSFET Ml的源極連到三極管Ql的基極和二極管D4陰極，并通過電阻R4連到運(yùn)放U2A的2腳和MOSFET M5的漏極和柵極，同時(shí)MOSFET Ml源極還通過R2連到二極管D4、D5陽極、MOSFET M5、M6的源極和三極管Q1、Q2的發(fā)射極及電源Vl的負(fù)端。三極管Q2發(fā)射極通過R3連到三極管Q2基極、二極管D5陰極和MOSFET M2源極。并通過R5反饋到運(yùn)放U2的6腳和MOSFET M6的漏極和柵極。運(yùn)放U2的7腳通過電阻R12同MOSFET M2柵極和三極管Q2集電極相連。最終由MOSFET M2漏極連到輸出端。
[0041 ] 上述的一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，所述MOSFET Ml、MOSFET M2均為N溝道 MOSFET。
[0042]正常工作時(shí)，因流經(jīng)電阻R2、R3輸出電流的形成電壓低于電壓源Vl(電壓源V1、V2的電壓在7.6V左右)經(jīng)電阻R8、R9的分壓，運(yùn)放U2的兩個(gè)輸出電壓接近電壓源V1，M0SFETMUM0SFETM2處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸入信號經(jīng)MOSFET Ml、電阻R2、電阻R3和MOSFET M2傳送到輸出端，采用D-PAK 500VM0SFET (N型，完全導(dǎo)通狀態(tài)下漏極至源極的阻抗約為0.8 Ω )時(shí)，從輸入端到輸出端的總輸出阻抗為:0.8Q+R2+R3+0.8Ω ;—般R2、R3為5.1 Ω，因而總輸出阻抗為11.8Ω，和圖一方案中的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲阻值接近，滿足設(shè)計(jì)要求。
[0043]當(dāng)輸出端誤接正高電壓時(shí)，電流通過MOSFET M2、電阻R3、R2和MOSFET Ml向輸入端灌入，當(dāng)流過電流在電阻R3形成的壓降接近運(yùn)放U2的5腳電平時(shí)，運(yùn)放U2的7腳輸出電壓下降，MOSFET M2的漏極至源極的阻抗開始增加，將電阻R3上的電壓維持在運(yùn)放U2的5腳相同電壓。從而限制了灌入電流。為防止瞬態(tài)電流或電壓擊毀輸入端所連電路，加TVSD8向地泄放電流，以限制輸入端電壓。
[0044]同樣，當(dāng)輸出端誤接負(fù)高電壓時(shí)，電流由輸入端通過MOSFET Ml、電阻R2、R3和MOSFET M2向輸出端流出。當(dāng)流過電流在電阻R2形成的壓降接近運(yùn)放U2的3腳電平時(shí)，運(yùn)放U2的I腳輸出電壓下降，MOSFET Ml的漏極至源極的阻抗開始增加，將電阻R2上的電壓維持在運(yùn)放U2的3腳相同電壓，從而限制輸出電流。同樣，TVS D8限制輸入端電壓。
[0045]三極管Q1、Q2對誤接快速上升時(shí)間的高電壓起保護(hù)作用。MOSFET柵源極之間存在一個(gè)電容，要使這個(gè)電容放電并使MOSFET截止需要相當(dāng)?shù)臅r(shí)間；誤入電壓高時(shí)，這段時(shí)間足以高電壓破壞各MOSFET和輸入端所連器件。因此采用三極管使保持MOSFET導(dǎo)通的容性電壓快速放電。在誤接正電壓時(shí)，通過信號快速上升時(shí)，MOSFET M2還處在導(dǎo)通狀態(tài)。但當(dāng)流經(jīng)電阻R3的電流產(chǎn)生足夠大的電壓(0.7V)使三極管Q2導(dǎo)通時(shí)，三極管Q2 —進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)就快速將MOSFET M2上的柵極電容放電，從而使該MOSFET快速截止。同樣，誤接負(fù)電壓時(shí)，流經(jīng)電阻R2的電流使三極管Ql導(dǎo)通，使MOSFET Ml的柵極電容放電，并使該MOSFET快速截止。當(dāng)MOSFET截止后，流經(jīng)電阻R2、R3的電流消失，使對應(yīng)的三極管截止。在輸出回路中，運(yùn)放輸出通過電阻Rll或R12對相應(yīng)MOSFET Ml或M2的柵極充電，柵極充到一定電壓時(shí)，MOSFET再次導(dǎo)通。當(dāng)流經(jīng)電阻R2、R3的電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，對應(yīng)運(yùn)放輸出電壓下降并讓通過MOSFET的電流維持在設(shè)定電流。由于電阻R11、R12阻值較大(1ΜΩ)，柵極充電有一個(gè)較長過程。柵極緩慢重新充電和由此引起的MOSFET慢慢恢復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)有這樣的好處，即避免了在非完全導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)的二次瞬態(tài)沖擊。
[0046]MOSFET M5、M6用于限制運(yùn)放反饋端電壓，以保護(hù)運(yùn)放。
[0047]保護(hù)電路還包括一些高速二極管，利用三極管BE間的二極管和快速二極管，以限制電阻R2或R3上的電壓過高，有效的避免了因瞬態(tài)Vgs超過允許值而導(dǎo)致MOSFET Ml或M2損壞。
[0048]MOSFET在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)呈阻性，因此可看作串聯(lián)了一個(gè)小阻值電阻，并且因本身阻值較小，溫度對其影響的絕對值也小。在工作溫度范圍內(nèi)對輸出精度、噪聲和負(fù)載能力無影響。當(dāng)耐受高壓時(shí)，又能呈高阻以抵抗住高壓，保護(hù)輸入端電路的安全。在將通過電流限制在30mA以內(nèi)，并對MOSFET Ml和M2加上合適的散熱措施后，本實(shí)施例能處理±500V的外接高壓保護(hù)。
[0049]實(shí)施例2
[0050]如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1工作原理基本類似，因此不一一敘述，區(qū)別的是所述MOSFET M7、MOSFET M8均為P溝道M0SFET，三極管Q5、Q6為PNP三極管，運(yùn)放輸入為負(fù)壓分壓。
[0051]實(shí)施例3
[0052]如圖5所示，本實(shí)施例其實(shí)是實(shí)施例1和實(shí)施例2的組合體，工作原理基本類似，因此不敘述。
[0053]雖然已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不超出所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對上述實(shí)施例可以進(jìn)行各種改變、替代和變換。本申請的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，其特征在于，包括串接在輸入端和輸出端之間的開關(guān)管I和開關(guān)管2 ； 一電流檢測反饋電路接在所述開關(guān)管I和開關(guān)管2之間，用于檢測通過的電流并將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號反饋給限流控制裝置； 一限流控制裝置與所述電流檢測反饋電路、開關(guān)管I和開關(guān)管2相連接； 所述開關(guān)管I和開關(guān)管2正常工作時(shí)以低阻態(tài)將輸入信號傳遞到輸出端,一旦輸出端不慎對地短路或誤接高電壓，開關(guān)管快速轉(zhuǎn)為恒流高阻態(tài)并將輸入端和輸出端之間的電壓安全阻斷； 所述限流控制裝置，用于根據(jù)所述電流檢測反饋電路所反饋的電壓信號輸出控制信號，使所述開關(guān)管I或開關(guān)管2處于低阻態(tài)或恒流高阻態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，其特征在于，所述限流控制裝置將所述開關(guān)管I在輸入正電流超過范圍時(shí)將其轉(zhuǎn)為恒流高阻態(tài)；將所述開關(guān)管2在輸入負(fù)電流超過范圍時(shí)將電路轉(zhuǎn)為恒流高阻態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，其特征在于，所述限流控制裝置將所述開關(guān)管在通過電流超過范圍時(shí)轉(zhuǎn)為可變阻狀態(tài)，所述開關(guān)管轉(zhuǎn)為恒流高阻態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，其特征在于，所述限流控制裝置包括一運(yùn)放以及為該電路供電的獨(dú)立供電電源，該電源相對于輸入電壓浮動(dòng)； 所述運(yùn)放的同相輸入端經(jīng)電阻分壓電路與所述供電電源相連接，調(diào)節(jié)電阻參數(shù)可設(shè)定其輸入電壓信號；所述運(yùn)放的反相輸入端疊加所述電流檢測反饋電路的反饋電壓信號，所述運(yùn)放根據(jù)該反饋電壓信號控制其輸出端輸出所述控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)管I或開關(guān)管2為MOSFET管，所述控制信號通過控制MOSFET管柵極的偏壓使其處于低阻態(tài)或恒流高阻態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，其特征在于，所述運(yùn)放在反饋電壓信號低于同相端輸入電壓時(shí)，運(yùn)放輸出提供足夠高的柵極偏置電壓使開關(guān)管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)；在反饋電壓信號達(dá)到同相端輸入電壓時(shí)，運(yùn)放輸出電壓下降，降低了開關(guān)管柵極偏置電壓，開關(guān)管導(dǎo)通電阻上升，使限流電阻上電壓維持在運(yùn)放輸入的設(shè)定電壓左右。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，其特征在于，所述限流控制裝置還包括快速三極管，該三極管在輸入信號快速上升時(shí)，能快速導(dǎo)通并將MOSFET柵極電壓降下來，從而讓MOSFET高速進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)管I和開關(guān)管2為N溝道MOSFET，和其配合為快速NPN三極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)管I和開關(guān)管2為P溝道MOSFET，和其配合為快速PNP三極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低阻抗限流式抗高壓保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)管I和開關(guān)管2為N溝道和P溝道MOSFET混搭，和其配合為快速NPN和PNP三極管混搭。
【文檔編號】H02H9/04GK204118724SQ201420386104
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】姚治貢 申請人:余姚市勁儀儀表廠