浪湧電壓抑制電路的製作方法

2023-09-20 00:12:05

專利名稱：浪湧電壓抑制電路的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於開關電路技術領域，具體地說，是涉及一種可以對開關電路關斷
時產生的浪湧電壓進行抑制的控制電路。
背景技術：
對於目前的開關電路，特別是連接感性負載的開關元件來說，在其關斷時經常會 產生幅值較高的浪湧電壓，從而對系統電路造成不利影響。 為了解決這一問題，目前的電子線路通常採用連接續流二極體的方式來阻止浪湧 電壓的進一步增加，以起到保護系統電路的設計目的。但是，由於使用的這些續流二極體必 須具有能承受短時大電流的特性，因此，價格昂貴，不適合在成本較低的電子產品或者價格 競爭相對激烈的電器產品中推廣應用。除此之外，在很多時候，如果電源被反接，這些續流 二極體只會提供電流通路，而起不到抑制浪湧電壓的設計目的，因此也無法從根本上確保 系統電路運行的可靠性。

實用新型內容本實用新型為了解決現有採用續流二極體設計的浪湧電壓抑制電路成本高、可靠 性不能保證的問題，提供了一種全新結構的浪湧電壓抑制電路，以達到降低硬體電路成本， 提高系統電路可靠性的設計目的。 為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案予以實現 —種浪湧電壓抑制電路，包括開關元件和控制開關元件通斷的控制電路；在所述
開關元件的開關通路與控制端之間連接有一浪湧電壓檢測單元，對所述開關元件的開關通
路上的電壓進行檢測，當檢測電壓大於系統電壓時，輸出可控制開關元件延時關斷的控制
信號至所述開關元件的控制端，從而使電流在浪湧電壓出現時能夠持續地流過開關元件，
以避免開關元件上的電壓進一步升高，達到抑制浪湧電壓的設計目的。 其中，所述浪湧電壓檢測單元連接在開關元件關斷時產生浪湧電壓的一條開關通 路上。 進一步的，所述開關元件連接感性負載，所述浪湧電壓檢測單元連接在開關元件 連接感性負載的那一條開關通路上。 再進一步的，在所述浪湧電壓檢測單元與開關元件的控制端之間連接有一調節單 元，以調節輸入到開關元件控制端的控制信號的幅值。 作為所述浪湧電壓檢測單元的其中一種組建形式，可以採用一個PNP型三極體進 行設計，將所述三極體的發射極與所述開關元件的開關通路相連接，基極連接系統電壓，集 電極連接開關元件的控制端或者通過調節單元連接開關元件的控制端。所述PNP型三極體 在產生浪湧電壓時導通，進而通過調節單元輸出高電平控制信號，可以控制那些高電平導 通、低電平截止的開關元件延時導通一段時間後逐漸關斷。 為了進一步保護PNP型三極體，避免由於系統電壓高於PNP型三極體的基極與發射極之間的反向擊穿電壓，而造成對PNP型三極體的損壞，本實用新型優選在所述PNP型三 極管的基極與系統電壓之間連接一個二極體；其中，將所述二極體的陽極連接PNP型三極 管的基極，陰極連接系統電壓，以保證三極體的單向導通特性。 作為所述浪湧電壓檢測單元的另外一種組建形式，可以採用一個P溝道場效應管 進行設計，將所述場效應管的源極連接在所述開關元件的開關通路上，柵極連接系統電壓， 漏極連接開關元件的控制端或者通過調節單元連接開關元件的控制端，同樣可以在產生浪 湧電壓時，控制那些高電平導通、低電平截止的開關元件延時導通一段時間後逐漸關斷，以 阻止浪湧電壓的進一步升高。 同樣的，為了進一步保護P溝道場效應管，優選將所述P溝道場效應管的柵極通過 二極體連接所述的系統電壓；其中，所述二極體的陽極連接P溝道場效應管的基極，陰極連 接系統電壓，確保所述P溝道場效應管僅在出現浪湧電壓時導通。 作為所述浪湧電壓檢測單元的第三種組建形式，還可以採用一個N溝道場效應管 進行設計，將所述場效應管的柵極連接在所述開關元件的開關通路上，源極連接系統電壓， 漏極連接調節單元，同樣可以達到抑制浪湧電壓的設計目的。 更進一步的，在所述調節單元中包含有分壓電阻，連接在浪湧電壓檢測單元與開 關元件的控制端之間。比如，對於採用PNP型三極體組建的浪湧電壓檢測單元來說，可以將 分壓電阻連接在PNP型三極體的集電極與開關元件的控制端之間；而對於採用場效應管組 建的浪湧電壓檢測單元來說，則可以將分壓電阻連接在場效應管的漏極與開關元件的控制 端之間，以此來對浪湧電壓檢測單元輸出的電壓進行分壓，使輸出至開關元件控制端的電 壓幅值落入開關元件所允許的範圍內，避免對開關元件造成損壞。 與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型的浪湧電壓抑制 電路結構簡單，成本低，不受電源正反接的影響，因此電路運行的可靠性高，對開關元件乃 至整個系統電路能夠起到很好的保護作用，尤其適用於因成本原因不能使用續流二極體的 場合。

圖1是本實用新型所提出的浪湧電壓抑制電路的一種實施例的電路原理框圖； 圖2是圖1所示浪湧電壓抑制電路的其中一種實施例的具體電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細地描述。 本實用新型的浪湧電壓抑制電路為了避免續流二極體的使用，以降低系統電路的 硬體成本，在開關元件的開關通路與控制端之間設計了一個浪湧電壓檢測單元。所述浪湧 電壓檢測單元對開關元件關斷時刻其開關通路上的電壓進行檢測，當檢測電壓大於系統電 壓時，認為產生浪湧電壓，進而生成可以控制開關元件延時關斷的控制信號，輸出至開關元 件的控制端，以控制開關元件持續導通一段時間後逐漸關斷，進而阻止開關元件上的浪湧 電壓進一步增加，起到保護開關元件和系統電路的積極作用。 實施例一，參見圖1所示，在本實施例中，2為控制電路，在系統運行過程中產生並 輸出高低電平的方波信號控制開關元件1導通或者截止。開關元件1的開關通路連接感性負載LOAD，控制感性負載LOAD的電流迴路通斷。在開關元件1從導通到突然關斷的瞬間， 由於流經感性負載LOAD的電流突然關斷，因此，很容易形成浪湧電壓，從而對開關元件1和 系統電路造成影響。 為了對浪湧電壓進行有效抑制，本實施例在開關元件1的開關通路上設計了一個 浪湧電壓檢測單元3，對開關元件1的開關通路上的電壓進行檢測。具體來講，所述浪湧電 壓檢測單元3應連接在開關元件1與感性負載LOAD相連接的那一條開關通路上。當浪湧 電壓檢測單元3的檢測電壓大於系統電壓時，認為在開關元件1的開關通路上形成了浪湧 電壓，此時，浪湧電壓檢測單元3輸出控制信號直接或者經調節單元4作用於開關元件1的 控制端，控制開關元件1保持導通並逐漸關斷，從而使開關通路上的電流能夠持續流通一 段時間，以阻止電壓的進一步升高，起到抑制浪湧電壓的作用。 這裡的調節單元4主要是對浪湧電壓檢測單元3輸出的控制信號的幅值進行限 制，使施加到開關元件1的控制信號電平呈由高電平平滑坡度過渡到低電平或者由低電 平平滑坡度過渡到高電平的漸變過程，進而控制開關元件1從導通狀態逐漸過渡到關斷狀 態，以阻止開關元件1上浪湧電壓的進一步增加。所述調節單元4同時將浪湧電壓檢測單 元3輸出的控制信與控制電路2輸出的方波信號進行疊加，共同來對開關元件1進行通斷 控制。 本實施例所提出的浪湧電壓抑制電路適用於電晶體、場效應管等具有逐漸關斷特 性的開關元件l。 下面以N溝道場效應管Jl作為開關元件1為例，對所述浪湧電壓檢測單元3和調 節單元4的具體組建結構進行詳細地描述。 參見圖2所示，在本實施例中，所述浪湧電壓檢測單元3可以採用一顆PNP型三極 管Ql配合電阻Rl、二極體Dl組建形成。將PNP型三極體Ql的發射極連接在開關元件1連 接感性負載的那一條開關通路上，比如N溝道場效應管Jl的漏極上；PNP型三極體Ql的基 極通過二極體Dl和電阻Rl連接系統電壓Vcc，集電極通過調節單元4連接開關元件1的控 制端，即N溝道場效應管Jl的柵極。其中，所述二極體D1的陽極連接PNP型三極體Q1的 基極，陰極通過電阻連接系統電壓Vcc，從而使PNP型三極體Ql僅在出現浪湧電壓時導通， 避免系統電壓Vcc高於其基極與發射極之間的反向擊穿電壓時，對PNP型三極體Q1造成損 壞。 在本實施例中，所述調節單元4可以採用分壓電阻R2進行設計，連接在PNP型三 極管Q1的集電極與N溝道場效應管Jl的柵極之間，對通過PNP型三極體Q1的集電極輸出 的控制電壓進行降壓處理後，施加到N溝道場效應管Jl的柵極。當然，在所述調節單元4 還可以設計另一分壓電阻R3，連接在控制電路2的方波信號輸出端與N溝道場效應管J1的 柵極之間，進而使施加到N溝道場效應管J1的柵極電壓為通過兩個分壓電阻R2、R3輸出的 控制信號之和，共同對N溝道場效應管Jl的通斷狀態進行控制。 當控制電路2輸出的方波信號由高電平跳變到低電平時，N溝道場效應管Jl從飽 和導通狀態瞬間切換到關斷狀態，由此在其漏極將會瞬間產生浪湧電壓。當浪湧電壓的幅 值高於系統電壓Vcc時，PNP型三極體Ql導通，浪湧電壓通過PNP型三極體Ql的發射極和 集電極輸出至調節單元4，進而經分壓電阻R2降壓後，輸出高電平至N溝道場效應管Jl的 柵極，控制N溝道場效應管Jl保持導通，使其漏極上的電流能夠持續流動，對浪湧電壓進行有效抑制。隨著PNP型三極體Ql的逐漸關斷，N溝道場效應管Jl也隨之逐漸關斷。 當然，所述浪湧電壓檢測單元3也可以採用一顆P溝道場效應管配合二極體Dl 、電 阻Rl組建形成。將P溝道場效應管的源極連接在開關元件1容易產生浪湧電壓的那一條 開關通路上，柵極通過二極體Dl和電阻Rl連接系統電壓Vcc，漏極通過調節單元4連接開 關元件1的控制端，通過足夠快速的浪湧電壓檢測和調節電路來可靠地阻止開關元件1上 的電壓過壓，以達到抑制浪湧電壓的設計目的。 除此之外，所述浪湧電壓檢測單元3也可以採用一顆N溝道場效應管配合電阻Rl 組建形成。將N溝道場效應管的柵極連接在開關元件1容易產生浪湧電壓的那一條開關通 路上，源極通過電阻R1連接系統電壓Vcc，漏極通過調節單元4連接開關元件1的控制端， 也能起到有效抑制浪湧電壓的積極作用。 當然，本實用新型的浪湧電壓檢測單元3和調節單元4也可以採用除上述實施例 以外的其它電路結構形式實現，本實施例並不僅限於以上舉例。 應當指出的是，以上所述僅是本實用新型的一種優選實施方式，對於本技術領域 的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這 些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求一種浪湧電壓抑制電路，包括開關元件和控制開關元件通斷的控制電路；其特徵在於在所述開關元件的開關通路與控制端之間連接有一浪湧電壓檢測單元，對所述開關元件的開關通路上的電壓進行檢測，當檢測電壓大於系統電壓時，輸出可控制開關元件延時關斷的控制信號至所述開關元件的控制端。
2. 根據權利要求1所述的浪湧電壓抑制電路，其特徵在於在所述浪湧電壓檢測單元 與開關元件的控制端之間連接有一個對所述控制信號的電壓幅值進行調節的調節單元。
3. 根據權利要求2所述的浪湧電壓抑制電路，其特徵在於在所述調節單元中包含有 分壓電阻，所述分壓電阻連接在浪湧電壓檢測單元與開關元件的控制端之間。
4. 根據權利要求2所述的浪湧電壓抑制電路，其特徵在於所述浪湧電壓檢測單元連 接在開關元件關斷時產生浪湧電壓的一條開關通路上。
5. 根據權利要求4所述的浪湧電壓抑制電路，其特徵在於所述開關元件連接感性負 載，所述浪湧電壓檢測單元連接在開關元件連接感性負載的那一條開關通路上。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的浪湧電壓抑制電路，其特徵在於在所述浪湧 電壓檢測單元中包含有一 PNP型三極體，所述三極體的發射極連接所述開關元件的開關通 路，基極連接系統電壓，集電極連接開關元件的控制端或者通過調節單元連接開關元件的 控制端。
7. 根據權利要求6所述的浪湧電壓抑制電路，其特徵在於所述PNP型三極體的基極 通過二極體連接所述的系統電壓；其中，所述二極體的陽極連接PNP型三極體的基極，陰極 連接系統電壓。
8. 根據權利要求1至5中任一項所述的浪湧電壓抑制電路，其特徵在於在所述浪湧 電壓檢測單元中包含有一 P溝道場效應管，所述場效應管的源極連接所述開關元件的開關 通路，柵極連接系統電壓，漏極連接開關元件的控制端或者通過調節單元連接開關元件的 控制端。
9. 根據權利要求8所述的浪湧電壓抑制電路，其特徵在於所述P溝道場效應管的柵 極通過二極體連接所述的系統電壓；其中，所述二極體的陽極連接P溝道場效應管的基極， 陰極連接系統電壓。
10. 根據權利要求1至5中任一項所述的浪湧電壓抑制電路，其特徵在於在所述浪湧 電壓檢測單元中包含有一 N溝道場效應管，所述N溝道場效應管的柵極連接所述開關元件 的開關通路，源極連接系統電壓，漏極連接開關元件的控制端或者通過調節單元連接開關 元件的控制端。
專利摘要本實用新型公開了一種浪湧電壓抑制電路，包括開關元件和控制開關元件通斷的控制電路；在所述開關元件的開關通路與控制端之間連接有一浪湧電壓檢測單元，對所述開關元件的開關通路上的電壓進行檢測，當檢測電壓大於系統電壓時，輸出可控制開關元件延時關斷的控制信號至所述開關元件的控制端，從而使電流在浪湧電壓出現時能夠持續地流過開關元件，以避免開關元件上的電壓進一步升高，達到抑制浪湧電壓的設計目的。本實用新型的浪湧電壓抑制電路結構簡單，成本低，不受電源正反接的影響，因此電路運行的可靠性高，對開關元件乃至整個系統電路能夠起到很好的保護作用，尤其適用於因成本原因不能使用續流二極體的場合。
文檔編號H02H9/04GK201490713SQ200920225028
公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月20日 優先權日2009年8月20日
發明者安東·齊默曼 申請人:青島伏科太陽能有限公司