浪湧防護電路的製作方法

2023-06-05 11:17:16

本發明涉及用於限制過電壓而不切斷電路的緊急保護電路裝置技術領域，尤其涉及一種防護效果好的浪湧防護電路。

背景技術：

目前，高可靠性的電子產品電源輸入部分，通常採用鉗位型和開關型產品串聯做浪湧防護；在實際的產品設計過程中，因鉗位型和開關型保護器件的工作模式、電氣參數及特性（例如：擊穿電壓、響應時間、靜態阻抗、動態阻抗等）差異較大，如鉗位型和開關型保護器件的電壓直接串聯，保護器件分壓不均衡，會出現保護器件在整機產品正常工作時誤動作，加速保護器件老化，嚴重影響整機產品正常工作的性能及可靠性，因此導致鉗位型和開關型保護器件的產品電壓不能直接串聯選擇；為提高整機產品可靠性，現有傳統的方案設計，通常為鉗位型和開關型保護產品的擊穿電壓分別滿足電源輸入要求，該傳統方案的串聯擊穿電壓基本大於輸入電壓的兩倍以上，不能有效保證浪湧衝擊下的剩餘電壓，使後級電路承受壓力大，layout布局難度大且整機成本高。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種浪湧防護電路，所述電路具有在提高整機可靠性能的同時，降低了整機浪湧衝擊時的殘壓，有效保證了電路的環境適應性能，從而優化整機成本，可廣泛應用於電子產品的電源輸入部分。

為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是：一種浪湧防護電路，所述浪湧防護電路並聯在被保護電路的電源輸入端，其特徵在於：包括浪湧抑制電路和分壓匹配電路，所述浪湧抑制電路包括鉗位型浪湧防護器件和開關型浪湧防護器件，所述鉗位型浪湧防護器件的一端為所述防護電路的一個接線端，所述鉗位型浪湧防護器件的另一端與所述開關型浪湧防護器件的一端連接，所述開關型浪湧防護器件的另一端為所述防護電路的另一個接線端，所述分壓匹配電路包括分壓匹配電阻R1和R2，所述電阻R1與所述鉗位型浪湧防護器件並聯連接，所述電阻R2與所述開關型浪湧防護器件並聯連接；所述防護電路利用電阻R1-R2的分壓原理固定各個電阻兩端的電壓，從而固定鉗位型保護器件和開關型保護器件兩端的電壓。

優選的，所述鉗位型浪湧防護器件為壓敏電阻MOV或瞬態抑制二極體TVS。

優選的，所述開關型浪湧防護器件為陶瓷氣體放電管GDT、玻璃氣體/強效放電管SPG或半導體放電管TSS。

優選的，所述電阻R1-R2為一個電阻或兩個以上的電阻。

採用上述技術方案所產生的有益效果在於：所述電路通過設置分壓匹配電路，在提高整機可靠性能的同時，降低了整機浪湧衝擊時的殘壓，有效保證了電路的環境適應性能，從而優化整機成本，可廣泛應用於電子產品的電源輸入部分。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖 1 為本發明實施例所述電路的總體電路示意圖；

圖 2 為現有技術中整機不接地電源或直流電源的浪湧防護方案示意圖；

圖 3 為本發明實施例一所述浪湧防護電路示意圖；

圖 4 為圖2所示整機不接地電源或直流電源傳統的浪湧防護方案殘壓圖；

圖 5 為本發明實施例一所述浪湧防護電路的殘壓圖；

圖 6 為整機接地電源傳統的浪湧防護方案示意圖；

圖 7 為本發明實施例二所述浪湧防護電路示意圖；

圖 8 為圖6所示傳統的浪湧防護方案的殘壓圖；

圖 9 為本發明實施例二所述浪湧防護電路的殘壓圖；

圖 10 為整機外殼接地有耐壓要求電源的傳統的浪湧防護方案示意圖；

圖 11 為本發明實施例三所述的浪湧防護電路示意圖；

圖 12 為圖10所述傳統的浪湧防護方案的殘壓圖；

圖 13 為本發明實施例三的殘壓圖；

其中：1、鉗位型浪湧防護器件2、開關型浪湧防護器件。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。

總體的，如圖1所示，本發明公開了一種浪湧防護電路，所述浪湧防護電路並聯在被保護電路的電源輸入端，所述防護電路包括浪湧抑制電路和分壓匹配電路。所述浪湧抑制電路包括鉗位型浪湧防護器件1和開關型浪湧防護器件2，所述鉗位型浪湧防護器件1的一端為所述防護電路的一個接線端，所述鉗位型浪湧防護器件1的另一端與所述開關型浪湧防護器件2的一端連接，所述開關型浪湧防護器件2的另一端為所述防護電路的另一個接線端。所述分壓匹配電路包括分壓匹配電阻R1和R2，所述電阻R1與所述鉗位型浪湧防護器件1並聯連接，所述電阻R2與所述開關型浪湧防護器件2並聯連接；所述防護電路利用電阻R1-R2的分壓原理固定各個電阻兩端的電壓，從而固定鉗位型保護器件和開關型保護器件兩端的電壓。

所述防護電路通過設置分壓匹配電路，克服了不同工作模式保護器件分壓不均衡、電壓不能直接串聯導致電路浪湧衝擊後殘壓高，整機方案成本高的問題；同時所述防護電路明確分配正常情況下開關型保護器件和鉗位型保護器件的分壓問題，以便提高HI-POT測試時各保護器件的可靠性能。

綜上，所述防護電路在提高整機可靠性能的同時，降低了整機浪湧衝擊時的殘壓，有效保證了電路的環境適應性能，從而優化整機成本，可廣泛應用於電子產品的電源輸入部分。

實施例一

整機不接地電源或直流電源浪湧防護方案對比：(該方案同時可作為第二級浪湧防護降低殘壓)

如圖2所示為傳統的浪湧防護方案，採用壓敏電阻做差摸浪湧防護；

如圖3所示為本發明實施例一所述的浪湧防護電路通過外圍電路電阻比例，採用壓敏電阻TSS和半導體放電管MOV進行串聯的方式做差摸浪湧防護電路；圖3所示防護電路利用分壓匹配電路的電阻阻值比例，固定分配保護器件兩端的電壓，在電路正常工作情況下，使壓敏電阻TSS兩端電壓為電源輸入電壓Vin的2/3倍，半導體放電管MOV兩端電壓為電源輸入電壓Vin的1/3倍，從而固定保護器件兩端電壓，也可通過分壓匹配電路中電阻的阻值比例做保護器件的相應調整，提高電路可靠性。

圖4和圖5分別為兩種方案在8/20us&1.2/50us組合波，1.5KV浪湧衝擊下的殘壓對比情況。由附圖4、附圖5殘壓對比可知，在相同浪湧衝擊下，一種高性能的浪湧防護方案比傳統的浪湧防護方案殘壓更低。

實施例二

整機接地電源浪湧防護方案對比：

如圖6：傳統的浪湧防護方案採用壓敏電阻做差摸防護，採用壓敏電阻和氣體放電管串聯做共模防護，因壓敏電阻和放電管動態參數差異較大，故壓敏電阻和氣體放電管分別根據輸入電源Vin選擇電壓型號；

如圖7所示為本發明實施例二所述的浪湧防護電路，利用分壓匹配電路，根據電阻的阻值比例固定壓敏電阻MOV和陶瓷氣體放電管GDT兩端電壓；如圖3中設計電阻匹配，正常供電情況下，壓敏電阻MOV兩端電壓為輸入電源Vin的2/3倍，陶瓷氣體放電管GDT兩端的電壓為輸入電源的1/3倍，可實現保護器件電壓直接串聯防護；

圖8、圖9為兩種方案在8/20us&1.2/50us組合波，4KV浪湧衝擊下的殘壓對比情況；由圖8、圖9殘壓對比可知，在相同浪湧衝擊下，一種高性能的浪湧防護方案比傳統的浪湧防護方案的電壓抑制能力更強；

實施案例三

整機外殼接地有耐壓要求電源產品浪湧防護方案對比

如圖10所示為傳統的浪湧防護方案，採用壓敏電阻做差摸防護，採用壓敏電阻和放電管串聯做共模防護，由於有HI-pot耐壓要求，故要求放電管產品擊穿電壓需大於1500Vac；

如圖11所示為本發明實施例三所述的浪湧防護電路，利用分壓匹配電路的阻抗分配，固定保護器件兩端的電壓；如上圖方案中，正常220Vac供電情況下，壓敏電阻MOV兩端電壓為電源輸入vin的2/5倍，陶瓷氣體放電管GDT兩端電壓為電源輸入的3/5倍；在做1500Vac hi-pot時，壓敏電阻MOV兩端電壓為1500VAC輸入的1/4倍，放電管兩端電壓為1500VAC輸入的3/4倍；針對不同的HI-POT等級，可根據外圍電路阻值分配合理調整保護器件型號，以滿足實際使用需求，提高整機產品可靠性；

圖10和圖11的方案均可滿足HI-POT 1500vac，1min，5mA測試；圖12和圖13分別為兩種方案在8/20us&1.2/50us組合波，4KV浪湧衝擊下對比情況；

由圖10和圖11可知，兩種方案均可滿足HI-POT 1500vac，1min，5mA測試，且由圖12和圖13兩種方案在相同浪湧衝擊下對比可知，一種高性能的浪湧防護方案比傳統的浪湧防護方案的動作電壓更低。

需要說明的是，具體的實施方案中，可根據實際使用情況及後級電路的耐受能力，調整R1/R2的阻值比例，相應調整保護器件的型號，有效保證整機電路的工作性能。