直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法及裝置的製作方法
2023-05-28 10:19:21
專利名稱：直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法 及裝置。
背景技術：
通常，電子設備的直流電源在輸入埠處會使用容量不等的電解電容，在開機的 時候會產生很大的衝擊電流，給前端供電設備、該電子設備輸入端熔絲的選型及器件的可 靠性造成了一定的影響。為了克服這種影響，需要為電子設備的直流電源配備輸入防反接 和緩啟動保護電路。目前，在現有的直流電源輸入防反接和緩啟動保護電路中，通常採用兩個MOSFET ( Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬-氧化層-半導體-場效晶 體管)Ql和Q2實現防反接和緩啟動功能。如圖1所示，其中，Ql起到防反接的作用，剛開 機的時候靠其體內二極體作用，正常工作以後管子打開，減小其體內二極體的正向壓降；Q2 起到緩啟動的作用，相當於一個可變電阻，對輸入電流有限制的作用。在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題在現有的直流電源輸入防反接和緩啟動保護電路中，當反覆上下電的時候，Q2容 易損壞；在生產安裝過程中，對輸入端先正接再反接會損壞Q1，並且衝擊電流負向的時候 會損壞Ql，電路可靠性較低。
發明內容
本發明的實施例提供一種直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法及裝置，能夠在 保證防反接和緩啟動功能的前提下提高器件的可靠性。本發明實施例採用的技術方案為一種直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法，包括在上電過程中，當直流電源的輸入電壓高於第二輸入電壓時，所述直流電源的輸 入電壓開始向防反接和緩啟動電路中防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩 啟動電路開始工作；在下電過程中，當直流電源的輸入電壓低於第一輸入電壓時，所述直流電源的輸 入電壓停止向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動電路停止工作；其中，所述第一輸入電壓低於所述第二輸入電壓。一種直流電源輸入防反接和緩啟動保護裝置，所述裝置包括防反接和緩啟動電路 以及開關控制器；所述開關控制器，用於接收直流電源的輸入電壓，並耦合至所述防反接和緩啟動 電路中防反接MOSFET的柵極，在上電過程中，當直流電源的輸入電壓高於第二輸入電壓 時，開始利用所述直流電源的輸入電壓向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反 接和緩啟動電路開始工作，在下電過程中，當直流電源的輸入電壓低於第一輸入電壓時，停
3止利用所述直流電源的輸入電壓向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和 緩啟動電路停止工作；所述防反接和緩啟動電路包括所述防反接MOSFET以及緩啟動單元，所述防反接 MOSFET用於防止反接，所述緩啟動單元用於在所述上電過程中實現緩啟動；其中，所述第一輸入電壓低於所述第二輸入電壓。本發明實施例提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法及裝置，在上電過程 中，當直流電源的輸入電壓高於第二輸入電壓時，所述直流電源的輸入電壓開始向防反接 和緩啟動電路中防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動電路開始工作；在 下電過程中，當直流電源的輸入電壓低於第一輸入電壓時，所述直流電源的輸入電壓停止 向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動電路停止工作；其中，所述 第一輸入電壓低於所述第二輸入電壓。與現有技術相比，本發明實施例能夠控制防反接和 緩啟動電路開啟和關斷的回滯，避免直流電源在低壓輸入重載的條件下防反接和緩啟動電 路反覆重啟的情況發生，從而在保證防反接和緩啟動功能的前提下提高器件的可靠性。
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些 實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附 圖獲得其它的附圖。圖1為現有技術中提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護電路圖；圖2為MOSFET的轉移特性示意圖；圖3為本發明實施例一提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法流程圖；圖4為本發明實施例二提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法流程圖；圖5為本發明實施例三提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護裝置結構示意 圖；圖6為本發明實施例三提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護裝置開啟和關 斷過程示意圖。
具體實施例方式下面將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它 實施例，都屬於本發明保護的範圍。為使本發明實施例技術方案的優點更加清楚，下面結合附圖和實施例對本發明實 施例作詳細說明。如圖2所示，為MOSFET在不同溫度時的轉移特性曲線圖，其中，橫軸為柵極與源極 之間的電壓降Ves，縱軸為漏極電流ID，曲線1 (虛線所示)為MOSFET在溫度為25°C時的轉 移特性曲線圖，曲線2(實線所示)為MOSFET在溫度為150°C時的轉移特性曲線圖，曲線1 和曲線2相交於點A，即零溫度係數工作點。
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在點A的左側，即Ves小於一定值時，Id隨著溫度升高而增大，此時為正溫度特性； 在點A的右側，即Ves大於一定值時，Id隨著溫度升高而減小，此時為負溫度特性；漏極電流Id隨溫度的變化受遷移率和閾值電壓兩個因素支配，受遷移率影響是負 溫度係數當溫度升高時，遷移率減小，導通電阻變大，漏極電流Id變小；受閾值電壓影響 正溫度係數當溫度升高時，閾值電壓減小，導通電阻變小，漏極電流Id變大；當Ves小於一定值時，閾值電壓影響佔主導地位，Id隨溫度升高而增加；當Ves大於 一定值時，遷移率影響佔主導地位，Id隨溫度升高而減小。由於每個MOSFET的內部是由很多小MOSFET單元並聯組成的，MOSFET在反覆上 下電的過程中，漏極電流k很大，當MOSFET的柵極與源極之間的電壓降Vgs處於負溫度特 性區間，其中的某個小MOSFETId單元偏大，從而導致該小MOSFET單元的溫度升高，最終可 能導致該小MOSFET單元因過熱而燒毀，即處於負溫度特性區間工作會出現因內部多個小 MOSFET單元不均流導致單個小MOSFET單元過功率而燒毀的情況。針對MOSFET中存在的上述問題，本發明實施例提供的技術方案能夠避免防反接 和緩啟動MOSFET在漏極電路Id很大，同時MOSFET處於負溫度特性區間工作，由於MOSFET 內小MOSFET單元的不均流而燒毀MOSFET的情況出現，從而提高器件的可靠性。實施例一本發明實施例提供一種直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法，如圖3所示，所 述方法包括301、在上電過程中，當直流電源的輸入電壓高於第二輸入電壓時，所述直流電源 的輸入電壓開始向防反接和緩啟動電路中防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接 和緩啟動電路開始工作。302、在下電過程中，當直流電源的輸入電壓低於第一輸入電壓時，所述直流電源 的輸入電壓停止向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動電路停止 工作，其中，所述第一輸入電壓低於所述第二輸入電壓。本發明實施例提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法，在上電過程中，當 直流電源的輸入電壓高於第二輸入電壓時，所述直流電源的輸入電壓開始向防反接和緩啟 動電路中防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動電路開始工作；在下電過 程中，當直流電源的輸入電壓低於第一輸入電壓時，所述直流電源的輸入電壓停止向所述 防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動電路停止工作，其中，所述第一輸 入電壓低於所述第二輸入電壓。與現有技術相比，本發明實施例能夠控制防反接和緩啟動 電路開啟和關斷的回滯，避免直流電源在低壓輸入重載的條件下防反接和緩啟動電路反覆 重啟的情況發生，從而在保證防反接和緩啟動功能的前提下提高器件的可靠性。實施例二本發明實施例提供一種直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法，如圖4所示，所 述方法包括401、在上電過程中，當直流電源的輸入電壓高於第二輸入電壓時，所述直流電源 的輸入電壓開始向防反接和緩啟動電路中防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接 和緩啟動電路開始工作。402、當所述直流電源的輸入電壓開始向所述防反接MOSFET的柵極供電時，所述防反接MOSFET的柵極電壓在所述防反接和緩啟動電路中緩啟動單元控制下緩慢上升，促 使所述防反接MOSFET導通。403、當所述防反接MOSFET的柵極電壓上升到第二設定電壓時，所述防反接和緩 啟動電路完成緩啟動功能並開始正常工作。404、在下電過程中，當直流電源的輸入電壓低於第一輸入電壓時，所述直流電源 的輸入電壓停止向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動電路停止 工作，其中，所述第一輸入電壓低於所述第二輸入電壓。405、當所述直流電源的輸入電壓停止向所述防反接MOSFET的柵極供電時，所述 防反接MOSFET的柵極電壓在所述緩啟動單元控制下下降到第一設定電壓，並開始迅速下 降促使所述防反接MOSFET關閉，其中，所述第一設定電壓低於所述第二設定電壓。本發明實施例提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法，在上電過程中，能 夠控制所述防反接和緩啟動電路開始工作；在下電過程中，能夠控制所述防反接和緩啟動 電路停止工作；此外，防反接MOSFET的柵極電壓在防反接和緩啟動電路中緩啟動單元控制 下緩慢上升，促使所述防反接MOSFET導通；當防反接MOSFET的柵極電壓上升到第二設定電 壓時，所述防反接和緩啟動電路完成緩啟動功能並開始正常工作；防反接MOSFET的柵極電 壓在緩啟動單元控制下下降到第一設定電壓，並開始迅速下降促使所述防反接MOSFET關 閉，其中，所述第一設定電壓低於所述第二設定電壓。與現有技術相比，本發明實施例能夠 控制防反接和緩啟動電路開啟和關斷的回滯，避免直流電源在低壓輸入重載的條件下防反 接和緩啟動電路反覆重啟的情況發生，從而在保證防反接和緩啟動功能的前提下提高器件 的可靠性。實施例三本發明實施例提供一種直流電源輸入防反接和緩啟動保護裝置，如圖5所示，所 述裝置包括防反接和緩啟動電路52以及開關控制器51 ；所述開關控制器51，用於接收直流電源的輸入電壓，並耦合至所述防反接和緩啟 動電路52中防反接MOSFET的柵極，在上電過程中，當直流電源的輸入電壓高於第二輸入電 壓時，開始利用所述直流電源的輸入電壓向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防 反接和緩啟動電路52開始工作，在下電過程中，當直流電源的輸入電壓低於第一輸入電壓 時，停止利用所述直流電源的輸入電壓向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反 接和緩啟動電路52停止工作；所述防反接和緩啟動電路52包括所述防反接MOSFET以及緩啟動單元，所述防反 接MOSFET用於防止反接，所述緩啟動單元用於在所述上電過程中實現緩啟動；其中，所述第一輸入電壓低於所述第二輸入電壓。進一步的，所述緩啟動單元，用於當所述開關控制器開始利用直流電源的輸入電 壓向所述防反接MOSFET的柵極供電時，控制所述防反接MOSFET的柵極電壓緩慢上升，促使 所述防反接MOSFET導通。進一步的，所述緩啟動單元，還用於當所述開關控制器停止利用直流電源的輸入 電壓向所述防反接MOSFET的柵極供電時，控制所述防反接MOSFET的柵極電壓下降到第一 設定電壓，並開始迅速下降促使所述防反接MOSFET關閉。進一步的，所述防反接和緩啟動電路52，還用於在所述防反接MOSFET的柵極電壓上升到第二設定電壓時，完成緩啟動功能並正常工作。其中，所述第一設定電壓低於所述第二設定電壓。如圖5所示，Ql為防反接MOSFET，Q2為緩啟動MOSFET ；電晶體Q2、電容Cl和C2、 二極體Dl等共同構成所述緩啟動單元。對於緩啟動單元其它可能的結構本實施例不做限 制，只要其能在電源上電中實現緩啟動功能即可。所述開關控制器51的一端與地連接，所述開關控制器51的另一端與Ql的柵極連 接。開關控制器51可以用一普通的遲滯開關來實現。所述遲滯開關在輸入電壓大於第一 閾值時導通，小於第二閾值時關閉，且第一閾值大於第二閾值。遲滯開關可以由電晶體或邏 輯門組成，本實施例對其結構不做限制。其中，第一輸入電壓Vin_Ll、第二輸入電壓Vin_L2、第一設定電壓Vset 1、第二設 定電壓Vset2的電壓值可以根據電路中各器件的參數進行設置，以控制防反接和緩啟動電 路開啟和關斷的回滯，避免直流電源在低壓輸入重載的條件下防反接和緩啟動電路反覆重 啟的情況發生。在圖5中，供電電源為負，因此Vin連接地，而Ql連接負電源-48v。但在實 際應用中，Vin可以連接正電源，而Ql可連接地，但這都不影響本實施例的實現，只要電路 按照本實施例所述工作原理根據電源兩端電壓變化而執行帶有遲滯的緩啟動和防反接功 能，則可以有效保護電路的上電和下電，並減少反覆重啟，提高器件的可靠性。如圖6所示，所述直流電源輸入防反接和緩啟動保護裝置的工作過程為當直流電源的輸入上電以後，直流電源的輸入電壓Vin開始上升，當直流電源的 輸入電壓Vin高於第二輸入電壓Vin_L2時，防反接和緩啟動電路開始工作，直到Ql的柵極 電壓Vg達到第二設定電壓Vset 2時，防反接和緩啟動電路完成緩啟動功能並正常工作；當直流電源的輸入下電以後，直流電源的輸入電壓Vin開始下降，當直流電源的 輸入電壓Vin下降到第一輸入電壓Vin_Ll時，Ql的柵極電壓Vg開始緩慢下降，當Ql的柵 極電壓降到第一設定電壓Vsetl時，Ql的柵極電壓Vg迅速降到0V，防反接和緩啟動電路關 斷，停止工作；從而，當出現雷擊或浪湧負向的時候，防反接和緩啟動電路仍然保持打開狀態，不 會因為雷擊或浪湧負向而造成電源復位；同時也能避免防反接和緩啟動MOSFET在漏極電 流k很大且處於Id負溫度特性區間工作時造成管子燒毀的情況出現。本發明實施例提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護裝置，在上電過程中，能 夠控制所述防反接和緩啟動電路開始工作；在下電過程中，能夠控制所述防反接和緩啟動 電路停止工作；此外，防反接MOSFET的柵極電壓在防反接和緩啟動電路中緩啟動單元控制 下緩慢上升，促使所述防反接MOSFET導通；當防反接MOSFET的柵極電壓上升到第二設定電 壓時，所述防反接和緩啟動電路完成緩啟動功能並開始正常工作；防反接MOSFET的柵極電 壓在緩啟動單元控制下下降到第一設定電壓，並開始迅速下降促使所述防反接MOSFET關 閉，其中，所述第一設定電壓低於所述第二設定電壓。與現有技術相比，本發明實施例能夠 控制防反接和緩啟動電路開啟和關斷的回滯，避免直流電源在低壓輸入重載的條件下防反 接和緩啟動電路反覆重啟的情況發生，從而在保證防反接和緩啟動功能的前提下，提高防 反接和緩啟動電路在生產、安裝和使用過程中防反接MOSFET和緩啟動MOSFET的可靠性。本發明實施例提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護裝置可以實現上述提供 的方法實施例，具體功能實現請參見方法實施例中的說明，在此不再贅述。本發明實施例提供的直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法及裝置可以適用於直流電源的輸入防反接和 緩啟動保護，但不僅限於此。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以 通過電腦程式來指令相關的硬體來完成，所述的程序可存儲於一計算機可讀取存儲介質 中，該程序在執行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質可為磁 碟、光碟、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory, ROM)或隨機存儲記憶體(Random Access Memory, RAM)等。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何 熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應 涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法，其特徵在於，包括在上電過程中，當直流電源的輸入電壓高於第二輸入電壓時，所述直流電源的輸入電 壓開始向防反接和緩啟動電路中防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動 電路開始工作；在下電過程中，當直流電源的輸入電壓低於第一輸入電壓時，所述直流電源的輸入電 壓停止向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動電路停止工作；其中，所述第一輸入電壓低於所述第二輸入電壓。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括當所述直流電源的輸入電壓開始向所述防反接MOSFET的柵極供電時，所述防反接 MOSFET的柵極電壓在所述防反接和緩啟動電路中緩啟動單元控制下緩慢上升，促使所述防 反接MOSFET導通。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括當所述直流電源的輸入電壓停止向所述防反接MOSFET的柵極供電時，所述防反接 MOSFET的柵極電壓在所述緩啟動單元控制下下降到第一設定電壓，並開始迅速下降促使所 述防反接MOSFET關閉。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，當所述防反接MOSFET的柵極電壓上升到 第二設定電壓時，所述防反接和緩啟動電路完成緩啟動功能並開始正常工作。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述第一設定電壓低於所述第二設定電壓。
6.一種直流電源輸入防反接和緩啟動保護裝置，其特徵在於，所述裝置包括防反接和 緩啟動電路以及開關控制器；所述開關控制器，用於接收直流電源的輸入電壓，並耦合至所述防反接和緩啟動電路 中防反接MOSFET的柵極，在上電過程中，當直流電源的輸入電壓高於第二輸入電壓時，開 始利用所述直流電源的輸入電壓向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和 緩啟動電路開始工作，在下電過程中，當直流電源的輸入電壓低於第一輸入電壓時，停止利 用所述直流電源的輸入電壓向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟 動電路停止工作；所述防反接和緩啟動電路包括所述防反接MOSFET以及緩啟動單元，所述防反接 MOSFET用於防止反接，所述緩啟動單元用於在所述上電過程中實現緩啟動；其中，所述第一輸入電壓低於所述第二輸入電壓。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述緩啟動單元，用於當所述開關控制 器開始利用直流電源的輸入電壓向所述防反接MOSFET的柵極供電時，控制所述防反接 MOSFET的柵極電壓緩慢上升，促使所述防反接MOSFET導通。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述緩啟動單元，還用於當所述開關控 制器停止利用直流電源的輸入電壓向所述防反接MOSFET的柵極供電時，控制所述防反接 MOSFET的柵極電壓下降到第一設定電壓，並開始迅速下降促使所述防反接MOSFET關閉。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述防反接和緩啟動電路，還用於在所述 防反接MOSFET的柵極電壓上升到第二設定電壓時，完成緩啟動功能並正常工作。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述第一設定電壓低於所述第二設定電壓。
全文摘要
本發明實施例公開了一種直流電源輸入防反接和緩啟動保護方法及裝置，所述方法包括在上電過程中，當直流電源的輸入電壓高於第二輸入電壓時，所述直流電源的輸入電壓開始向防反接和緩啟動電路中防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動電路開始工作；在下電過程中，當直流電源的輸入電壓低於第一輸入電壓時，所述直流電源的輸入電壓停止向所述防反接MOSFET的柵極供電，並控制所述防反接和緩啟動電路停止工作；其中，所述第一輸入電壓低於所述第二輸入電壓。本發明適用於直流電源的輸入防反接和緩啟動保護。
文檔編號H02M1/36GK102136724SQ201110028270
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者夏維洪, 楊文科 申請人:華為技術有限公司