專利名稱：一種低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電壓限幅電路，尤其是一種低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路。
背景技術(shù)：
在工業(yè)應(yīng)用中，直流電源輸入常常會遇到持續(xù)時間從幾微秒到幾百毫秒的瞬時電壓尖峰或瞬時電壓浪涌。這些系統(tǒng)中的電子產(chǎn)品不僅必須耐受瞬態(tài)電壓尖峰而不被損壞，而且還必須在出現(xiàn)瞬時電壓尖峰時仍然保持可靠工作。當(dāng)尖峰或者瞬態(tài)持續(xù)時間極短，很容易用基于電感器的濾波器和旁路電容器抑制，然而持續(xù)時間長的浪涌卻不容易得到很好的抑制，目前人們對浪涌、尖峰和瞬態(tài)的抑制主要有以下幾種方法(I)如圖I所示，采用串聯(lián)限流電阻Rl和并聯(lián)大功率箝位齊納二極管ZDl電路。 該電路因串聯(lián)了有損耗的限流電阻R1，通常只能在小于IOOmA的輕載電流下使用，以保持串聯(lián)電阻Rl的損耗不過大。(2)如圖2所示，采用N溝道場效應(yīng)管(MOSFET)或NPN型晶體管(BJT)組成串聯(lián)-通路穩(wěn)壓電路。當(dāng)正常電壓通態(tài)工作時，該電路中串聯(lián)N溝道場效應(yīng)管(MOSFET)或NPN型晶體管(BJT) —般有O. 6 IV的電壓降。當(dāng)負(fù)載電流較大時，N溝道場效應(yīng)管(MOSFET)或NPN型晶體管(BJT)的損耗較大。(3)采用DC/DC變換獲得次級穩(wěn)定直流電源，該電路能在很寬的輸入電壓范圍甚至持續(xù)的輸入過電壓，都能得到次級穩(wěn)定的直流電源。但此電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、控制繁瑣、成本高，不適合用作瞬態(tài)尖峰電壓的抑制電路。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路。本實用新型采用以下方案實現(xiàn)一種低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，包括箝位抑制電路，其特征在于所述箝位抑制電路的輸入端連接一低損耗導(dǎo)通電路的輸入端和一直流電源的正輸入端，所述直流電源的負(fù)輸入端接地，所述箝位抑制電路的輸出端連接所述低損耗導(dǎo)通電路的輸出端。在本實用新型一實施例中，所述低損耗導(dǎo)通電路包括第一齊納二極管、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第一晶體管、第二晶體管、第四晶體管；所述直流電源的正輸入端連接所述第一齊納二極管的陰極、第三電阻的一端和第四晶體管的發(fā)射極；所述第一齊納二極管的陽極連接所述第一電阻的一端；所述第一電阻的另一端連接所述第二電阻的一端和所述第一晶體管的基極；所述第二電阻的另一端接地；所述第一晶體管的集電極連接所述第三電阻的另一端、第四電阻的一端和第二晶體管的基極，所述第一晶體管的發(fā)射極接地；所述第四電阻的另一端接地；所述第二晶體管的集電極連接所述第五電阻的一端，所述第二晶體管的發(fā)射極接地；所述第五電阻的另一端連接所述第四晶體管的基極；所述第四晶體管的集電極作為所述低損耗導(dǎo)通電路的輸出端。在本實用新型一實施例中，所述箝位抑制電路包括第三晶體管、第六電阻、第一電容、第二齊納二極管；所述直流電源的正輸入端連接所述第六電阻的一端和所述第三晶體管的集電極；所述第六電阻的另一端連接所述第一電容的正極、第二齊納二極管的陰極和第三晶體管的基極；所述第一電容的負(fù)極接地；所述第二齊納二極管的陽極接地；第三晶體管的發(fā)射極作為所述箝位抑制電路的輸出端。在本實用新型一實施例中，所述低損耗導(dǎo)通電路還包括第三齊納二極管和第四齊納二極管；所述第三齊納二極管的陰極連接所述第一晶體管的基極，所述第三齊納二極管的陽極接地；所述第四齊納二極管的陰極連接所述第二晶體管的基極，所述第四齊納二極管的陽極接地。在本實用新型一實施例中，所述箝位抑制電路還包括第一二極管和第二電容；所述第六電阻的另一端、第一電容的正極和第三晶體管的基極連接所述第一二極管 的陽極；所述第一二極管的陰極連接所述第二齊納二極管的陰極；所述第二電容的一端連接所述第三晶體管的發(fā)射極，另一端接地。在本實用新型一實施例中，所述第一齊納二極管或第二齊納二極管用瞬態(tài)電壓抑
制二極管替換。在本實用新型一實施例中，所述第一晶體管和第二晶體管是NPN型晶體管。在本實用新型一實施例中，所述第四晶體管是PNP型晶體管或P溝道場效應(yīng)管。在本實用新型一實施例中，所述第三晶體管是NPN型晶體管或N溝道場效應(yīng)管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在(I)保持串聯(lián)-通路穩(wěn)壓瞬態(tài)尖峰電壓抑制電路的優(yōu)勢，電路簡單，成本低、可靠性聞等特點(diǎn)。(2)解決現(xiàn)有串聯(lián)-通路穩(wěn)壓瞬態(tài)尖峰電壓抑制電路中帶載損耗大等問題，具有損耗小的特點(diǎn)。(3)該電路具有輸入電壓范圍寬、快速輸出的特點(diǎn)。

圖I是現(xiàn)有技術(shù)采用串聯(lián)限流電阻和并聯(lián)齊納二極管ZDl的的瞬態(tài)尖峰電壓抑電路圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)串聯(lián)-通路穩(wěn)壓的瞬態(tài)尖峰電壓抑電路圖。圖3是本實用新型低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路的原理框圖。圖4是本實用新型低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路的一實施例圖。圖5是本實用新型低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路的另一實施例圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關(guān)附圖，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖3所示，本實施例提供一種低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，包括箝位抑制電路2，其特征在于所述箝位抑制電路2的輸入端連接低損耗導(dǎo)通電路I的輸入端和直流電源的正輸入端Vin+，直流電源的負(fù)輸入端Vin-接地，所述箝位抑制電路2的輸出端連接所述低損耗導(dǎo)通電路I的輸出端。如圖4所示，本實施例提供一種低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，所述低損耗導(dǎo)通電路I包括第一齊納二極管ZD1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第一晶體管(本實施例稱為第一 NPN型晶體管)Q1、第二晶體管(本實施例稱為第二 NPN型晶體管)Q2、第四晶體管(本實施例稱為第一 PNP型晶體管)Q4 ;所述直流電源的正輸入端Vin+連接所述第一齊納二極管ZDl的陰極、第三電阻R3的一端和第一PNP型晶體管Q4的發(fā)射極；所述第一齊納二極管ZDl的陽極連接所述第一電阻Rl的一端；所述第一電阻Rl的另一端連接所述第二電阻R2的一端和所述第一 NPN型晶體管Ql的基極；所述第二電阻R2的另一端接地；所述第一 NPN型晶體管Ql的集電極連接所述第三電阻R3的另一端、第四電阻R4的一端和第二 NPN型晶體管Q2的基極，所述第一 NPN型晶體管Ql的發(fā)射極接地；所述第四電阻R4的另一端接地；所述第二 NPN型晶體管Q2的集電極連接所述第五電阻R5的一端，所述第二 NPN型晶體管Q2的發(fā)射極接地；所述第五電阻R5的另一端連接所述第一 PNP型晶體管Q4的基極；所述第一 PNP型晶體管Q4的集電極作為 所述低損耗導(dǎo)通電路的輸出端。所述箝位抑制電路2包括第三晶體管(本實施例稱為第三NPN型晶體管)Q3、第六電阻R6、第一電容Cl、第二齊納二極管ZD2 ;所述直流電源的正輸入端Vin+連接所述第六電阻R6的一端和所述第三NPN型晶體管Q3的集電極；所述第六電阻R6的另一端連接所述第一電容Cl的正極、第二齊納二極管ZD2的陰極和第三NPN型晶體管Q3的基極；所述第一電容Cl的負(fù)極接地；所述第二齊納二極管ZD2的陽極接地；第三NPN型晶體管Q3的發(fā)射極作為所述箝位抑制電路2的輸出端。所述低損耗導(dǎo)通電路I還包括第三齊納二極管ZD3和第四齊納二極管ZD4 ;所述第三齊納二極管ZD3的陰極連接所述第一 NPN型晶體管Ql的基極，所述第三齊納二極管ZD3的陽極接地；所述第四齊納二極管ZD4的陰極連接所述第二 NPN型晶體管Q2的基極，所述第四齊納二極管ZD4的陽極接地，其中第三齊納二極管ZD3和第四齊納二極管ZD4為保護(hù)第一 NPN型晶體管Ql和第二 NPN型晶體管Q2的作用。所述箝位抑制電路2還包括第一二極管Dl和第二電容C2 ;所述第六電阻R6的另一端、第一電容Cl的正極和第三NPN型晶體管Q3的基極連接所述第一二極管Dl的陽極；所述第一二極管Dl的陰極連接所述第二齊納二極管ZD2的陰極；所述第二電容C2的一端連接所述第三NPN型晶體管Q3的發(fā)射極，另一端接地，其中第一二極管Dl作為輸入電壓接反時，保護(hù)第三NPN型晶體管Q3和第二齊納二極管ZD2的作用。其中，所述第一齊納二極管或第二齊納二極管用瞬態(tài)電壓抑制二極管替換。如圖5所示，另一實施例提供一種低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，所述低損耗導(dǎo)通電路I包括第一齊納二極管ZD1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第一晶體管(本實施例稱為第一 NPN型晶體管)Ql、第二晶體管(本實施例稱為第二 NPN型晶體管)Q2、第四晶體管(本實施例稱為第一 P溝道場效應(yīng)管)Q4 ;所述直流電源的正輸入端Vin+連接所述第一齊納二極管ZDl的陰極、第三電阻R3的一端和第四晶體管(第一 P溝道場效應(yīng)管)Q4的發(fā)射極；所述第一齊納二極管ZDl的陽極連接所述第一電阻Rl的一端；所述第一電阻Rl的另一端連接所述第二電阻R2的一端和所述第一 NPN型晶體管Ql的基極；所述第二電阻R2的另一端接地；所述第一 NPN型晶體管Ql的集電極連接所述第三電阻R3的另一端、第四電阻R4的一端和第二 NPN型晶體管Q2的基極，所述第一 NPN型晶體管Ql的發(fā)射極接地；所述第四電阻R4的另一端接地；所述第二 NPN型晶體管Q2的集電極連接所述第五電阻R5的一端，所述第二 NPN型晶體管Q2的發(fā)射極接地；所述第五電阻R5的另一端連接所述第一 P溝道場效應(yīng)管Q4的基極；所述第一 P溝道場效應(yīng)管Q4的集電極作為所述低損耗導(dǎo)通電路的輸出端。所述箝位抑制電路2包括第一 N溝道場效應(yīng)管Q3、第六電阻R6、第一電容Cl、第二齊納二極管ZD2 ;所述直流電源的正輸入端Vin+連接所述第六電阻R6的一端和所述第一 N溝道場效應(yīng)管Q3的集電極；所述第六電阻R6的另一端連接所述第一電容Cl的正極、第二齊納二極管ZD2的陰極和第一 N溝道場效應(yīng)管Q3的基極；所述第一電容Cl的負(fù)極接地；所述第二齊納二極管ZD2的陽極接地；第一 N溝道場效應(yīng)管Q3的發(fā)射極作為所述箝位抑制電路2的輸出端。所述低損耗導(dǎo)通電路I還包括第三齊納二極管ZD3和第四齊納二極管ZD4 ;所述 第三齊納二極管ZD3的陰極連接所述第一 NPN型晶體管Ql的基極，所述第三齊納二極管ZD3的陽極接地；所述第四齊納二極管ZD4的陰極連接所述第二 NPN型晶體管Q2的基極，所述第四齊納二極管ZD4的陽極接地，其中第三齊納二極管ZD3和第四齊納二極管ZD4為保護(hù)第一 NPN型晶體管Ql和第二 NPN型晶體管Q2的作用。所述箝位抑制電路2還包括第一二極管Dl和第二電容C2 ;所述第六電阻R6的另一端、第一電容Cl的正極和第三晶體管(本實施例稱為第一 N溝道場效應(yīng)管)Q3的基極連接所述第一二極管Dl的陽極；所述第一二極管Dl的陰極連接所述第二齊納二極管ZD2的陰極；所述第二電容C2的一端連接所述第一 N溝道場效應(yīng)管Q3的發(fā)射極，另一端接地，其中第一二極管Dl作為輸入電壓接反時，保護(hù)第一 N溝道場效應(yīng)管Q3和第二齊納二極管ZD2的作用。其中，所述第一齊納二極管或第二齊納二極管用瞬態(tài)電壓抑制二極管替換。本實用新型的一種低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，其具體工作原理如下在實際電路設(shè)計中，第一齊納二極管ZD1、第二齊納二極管ZD2的擊穿電壓相等，第一齊納二極管ZD1、第二齊納二極管ZD2的箝位電壓即為本實用新型的箝位輸出電壓。當(dāng)直流輸入端的輸入電壓(Vin+)小于箝位輸出設(shè)定點(diǎn)時,第一齊納二極管DZl截止,第一 NPN型晶體管Ql截止，輸入電壓Vin+經(jīng)由第三電阻R3和第四電阻R4分壓加于第二 NPN型晶體管Q2的基極，觸發(fā)第二 NPN型晶體管Q2導(dǎo)通，第五電阻R5把第一 PNP型晶體管Q4的基極(或第一 P溝道場效應(yīng)管Q4的柵極)拉到地電平，從而打開第一 PNP型晶體管(或第一 P溝道場效應(yīng)管)Q4。第一 PNP型晶體管(或第一 P溝道場效應(yīng)管)Q4兩端的電壓降相當(dāng)?shù)?，由其Rds-on (或Rce-on)額定值和輸出負(fù)載電流來確定，一般為O. Γθ. 16V，此時，第三NPN型晶體管(或第一 N溝道場效應(yīng)管)Q3被第一 PNP型晶體管(或第一 P溝道場效應(yīng)管)Q4旁路而不起作用，低損耗導(dǎo)通電路I起作用，在正常電壓通態(tài)的工作時，第一 PNP型晶體管(或第一 P溝道場效應(yīng)管)Q4的壓降很低，有效地降低正常電壓通態(tài)時的工作損耗；隨著輸入電壓的上升，輸出將跟隨輸入電壓的變化，直到達(dá)到第一齊納二極管DZl的擊穿電壓，第一齊納二極管DZl反向擊穿導(dǎo)通，觸發(fā)第一 NPN型晶體管Ql飽和導(dǎo)通，第二 NPN型晶體管Q2的基極被第一 NPN型晶體管Ql拉直低電平，第二 NPN晶體管Q2關(guān)斷，從而關(guān)斷第一 PNP型晶體管(或第一 P溝道場效應(yīng)管)Q4，此時輸入電壓Vin+經(jīng)由驅(qū)動第六電阻R6、第二齊納二極管DZ2穩(wěn)壓給的第三NPN型晶體管Q3的基極(或第一 N溝道場效應(yīng)管Q3的柵極)提供偏置，從而打開第三NPN型晶體管(或第一 N溝道場效應(yīng)管)Q3。此后，輸出電壓由串聯(lián)穩(wěn)壓電路箝位，
a O* DZi。 上列較佳實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，包括箝位抑制電路，其特征在于所述箝位抑制電路的輸入端連接一低損耗導(dǎo)通電路的輸入端和一直流電源的正輸入端，所述直流電源的負(fù)輸入端接地，所述箝位抑制電路的輸出端連接所述低損耗導(dǎo)通電路的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低損 耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，其特征在于所述低損耗導(dǎo)通電路包括第一齊納二極管、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第一晶體管、第二晶體管、第四晶體管；所述直流電源的正輸入端連接所述第一齊納二極管的陰極、第三電阻的一端和第四晶體管的發(fā)射極；所述第一齊納二極管的陽極連接所述第一電阻的一端；所述第一電阻的另一端連接所述第二電阻的一端和所述第一晶體管的基極；所述第二電阻的另一端接地；所述第一晶體管的集電極連接所述第三電阻的另一端、第四電阻的一端和第二晶體管的基極，所述第一晶體管的發(fā)射極接地；所述第四電阻的另一端接地；所述第二晶體管的集電極連接所述第五電阻的一端，所述第二晶體管的發(fā)射極接地；所述第五電阻的另一端連接所述第四晶體管的基極；所述第四晶體管的集電極作為所述低損耗導(dǎo)通電路的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，其特征在于所述箝位抑制電路包括第三晶體管、第六電阻、第一電容、第二齊納二極管；所述直流電源的正輸入端連接所述第六電阻的一端和所述第三晶體管的集電極；所述第六電阻的另一端連接所述第一電容的正極、第二齊納二極管的陰極和第三晶體管的基極；所述第一電容的負(fù)極接地；所述第二齊納二極管的陽極接地；第三晶體管的發(fā)射極作為所述箝位抑制電路的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，其特征在于所述低損耗導(dǎo)通電路還包括第三齊納二極管和第四齊納二極管；所述第三齊納二極管的陰極連接所述第一晶體管的基極，所述第三齊納二極管的陽極接地；所述第四齊納二極管的陰極連接所述第二晶體管的基極，所述第四齊納二極管的陽極接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，其特征在于所述箝位抑制電路還包括第一二極管和第二電容；所述第六電阻的另一端、第一電容的正極和第三晶體管的基極連接所述第一二極管的陽極；所述第一二極管的陰極連接所述第二齊納二極管的陰極；所述第二電容的一端連接所述第三晶體管的發(fā)射極，另一端接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，其特征在于所述第一齊納二極管或第二齊納二極管用瞬態(tài)電壓抑制二極管替換。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，其特征在于所述第一晶體管和第二晶體管是NPN型晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，其特征在于所述第四晶體管是PNP型晶體管或P溝道場效應(yīng)管。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，其特征在于所述第三晶體管是NPN型晶體管或N溝道場效應(yīng)管。
專利摘要本實用新型涉及一種低損耗寬輸入快速輸出的電壓限幅電路，包括箝位抑制電路，其特征在于所述箝位抑制電路的輸入端連接低損耗導(dǎo)通電路的輸入端和直流電源的輸入端，所述箝位抑制電路的輸出端連接所述低損耗導(dǎo)通電路的輸出端。該電路的輸入電壓范圍寬、快速輸出的特點(diǎn)，它能有效把輸入瞬態(tài)尖峰電壓箝位到后級電路所允許的最大電壓，且在出現(xiàn)電壓尖峰時自始至終能夠穩(wěn)定、可靠工作，并且在正常電壓工作時具有大電流傳輸能力和低壓低損耗特性。
文檔編號H02M3/156GK202713152SQ20122043331
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者曾春保, 陳亞梯, 林瓊斌, 張年吉 申請人:廈門科華恒盛股份有限公司