28V直流輸入過(guò)壓浪涌電路抑制方法研究

具體工作原理如下：　　

輸入電壓通過(guò)電阻R5 給電容C3 充電，由D2 箝制充電電壓。若D2 為12V 的穩(wěn)壓管，則C3 的電壓被箝制在12V。由于電容C3 上的電壓沒(méi)有放電回路，所以C3 上電壓能穩(wěn)定在12V。12V 電壓接至定時(shí)器555 的Vcc(8 腳)和運(yùn)放LM10C 的V+(7 腳)，作為兩個(gè)芯片的供電電壓。在正常輸入電壓時(shí)，定時(shí)器產(chǎn)生高頻方波，按照充電泵原理[4]，由R3、C4、D1 及D3 進(jìn)行峰值檢波及電平位移，能將C4、D1 相連的節(jié)點(diǎn)處電壓變?yōu)榈碗娖綖?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/28V">28V，高電平為38V 的方波，該方波通過(guò)D1 給電容C7 充電，D4 限制充電的最高電壓，由于電容C7 充電后沒(méi)有放電回路，所以充電電壓不超過(guò)D4 最高電壓，則電容C7 能保持充得的最高電壓。C7 的電壓給MOS管的柵極供電，則柵源極間存在電壓差(該電壓差值可以通過(guò)改變定時(shí)器的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)控制)，高于MOS 管的開(kāi)啟電壓，此時(shí)MOS 管工作在飽和區(qū)，輸出電壓為輸入電壓。由于R13、R14 分得的電壓反饋至LM10C 的3 腳，因?yàn)長(zhǎng)M10C 的1 腳電壓值設(shè)計(jì)為2V，所以LM10C 的反相輸入端電壓為2V。若反饋電壓也為2V，則運(yùn)放LM10C 的輸出電壓為0V，晶體管Q2 處于關(guān)斷狀態(tài)。建壓完成后，C7 上的電壓穩(wěn)定，D1、D3 都處于關(guān)斷狀態(tài)，Ugs 大于開(kāi)啟電壓，MOS 管一直導(dǎo)通。當(dāng)輸入電壓中出現(xiàn)浪涌電壓時(shí)，R13、R14 的分壓值大于2V，經(jīng)過(guò)運(yùn)放LM10C 后，輸出電壓為某一定值，它驅(qū)動(dòng)晶體管Q2 導(dǎo)通，使其處于放大區(qū)。由于MOS驅(qū)動(dòng)電壓Ugs 小于開(kāi)啟電壓，MOS 管處于線(xiàn)性區(qū)，輸出電壓為浪涌電壓減去MOS 管兩端的Uds。電荷泵驅(qū)動(dòng)型浪涌抑制器仿真結(jié)果如圖10 所示。在4ms處，輸入電壓出現(xiàn)浪涌電壓，浪涌抑制器將輸出電壓穩(wěn)定在40V。仿真驗(yàn)證其浪涌抑制性能良好。

該電路優(yōu)點(diǎn)：相比于Buck 型浪涌抑制電路，正常工作時(shí)，電流只流過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)管，損耗更小;缺點(diǎn)：電路復(fù)雜性增加。對(duì)比三種有源浪涌抑制電路性能，如表2 所示，雙晶體管控制型浪涌抑制電路原理簡(jiǎn)單，器件較少，但采用P 溝道型MOS 管，在大功率場(chǎng)合下，開(kāi)關(guān)器件通態(tài)損耗大，所以適用于小功率場(chǎng)合;Buck 型浪涌抑制電路和電荷泵驅(qū)動(dòng)型浪涌抑制電路可用于各種功率等級(jí)，但從成本角度考慮，電荷泵驅(qū)動(dòng)型浪涌抑制電路更具優(yōu)勢(shì)。

對(duì)小功率場(chǎng)合，雙晶體管控制型尖峰抑制器比較好，功率比較大的應(yīng)用場(chǎng)合，Vicor 型尖峰抑制器比較適合?！　?/P>

3.實(shí)驗(yàn)　　

設(shè)計(jì)實(shí)例：輸入電壓18～36V;尖峰電壓：80V/50ms;輸出功率：0～40W;尖峰電壓期間輸出電壓控制在40V;啟動(dòng)沖擊電流不高于5A。R1、R2、C2 的取值無(wú)特定要求，但需要保證555定時(shí)器能輸出高頻的方波， 所以取R1=5.1kΩ，R2=2.2kΩ，C2=1nF，R3=68Ω，C4=10nF，則將參數(shù)代入式

則f=150kHz，幅值為10V?！　?/P>

由于LM10C 的工作原理，1 腳電壓值為2V，所以取R11=2.7kΩ，R12=0.3kΩ，代入式( ) 1 12 11 12 2.5V = V × R R + R (3)得V1=2V。R13 和R14 的取值決定在存在尖峰電壓時(shí)，輸出電壓的幅值。若需將電壓抑制成40V，則取R13=3.4kΩ，R14=64.6kΩ，使得40V 輸出時(shí)的R13 分得電壓為2V。

圖12 電荷泵驅(qū)動(dòng)型浪涌抑制電路存在浪涌輸入電壓時(shí)，輸入電壓與輸出電壓波形圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在28V 輸入電壓下，輸出電壓能正常跟蹤輸入電壓;當(dāng)輸入電壓出現(xiàn)浪涌時(shí)，浪涌抑制器能將電壓抑制在40V 范圍內(nèi)，較好地實(shí)現(xiàn)了浪涌抑制功能?！　?/P>

4.結(jié)論　　

本文研究了抑制28V直流電源系統(tǒng)的輸入電壓浪涌，針對(duì)無(wú)源浪涌電壓抑制器存在易老化、易損壞、箝位電壓精度不高等問(wèn)題，研究了三種有源浪涌電壓抑制方法，都進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并選取電荷泵驅(qū)動(dòng)型浪涌抑制電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究表明，電荷泵驅(qū)動(dòng)型浪涌抑制電路具有較好的抑制浪涌電壓的性能。