[发明专利]具有浪涌抑制及保护功能的供电电路以及供电方法

权利要求书

1.一种具有浪涌抑制及保护功能的供电电路，其特征在于，包括浪涌抑制模块、电源转换模块和输出保护模块；

所述浪涌抑制模块包括开关电路、电阻分压电路和积分电容电路；其中，所述开关电路为MOS管；所述电阻分压电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；所述积分电容电路包括第一电容C1和第二电容C2；

其中：第一电阻R1和第二电阻R2并联连接，第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端连接在一起，形成结点A，结点A连接至供电电源Vcc的正供电端；第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第二端连接在一起，形成结点B；第三电阻R3和第四电阻R4并联连接，第三电阻R3的第一端和第四电阻R4的第一端均与结点B连接在一起；第三电阻R3的第二端和第四电阻R4的第二端连接在一起，形成结点C，结点C连接至供电电源Vcc的负供电端；因此，第一电阻R1和第二电阻R2并联连接后，与并联连接的第三电阻R3和第四电阻R4为串联连接关系；第一电容C1和第二电容C2串联连接后，并联在第四电阻R4的两端；MOS管Q1，其栅极连接至结点B，其源极连接至供电电源Vcc的负供电端，其漏极依次通过所述电源转换模块和所述输出保护模块，连接到负载的正输入端。

2.根据权利要求1所述的具有浪涌抑制及保护功能的供电电路，其特征在于，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相同或不相同；第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相同或不相同。

3.根据权利要求1所述的具有浪涌抑制及保护功能的供电电路，其特征在于，所述电源转换模块包括：EMI滤波器和DC/DC电源模块；所述输出保护模块包括肖特基二极管；

MOS管Q1，其漏极连接至EMI滤波器的电压负输入端子；所述EMI滤波器的电压正输入端子连接到结点A；所述EMI滤波器的电压输出端子连接到所述DC/DC电源模块的输入端；所述DC/DC电源模块的输出端连接到所述肖特基二极管的正极端；所述肖特基二极管的负极端连接至负载的正输入端。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述的具有浪涌抑制及保护功能的供电电路的供电方法，其特征在于，通过浪涌抑制模块，抑制加电启动浪涌，防止对供电电源的瞬时冲击；通过电源转换模块，将输入的供电电压转换为负载需要的电压，及满足负载的功率需求；通过输出保护模块，对电源转换模块进行保护，防止对电源转换模块的反压冲击；供电方法包括：

步骤一，当供电电源未上电时，此时供电电路无输出电压，MOS管处于截止状态，电源转换模块无电压转换输出，供电电路无功耗；

步骤二，在供电电源开始上电的瞬间，MOS管截止状态；首先，供电电源通过电阻分压电路的分压后，对浪涌抑制模块的第一电容C1和第二电容C2充电，使MOS管栅极电压逐渐增加；当电压升至MOS管开启电压时，MOS管由线性导通变化到饱和导通，饱和导通后，供电电源电压施加至EMI滤波器和DC/DC电源模块，经过EMI滤波器和DC/DC电源模块的转换后，再经过肖特基二极管后输出到负载，对负载进行供电；通过控制MOS管的导通时间，进而抑制向负载供电电流的浪涌；

其中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的作用为进行分压，为MOS管提供导通门限；第一电阻R1和第二电阻R2并联后，与并联的第三电阻R3和第四电阻R4串联后分压得到的电压为MOS管开启电压Ugs，MOS管开启电压Ugs满足MOS管饱和导通时栅极电压的允许范围，Ugs＝{R3*R4/(R3+R4)}/{R1*R2/(R1+R2)+R3*R4/(R3+R4)}*Vcc；在相同充电电容情况下，调节第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的阻值，进而调节MOS管开启电压Ugs；MOS管开启电压Ugs越大，则浪涌峰值相对减小；

第一电容C1和第二电容C2为充电电容，通过设定第一电容C1和第二电容C2的充电时间常数，调整MOS管栅极充电时间常数，进而控制MOS管饱和导通时间；充电时间常数τ分段计算，τ＝τ1+τ2，第一段时间常数τ1通过以下公式计算：τ1＝{R1*R2/(R1+R2)}*(C1+C2+CGS)，CGS为MOS管栅源电容；第二段时间常数τ2是当C1、C2、MOS管栅源电容CGS完成充电后，开始给MOS管栅漏电容Cgd充电，由于密勒效应，使得等效的MOS管栅漏电容Cgd很大，因此需要的充电时间也较长，τ2＝{R1*R2/(R1+R2)}*Cgd，该时间段MOS管栅极电压处于被箝位状态，此时虽然MOS管没有完全导通，但MOS管已经工作；待MOS管栅漏电容Cgd充电完成并使栅极总电荷达到Ugs值时，MOS管完全导通，此时的MOS管开启电压Ugs＝{R3*R4/(R3+R4)}/{R1*R2/(R1+R2)+R3*R4/(R3+R4)}*Vcc。充电时间常数τ越大，MOS管饱和导通时间越长，抑制浪涌电流的效果越好，上电电流上升斜率越小，持续时间越长。