[发明专利]低阻抗过电压保护电路

说明书

本发明涉及电子测量装置的一种低输入阻抗电压保护系统，特别涉及一种输入电压超出要求范围时会转入高阻抗状态的系统。

电压表设计上的一个问题是使电压表的灵敏度和干扰抑制能力保持在容许程度的同时保护电压表线路免受输入过电压，以便精确测量直流和交流信号的电压值。由于电源波动、干扰或测量探针搞错等原因，电压表可能会在测量毫伏级的电压值时稍后在其输入端上又会出现1000伏的信号。低电压测量线路一般是不能在突然出现高电压输入时幸存下来同时保持其电路元件完整无损的。有一种已知的输入电压保护方法是采用一个与输入信号串联的大电阻来限制峰值电流。并在输入信号与正负电压干线之间采用一些箝位二极管来限制峰值输入电压的。虽然这种电路能保护测量装置免受过电压和电流摆动的影响，但却产生了灵敏度和干扰问题。大的输入电阻器不仅给噪音的交叉干扰和产生创造了条件，而且在测量高频交流信号时会产生误差。举例说，一兆欧的电阻器与大约10微微法的杂散电容耦合时会将精确测量值限制到1千赫左右。而且1兆欧的输入电阻还会产生130毫微伏/方根赫（nanovolts/root    hertz）的热噪音。来自电压表放大器输入端的偏置电流或来自过电压保护二极管的漏泄电流流经大的输入端电阻器时会产生大的直流误差。因此，最好是在输入端出现高的电压电平时使某一特定电压范围内的信号的低阻抗输入端切换到高阻抗状态。

按照本发明的一个方面的低阻抗过电压保护电路，有一对金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），该对晶体管由一对浮动电压源提供偏压，使其在电路输入电压处于所要求的范围内时导通。该MOSFET对串联连接，因而输入信号从第一个MOSFET的漏极端流到源极端，然后从第二个MOSFET的漏极端流到源极端，再流到输出端。一个MOSFET元件系配置得使其在输入电压超出正峰值时进入不导通状态，另一个MOSFET元件则配置得使其在输入值超过负峰值时进入不导通状态。只要输入电压在预定的电压范围内，浮动电压源就保持该对MOSFET处于偏置状态。

各峰值电压电平是通过正负干线电压经一些箝位二极管连接到相应的浮动电压源设定的。各电压源只是向各箝位二极管所设定的电平浮动，而且随着输入信号增加使该浮动电压源达到该设定的电平，这时MOSFET控制极与源极间的电压开始下降，从而使输入电压进一步提高时促使MOSFET停止导通，转入高阻抗状态。保护电路还包括一些快速转换的双极晶体管，这些双极晶体管防止MOSFET因容性放电电荷引起的快速上升时间的输入信号而损坏，因为如果没有这些快速开关的双极晶体管，MOSFET的电容可能会妨碍保护电路及时将大输入电压与电路其余的元件隔离。

按照本发明的另一方面，为提供较高的处理最大电压的能力，可以将一系列MOSFET对和一些阻抗组合起来。可以将任意数量的MOSFET对和一些阻抗组合起来。可以将任意数量的MOSFET对串联连接，各MOSFET对能将最大电压处理能力提高到一定的程度。

本发明的目的是提供一种经改进的低阻抗过电压保护电路。

本发明的另一个目的是提供一种经改进的能相对地免受干扰影响的过电压保护电路。

本发明的又一个目的是提供一种经改进的不致产生大的直流误差电压的过电压保护电路。

本发明还有一个目的是提供这样一种经改进的过电压保护电路，该电路对有关范围的信号能提供从输入到输出的低阻抗通路，且对大信号表现出高阻抗状态，从而防止损及敏感的线路。

本发明的再一个目的是提供一种可改进得使其能隔开（Standoff）任何所要求的范围的最大输入电压的过电压保护电路。

本说明书的总结部分具体指出而且清楚地要求保护的本发明的主题。但要了解本发明的构成和工作方式连同其其它的优点和目的，最好参阅下面结合附图所作的说明;附图中，相同的编号表示相同的元件。

图1    是现有技术的过电压保护电路的原理图。

图2    是本发明的过电压保护电路的原理图。

图3    是本发明过电压保护电路第二实施例的原理图。

现在参看图1的现有技术的过电压保护电路的原理图。在输入端10的输入信号通过输入电阻器12加到二极管14的阴极和二极管16的阳极。二极管14阳极上供有电压-V箝位，同时二极管16的阴极上供有电压+V箝位。电路输出端20从电阻器12与输入端相对的另一端引出。电阻器12用以限制峰值电流，两个二极管则用以限制峰值电压。