28V直流输入过压浪涌电路抑制方法研究

。正常电压下主负载电流流过两个新增器件(Q1，L1)，影响正常状态下系统效率。不过可以通过提高开关频率来减小电感尺寸。

2.2.2 双晶体管控制型浪涌抑制电路　　

双晶体管控制型浪涌抑制电路如图6 所示，功率器件Q1 采用P 沟道MOS 管，稳压二极管D1 的作用是保护Q1 栅源电压在安全范围之内，防止击穿。

双晶体管控制型浪涌抑制电路类似于一个降压型开关稳压电路，输出电压的变化实时反馈到前端，控制功率管Q1 处于线性状态或开通状态，以保证输出电压稳定在一定范围之内，消除了浪涌电压的冲击。当输入电压正常时，R5、R6 分压值小于Q3 基极导通电压，Q3 截止;Q2 基极电压等于射极电压，Q2 截止;R1、R2 分压使Q1 栅源极电压大于导通电压，此时Q1 导通，电源通过Q1 对用电设备正常供电。当电源出现浪涌时，浪涌电压对C1 进行充电，当C1 电压高于浪涌保护电压值时，R5、R6 分压值大于Q3基极导通电压，Q3 处于线性放大区，Q2 导通，Q1 截止，断开电源，此时依靠C1 维持用电设备供电。当C1 端电压下降到正常范围内时，R5、R6 分压值小于Q3 基极导通电压，Q3 截止，Q2 也截止，Q1 导通，恢复电源供电。　　

图7 和图8 为仿真波形，由仿真分析可见，当输入电压为28V 时，输出电压为27.9V;当输入电压超出36V 后，随着输入电压增大，功率管上承受的压降增加，抑制输出电压的增大，当输入电压为80V 浪涌电压时，输出电压可抑制在40V。　　

优缺点分析：该电路结构简单，但是P 沟道MOS管导通电阻较大，影响正常状态下的效率。

2.2.3 电荷泵驱动型浪涌抑制电路

如图9 所示的电荷泵驱动型浪涌抑制电路，是在Vicor 公司的产品V24A28C400AL 采用的滤波器 基础上改进的。在正常输入电压时，MOS 管开通，输出正常电压;当输入电压存在浪涌时，反馈电压控制电路控制MOS 管驱动，使其处于线性工作状态，抑制浪涌电压。高压、低能量尖峰由跨接在输入端的电容及瞬态抑制器吸收。余下的电路都用作处理高能量的浪涌。　　

具体工作原理如下：　　

输入电压通过电阻R5 给电容C3 充电，由D2 箝制充电电压。若D2 为12V 的稳压管，则C3 的电压被箝制在12V。由于电容C3 上的电压没有放电回路，所以C3 上电压能稳定在12V。12V 电压接至定时器555 的Vcc(8 脚)和运放LM10C 的V+(7 脚)，作为两个芯片的供电电压。在正常输入电压时，定时器产生高频方波，按照充电泵原理[4]，由R3、C4、D1 及D3 进行峰值检波及电平位移，能将C4、D1 相连的节点处电压变为低电平为28V，高电平为38V 的方波，该方波通过D1 给电容C7 充电，D4 限制充电的最高电压，由于电容C7 充电后没有放电回路，所以充电电压不超过D4 最高电压，则电容C7 能保持充得的最高电压。C7 的电压给MOS管的栅极供电，则栅源极间存在电压差(该电压差值可以通过改变定时器的驱动电压来控制)，高于MOS 管的开启电压，此时MOS 管工作在饱和区，输出电压为输入电压。由于R13、R14 分得的电压反馈至LM10C 的3 脚，因为LM10C 的1 脚电压值设计为2V，所以LM10C 的反相输入端电压为2V。若反馈电压也为2V，则运放LM10C 的输出电压为0V，晶体管Q2 处于关断状态。建压完成后，C7 上的电压稳定，D1、D3 都处于关断状态，Ugs 大于开启电压，MOS 管一直导通。当输入电压中出现浪涌电压时，R13、R14 的分压值大于2V，经过运放LM10C 后，输出电压为某一定值，它驱动晶体管Q2 导通，使其处于放大区。由于MOS驱动电压Ugs 小于开启电压，MOS 管处于线性区，输出电压为浪涌电压减去MOS 管两端的Uds。电荷泵驱动型浪涌抑制器仿真结果如图10 所示。在4ms处，输入电压出现浪涌电压，浪涌抑制器将输出电压稳定在40V。仿真验证其浪涌抑制性能良好。

该电路优点：相比于Buck 型浪涌抑制电路，正常工作时，电流只流过一个开关管，损耗更小;缺点：电路复杂性增加。对比三种有源浪涌抑制电路性能，如表2 所示，双晶体管控制型浪涌抑制电路原理简单，器件较少，但采用P 沟道型MOS 管，在大功率场合下，开关器件通态损耗大，所以适用于小功率场合;Buck 型浪涌抑制电路和电荷泵驱动型浪涌抑制电路可用于各种功率等级，但从成本角度考虑，电荷泵驱动型浪涌抑制电路更具优势。

对小功率场合，双晶体管控制型尖峰抑制器比较好，功率比较大的应用场合，Vicor 型尖峰抑制器比较适合。　　

3.实验　　

设计实例：输入电压18～36V;尖峰电压：80V/50ms;输出功率：0～40W;尖峰电压期间输出电压控制在40V;启动冲击电流不高于5A。R1、R2、C2 的取值无特定要求，但需要保证555定时器能输出高频的方波， 所以取R1=5.1kΩ，R2=2.2kΩ，C2=