电源负向浪涌干扰保护电路

摘要

本申请提供一种电源负向浪涌干扰保护电路，包括：正向电压隔离单元，电性连接于输入通道；初级保护单元，电性连接于正向电压隔离单元；泄放开关单元，电性连接于正向电压隔离单元；检测延时单元，电性连接于泄放开关单元；使能单元，电性连接于检测延时单元；供电单元，电性连接于使能单元和泄放开关单元；使能维持电路，电性连接于使能单元和供电单元；防反接电路，电性连接于初级保护单元和泄放开关单元。以实现多通道复用，而且能够吸收较高能量级别的负向浪涌保护电路。

说明书

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种电源负向浪涌干扰保护电路。

背景技术

在车用LED信号灯控制领域，LDM(LED Drive module)作为一个通用电子零部件，需要有能力适配各主机厂的车型。而每个主机厂的发动机、发电机制造水平不尽相同，导致了接在整车电源线上的LDM要承受多种电压和时长的电流电压浪涌干扰。同时，汽油车、柴油车、氢气车、EV车等其他种类的车型，产生的浪涌波形也不同。在极端情况下，会出现电压-600V以上，时间10ms以上，功率达到数千瓦的负向浪涌波形，一般的保护器件在遇到如此大的能量时会失去保护能力，造成LDM破坏甚至是烧毁。

另外，对于有多路输入通道的LDM，每个输入通道都需要有负向浪涌的保护能力，但是如果为每一个通道都配一组保护电路，器件太多，成本太高。所以，我们需要一种可以多通道复用，而且能够吸收较高能量级别的负向浪涌保护电路。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种电源负向浪涌干扰保护电路，用以解决现有技术中的技术问题。

第一方面，本发明提供一种电源负向浪涌干扰保护电路，包括：正向电压隔离单元，电性连接于输入通道，用于当输入通道的电压为正时不导通，使输入通道与其他元件电气隔离；当输入通道的电压为负时与输入通道电气接通；初级保护单元，电性连接于正向电压隔离单元，用于将浪涌电压维持在预设电压范围内；泄放开关单元，电性连接于正向电压隔离单元，用于当浪涌电压大于预设电压范围时，将电源正负极短路，通过正向电压隔离单元释放浪涌能量至输入通道；检测延时单元，电性连接于泄放开关单元，用于检测负向电压值，并向泄放开关单元配置延时滤波；使能单元，电性连接于检测延时单元，用于当检测延时单元检测完成后，发出使能信号，启动供电单元；供电单元，电性连接于使能单元和泄放开关单元，用于接收使能单元的使能信号，为泄放开关单元和使能维持电路供电；使能维持电路，电性连接于使能单元和供电单元，用于维持保护电路持续工作；防反接电路，电性连接于初级保护单元和泄放开关单元，用于电路防反接。

在可选的实施方式中，正向电压隔离单元包括：若干个二极管，二极管负极电性连接于输入通道；其中输入通道的个数与二极管的个数一致。

在可选的实施方式中，初级保护单元包括：瞬间脉冲吸收模块，用于吸收脉冲；电压钳位模块，用于根据预设电压断开值限制浪涌电压上限。

在可选的实施方式中，初级保护单元包括：瞬态二级管，电性连接于正向电压隔离单元。

在可选的实施方式中，泄放开关单元包括：第一N型三极管，第一N型三极管的发射极电性连接于正向电压隔离单元，第一N型三极管的集电极接地；电阻R1，电阻R1的一端与第一N型三极管的基极电性连接，电阻R1的另一端电性连接于供电单元。

在可选的实施方式中，检测延时单元包括：稳压二极管，稳压二极管的负极电性连接于供电单元，稳压二极管的正极电性连接于滤波电路；滤波电路包括：电阻R3，电阻R3的一端电性连接于稳压二极管，电阻R3的另一端电性连接于使能单元。

在可选的实施方式中，使能单元包括：第二N型三极管，第二N型三极管的基极电性连接于检测延时单元，第二N型三极管发射极电性连接于正向电压隔离单元，第二N型三极管集电极电性连接于供电单元。

在可选的实施方式中，供电单元包括：第一P型三极管，第一P型三极管的发射极电性连接于检测延时单元，第一P型三极管的基极电性连接于使能单元，第一P型三极管的集电极电性连接于泄放开关单元。

在可选的实施方式中，使能维持电路包括：电阻R4，电性连接于第一P型三极管的集电极。

在可选的实施方式中，防反接电路包括：瞬态二极管，电性连接于正向电压隔离单元；稳压二极管，稳压二极管的负极电性连接于供电单元，稳压二极管的正极电性连接于滤波电路。

一般车辆在正常行驶时，由于发动机和发电机的异常，出现负向的干扰。干扰的能量随机，而能量的大小主要体现在干扰源的内阻及干扰加载的时间。对于小能量的干扰，使用TVS，电容等器件就可以吸收。但是对于大能量的干扰，会超过TVS，电容等其它瞬态保护器件的承受能力范围，从而导致整个模块被破坏。所以，对于大能量的浪涌干扰，最有效的方法就是把浪涌的能量引导回至干扰源头，即短路正负电源线。

另外，由于在车辆中，有防反接的要求，所以需要使电路能够区分是出现了反接情况还是浪涌干扰。对于车辆来说，一般发电机的输出电压在16V以下，所以保护电路在-16V时，通常需要留有一些余量，例如，-20V不能启动，以防止反接失效。同时，监测电路也需要加一些延时滤波，确保不发生误触发。

在电压正常输入时，保护电路与输入电路需要做电气隔离，使保护电路即便出现异常，也不会影响到模块正常的工作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电源负向浪涌干扰保护电路的功能示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电源负向浪涌干扰保护电路的电路图。

图标：1-保护电路；10-正向电压隔离单元；20-初级保护单元；21-瞬态二级管；30-泄放开关单元；31-第一N型三极管；40-检测延时单元；41-稳压二极管；42-滤波电路；50-使能单元；51-第二N型三极管；60-供电单元；61-第一P型三极管；70-使能维持电路；80-防反接电路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

如图1所示，其为本申请实施例提供的一种电源负向浪涌干扰保护电路1的功能示意图，包括：正向电压隔离单元10、初级保护单元20、泄放开关单元30、检测延时单元40、使能单元50、供电单元60、使能维持电路70和防反接电路80。

其中，正向电压隔离单元10，电性连接于输入通道IN，用于当输入通道IN的电压为正时不导通，使输入通道IN与其他元件电气隔离；当输入通道IN的电压为负时与输入通道IN电气接通。

是对于负向浪涌干扰实施的保护，而模块正常工作时，电压为正向输入，所以需要做正向隔离，使保护电路1不会影响其它电路正常工作。对于多路输入需要复用一个保护电路1时，就需要此功能模块建立多个输入通道IN于保护电路1的共享关系。同时，防止在共享过程中相互干扰。

初级保护单元20，电性连接于正向电压隔离单元10，用于将浪涌电压维持在预设电压范围内。

因为浪涌电压的建立速度非常快，而大功率泄放保护电路1有一定的延时，所以在泄放电路启动前，需要使用能够快速响应的电路进行初级的保护。

泄放开关单元30，电性连接于正向电压隔离单元10，用于当浪涌电压大于预设电压范围时，将电源正负极短路，通过正向电压隔离单元10释放浪涌能量至输入通道IN。

对于高能量级别的浪涌，需要选择具有低的导通电压的泄放开关将正负电源线短路，把浪涌能量直接返回给噪声源。

检测延时单元40，电性连接于泄放开关单元30，用于检测负向电压值，并向泄放开关单元30配置延时滤波。

泄放开关是将电源正负线进行短路，如果误触发，会导致模块防反接功能异常，所以需要进行检测延时。一般，汽车车身提供的电源为9-16V，为了防止模块失去防反接功能，检测阈值需要低于-16V(绝对值大于16V)，以免在电源反接时，意外使能泄放电路，造成反接功能失效。

使能单元50，电性连接于检测延时单元40，用于当检测延时单元40检测完成后，发出使能信号，启动供电单元60。当检测完成后，发出使能信号，启动保护电路1的供电。

供电单元60，电性连接于使能单元50和泄放开关单元30，用于接收使能单元50的使能信号，为泄放开关单元30和使能维持电路70供电。为泄放开关供电，同时为使能维持电路70供电。

使能维持电路70，电性连接于使能单元50和供电单元60，用于维持保护电路1持续工作。由于泄放电路的检测阈值低于-16V(绝对值大于16V)，在吸收过程中，当浪涌电压的绝对值低于检测电压绝对值后，保护电路1就会关闭。此时的浪涌干扰还有很强的能量，所以需要一个使能维持电路70来确保浪涌电压绝对值接近0V前泄放开关还在继续工作。

防反接电路80，电性连接于初级保护单元20和泄放开关单元30，用于电路防反接。由于负向的浪涌回路同电源反接一样，会产生负压，所以需要此电路能够让模块既能通过反接测试，也要能通过负向浪涌测试。(一般防反接要求是对于绝对值低于16V的电压，输入反接时，回路不导通。

如图2所示，其为本申请实施例提供的一种电源负向浪涌干扰保护电路1的电路图，如图，正向电压隔离单元10包括：若干个二极管D，二极管D的负极电性连接于输入通道IN。其中输入通道IN的个数与二极管的个数一致。

在可选的实施方式中，初级保护单元20包括：瞬间脉冲吸收模块，用于吸收脉冲；电压钳位模块，用于根据预设电压断开值限制浪涌电压上限。

在可选的实施方式中，初级保护单元20包括：瞬态二级管21，电性连接于正向电压隔离单元10。

在可选的实施方式中，泄放开关单元30包括：第一N型三极管31，第一N型三极管31的发射极电性连接于正向电压隔离单元10，第一N型三极管31的集电极接地；电阻R1，电阻R1的一端与第一N型三极管31的基极电性连接，电阻R1的另一端电性连接于供电单元60。

在可选的实施方式中，检测延时单元40包括：稳压二极管41，稳压二极管41的负极电性连接于供电单元60，稳压二极管41的正极电性连接于滤波电路42；滤波电路42包括：电阻R3，电阻R3的一端电性连接于稳压二极管41，电阻R3的另一端电性连接于使能单元50。

在可选的实施方式中，使能单元50包括：第二N型三极管51，第二N型三极管51的基极电性连接于检测延时单元40，第二N型三极管51发射极电性连接于正向电压隔离单元10，第二N型三极管51集电极电性连接于供电单元60。

在可选的实施方式中，供电单元60包括：第一P型三极管61，第一P型三极管61的发射极电性连接于检测延时单元40，第一P型三极管61的基极电性连接于使能单元50，第一P型三极管61的集电极电性连接于泄放开关单元30。

在可选的实施方式中，使能维持电路70包括：电阻R4，电性连接于第一P型三极管61的集电极。

在可选的实施方式中，防反接电路80包括：瞬态二极管21，电性连接于正向电压隔离单元10；稳压二极管41，稳压二极管41的负极电性连接于供电单元60，稳压二极管41的正极电性连接于滤波电路42。

一般车辆在正常行驶时，由于发动机和发电机的异常，出现负向的干扰。干扰的能量随机，而能量的大小主要体现在干扰源的内阻及干扰加载的时间。对于小能量的干扰，使用TVS，电容等器件就可以吸收。但是对于大能量的干扰，会超过TVS，电容等其它瞬态保护器件的承受能力范围，从而导致整个模块被破坏。所以，对于大能量的浪涌干扰，最有效的方法就是把浪涌的能量引导回至干扰源头，即短路正负电源线。

另外，由于在车辆中，有防反接的要求，所以需要使电路能够区分是出现了反接情况还是浪涌干扰。对于车辆来说，一般发电机的输出电压在16V以下，所以保护电路1在-16V时，通常需要留有一些余量，例如，-20V不能启动，以防止反接失效。同时，监测电路也需要加一些延时滤波，确保不发生误触发。

在电压正常输入时，保护电路1与输入电路需要做电气隔离，使保护电路1即便出现异常，也不会影响到模块正常的工作。

当电源正常供电时，仅多路复用及防互干扰部分启动，防止各通道间相互干扰。

当电源出现负向浪涌时，瞬间脉冲吸收电路和电压钳位电路迅速响应并工作，吸收掉尖峰电压后，将电压维持在绝对值20V以上(一般模块的额定最大输入一般为16V，需要留一定的余量，以防止保护误触发和防反接失效，根据后端电路实际承受能力进行调整)。此时，检测电路开始工作，当检测一段时间后，确保干扰是长时间的浪涌干扰后(对于短时的浪涌干扰，可以由瞬间脉冲吸收和电压钳位电路进行保护，但是长时间的浪涌干扰由于能量过大，会超出其保护能力范围，需要使用泄放开关进行保护)，保护电路1使能保护供电电路，以打开泄放开关，同时进行使能电路维持，以确保负向浪涌能量被充分释放后再关闭泄放开关。当电压恢复正常后，回路电源变回正向电压，保护电路1被隔离并停止工作，模块进入正常工作模式。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。