本实用新型涉及电子线路技术领域，尤其是一种mosfet浪涌保护电路。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，开关电源得到了广泛的研究和应用。雷电、电子设备启停或故障等原因，会引起交流源出现电压浪涌；母线电压升高时，如果没有及时将电源电路中mosfet管保护，就容易造成mosfet管故障或失效；另外在某些区域，电网电压会出现持续性升高，极端情况下可达到交流440v，在这种情况下，对系统的安全具有很大的威胁。因此需要一种mosfet浪涌和过压保护电路，在交流源s发生浪涌的时候主动将mosfet关断，在交流源s浪涌消失后，mosfet恢复正常工作。避免损失，提高可靠性。
金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effecttransistor)。mosfet依照其"通道"(工作载流子)的极性不同，可分为"n型"与"p型"的两种类型，通常又称为nmosfet与pmosfet，其他简称上包括nmos、pmos等。
如图1所示，为现有保护电路结构原理图，mosfet管q1的栅极引脚连接主控ic的gate引脚、源极引脚接地、漏极引脚接与母线电压vbus连接的变压器一端，icvcc电源电路的二极管一d1经电阻连接变压器另一绕组的vout2端，靠外围电路钳位母线电压vbus实现浪涌保护，如图1中，采用压敏电阻器mov1实现钳位母线电压vbus实现浪涌保护。此外围钳位电路中压敏电阻属于被动器件，用其来钳位母线电压vbus，存在响应时间较长、离散性大等缺点；同时该电路没有关闭主控ic功能。交流源发生浪涌时mosfet电压、电流应力非常高，导致可靠性下降。
cn201710709009.3涉及一种通讯网络电压电路的电磁兼容性及安规防护电路，包括：第一级浪涌防护电路，所述第一级浪涌防护电路的启动电压大于耐压阈值；第二级浪涌防护电路，设于所述第一级浪涌防护电路和所述第二端之间，包括浪涌保护单元和过流保护单元；所述浪涌保护单元的启动电压小于所述安规耐压测试规定的电压、大于市电电压；所述过流保护单元在流经的电流达到过流条件时断开，以避免所述浪涌保护单元被烧毁。本发明通过两级级浪涌防护电路进行浪涌防护，既能够满足emc的浪涌防护要求，又能够满足ul60950-1的上述耐压要求。
cn202010058052.x涉及一种保护电路、变频器装置及电器设备。保护电路包括过流保护电路、浪涌保护电路、滤波电路和干扰信号滤除电路，过流保护电流用于接入交流电源，浪涌保护电路连接过流保护电路，滤波电路连接浪涌保护电路，干扰信号滤除电路连接滤波电路，干扰信号滤除电路用于输出交流电。上述保护电路、变频器装置及电器设备，实现了过流保护，改善了变频器的电磁兼容性能，并可以消除电源浪涌电压，滤除干扰信号，提高了变频器的安全性和运行可靠性，降低了变频器的售后故障率，使用可靠性高。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足及存在的问题，本实用新型提供一种mosfet浪涌保护电路，可有效解决开关电源交流源发生浪涌导致mosfet损坏的弊端。
本实用新型提供一种mosfet浪涌保护电路，包括mosfet管q1、主控ic及连接主控ic的vcc引脚的icvcc电源电路，mosfet管q1的栅极引脚连接主控ic的gate引脚、源极引脚接地、漏极引脚接与母线电压vbus连接的变压器一端，为ic提供直流电压供电的主控icvcc电源电路的二极管一d1经电阻连接变压器另一绕组的vout2端，其还包括：
通过vout2为icvcc电源电路提供电源的vcc电源电路；
用于检测母线电压vbus并生成采样信号输出的采样电路；
控制主控ic供电电源通断的控制电路，以实现mosfet开启和关断；
交流源s上电后通过vbus母线取电流，提供主控icvcc电源的启动电路；
将交流源s50hz,220v正弦波整流成100hz正半周期正弦波信号的整流电路，其中，所述采样电路，包括依次串联的电阻一r1、电阻五r5、电阻二r2，串联电路的一端连接母线电压vbus和浪涌电压vhv端，另一端连接接地参考点，电阻一r1、电阻五r5和电阻二r2的串联结点作为母线电压vbus采样电路的输出端用于检测母线电压vbus和浪涌电压vhv并生成采样信号输出连接控制电路中精密基准u1的控制引脚；
所述的控制电路连接在icvcc电源电路和vcc电源电路之间。
本实用新型原理是：通过主动实时检测浪涌电压，提高电路工作可靠性；同时，开关电源交流输入出现浪涌电压时，通过主动关闭主控ic来关断mosfet，降低mosfet应力，避免mosfet失效并提高开关电源整机的可靠性。本实用新型电路具有较高的精度，有滞回功能，避免电源频繁开关机。以克服现有技术的不足。
在上述方案基础上，所述采样电路包括电阻一r1、电阻二r2、电阻五r5、电容四c4和二极管三d3，由电阻一r1与电阻二r2组成检测浪涌电压vhv；电阻五r5和电阻二r2组成检测母线电压vbus，电阻一r1的第一引脚连接二极管三d3阴极，二极管三d3的阳极连接母线电压vbus，电阻二r2的第二引脚与电阻一r1的第一引脚分别连接控制电路中精密基准u1的第3引脚；电阻二r2的第一引脚连接至接地参考点；电容四c4正极连接电阻一r1的第一引脚和二极管三d3阴极，负极连接到接地参考点，由所述的电容四c4将正弦半周期波形整形成直流电压vhv；浪涌电压vhv经过电阻一r1与电阻二r2的分压，将信号送至精密基准u1的3引脚；电阻五r5第一引脚连接母线电压vbus，电阻r5第二引脚连接到电阻二r2的第二引脚、电阻一r1的第一引脚结点作为母线电压vbus采样电路的输出端和控制电路中精密基准u1的3引脚。
进一步的，所述控制电路，包括精密基准u1、电阻三r3、三极管q2、稳压管z1，其中，稳压管z1阳极连接到接地参考点，稳压管z1阴极连接到三极管q2的基极，三极管q2的集电极连接二极管二d2的阴极，通过二极管二d2的阳极连接到变压器绕组vout2第二引脚；三极管q2的发射极e引脚连接至icvcc电源电路的二极管一d1的阳极；二极管一d1负极连接到电容一c1正极和主控ic的vcc引脚，电容一c1负极连接到接地参考点；所述控制电路的精密基准u1的阳极连接到接地参考点，精密基准u1的阴极连接到电阻三r3的第二引脚，精密基准u1的3引脚连接采样电路，精密基准u1的2引脚通过电阻三r3的第一引脚与vcc电源电路的二极管二d2阴极连接。
优选的，所述的精密基准u1采用功耗低的tl431芯片。该芯片工作电压范围较宽，连接vcc电源电路和icvcc电源中，损耗小。
进一步的，所述icvcc电源电路包括二极管一d1和电容一c1，所述的二极管一d1的阳极连接至三极管q2的发射极e引脚，二极管一d1负极连接到电容一c1的正极和主控ic的vcc引脚；所述的电容一c1负极连接到接地参考点。
进一步的，所述vcc电源电路包括二极管二d2、电容三c3，所述的二极管二d2的阴极连接到电容三c3的正极，以及控制电路中的三极管q2的集电极、电阻三r3第一引脚，电容三c3的负极和变压器绕组vout2的第一引脚连接并至接地参考点；二极管二d2阳极连接到变压器绕组vout2第二引脚。
进一步的，vcc电源电路的二极管二d2负极和控制电路的三极管q2集电极的结点连接一启动电路，该启动电路包括电阻四r4，电阻四r4第一引脚连接母线电压vbus上，电阻四r4第二引脚连接到该结点上，交流源s上电后通过vbus母线取电流，提供主控icvcc电源。
上述方案基础上，所述的整流电路为整流桥bd1，其第1接线端连接母线电压vbus上，第3接线端接到接地参考点。
本实用新型的优越性在于，可以应用于交流转直流开关电源中，尤其在单级功率因数校正拓扑的led驱动器中具有保护精度高，具备滞回功能，温度特性好，主动保护等优点。通过主动实时检测浪涌，提高电路工作可靠性；同时，交流源出现浪涌时通过主动关闭主控ic来关断mosfet管，降低mosfet管应力，提高开关电源整机的可靠性。此电路具有较高的精度，有滞回功能，避免电源频繁开关机。以克服现有技术的不足。具有功耗低、精度高、有滞回、可靠性高等优点。
附图说明
图1是现有技术的电路结构原理图；
图2是本实用新型的电路结构原理图。
具体实施方式
现结合附图及实施对本实用新型作进一步地说明。
如图2所示，一种mosfet浪涌保护电路，包括mosfet管q1、主控ic及连接主控ic的vcc引脚的icvcc电源电路，mosfet管q1的栅极引脚连接主控ic的gate引脚、源极引脚接地、漏极引脚接与母线电压vbus连接的变压器一端，为ic提供直流电压供电的主控icvcc电源电路的二极管一d1经电阻连接变压器另一绕组的vout2端，特点是，还包括：
通过vout2为icvcc电源电路提供电源的vcc电源电路；
用于检测母线电压vbus并生成采样信号输出的采样电路；
控制主控ic供电电源通断的控制电路，以实现mosfet开启和关断；
交流源s上电后通过vbus母线取电流，提供主控icvcc电源的启动电路；
将交流源s50hz,220v正弦波整流成100hz正半周期正弦波信号的整流电路，其中，所述采样电路，包括依次串联的电阻一r1、电阻五r5、电阻二r2，串联电路的一端连接母线电压vbus和浪涌电压vhv端，另一端连接接地参考点，电阻一r1、电阻五r5和电阻二r2的串联结点作为母线电压vbus采样电路的输出端用于检测母线电压vbus和浪涌电压vhv并生成采样信号输出连接控制电路中精密基准u1的控制引脚；
所述的控制电路连接在icvcc电源电路和vcc电源电路之间。其中，
如图2中，采样电路框图所示，本实施例中所述采样电路包括电阻一r1、电阻二r2、电阻五r5、电容四c4和二极管三d3，由电阻一r1与电阻二r2组成检测浪涌电压vhv；电阻五r5和电阻二r2组成检测母线电压vbus，电阻一r1的第一引脚连接二极管三d3阴极，二极管三d3的阳极连接母线电压vbus，电阻二r2的第二引脚与电阻一r1的第一引脚分别连接控制电路中精密基准u1的3引脚；电阻二r2的第一引脚连接至接地参考点；电容四c4正极连接电阻一r1的第一引脚和二极管三d3阴极，负极连接到接地参考点，由所述的电容四c4将正弦半周期波形整形成直流电压vhv；浪涌电压vhv经过电阻一r1与电阻二r2的分压，将信号送至精密基准u1的控制引脚3；电阻五r5第一引脚连接母线电压vbus，电阻r5第二引脚连接到电阻二r2的第二引脚、电阻一r1的第一引脚结点作为母线电压vbus采样电路的输出端和控制电路中精密基准u1的控制引脚。
如图2中控制电路框图所示，连接在icvcc电源电路与vcc电源电路之间，本实施例中，所述控制电路，包括精密基准u1、电阻三r3、三极管q2、稳压管z1，其中，稳压管z1阳极连接到接地参考点，稳压管z1阴极连接到三极管q2的基极，三极管q2的集电极连接vcc电源电路中二极管二d2的阴极；三极管q2的发射极e引脚连接至icvcc电源电路的二极管一d1的阳极；所述控制电路的精密基准u1的阳极连接到接地参考点，精密基准u1的阴极连接到电阻三r3的第二引脚，精密基准u1的3引脚连接采样电路，精密基准u1的2引脚通过电阻三r3的第一引脚与vcc电源电路的二极管二d2阴极连接。
电容二c2正极按精密基准u1的3引脚，负极接接地参考点。
本实施例中所述的精密基准u1采用tl431芯片。
本实施例中，所述icvcc电源电路与图1中现有技术相同方案，包括二极管一d1和电容一c1，所述的二极管一d1的阳极连接至三极管q2的发射极e引脚，二极管一d1负极连接到电容一c1的正极和主控ic的vcc引脚；所述的电容一c1负极连接到接地参考点。
所述vcc电源电路包括二极管二d2、电容三c3，所述的二极管二d2的阴极连接到电容三c3的正极，以及控制电路中的三极管q2的集电极、电阻三r3第一引脚，电容三c3的负极和变压器绕组vout2的第一引脚连接并至接地参考点；二极管二d2阳极连接到变压器绕组vout2第二引脚。
在交流源s发生浪涌，母线电压vbus达到过压保护电压点时，其输出关断vcc电源电路，用以控制ic进入电保护状态。
vcc电源电路的二极管二d2负极和控制电路的三极管q2集电极的结点连接一启动电路，该启动电路包括电阻四r4，电阻四r4第一引脚连接母线电压vbus上，电阻四r4第二引脚连接到该结点上，交流源s上电后通过vbus母线取电流，提供主控icvcc电源。
本实施例中，所述的整流电路为整流桥bd1，其第1接线端连接母线电压vbus上，第3接线端接到接地参考点。
本实施例中，精密基准u1采用精度高、温漂低的tl431芯片，因其自身功耗很低，工作电压范围较宽，连接vcc电源电路和icvcc电源中，损耗很小。解决了当前技术下损耗大，浪涌电压精度低，温漂大，无滞回电压的缺点。
本实用新型工作原理：
当交流源s出现浪涌后，通过整流桥bd1使母线电压vbus、浪涌电压vhv升高，电阻一r1与电阻二r2分压电压超过精密基准u1内部基准2.5v电压，精密基准u1的阴极电压下降，三极管q2基极电压低于0.7v，三极管q2进入截止状态，icvcc电压为低电平，icgate引脚关闭pwm输出，mosfet管q1栅极引脚1和源极引脚2电压变为低电平；mosfet管q1关闭；避免mosfet管q1出现高电流应力导致失效。交流源s浪涌消失后，电阻五r5与电阻二r2分压电压小于精密基准u1内部基准电压2.5v，精密基准u1的阴极电压升高，三极管q2基极电压高于0.7v，三极管q2进入导通状态，icvcc电压为高电平，icgate引脚pwm输出，mosfet管q1栅极引脚和源极引脚电压变为pmw脉冲电平；mosfet管q1恢复工作。
滞回电路电压形成原理：
交流源s在无浪涌电压情况下，电阻五r5与电阻二r2分压低于精密基准u1内部基准电压，精密基准u1的阴极为高电平，三极管q2导通，vcc电源通过三极管q2给icvcc供电。
交流源s在浪涌过电压情况下，二极管三d3导通，电容四c4将正弦半周期波形整形成直流电压vhv，vhv电压是交流源s正弦半周期信号峰值的1.414倍，vhv电压经电阻一r1与电阻二r2分压高于精密基准u1内部基准电压2.5v，精密基准u1的阴极为低电平，三极管q2截至，ic进入保护模式，mosfet管q1关闭。当交流源s浪涌消失后，电阻五r5和电阻二r2分压明显低于电阻一r1与电阻二r2分压；并且当电阻五r5和电阻二r2分压低于精密基准u1内部基准电压2.5v，精密基准u1阴极电压升高大于0.7v，q2导通，ic开始工作，icgate引脚输出pwm，mosfet管q1开始工作，变压器绕组vout2通过vcc电源电路给icvcc提供电源。交流源s发生浪涌时电阻一r1与电阻二r2分压明显高于电阻五r5和电阻二r2分压，二者存在一定电压差；交流源s无浪涌时，电阻一r1与电阻二r2分压明显低于电阻五r5和电阻二r2分压；这样避免了在过压点临界来回波动引起三极管q2反复导通和关闭现象。
本实用新型所述的一种mosfet浪涌保护电路可以应用于交流转直流开关电源中，尤其在单级功率因数校正拓扑的led驱动器中具有保护精度高，具备滞回功能，温度特性好，主动保护等优点。本mosfet浪涌保护电路具有主动保护原理：精密基准u1控制引脚通过电阻r1，电阻r5,电阻r2实时检测母线电压vbus和浪涌电压vhv，一旦出现浪涌电压，ic主动关闭mosfet进入保护模式，避免mosfet过应力失效，提高可靠性。
1.一种mosfet浪涌保护电路，包括mosfet管q1、主控ic及连接主控ic的vcc引脚的icvcc电源电路，mosfet管（q1）的栅极引脚连接主控ic的gate引脚、源极引脚接地、漏极引脚接与母线电压vbus连接的变压器一端，为ic提供直流电压供电的主控icvcc电源电路的二极管一（d1）经电阻连接变压器另一绕组的vout2端，其特征在于：还包括：
通过vout2为icvcc电源电路提供电源的vcc电源电路；
用于检测母线电压vbus并生成采样信号输出的采样电路；
控制主控ic供电电源通断的控制电路，以实现mosfet开启和关断；
交流源s上电后通过vbus母线取电流，提供主控icvcc电源的启动电路；
将交流源s50hz、220v正弦波整流成100hz正半周期正弦波信号的整流电路，其中，所述采样电路，包括依次串联的电阻一（r1）、电阻五（r5）、电阻二（r2），串联电路的一端连接母线电压vbus和浪涌电压vhv端，另一端连接接地参考点，电阻一（r1）、电阻五（r5）和电阻二（r2）的串联结点作为母线电压vbus采样电路的输出端用于检测母线电压vbus和浪涌电压vhv并生成采样信号输出，连接控制电路中精密基准u1的控制引脚；
所述的控制电路连接在icvcc电源电路和vcc电源电路之间。
2.根据权利要求1所述的mosfet浪涌保护电路，其特征在于：所述采样电路包括电阻一（r1）、电阻二（r2）、电阻五（r5）、电容四（c4）和二极管三（d3），由电阻一（r1）与电阻二（r2）组成检测浪涌电压vhv；电阻五（r5）和电阻二（r2）组成检测母线电压vbus，电阻一（r1）的第一引脚连接二极管三（d3）阴极，二极管三（d3）的阳极连接母线电压vbus，电阻二（r2）的第二引脚与电阻一（r1）的第一引脚分别连接控制电路中精密基准u1的3引脚；电阻二（r2）的第一引脚连接至接地参考点；电容四（c4）正极连接电阻一（r1）的第一引脚和二极管三（d3）阴极，电容四（c4）负极连接到接地参考点，由所述的电容四（c4）将正弦半周期波形整形成直流电压vhv；浪涌电压vhv经过电阻一（r1）与电阻二（r2）的分压，将信号送至精密基准u1的3引脚；电阻五（r5）第一引脚连接母线电压vbus，电阻五（r5）第二引脚连接到电阻二（r2）的第二引脚、电阻一（r1）的第一引脚结点作为母线电压vbus采样电路的输出端和控制电路中精密基准u1的控制引脚。
3.根据权利要求1或2所述的mosfet浪涌保护电路，其特征在于：所述控制电路，包括精密基准u1、电阻三（r3）、三极管（q2）、稳压管（z1），其中，稳压管（z1）阳极连接到接地参考点，稳压管（z1）阴极连接到三极管（q2）的基极引脚b，三极管（q2）的集电极引脚c连接vcc电源电路中二极管二（d2）的阴极；三极管（q2）的发射极引脚e连接至icvcc电源电路的二极管一（d1）的阳极；所述控制电路的精密基准u1的阳极连接到接地参考点，精密基准u1的第1阴极引脚连接到电阻三（r3）的第二引脚，精密基准u1的第3引脚连接采样电路，精密基准u1的第2引脚通过电阻三（r3）的第一引脚与vcc电源电路的二极管二（d2）阴极连接。
4.根据权利要求3所述的mosfet浪涌保护电路，其特征在于：所述的精密基准u1采用tl431芯片。
5.根据权利要求3所述的mosfet浪涌保护电路，其特征在于：所述icvcc电源电路包括二极管一（d1）和电容一（c1），所述的二极管一（d1）的阳极连接至三极管（q2）的发射极引脚e，二极管一（d1）负极连接到电容一（c1）的正极和主控ic的vcc引脚；所述的电容一（c1）负极连接到接地参考点。
6.根据权利要求3所述的mosfet浪涌保护电路，其特征在于：所述vcc电源电路包括二极管二（d2）、电容三（c3），所述的二极管二（d2）的阴极连接到电容三（c3）的正极，以及控制电路中的三极管（q2）的集电极、电阻三（r3）第一引脚，电容三（c3）的负极和变压器绕组vout2的第一引脚连接并至接地参考点；二极管二（d2）阳极连接到变压器绕组vout2第二引脚。
7.根据权利要求3所述的mosfet浪涌保护电路，其特征在于：vcc电源电路的二极管二（d2）负极和控制电路的三极管（q2）集电极的结点连接一启动电路，该启动电路包括电阻四（r4），电阻四（r4）第一引脚连接母线电压vbus上，电阻四（r4）第二引脚连接到该结点上，交流源s上电后通过vbus母线取电流，提供主控icvcc电源。
8.根据权利要求1所述的mosfet浪涌保护电路，其特征在于：所述的整流电路为整流桥bd1，其第1接线端连接母线电压vbus上，第3接线端接到接地参考点。
技术总结