专利名称：一种耐瞬态电压延时电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电路，更具体地说，涉及一种满足耐瞬态电压要求的延时电路。
背景技术：
在一些发动机的电气系统(如飞机发动机电气系统)中，为避免发动机在启动或 动作瞬间负载过重，保证发动机在不同状态下顺利动作，需要通过延时电路来控制启动 装置，使各用电设备按相应程序延时供电，同时，由于电源系统的恶劣以及电磁干扰的 影响，一般要求此处的延时电路具有耐瞬态电压的能力，既能够承受士600V，上升沿/ 脉宽为5 μ s/10 μ S的尖峰电压和抗80V、持续50ms过压浪涌的能力。现有的延时电路都没有耐瞬态电压的功能，所以在恶劣的电源系统以及强电磁 干扰环境条件下，现有的延时电路要么不能使用，要么必须进行改进，另外加设保护电 路。另外加设保护电路的方法虽然一定程度上能够满足延时电路的使用环境要求，但往 往电路板的面积增加了，不适应电子设备小体积和高可靠性的趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种集延时和瞬态电压保护功能于一体的耐瞬态电压延时 电路。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种耐瞬态电压延时电路，包括瞬态电压保护电路，其包括正瞬态电压保护电路和负瞬态电压保护电路所述 的正瞬态电压保护电路与该延时电路中的其他部分相并联后电连接在电源与地端之间， 其包括一单极性的防护电压瞬变的第一元器件，当正向的瞬态电压发生时，所述的正瞬 态电压保护电路能够迅速导通，从而将所述的正向瞬态电压产生的高能量释放；所述的 负瞬态电压保护电路与该延时电路中的其他部分相串联后电连接在电源与地端之间，其 包括一单向导通的第二元器件，在电路正常工作时，该第二元器件正向导通；当负向的 瞬态电压发生时，该第二元器件迅速截止，使地端与所述的负瞬态电压之间断开，以保 护电路，稳压电路，其将所述的负瞬态电压保护电路的输出端的电压进行稳压后送至控 制电路、信号发生电路及计时电路，所述的控制电路包括一电阻和一电容；所述的信号发生电路包括一多谐振荡器 和一门电路，所述的门电路至少包括第一输入端、第二输入端、第三输入端及第四输入 端，所述的控制电路的输出信号连接至所述的第一输入端；所述的多谐振荡器产生的振 荡信号的输出端接至所述的门电路的第三输入端；所述的计时电路，用以控制该耐瞬态 电压延时电路的延时时间，其输出信号连接至所述的门电路的第二输入端，当所述的门电路的第一输入端与所述的门电路的第二输入端均为低电平时，所述的门电路的输出与所述的多谐振荡器的输出信号相同，该振荡信号被送至具有计数功 能的计时电路，所述的振荡信号每一个周期计一个数，当计数满足延时时间的要求之 后，所述的第二输入端的输入信号即所述的计时电路的输出信号变为高电平，此时所述 的门电路的输出信号为低电平，所述的多谐振荡器输出的振荡信号被封锁，所述的延时时间为所述的多谐振荡器产生的振荡信号的振荡周期的整数倍，输出驱动电路，其对所述的计时电路的输出信号进行放大，负载保护电路，用以保护感性负载和削弱负载尖峰。优选地，所述的第一元器件为一 TVS管，所述的第二元器件为一快恢复二极管。优选地，所述的门电路为具有第一输入端、第二输入端、第三输入端及第四输 入端的或非门，进一步地，所述的第四输入端与地端之间串接有延时电阻。优选地，所述的稳压电路包括一个温度补偿稳压二极管和第一晶体三极管，所 述的温度补偿稳压二极管连接在所述的第一晶体三极管的基极与地端之间，该第一晶体 三极管的集电极端连接至电源，该第一晶体三极管的基极与电源之间连接有第一电阻， 该第一晶体三极管的发射极与地端之间连接有第二电阻，从所述的第一晶体三极管的发 射极弓I出该稳压电路的输出电压。优选地，所述的计时电路包括一个计数器，该计数器的计数系数与所述的多谐 振荡器所产生的震荡信号的振荡周期的乘积即为所述的延时时间。优选地，所述的输出驱动电路包括一个用于对所述的计时电路的输出信号进行 倒向的第二晶体三极管及通过一个电阻电连接在该第二晶体三极管的集电极的一个达林顿管。优选地，在所述的信号发生电路的输出端引出有该耐瞬态电压延时电路的一个 测试端。本发明的有益效果是1.本发明利用与该延时电路相并联后电连接在电源与地端之间的一单极性的防 护电压瞬变的TVS管在正向的瞬态电压发生时，该保护电路能够迅速导通，从而将正向 瞬态电压产生的高能量释放；利用与该延时电路相串联后电连接在电源与地端之间的快 恢复二极管在电路正常工作时正向导通；当负向的瞬态电压发生时，该快恢复二极管迅 速截止，使地端与所述的负瞬态电压之间断开，以保护电路；2.本发明利用计数器对多谐振荡器产生的振荡信号进行计数来实现延时的功 能，计数器的计数系数与振荡信号的振荡周期的乘积为该耐瞬态电压延时电路的延时时 间，能够使该耐瞬态电压延时电路实现精确延时；3.本发明中耐瞬态电压保护电路中的TVS的选取因素中考虑到了器件的体积， 在其他性能参数满足要求的条件下选择体积小的一个，使得整个电路的体积小，并且 TVS管响应快、无噪声、价格低，提高了该耐瞬态电压延时电路的可靠性。
附图1为本发明的耐瞬态电压延时电路的框图；附图2为本发明的耐瞬态电压延时电路中稳压电路的原理附图3为本发明的耐瞬态电压延时电路中控制电路的原理图；附图4为本发明的耐瞬态电压延时电路中信号发生电路的原理图(未示出延时电 阻)；附图5为本发明的耐瞬态电压延时电路中计时电路的原理图；附图6为本发明的耐瞬态电压延时电路中瞬态电压保护电路的原理图；附图7为本发明的耐瞬态电压延时电路中输出驱动电路的原理图；附图8为本发明的耐瞬态电压延时电路中负载保护电路的原理图。附图中1、瞬态电压保护电路；2、稳压电路；3、控制电路；4、信号发生电路；5、计时电路；6、输出驱动电路；7、负载保护电路；8、第一非门；9、第二非门。
具体实施例方式下面结合附图所示的实施例对本发明的技术方案作以下详细描述如附图1所示，本发明的耐瞬态电压延时电路包括瞬态电压保护电路1、稳压电 路2、控制电路3、信号发生电路4、计时电路5、输出驱动电路6及负载保护电路7。如附图2所示，稳压电路2包括第一晶体三极管Vl及温度补偿稳压二极管V2， 该第一晶体三极管Vl的基极电连接至28V的电源VCC，电源VCC与第一晶体三极管Vl 的基极之间电连接有第一电阻R1，温度补偿稳压二极管V2电连接在第一晶体三极管Vl 的基极和地端之间，第一晶体三极管Vl的发射极与地端之间电连接有与温度补偿稳压二 极管V2相并联的第二电阻R2，从第一晶体三极管Vl的发射极引出稳定电压VDD，其中 的第一晶体三极管Vl为NPN型的，该稳压电路2将稳压后的电压分别送至附图3所示的 控制电路3、附图4所示的信号发生电路4及附图5所示的计时电路5。如附图3所示，控制电路3由电容Cl和第三电阻R3相串联组成，从电容Cl与 第三电阻R3之间的串接点引出控制电路3的输出信号，在刚刚上电时，由于电容Cl两 端的电压不能突变，所以控制电路3的输出信号为高电平，一段时间之后，电容Cl被充 电，所以该控制电路3的输出信号变为低电平。如附图4所示，信号发生电路4包括一个或非门和一个多谐振荡器，该或非门具 有第一输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端，第一输入端电连接至附图3所 示的控制电路3的输出信号，第二输入端电连接至附图5中所示的计时电路5的输出端， 第三输入端由多谐振荡器的振荡信号的输出端，第四输入端与地端之间电连接一个延时 电阻R0(见附图1中)，该延时电阻RO为一个可变电阻器；多谐振荡器由第一非门8、 第二非门9、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9和一个低频瓷介电 容Ct组成，第一非门8、第二非门9、低频瓷介电容Ct及第六电阻R6依次串联，第一非 门8和第二非门9之间的串接点与低频瓷介电容Ct和第六电阻R6之间的串接点之间电连 接有相串联的第八电阻R8和第九电阻R9，第七电阻R7电连接在第八电阻R8和第九电 阻R9之间的串接点与第二非门9和低频瓷介电容Ct之间的串接点之间，第二非门9与低 频瓷介电容Ct之间的串接点引出振荡信号的输出端、并连接至或非门的第三输入端，其 中第九电阻R9为一个可变电阻器。
如附图5所示，计时电路5包括一个计数器芯片D1，该计数器芯片Dl的电源 端连接至稳压电路2的输出电压VDD、时钟信号端CLK电连接至信号发生电路4的输出 端、GND端接地端，输出端OUT输出信号送至附图7输出驱动电路6的输入端，该计数 器芯片Dl具有一个计数系数，该计数系数与信号发生电路4中产生的振荡信号的振荡周 期的乘积即为本发明的电路的延时时间。如附图7所示，输出驱动电路6包括发射极连接至地端的第二晶体三极管V5， 该第二晶体三极管V5的基极串接第十一电阻之后接至计时电路5的输出信号，第二晶体 三极管V5将计时电路5的输出信号倒向，第二晶体三极管V5的集电极串接第十四电阻 R14之后连接一个达林顿管的基极，电源VCC与达林顿管的基极之间依次串接有第二快 恢复二极管V4、第十二电阻R12及第十三电阻R13，该达林顿管由前一晶体三极管V7和 后一晶体三极管V6集电极相连组成，前一晶体三极管V7的发射极与后一晶体三极管V6 的基极相连，前一晶体三极管V7的发射极连接至第十二电阻R12与第十三电阻R13的串 接点，后一晶体三极管V6的发射极连接至第二快恢复二极管V4与第十二电阻R12的串 接点，该输出驱动电路6的输出从达林顿管的集电极引出。如附图8所示，负载保护电路7包括第一续流二极管V8和一个稳压二极管 V10,第一续流二极管V8与稳压二极管VlO反向串接后与负载电路相并联。如附图6所示，瞬态电压保护电路1包括正瞬态电压保护电路和负瞬态电压保 护电路正瞬态电压保护电路与该延时电路中的其他部分相并联后电连接在电源与地端 之间，其包括一单极性的防护电压瞬变的TVS管V12，当正向的瞬态电压(+600V)发生 时，所述的正瞬态电压保护电路能够迅速导通，从而将所述的正向瞬态电压产生的高能 量释放；所述的负瞬态电压保护电路与该延时电路中的其他部分相串联后电连接在电源 与地端之间，其包括一单向导通的第一快恢复二极管VII，在电路正常工作时，该第一 快恢复二极管Vll正向导通；当负向的瞬态电压(-600V)发生时，该第一快恢复二极管 Vll迅速截止，使地端与所述的负瞬态电压之间断开，以保护电路。瞬态电压保护电路1的核心是选取体积尽可能小的TVS管V12，以使整个延时 电路的体积减小。首先确定TVS管V12的最小击穿电压和最大箝位电压，对28V直流 供电系统而言，若仅考虑对其电源进行耐尖峰电压保护，则选取额定反向关断电压VR为 33V、击穿电压VBR为36V左右的TVS管V12就可以了，但考虑到耐过压浪涌的要求， 即电路还要满足80V直流、持续50ms的过压浪涌冲击而不发生故障，所以选取的TVS管 V12反向关断电压应当大于80V，否则80V直流、持续50ms的过压浪涌可能将TVS管 V12烧坏。本发明选取的TVS管V12最小击穿电压为86V，其最大箝位电压为126V。最小击穿电压确定以后，需要考虑的是TVS管V12的功率。对最大箝位电压为 126V的TVS管而言，承受的尖峰发生器的峰值脉冲功率为Pppm = V · I = 126 X (600-126)/50 = 1194.48W ；30s发50个脉冲，脉冲的上升沿/脉宽为5μ8/10μ8，脉冲占空比为η = 50X10X10^/30X100%= 0.00167% ；平均稳态功率为P = Pppm · η = 1194.48X0.00167%= 0.0199W。一个峰值脉冲功率为600W的TVS，它的脉冲上升沿/脉宽为10 μ s/1000 μ s,它在30s内能承受的平均稳态功率为P = Pppm · η = 600X1000X10^/30 = 0.02W。拟选取的TVS承受的平均稳态功率和600W的TVS的平均稳态功率相当。因 此，本发明的保护器件选取峰值脉冲功率为600W、最小击穿电压为86V，最大箝位电压 为126V的小体积的TVS管Vl2。本发明利用与该延时电路相并联后电连接在电源与地端之间的一单极性的防护 电压瞬变的TVS管V12在正向的瞬态电压发生时，该保护电路能够迅速导通，从而将正 向瞬态电压产生的高能量释放；利用与该延时电路相串联后电连接在电源与地端之间的 第一快恢复二极管Vll在电路正常工作时正向导通；当负向的瞬态电压发生时，第一快 恢复二极管Vll迅速截止，使地端与所述的负瞬态电压之间断开，以保护电路。本发明利用计数器对多谐振荡器产生的振荡信号进行计数来实现延时的功能， 计数器的计数系数与振荡信号的振荡周期的乘积为该耐瞬态电压延时电路的延时时间， 能够使该耐瞬态电压延时电路实现精确延时。本发明的耐瞬态电压延时电路可靠度高、体积小，适合推广使用。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的 人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本 发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种耐瞬态电压延时电路，其特征在于包括瞬态电压保护电路，其包括正瞬态电压保护电路和负瞬态电压保护电路所述的正 瞬态电压保护电路与该延时电路中的其他部分相并联后电连接在电源与地端之间，其包 括一单极性的防护电压瞬变的第一元器件，当正向的瞬态电压发生时，所述的正瞬态电 压保护电路能够迅速导通，从而将所述的正向瞬态电压产生的高能量释放；所述的负瞬 态电压保护电路与该延时电路中的其他部分相串联后电连接在电源与地端之间，其包括 一单向导通的第二元器件，在电路正常工作时，该第二元器件正向导通；当负向的瞬态 电压发生时，该第二元器件迅速截止，使地端与所述的负瞬态电压之间断开，以保护电 路，稳压电路，其将所述的负瞬态电压保护电路的输出端的电压进行稳压后送至控制电 路、信号发生电路及计时电路，所述的控制电路包括一电阻和一电容；所述的信号发生电路包括一多谐振荡器和一 门电路，所述的门电路至少包括第一输入端、第二输入端、第三输入端及第四输入端， 所述的控制电路的输出信号连接至所述的第一输入端；所述的多谐振荡器产生的振荡信 号的输出端接至所述的门电路的第三输入端；所述的计时电路，用以控制该耐瞬态电压 延时电路的延时时间，其输出信号连接至所述的门电路的第二输入端，当所述的门电路的第一输入端与所述的门电路的第二输入端均为低电平时，所述的 门电路的输出与所述的多谐振荡器的输出信号相同，该振荡信号被送至具有计数功能的 计时电路，所述的振荡信号每一个周期计一个数，当计数满足延时时间的要求之后，所 述的第二输入端的输入信号即所述的计时电路的输出信号变为高电平，此时所述的门电 路的输出信号为低电平，所述的多谐振荡器输出的振荡信号被封锁，所述的延时时间为所述的多谐振荡器产生的振荡信号的振荡周期的整数倍，输出驱动电路，其对所述的计时电路的输出信号进行放大，负载保护电路，用以保护感性负载和削弱负载尖峰。
2.根据权利要求1所述的一种耐瞬态电压延时电路，其特征在于所述的第一元器 件为一 TVS管。
3.根据权利要求1所述的一种耐瞬态电压延时电路，其特征在于所述的第二元器 件为一快恢复二极管。
4.根据权利要求1所述的一种耐瞬态电压延时电路，其特征在于所述的门电路为 具有第一输入端、第二输入端、第三输入端及第四输入端的或非门。
5.根据权利要求1或4所述的一种耐瞬态电压延时电路，其特征在于所述的第四输 入端与地端之间串接有延时电阻。
6.根据权利要求1所述的一种耐瞬态电压延时电路，其特征在于所述的稳压电路 包括一个温度补偿稳压二极管和第一晶体三极管，所述的温度补偿稳压二极管连接在所 述的第一晶体三极管的基极与地端之间，该第一晶体三极管的集电极端连接至电源，该 第一晶体三极管的基极与电源之间连接有第一电阻，该第一晶体三极管的发射极与地端 之间连接有第二电阻，从所述的第一晶体三极管的发射极引出该稳压电路的输出电压。
7.根据权利要求1所述的一种耐瞬态电压延时电路，其特征在于所述的计时电路 包括一个计数器，该计数器的计数系数与所述的多谐振荡器所产生的震荡信号的振荡周期的乘积即为所述的延时时间。
8.根据权利要求1所述的一种耐瞬态电压延时电路，其特征在于所述的输出驱动 电路包括一个用于对所述的计时电路的输出信号进行倒向的第二晶体三极管及通过一个 电阻电连接在该第二晶体三极管的集电极的一个达林顿管。
9.根据权利要求1所述的一种耐瞬态电压延时电路，其特征在于在所述的信号发 生电路的输出端引出有该耐瞬态电压延时电路的一个测试端。
全文摘要
本发明公开一种耐瞬态电压延时电路，包括瞬态电压保护电路、稳压电路、控制电路、信号发生电路、计时电路、输出驱动电路及负载保护电路，所述的瞬态电压保护电路包括并联在电路中的实现正瞬态电压保护的TVS管及串联在电路中的实现负瞬态电压保护的第一快恢复二极管；所述的计时电路对所述的信号发生电路中产生的振荡信号进行计数，计数系数与振荡信号的振荡周期的乘积为该耐瞬态电压延时电路的延时时间，能够使该耐瞬态电压延时电路实现精确延时。本发明的耐瞬态电压延时电路在精确延时的同时能够实现正瞬态电压和负瞬态电压的保护，并且体积小、可靠性高。
文档编号H02H3/20GK102025143SQ20101053726
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者侯育增, 李有池, 王守政, 王晓臣, 高加林 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心