一种高压直流取能稳压电路的制作方法

1.本实用新型涉及电路领域，特别是涉及一种高压直流取能稳压电路。


背景技术：

2.直流稳压电源是能为负载提供稳定直流电源的电子装置，直流稳压电源的供电电源或负载出现瞬间波动时，稳压电源会以10-30ms的响应速度对电压幅值进行补偿，使其稳定在
±
2%以内。目前在我们的生活生产中很多时候都需要使用到高压直流稳压电路，尤其是可调输出的高压直流稳压电路，但是一般的稳压电路难以满足，即使是做到的，其可调范围也太小。目前在我们的生活生产中很多时候都需要使用到高压直流稳压电路，尤其是可调输出的高压直流稳压电路，但是一般的稳压电路很难达到这样的要求，即使是做到的，其输出的动态范围也不高。如西北民族大学2019年8月申请的“一种高压直流稳压电路及电源”（申请号：201920141414.4），该申请将差分电路作稳压电源的取样比较电路。而将差分电路作为直流稳压电源的取样比较电路时，其可调电压范围为几百伏，其输出的动态范围也不高，输出的可调电压范围难以满足更高要求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种高压直流取能稳压电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高压直流取能稳压电路，包括供电输入端、直流输出端、分压模块、稳压模块、第一钳位模块、第二钳位模块，所述供电输入端的负极连接直流输出端的负极，所述直流输出端的正极连接负载，所述稳压模块的输入端连接供电输入端的正极，所述稳压模块的输出端连接直流输出端的正极，所述分压模块连接于供电输入端的正极与稳压模块的控制端之间，所述第二钳位模块连接于稳压模块的控制端与稳压模块的输出端之间，所述第一钳位模块连接于稳压模块的控制端与直流输出端的负极之间；
5.当供电输入端的输入电压小于第一钳位模块的总稳压值时，稳压模块未导通；当供电输入端的输入电压大于第一钳位模块的总稳压值时，稳压模块完全导通；当供电输入端的输入电压等于第一钳位模块的总稳压值时，稳压模块不完全导通。
6.分压模块主要用于当稳压模导通时起到分压的作用，当稳压模导通时多电分压模块分担大部分的电压以起到保护分压模块的目的。第一钳位模块主要用于钳位稳压模块的门极电压以及控制输出的电压范围；第二钳位模块主要是钳位稳压模块的栅源电压以保护稳压模块不被损坏；本实用新型输出的电压范围主要取决于稳压模块总稳压值以及稳压模块的压降，压降是指稳压模块的输入端相对于稳压模块的输出端的电压，可以根据负载工作情况。
7.进一步地，还包括滤波模块，所述滤波模块连接于直流输出端的正极与直流输出端的负极之间。滤波模块作用是储能以及滤除噪音，提高电路输出的直流电压的稳定性。
8.进一步地，还包括防倒灌模块，所述稳压模块的输出端与直流输出端的正极之间通过防倒灌模块进行连接。防倒灌模块只要用于防止断电以后输出端电流倒灌，起到保护电路的作用，同时避免在断电时由于滤波模块电流倒灌及消耗过快导致负载端无法准确识别正确的电平信号。
9.进一步地，所述稳压模块包括相互并联的第一稳压mos管与第二稳压mos管。当供电输入端的输入电压小于第一钳位模块的总稳压值v
d(1，3)
时，稳压模块未导通；当供电输入端的输入电压大于第一钳位模块的总稳压值v
d(1，3)
时，稳压模块完全导通；当供电输入端的输入电压等于第一钳位模块的总稳压值v
d(1，3)
时，稳压模块有限导通。
10.本实用新型中，第一稳压mos管与第二稳压mos管并联指：第一稳压mos管的栅源与第二稳压mos管的栅源连接，第一稳压mos管的漏极与第二稳压mos管的漏极连接，第一稳压mos管的源极与第二稳压mos管的源极连接。具体地，上述的压降vds是指漏极相对于源极的电压。且对所有并联的mos管而言，导通时其管压降是相同的。在本实用新型中，当第一稳压mos管与第二稳压mos管导通时，第一稳压mos管与第二稳压mos管的漏极电压vd与源极电压vs相等，第一稳压mos管与第二稳压mos管的漏极电压vd均与供电输入端的输入电压相等，第一稳压mos管与第二稳压mos管的栅源电压vg小于供电输入端的输入电压，导致栅源电压vg小于源极电压vs，第一稳压mos管与第二稳压mos管会迅速关闭。当第一稳压mos管与第二稳压mos管导通时第一稳压mos管与第二稳压mos管又会迅速关闭，使电路中通过第一稳压mos管与第二稳压mos管会持续的不间断快速开关闭合，输出电压维持在一个动态平衡的状态。将第一稳压mos管与第二稳压mos管并联以增大功率，电路中通过第一稳压mos管与第二稳压mos管的不断的开关以达到输出稳压及动态稳压的作用。
11.进一步地，所述第一钳位模块包括相互串联的第一稳压二极管与第三稳压二极管，所述第一稳压二极管的阴极连接稳压模块的控制端，所述第三稳压二极管的阳极连接直流输出端的负极。第一钳位模块主要用于钳位第一稳压mos管与第二稳压mos管的门极电压。
12.进一步地，所述第二钳位模块包括相互并联的分流电阻与第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的阴极连接稳压模块的控制端，所述第二稳压二极管的阳极连接稳压模块的输出端之间。分流电阻为第二稳压二极管的分流电阻，第二稳压二极管主要是钳位第一稳压mos管与第二稳压mos管的栅源电压以保护mos管不被损坏。
13.进一步地，所述分压模块包括若干分压电阻，所述分压电阻相互串联。由于本实用新型用于直流高压强电领域，供电输入端电压较高，多个分压电阻串联作为分压模块具有显著分压作用，当mos管开通时多个分压电阻分担大部分的电压以起到保护第一稳压mos管与第二稳压mos管的目的，能承受更加大的功率。
14.进一步地，所述滤波模块包括相互并联的第一电容与第二电容，所述第一电容与第二电容均连接于直流输出端的正极与直流输出端的负极之间。第一电容与第二电容两端连接直流输出端的正极与直流输出端的负极，第一电容与第二电容的作用是储能以及滤除噪音。
15.进一步地，所述防倒灌模块包括第四二极管与限流电阻，所述第四二极管的阴极串联限流电阻，所述第四二极管的阳极连接稳压模块的输出端，所述分压电阻连接直流输出端的正极。限流电阻是第四二极管的限流电阻第四二极管防止断电以后直流输出端电流
倒灌，起到保护电路的作用，同时防止断电时第一电容与第二电容电流倒灌消耗过快可能导致负载端芯片无法准确识别正确的电平信号。
16.进一步地，所述第一稳压mos管与第二稳压mos管均为n沟道mos管。
17.本实用新型中，第一稳压mos管与第二稳压mos管均为n沟道mos管，对于n 沟道mos管而言，第一稳压mos管与第二稳压mos管的漏极（d）为输入端，第一稳压mos管与第二稳压mos管的源极（s）为输出端，第一稳压mos管与第二稳压mos管的栅源（g）为输出端，电流从漏极（d）流入，电流从源极（s）流出，当栅源电压vd大于门极电压时mos管导通，当栅源电压vg小于门极电压时mos管关闭，且mos管导通时源极电压vs等于漏极电压vd。在本实用新型中，漏极电压vd与供电输入端的输入电压相等，而栅源电压vg在分压模块的分压作用下，栅源电压vg始终小于输入电压，因此，当第一稳压mos管与第二稳压mos管导通时第一稳压mos管与第二稳压mos管又会迅速关闭。电路中通过第一稳压mos管与第二稳压mos管的不断的开关以使输出电压维持在一个动态平衡的状态。
18.本实用新型的有益效果为：采用分压模块、稳压模块、第一钳位模块与第二钳位模块的组合实现大范围稳定输出可调电压，且可调电压范围达100v-5kv，满足直流高压强电的供电要求，可以用于高压换流阀的控制与检测，有效保障直流输电系统正常功率传输并为换流阀提供可靠的控制和保护。
附图说明
19.附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制。
20.图1为本实用新型一实施例提供的电路原理图。
21.图中标记：m1为第一稳压mos管、m2为第二稳压mos管、c1为第一电容、c2为第二电容、d1为第一稳压二极管，d2为第二稳压二极管，d3为第三稳压二极管，d4为第四二极管，r10为限流电阻，r9为分流电阻，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8均为构成分压模块的分压电阻。
实施方式
22.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
23.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
24.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指如图1所示的上下左右。“内、外”是指具体轮廓上的内与外。“远、近”是指相对于某个部件的远与近。
25.如图1中所示，本实用新型一实施例提供的一种高压直流取能稳压电路，包括供电输入端、直流输出端、分压模块、稳压模块、第一钳位模块、第二钳位模块、滤波模块与防倒灌模块，所述供电输入端的负极连接直流输出端的负极，所述直流输出端的正极连接负载，所述稳压模块的输入端连接供电输入端的正极，所述稳压模块的输出端连接直流输出端的正极，所述分压模块连接于供电输入端的正极与稳压模块的控制端之间，所述第二钳位模
块连接于稳压模块的控制端与稳压模块的输出端之间，所述第一钳位模块连接于稳压模块的控制端与直流输出端的负极之间，所述滤波模块连接于直流输出端的正极与直流输出端的负极之间，所述稳压模块的输出端与直流输出端的正极之间通过防倒灌模块进行连接；
26.所述稳压模块包括相互并联的第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2，且所述第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2均为n沟道mos管。
27.所述第一钳位模块包括相互串联的第一稳压二极管d1与第三稳压二极管d3，所述第一稳压二极管d1的阴极连接稳压模块的控制端，所述第三稳压二极管d3的阳极连接直流输出端的负极。
28.所述第二钳位模块包括相互并联的分流电阻r9与第二稳压二极管d2，所述第二稳压二极管d2的阴极连接稳压模块的控制端，所述第二稳压二极管d2的阳极连接稳压模块的输出端之间。
29.分压模块包括相互串联的若干分压电阻，在图1中仅仅表示出分压模块的一种实施例，为使描述简洁，未对分压模块所有可能的组合都进行描述，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以对分压模块做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
30.所述滤波模块包括相互并联的第一电容c1与第二电容c2，所述第一电容c1与第二电容c2均连接于直流输出端的正极与直流输出端的负极之间。
31.所述防倒灌模块包括第四二极管d4与限流电阻r10，所述第四二极管d4的阴极串联限流电阻r10，所述第四二极管d4的阳极连接稳压模块的输出端，所述分压电阻连接直流输出端的正极。
32.当供电输入端的输入电压小于第一钳位模块的总稳压值时，稳压模块未导通；
33.当供电输入端的输入电压大于第一钳位模块的总稳压值时，稳压模块完全导通；
34.当供电输入端的输入电压等于第一钳位模块的总稳压值时，稳压模块不完全导通。
35.当供电输入端接入强电且供电输入端的接入电压小于稳压管d1、第三稳压二极管d3总稳压值v
d(1，3)
时，此时第一稳压二极管d1、第三稳压二极管d3尚未打开，故而第一稳压mos管m1、第二稳压mos管m2栅极电压为供电输入端正极的电压，第二稳压二极管d2接在第一稳压mos管m1，第二稳压mos管m2栅极与源极处钳位v
(gs)
，以免损坏mos管，第四二极管d4防止断电以后输出端电流倒灌，起到保护电路的作用，限流电阻r10对第四二极管d4起到限流作用，第一电容c1与第二电容c2的作用是储能以及滤除噪音。第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2导通后，此时mos管的vs电压约等于vd电压，这时的mos管由于vg小于vs，mos管又会关闭，所以第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2会持续的不间断快速开关闭合，输出电压维持在一个动态平衡的状态，故而将输出电压维持在v
g-v
(gs)th
附近。其中，v
(gs)
指栅源与源极间的钳位电压，阈值电压v
(gs)th
是指加在栅源能使漏极开始有电流或关断mos管时电流消失时的电压。v
d(1，3)
指第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的总稳压值，vs为第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的源极电压。vg为第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的栅源电压。vd为第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的漏极电压。
36.当供电输入端接入强电且供电输入端的接入电压刚好等于第一稳压二极管d1d1、第三稳压二极管d3总稳压值v
d(1，3)
时，此时第一稳压二极管d1、第三稳压二极管d3刚好打开，故而第一稳压mos管m1，第二稳压mos管m2，栅源电压为v
d(1，3)
，第三稳压二极管d3接在第
一稳压mos管m1，第二稳压mos管m2栅源与源极处钳位v(gs)，以免损坏mos管，第四二极管d4防止断电以后输出端电流倒灌，起到保护电路的作用，限流电阻r10对第四二极管d4起到限流作用，第一电容c1与第二电容c2的作用是储能以及滤除噪音。第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2导通后，此时第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的vs电压约等于vd电压，这时的第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2由于vg小于vs，第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2又会关闭，所以第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2会持续的不间断快速开关闭合，输出电压维持在一个动态平衡的状态，故而将输出电压维持在v
d(1，3)-v
(gs)th
附近。其中，v
(gs)
指栅源与源极间的钳位电压，阈值电压v
(gs)th
是指加在栅源能使漏极开始有电流或关断mos管时电流消失时的电压。v
d(1，3)
指第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的总稳压值，vs为第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的源极电压。vg为第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的栅源电压。vd为第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的漏极电压
37.当供电输入端接入强电且供电输入端的接入电压大于第一稳压二极管d1、第三稳压二极管d3第三稳压二极管d3总稳压值v
d(1，3)
时，此时第一稳压二极管d1、第三稳压二极管d3完全打开，故而第一稳压mos管m1，第二稳压mos管m2，栅源电压为v
d(1，3)
，第二稳压二极管d2第二稳压二极管d2接在第一稳压mos管m1，第二稳压mos管m2栅源与源极处钳位v
(gs)
以免损坏mos管，第四二极管d4防止断电以后输出端电流倒灌，起到保护电路的作用，限流电阻r10对第四二极管d4起到限流作用，第一电容c1与第二电容c2的作用是储能以及滤除噪音。第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2导通后，此时mos管的vs电压约等于vd电压，这时的mos管由于vg小于vs，mos管又会关闭，所以第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2会持续的不间断快速开关闭合，输出电压维持在一个动态平衡的状态故而将输出电压维持在v
d(1，3)-v
(gs)th
附近。所以当输入电压大于稳压二极管电压v
d(1，3)
时，无论输入电压是多大，输出电压都会维持在v
d(1，3)-v
(gs)th
附近，以达到稳压的作用。其中，v
(gs)
指栅源与源极间的钳位电压，阈值电压v
(gs)th
是指加在栅源能使漏极开始有电流或关断mos管时电流消失时的电压。v
d(1，3)
指第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的总稳压值，vs为第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的源极电压。vg为第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的栅源电压。vd为第一稳压mos管m1与第二稳压mos管m2的漏极电压。
38.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
39.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。