防雷電路,防浪涌電路設(shè)計(jì)-KIA MOS管

防雷電路

雷擊的影響包括兩種：直接雷和感應(yīng)雷。這些能量如果直接進(jìn)入到RS485電路中，就會(huì)將電路燒毀。因此防雷電路根本目的是將雷電的大部分能量通過防雷電路泄放掉，使得進(jìn)入RS485電路的能量降低到可以接受的程度。

防雷防浪涌電路組成：氣體放電管GDT、去耦電阻和瞬態(tài)抑制二極管TVS。

為什么需要三級？這要從氣體放電管的特性說起。氣體放電管是用于過電壓保護(hù)的避雷管，放電管常用于多級保護(hù)電路中的第一級或前兩級，起泄放雷電瞬時(shí)過電流和限制過電壓作用。放電管的缺點(diǎn)是觸發(fā)電壓較高，起作用的延遲比較大。因此在放電管起作用之前，還需要額外的保護(hù)電路。因此需要后一級的TVS，TVS也是用于過壓保護(hù)的，而且TVS的反應(yīng)靈敏，能夠?qū)㈦妷恒Q位到比較低的值。但是大量的電流流過TVS的話，很快就會(huì)燒毀TVS，因此TVS前還需要電阻進(jìn)行限流。

所以在浪涌來到時(shí)，整個(gè)保護(hù)電路的工作過程是：由于分布電容的存在，浪涌電壓不是瞬變的，而是逐漸升高的，只是升高的速度非常的快。在這期間，TVS首先起作用，然后當(dāng)浪涌電壓達(dá)到氣體放電管的觸發(fā)電壓后，氣體放電管開始工作，泄放浪涌的能量，但是氣體放電管導(dǎo)通后還會(huì)有一些殘壓，如果殘壓超過了TVS的工作電壓時(shí)，這些殘壓再次由TVS泄放到大地上。

pmos防浪涌抑制電路

為了減小輸入電壓紋波，常常在電源輸入端加上大電容來進(jìn)行濾波。若電路不加任何處理，往往會(huì)上電爆炸。因?yàn)樯想娝查g，電容由于電壓不能突變，維持初始值0，這相當(dāng)于短路，當(dāng)上電時(shí)，輸入電壓全部加在阻抗很小的線路上，產(chǎn)生浪涌電流。防浪涌抑制電路的作用是抑制上電瞬間輸出電容上的大電流。

pmos防浪涌電路原理圖：

防浪涌抑制電路的原理是利用場效應(yīng)管的電流放大特性，控制輸入電流從0逐漸增加，緩慢的為輸出側(cè)電容充電，直至場效應(yīng)管完全導(dǎo)通，從而避免由于輸出側(cè)電容的瞬間短路特性導(dǎo)致產(chǎn)生的大電流。

工作過程主要分為三個(gè)階段，上電階段，C1充電階段，Cin充電階段。

1.上電階段

上電瞬間，電容C1短路，PMOS管Q1的SG兩端電壓為0，Q1不導(dǎo)通，SD兩端阻抗無窮大，Cin上無電流。

2.C1充電階段

輸入給C1充電，充電時(shí)間常數(shù)約為R2*C1。隨著C1的充電，Q1的SG兩端電壓逐漸上升，當(dāng)達(dá)到PMOS管的開啟電壓Vth后，Q1導(dǎo)通。

3.Cin充電階段

隨著C1兩端電壓逐漸升高，Q1逐漸導(dǎo)通，管子上流過的電流逐漸增加，從而給Cin進(jìn)行充電，充電時(shí)間常數(shù)為Rsd*Cin，Rsd為Q1導(dǎo)通時(shí)的等效電阻。

當(dāng)C1兩端的電壓，達(dá)到R1兩端在輸入的分壓時(shí)，充電結(jié)束。Cin兩端的電壓達(dá)到輸入電壓時(shí)，充電結(jié)束。以上工作工程可由下圖表示。Vc1是C1兩端的電壓。Vcin是Cin兩端的電壓，lcin是Cin流過的電流。

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