一种基于功率mos的电压钳位电路和系统
阅读说明：本技术 一种基于功率mos的电压钳位电路和系统 (Voltage clamping circuit and system based on power MOS ) 是由 杜建华 周世安 刘忠汉 苏少侃 刘飞 王彬磊 赵兰 于洋 王惠 张兴国 卢焕然 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于功率MOS的电压钳位电路和系统,该电压钳位电路包括：隔离二极管D5、MOS管Q3和控制电路；隔离二极管D5和MOS管Q3串联；控制电路与串联后的隔离二极管D5和MOS管Q3,并联接入网络A和网络B；其中,控制电路的高端接网络A,控制电路的低端接网络B；隔离二极管D5的阳极接网络A,MOS管Q3的S极接网络B。本发明解决了瞬态二极管无法承受霍尔电推进点火过程中的能量冲击而烧毁的问题。(The invention discloses a voltage clamping circuit and a system based on a power MOS, wherein the voltage clamping circuit comprises: an isolation diode D5, a MOS tube Q3 and a control circuit; the isolation diode D5 is connected with the MOS tube Q3 in series; the control circuit is connected with an isolation diode D5 and an MOS tube Q3 which are connected in series in parallel to a network A and a network B; wherein, the high end of the control circuit is connected with the network A, and the low end of the control circuit is connected with the network B; the anode of the isolation diode D5 is connected with the network A, and the S pole of the MOS transistor Q3 is connected with the network B. The invention solves the problem that the transient diode can not bear the energy impact in the Hall electric propulsion ignition process and is burnt.)
技术领域
本发明属于霍尔电推进系统技术领域，尤其涉及一种基于功率MOS的电压钳位电路和系统。
背景技术
在霍尔电推进系统中，因电源处理单元(PPU)输出为高电压，为了保证整星安全，PPU输出高压地与星体必须进行隔离；同时为了避免PPU高压地相对整星星体因浮地产生空间电荷积累而危害整星安全，通常要求在高压地与结构地(星体地)设置钳位电路。
为了实现钳位，常规做法是采用瞬态抑制二极管实现，当高压地相对星体地浮动电压积累到设定的钳位电压点，则钳位二极管在短时间快速对积累的电荷进行放电，保证高压产品和星体安全。
但对电推进系统而言，在PPU与推力器点火瞬间推力器喷射出的高能离子可能出现非电中和工况，导致真空舱体与高压地之间出现电压高达200V、电流数十安培、持续时间数百ms的电流，导致瞬态抑制二极管无法承受瞬时冲击而烧毁。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于功率MOS的电压钳位电路和系统，旨在解决瞬态二极管无法承受霍尔电推进点火过程中的能量冲击而烧毁的问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于功率MOS的电压钳位电路，包括：隔离二极管D5、MOS管Q3和控制电路；
隔离二极管D5和MOS管Q3串联；其中，隔离二极管D5的阴极接MOS管Q3的D极；
控制电路与串联后的隔离二极管D5和MOS管Q3，并联接入网络A和网络B；其中，控制电路的高端接网络A，低端接网络B；隔离二极管D5的阳极接网络A，MOS管Q3的S极接网络B。
在上述基于功率MOS的电压钳位电路中，控制电路，用于根据被钳位网络的电压信号，控制MOS管Q3的接通与断开，以实现钳位。
在上述基于功率MOS的电压钳位电路中，控制电路，包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、稳压二极管D1、二极管D2、稳压二极管D3、二极管D4、三极管Q1和三极管Q2；
二极管D4为控制电路的高端，二极管D4的阴极分别连接稳压二极管D1的阴极、电阻R3的一端、电阻R4的一端；
稳压二极管D1的阳极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端、二极管D2的阴极、三极管Q1的基极；
电阻R3的另一端连接三极管Q1的集电极和三极管Q2的基极；
电阻R4的另一端、稳压二极管D3的阴极、三极管Q2的漏极、电阻R5的一端连接控制电路的控制端；
稳压二极管D3的阳极连接二极管D2的阳极；
电阻R2的另一端、三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极、电阻R5的另一端连接控制电路的低端。
在上述基于功率MOS的电压钳位电路中，控制电路在根据被钳位网络的电压信号，控制MOS管Q3的接通与断开，以实现钳位时，包括：
当VAB＜V阈值时，控制二极管D1截止、三极管Q1截止；电压VAB经二极管D4、电阻R3给三极管Q2的基极供电；三极管Q2导通，使MOS管Q3的GS电压低于MOS管Q3的导通电压，MOS管Q3截止；其中，V阈值表示设定的钳位电压；VAB表示网络A与网络B之间的电压，即被钳位网络的电压。
在上述基于功率MOS的电压钳位电路中，控制电路在根据被钳位网络的电压信号，控制MOS管Q3的接通与断开，以实现钳位时，还包括：
当VAB≥V阈值时，控制二极管D1导通，电压VAB经二极管D4、二极管D1、电阻R1给三极管Q1的基极供电；三极管Q1导通，使三极管Q2的基极电压低于三极管Q2的导通电压，三极管Q2截止；电压VAB经二极管D4、电阻R4、二极管D3、二极管D2后给三极管Q1的基极供电，以维持三极管Q1的导通和三极管Q2的截止，同时电压VAB经二极管D4、电阻R4、电阻R5给MOS管Q3的G极供电，MOS管Q3导通；电压VAB经二极管D5、MOS管Q3放电，电压值降低，直至电压VAB的电压值下降至不能维持MOS管Q3的导通为止，以将电压VAB限制在设定的钳位电压。
在上述基于功率MOS的电压钳位电路中，隔离二极管D5，用于限制电流的流动方向。
在上述基于功率MOS的电压钳位电路中，MOS管Q3，用于在控制电路的控制下，接通或断开被钳位网络。
相应的，本发明还公开了一种基于功率MOS的电压钳位系统，包括：两套如基于功率MOS的电压钳位电路；
两套基于功率MOS的电压钳位电路反向并联组合，以实现双向钳位；
或，
两套基于功率MOS的电压钳位电路串联冗余组合，以提高可靠度。
本发明具有以下优点：
本发明公开了一种基于功率MOS的电压钳位电路，由控制电路检测被钳位的电压信号，并与设定的钳位电压比较后产生钳位控制信号以驱动MOS管Q3的接通与断开来实现钳位：当钳位网络两端电压低于设定的钳位电压时，钳位电路不进行钳位。当钳位网络两端电压高于设定的钳位电压时，控制电路产生钳位信号驱动MOS管Q3导通，从而快速释放钳位网络两端能量并将钳位网络两端电压降低至安全范围，从而实现钳位的目的，进而解决了瞬态二极管无法承受霍尔电推进点火过程中的能量冲击而烧毁的问题。
附图说明
图1是本发明实施例中一种基于功率MOS的电压钳位电路的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1，在本实施例中，该基于功率MOS的电压钳位电路，包括：隔离二极管D5、MOS管Q3和控制电路。具体的：隔离二极管D5与MOS管Q3串联，控制电路与串联后的隔离二极管D5和MOS管Q3，并联接入网络A和网络B。其中，隔离二极管D5的阴极接MOS管Q3的D极；控制电路的高端接网络A，控制电路的低端接网络B；隔离二极管D5的阳极接网络A，MOS管Q3的S极接网络B。
在本实施例中，控制电路主要用于：根据被钳位网络的电压信号，控制MOS管Q3的接通与断开，以实现钳位。如图1，该控制电路具体可以包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、稳压二极管D1、二极管D2、稳压二极管D3、二极管D4、三极管Q1和三极管Q2。其中，二极管D4为控制电路的高端，二极管D4的阴极分别连接稳压二极管D1的阴极、电阻R3的一端、电阻R4的一端；稳压二极管D1的阳极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端、二极管D2的阴极、三极管Q1的基极；电阻R3的另一端连接三极管Q1的集电极和三极管Q2的基极；电阻R4的另一端、稳压二极管D3的阴极、三极管Q2的漏极、电阻R5的一端连接控制电路的控制端；稳压二极管D3的阳极连接二极管D2的阳极；电阻R2的另一端、三极管Q1的发射极、三极管Q2的发射极、电阻R5的另一端连接控制电路的低端。
在本实施例中，控制电路在根据被钳位网络的电压信号，控制MOS管Q3的接通与断开时，具体实现如下：
当VAB＜V阈值时，控制二极管D1截止、三极管Q1截止；电压VAB经二极管D4、电阻R3给三极管Q2的基极供电；三极管Q2导通，使MOS管Q3的GS电压低于MOS管Q3的导通电压，MOS管Q3截止。其中，V阈值表示设定的钳位电压；VAB表示网络A与网络B之间的电压，即被钳位网络的电压。
当VAB≥V阈值时，控制二极管D1导通，电压VAB经二极管D4、二极管D1、电阻R1给三极管Q1的基极供电；三极管Q1导通，使三极管Q2的基极电压低于三极管Q2的导通电压，三极管Q2截止；电压VAB经二极管D4、电阻R4、二极管D3、二极管D2后给三极管Q1的基极供电，以维持三极管Q1的导通和三极管Q2的截止，同时电压VAB经二极管D4、电阻R4、电阻R5给MOS管Q3的G极供电，MOS管Q3导通；电压VAB经二极管D5、MOS管Q3放电，电压值降低，直至电压VAB的电压值下降至不能维持MOS管Q3的导通为止，以将电压VAB限制在设定的钳位电压。
在本实施例中，隔离二极管D5主要用于限制电流的流动方向。MOS管Q3主要用于在控制电路的控制下，接通或断开被钳位网络。
综上所述，本发明公开了一种基于功率MOS的电压钳位电路，由控制电路检测被钳位的电压信号，并与设定的钳位电压比较后产生钳位控制信号以驱动MOS管Q3的接通与断开来实现钳位：当钳位网络两端电压低于设定的钳位电压时，钳位电路不进行钳位。当钳位网络两端电压高于设定的钳位电压时，控制电路产生钳位信号驱动MOS管Q3导通，从而快速释放钳位网络两端能量并将钳位网络两端电压降低至安全范围，从而实现钳位的目的。
此外，本发明还公开了一种基于功率MOS的电压钳位系统，该基于功率MOS的电压钳位系统包括两套前述实施例中所述的基于功率MOS的电压钳位电路。其中，当两套基于功率MOS的电压钳位电路反向并联组合时，该电压钳位系统可以实现双向钳位；当两套基于功率MOS的电压钳位电路串联冗余组合时，该电压钳位系统具有较高的可靠度。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
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