CN107979273A - 电源滤波保护电路 - Google Patents

Abstract

一种电源滤波保护电路，包括：电源输入连接器，用以连接输入电源；保险元件，串接于所述电源输入连接器的火线上，当电路短路时，所述保险元件自热进入高阻状态，从而抑制电流；当短路故障排除后，所述保险元件自动复原为低阻状态；滤波电路，与所述保险元件相连，用以滤除共模噪声和差模噪声；保护电路，与所述滤波电路相连，用以吸收浪涌；整流桥，与所述滤波电路和所述保护电路连接，用以将所述滤波电路输出的交流电转换为直流电。上述电源滤波保护电路采用的保险元件在电路故障排除后能自动复原到低阻状态，避免了更换保险丝带来的不便。

Description

电源滤波保护电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及电源滤波保护电路。

背景技术

航空电源***是飞机安全飞行的保障。与传统电源***相比，军用电源***对安全性能要求更高。电源***的安全，轻则影响飞行任务的完成，重则影响飞行安全。为了满足航空机载电源的特殊要求，需要对机载电源外接输入滤波器或使用外置分立元件组成滤波保护电路对电源进行保护，保证不干扰其它设备以及不被其它设备干扰，以保障飞机的飞行安全。

在实现现有技术过程中，发现现有技术中至少存在如下问题：

现有电源保护电路一旦防浪涌电路导通，其大电流极易熔断保险丝，导致电源失效。且保险丝熔断后必须更换，维护不便。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中电路保险丝在浪涌时易熔断，且保险丝熔断后维护不便的问题，提供一种电源滤波保护电路。

一种电源滤波保护电路，包括：电源输入连接器，用以连接输入电源；保险元件，串接于所述电源输入连接器的火线上，当电路短路时，所述保险元件自热进入高阻状态，从而抑制电流；当短路故障排除后，所述保险元件自动复原为低阻状态；滤波电路，与所述保险元件相连，用以滤除共模噪声和差模噪声；保护电路，与所述滤波电路相连，用以吸收浪涌；整流桥，与所述滤波电路和所述保护电路连接，用以将所述滤波电路输出的交流电转换为直流电。

在其中一个实施例中，所述保险元件为自恢复保险丝。

在其中一个实施例中，所所述滤波电路包括两级差模滤波电路和两级共模滤波电路，即第一级差模滤波电路、第二级差模滤波电路、第一级共模滤波电路、第二级共模滤波电路。

在其中一个实施例中，所述第一级差模滤波电路包括：第一滤波电容，所述第一滤波电容的第一端同时连接火线和所述保险元件，所述第一滤波电容的第二端连接零线；共模电感，所述共模电感具有两个线圈四个端口，第一端与第二端位于同一线圈的两端，第三端与第四端位于同一线圈的两端，所述共模电感的第一端连接所述第一电容的第一端，所述共模电感的第三端连接所述第一滤波电容的第二端。

在其中一个实施例中，所述第二级差模滤波电路包括：第二滤波电容，所述第二滤波电容的的第一端同时连接火线和所述共模电感的第二端，所述第二滤波电容的的第二端同时连接零线和所述共模电感的第四端；第一差模电感，所述第一差模电感的第一端连接所述第二电容的第一端；第二差模电感，所述第二差模电感的第一端连接所述第二电容的第二端。

在其中一个实施例中，所述差模滤波电路包括：两组保护组件，用以控制滤波器的品质因数；所述第一组保护组件的第一端同时连接火线和所述共模电感的第一端，所述第一组保护组件的第二端连接所述共模电感的第二端，所述第二组保护组件的第一端同时连接零线和所述共模电感的第三端，所述第二组保护组件的第二端连接所述共模电感的第四端。

在其中一个实施例中，所述第一级共模滤波电路包括：共模电感；第三滤波电容，所述第三滤波电容的第一端连接所述共模电感的第二端，所述第三滤波电容的第二端接地；第四滤波电容，所述第四滤波电容的第一端连接所述共模电感的第四端，所述第四滤波电容的第二端接地。

在其中一个实施例中，所述第二级共模滤波电路包括：第一差模电感、第二差模电感；第五滤波电容，所述第五滤波电容的第一端连接所述第一差模电感的第二端；第一保护电阻，所述第一保护电阻的第一端连接所述第五滤波电容的第二端，所述第一保护电阻的第二端接地；第六滤波电容，所述第六滤波电容的第一端连接所述第二差模电感的第二端；第二保护电阻，所述第二保护电阻的第一端连接所述第六滤波电容的第二端，所述第二保护电阻的第二端接地。

在其中一个实施例中，所述保护电路包括：第一保护支路和与所述第一保护支路并联的第二保护支路；所述第一保护支路包括第一放电管和与所述第一放电管串联的第一压敏电阻，所述第一放电管第一端连接于所述共模电感的第二端，所述第一放电管的第二端连接于所述第一压敏电阻的第一端，所述第一压敏电阻的第二端连接于所述共模电感的第四端；所述第二保护支路包括第二放电管和与所述第二放电管串联的第二压敏电阻，所述第二放电管第一端连接于所述第一差模电感的第二端，所述第二放电管的第二端连接于所述第二压敏电阻的第一端，所述第二压敏电阻的第二端连接于所述第二差模电感的第二端。

在其中一个实施例中，组成所述滤波电路、保护电路和整流桥的电路元件均为贴片元件。

本申请具有如下有益效果：

上述电源滤波保护电路采用的保险元件在电路故障排除后能自动复原到低阻状态，避免了更换保险丝带来的不便。

上述电源滤波保护电路除自恢复保险丝外的电路元件均采用贴片元件，具有体积小、成本低的优点。

附图说明

图1为本申请的一个实施例提供的电源滤波保护电路的电路图；

图2为本申请的一个实施例提供的电源滤波保护电路PCB板尺寸图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的电感镇流器电路进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”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。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

本申请的一个实施例提供一种电源滤波保护电路，可用于航空标准DO-160G及75W准谐振反激式电源。电路采用自恢复保险丝，当电路的过流过热故障得到排除，自恢复保险丝会自动复原到低阻态，无需更换，使用方便，能够保护电源***的安全。

一种电源滤波保护电路，包括：电源输入连接器，用以连接输入电源。串接于电源输入连接器的火线上的保险器件，用以为电源提供过流保护。与保险器件相连接的滤波电路，用以滤除共模噪声和差模噪声。与滤波电路连接的保护电路，用以吸收浪涌保护电源。与保护电路相连的整流桥，用以将滤波后的交流电转换为直流电。

电源输入连接器是一种让电力能够在电路中实现流动的装置。电源输入连接器通过连接到主电源上来获取电流。在本申请的一个实施例中，主电源为115V交流电。在本申请的一个实施例中，电源输入连接器J1具有四个端口。其中，第一端口和第二端口分别连接火线与零线，第三端口和第四端口接地。

在本申请的又一实施例中，电源输入连接器的输入端可接入高频滤波元件用以滤除超高频噪声。本申请选用高频磁珠作为滤波元件。磁珠是单匝的线圈，即单匝电感。因此电感量小，与其寄生电容的共振频率高，因而对高频的抑制作用比较好。本申请中，将两个磁珠FB1、FB2分别接在电源输入连接器的两输入端口上。其中FB1的第一端连接在电源输入连接器火线的端口上，FB2的第一端连接在电源输入连接器零线的端口上。

保险器件是电子电路中最基本的保护元件，在电源中，保险器件接在输入电路的前端。它的作用就是在输入电流超过了保险器件的额定电流时，及时切断交流电源，防止故障进一步扩大。

在本申请的一个实施例中，采用的保险器件为自恢复保险丝F1。自恢复保险丝F1是经过特殊处理的聚合树脂及分布在里面的导电粒子组成。在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外，构成链状导电电通路，此时的自恢复保险丝F1为低阻状态，线路上流经自恢复保险丝的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构。当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝F1的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。当电路的过流和过热故障排除后，自恢复保险丝F1自动复原到低阻态。既避免了维护更换，也避免了可能引起电路损坏的持续循环的开闭状态。具体的，在本申请提供的实施例中，自恢复保险丝F1串接在电源输入端的火线上。其第一端连接磁珠FB1的第二端，第二端与滤波电路相连。

由于噪声会对器件造成影响，导致电路工作异常，降低器件的使用寿命。故需要在电网到设备之间加上滤波电路以滤除噪声。本申请的一个实施例提供一种滤波电路，能够滤除共模噪声和差模噪声。

具体的，该滤波电路包括两级差模滤波电路和两级共模滤波电路，即第一级差模滤波电路、第二级差模滤波电路、第一级共模滤波电路和第二级共模滤波电路。

第一级差模滤波电路由第一滤波电容C1和共模电感L1组成。第一滤波电容C1连接在零线与火线之间。第一滤波电容C1的第一端同时连接自恢复保险丝F1的第二端、共模电感L1的第一端和火线，第一滤波电容C1的第二端同时连接磁珠FB2的第二端、共模电感L1的第三端和零线。第一级差模滤波电路还包括共模电感L1。共模电感L1由两个绕组绕在同一铁芯上组成，共有四个端口。其中，第一端口1和第二端口2在同一线圈上，第三端口3和第四端口4在同一线圈上。由于共模电感L1有两个绕组，这两个绕组之间有间隙，因此会引起漏感，此漏感即为差模电感。当差模电流流过时，可以滤除差模噪声。

第二级差模滤波电路由第二滤波电容C2和第一差模电感L2、第二差模电感L3组成。该第二滤波电容C2连接在零线与火线之间。第二滤波电容C2的第一端同时连接第一差模电感L2的第一端和火线，第二滤波电容C2的第二端同时连接第二差模电感L3的第一端和零线。差模电感器L2、L3与滤波电容C2串联构成回路。由于电感的特性为通低频阻高频，电容的特性为通高频、阻低频。差模电感L2、L3对差模高频干扰的感抗大，滤波电容C2为X电容，对差模高频干扰的容抗小，因此可以滤除电路中的高频差模噪声。

更具体的，第一滤波电容C1和第二滤波电容C2均为安规电容，且都为X2电容。X2电容可以抑制电源电磁干扰，用来消除差模噪声，耐高压。本实施例中的第一滤波电容C1和第二滤波电容C2的容量均为0.1uF，型号为C2220。

两级差模滤波电路还包括保护组件，用来控制滤波器的品质因数，即Q值，同时可以避免频率响应出现尖峰。具体的，本实施例中所采用的保护组件为两组电阻。第一组电阻包含R1、R2、R3三个电阻，三个电阻串联后再并联于共模电感F1的一个绕组两端。第二组电阻包含R4、R5、R6三个电阻，三个电阻串联后再并联于共模电感F1的另一个绕组两端。六个电阻的阻值相同，均为10kΩ，型号为R0805。

由于外界磁场的影响，导线上会产生感应电压，进而产生电流。另一方面，由于导线与地线之间有电位差，导线上会产生共模电流。若设备在器电缆上产生共模电流，则电缆会产生强烈的电磁辐射，造成设备不能满足电磁兼容标准中对辐射发射的限制要求，也会对其他设备产生干扰。故需要消除共模电流在电路中产生的干扰。

本申请的一个实施例提供两级共模滤波电路，包括第一级共模滤波电路和第二级共模滤波电路。

第一级共模滤波电路包括共模电感L1、第三电容C3、第四电容C4。第三电容C3的第一端连接共模电感L1的第二端，第三电容C3的第二端接地。第四电容C4的第一端连接共模电感L1的第四端，第四电容C4的第二端接地。

当共模电流流经共模电感L1时，共模电流在共模电感L1两个绕组中的流向相同，两个绕组中的电流产生的磁场方向相同，增大了两个绕组的电感量，也即增大了绕组对共模电流的感抗。大的感抗使共模电流受到抑制，达到了衰减共模电流、抑制共模噪声的目的。

更具体的，第三电容C3、第四电容C4均为安规电容，且都为Y2电容，容量均为2.2nF，型号为C1812。加上二只Y电容C3和C4对共模干扰噪声的滤波作用，使共模干扰得到了明显的抑制。

第二级共模滤波电路包括第一差模电感L2、第二差模电感L3、第五电容C5、第六电容C6、第一保护电阻R7、第二保护电阻R8。第一差模电感L2的第二端连接第五电容C5的第一端。第五电容C5的第二端连接第一保护电阻R7的第一端。第一保护电阻R7的第二端接地。第二差模电感L3的第二端连接第六电容C6的第一端。第六电容C6的第二端连接第二保护电阻R8的第一端。第二保护电阻R8的第二端接地。

经过第一级共模滤波电路滤除大部分共模干扰后，第二级共模滤波电路滤除余下部分干扰。当共模电流流经第二级共模滤波电路时，差模电感中的磁通量增加，进而可以抑制共模电流，滤除共模干扰。保护电阻R7、R8用于控制滤波器的Q值，避免频率响应出现尖峰。

更具体的，第五电容C5、第六电容C6均为安规第阿荣，且都为Y电容，容量为4.7nF，型号为C1812。第一差模电感L2、第二差模电感L3的电感量均为820uH。保护电阻R7、R8的阻值均为100Ω。

在电气技术指标符合要求的条件下，为了使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，需设计多级保护电路。在本申请的一个实施例中，采用两级保护电路吸收浪涌及雷电。其中，第一级保护电路包括第一放电管GD2和第一压敏电阻RV1。

具体的，第一放电管GD2第一端连接于共模电感L1的第二端。第一放电管GD2的第二端连接于第一压敏电阻RV1的第一端。第一压敏电阻RV1的第二端连接于共模电感L1的第四端。

由于压敏电阻具有较大的寄生电容，当交流电流流过时，会产生电流泄漏。且使用一段时间后，寄生电容变大，引起泄露电流变大，进而导致压敏电阻发热自爆。故采用放电管与压敏电阻串联。放电管具有较小的寄生电容，可以使串联支路的总电容减小到几皮法，进而减小泄漏电流。在本申请的实施例中，第一放电管GD2为气体放电管。第一放电管GD2可用作开关，当无瞬态电压时，第一气体放电管为短路状态，将第一压敏电阻从电路中隔开，使压敏电阻几乎无泄漏电流。当遇到雷击而使导线存在浪涌脉冲时，若脉冲电压低于压敏电阻的阈值电压，压敏电阻相当于阻值无穷大的电阻，流过压敏电阻的电流很小。故出现浪涌脉冲时，压敏电阻可以吸收浪涌保护电路。

第二级保护电路包括第二放电管GD2和第一压敏电阻RV1。所述第二放电管第一端连接于所述第一差模电感的第二端，所述第二放电管的第二端连接于所述第二压敏电阻的第一端，所述第二压敏电阻的第二端连接于所述第二差模电感的第二端。

第二级保护支路的工作原理同第一级保护支路，在此不再赘述。

贴片整流桥D13连接于滤波电路和保护电路的输出端，用以将滤波后的交流电转换为直流电，并将直流电输送给用电器。

请参见图2，本申请采用PCB板连接电路元件，具有体积小、工艺简单等优点。电路中的电感均采用贴片电感，其工作温度可达150℃。电容均选用X、Y陶瓷贴片电容，工作温度可达125℃。除自恢复保险丝F1外，其余原件均选用工作温度达125℃的贴片元件，成本低。以上贴片元件及走线均置于PCB板的顶层。PCB板的第二层为大面积铜皮，用于接地，同时起到屏蔽外界电磁干扰作用。第三层除少量走线外为大面积铜皮，用于接地。底层放置插件元件自恢复保险丝F1。本申请提供的PCB电路板采用真空灌胶工艺，胶水为有机硅导热灌封胶。胶水的工作温度范围在-60℃到220℃，导热系数为0.9W/MK。因此，能够增强绝缘与散热。同时减小了走线之间的距离，进而减小了电路的体积。且灌封胶对震动及冲击起到了很好的防护作用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电源滤波保护电路，其特征在于，包括：

电源输入连接器，用以连接输入电源；

保险元件，串接于所述电源输入连接器的火线上，当电路短路时，所述保险元件自热进入高阻状态，从而抑制电流；当短路故障排除后，所述保险元件自动复原为低阻状态；

滤波电路，与所述保险器件相连，用以滤除共模噪声和差模噪声；

保护电路，与所述滤波电路相连，用以吸收浪涌；

整流桥，与所述滤波电路和所述保护电路连接，用以将所述滤波电路输出的交流电转换为直流电。

2.根据权利要求1所述的电源滤波保护电路，其特征在于，所述保险元件为自恢复保险丝。

3.根据权利要求1所述的电源滤波保护电路，其特征在于，所述滤波电路包括两级差模滤波电路和两级共模滤波电路，即第一级差模滤波电路、第二级差模滤波电路、第一级共模滤波电路、第二级共模滤波电路。

4.根据权利要求3所述的电源滤波保护电路，其特征在于，所述第一级差模滤波电路包括：

第一滤波电容，所述第一滤波电容的第一端同时连接火线和所述保险器件，所述第一滤波电容的第二端连接零线；

共模电感，所述共模电感具有两个线圈四个端口，第一端与第二端位于同一线圈的两端，第三端与第四端位于同一线圈的两端，所述共模电感的第一端连接所述第一电容的第一端，所述共模电感的第三端连接所述第一滤波电容的第二端。

5.根据权利要求3所述的电源滤波保护电路，其特征在于，所述第二级差模滤波电路包括：

第二滤波电容，所述第二滤波电容的的第一端同时连接火线和所述共模电感的第二端，所述第二滤波电容的的第二端同时连接零线和所述共模电感的第四端；

第一差模电感，所述第一差模电感的第一端连接所述第二电容的第一端；

第二差模电感，所述第二差模电感的第一端连接所述第二电容的第二端。

6.根据权利要求3所述的电源滤波保护电路，其特征在于，所述两级差模滤波电路包括：

两组保护组件，用以控制滤波器的品质因数；

所述第一组保护组件的第一端同时连接火线和所述共模电感的第一端，所述第一组保护组件的第二端连接所述共模电感的第二端，所述第二组保护组件的第一端同时连接零线和所述共模电感的第三端，所述第二组保护组件的第二端连接所述共模电感的第四端。

7.根据权利要求3所述的电源滤波保护电路，其特征在于，所述第一级共模滤波电路包括：

共模电感；

第三滤波电容，所述第三滤波电容的第一端连接所述共模电感的第二端，所述第三滤波电容的第二端接地；

第四滤波电容，所述第四滤波电容的第一端连接所述共模电感的第四端，所述第四滤波电容的第二端接地。

8.根据权利要求3所述的电源滤波保护电路，其特征在于，所述第二级共模滤波电路包括：

第一差模电感、第二差模电感；

第五滤波电容，所述第五滤波电容的第一端连接所述第一差模电感的第二端；

第一保护电阻，所述第一保护电阻的第一端连接所述第五滤波电容的第二端，所述第一保护电阻的第二端接地；

第六滤波电容，所述第六滤波电容的第一端连接所述第二差模电感的第二端；

第二保护电阻，所述第二保护电阻的第一端连接所述第六滤波电容的第二端，所述第二保护电阻的第二端接地。

9.根据权利要求1所述的电源滤波保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：

第一保护支路和与所述第一保护支路并联的第二保护支路；

所述第一保护支路包括第一放电管和与所述第一放电管串联的第一压敏电阻，所述第一放电管第一端连接于所述共模电感的第二端，所述第一放电管的第二端连接于所述第一压敏电阻的第一端，所述第一压敏电阻的第二端连接于所述共模电感的第四端；

所述第二保护支路包括第二放电管和与所述第二放电管串联的第二压敏电阻，所述第二放电管第一端连接于所述第一差模电感的第二端，所述第二放电管的第二端连接于所述第二压敏电阻的第一端，所述第二压敏电阻的第二端连接于所述第二差模电感的第二端。

10.根据权利要求1所述的电源滤波保护电路，其特征在于，组成所述滤波电路、保护电路和整流桥的电路元件均为贴片元件。