CN109510458A - 升压滤波装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升压滤波装置，装置包括：滤波器，对直流输入电压和直流输出电压进行滤波，以消除输入或输出电压中的噪声；直流升压模块，将滤波后的直流输入电压通过储能电感器、整流器和斩波电路进行升压；过压保护电路，采样直流输出端上的直流输出电压，当直流输出电压超过一设定值后，切断辅助电源向控制电路提供的电源，以使直流升压模块停止工作。本发明提供的升压滤波装置中过压保护电路不需要增加很多器件就可以实现过压保护功能。过流保护电路与输入防反电路集成在一起，能够很好的实现过流保护的功能，并且实现成本低。另外，散热效果好，对外接口简单。并且，电路板设计采用了四周全包围方式，回路面积少，板级电磁兼容性好。

Description

升压滤波装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地说，涉及一种升压滤波装置。

背景技术

目前内燃机车控制***DC 110V或74V供电电源来自蓄电池，蓄电池两端还并联有柴油机启动电机、空气压缩机及其他电器。当柴油机启机或者空气压缩机启动时，由于蓄电池负载电流大范围突变，机车控制电源DC 110V或74V电源大幅度降低，且低于控制***工作电源的允许输入电压范围的底限(DC 77V和DC45V)。特别是机车柴油机启动时，机车DC110V电源值低于控制***供电电源底限的时间会持续数秒，此时机车微机控制***开关电源处于非正常工作状态，导致微机控制***不能正常工作。

为了解决供电电源的稳定性问题，急需一种稳定性高的用于内燃机车的控制电源的升压滤波装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种升压滤波装置，所述装置包括：

滤波器，其用以对直流输入电压和直流输出电压进行滤波，以消除输入或输出电压中的噪声；

直流升压模块，用于将滤波后的直流输入电压通过储能电感器、整流器和斩波电路进行升压，其中，所述斩波电路包括：

斩波管，

控制电路，其输出连接到所述斩波管的门极控制端，用以提供脉冲序列信号使得所述斩波管处于周期性导通状态；

辅助电源，其用以向所述控制电路提供电源；

过压保护电路，其采样直流输出端上的直流输出电压，当直流输出电压超过一设定值后，切断所述辅助电源向所述控制电路提供的电源，以使所述直流升压模块停止工作。

根据本发明的一个实施例，所述过压保护电路包括：

限压二极管，其阴极连接在直流输出电压的高压端，用以获取输出电压值；

可控开关，其控制端连接在所述限压二极管的阳极，用以在输出电压值超过所述限压二极管的反向导通电压时导通，以向所述辅助电源发出切断提供给所述控制电路的电源的信号。

根据本发明的一个实施例，所述可控开关包括继电器或者MOS管。

根据本发明的一个实施例，所述限压二极管上串联有限流电阻。

根据本发明的一个实施例，所述装置还包括：

防反和过流保护电路，其连接在直流输入电压的低电压端和直流输出电压的低电压端之间，用以采样所述直流输入电压的低电压端与所述直流输出电压的低电压端之间的电流，并在所述电流值超过一设定值时，切断整个回路。

根据本发明的一个实施例，所述防反和过流保护电路包括：

电流采样电阻，其串联在所述直流输入电压的低电压端与所述直流输出电压的低电压端之间，用以采样流经的电流；

电压比较器，其包括两个电压比较端和一个输出端，第一比较端连接在所述电流采样电阻上，用以输入所述电流采样电阻上的电压，第二比较端用于输入基准电压，当所述第一比较端上的电压值超过所述第二比较端上的电压值时，在所述输出端上输出过流指示信号；

可控开关，其两个开关端分别连接在直流输入电压的低电压端和直流输出电压的高电压端上，所述可控开关的控制端连接在所述电压比较器的输出端上，用以接收所述过流指示信号，以切断整个回路。

根据本发明的一个实施例，在所述防反和过流保护电路中还包括：

运算放大电路，其连接在所述电流采样电阻与所述电压比较器之间，用以将所述电流采样电阻上的电压进行运算放大。

根据本发明的一个实施例，当所述第一比较端上的电压值恢复到不超过所述基准电压时，所述电压比较器在输出端上输出电流正常指示信号，以使得所述开关管导通，从而以动态方式接通整个回路。

根据本发明的一个实施例，所述装置还包括：

散热板和封装外壳，

其中，所述防反和过流保护电路以及过电压保护电路直接集成安装在所述散热板上，通过所述散热板与封装外壳相连。

本发明的有益之处在于，在电路设计方面，过压保护电路结构简单，效果良好，不需要增加很多器件就可以实现过压保护功能。过流保护电路与输入防反电路集成在一起，方案简单，集成度高，能够很好的实现过流保护的功能，并且实现成本低。另外，在装置设计方面，上面板和下面板都开了散热孔，功率器件如MOS管以及整流管等都安装在散热板上，散热板与外壳紧密压在一起，散热效果好，整个装置结果紧凑，电磁兼容性能好，对外接口简单。并且，电路板设计采用了四周全包围方式，输入输出回路紧凑，回路面积少，板级电磁兼容性好。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1显示了一种升压滤波装置的结构框图；

图2显示了根据本发明的一个实施例的升压滤波装置结构框图；

图3进一步显示了根据本发明的一个实施例的升压滤波装置的细节结构框图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的过压保护电路图；

图5显示了根据本发明的一个实施例的防反和过流保护电路图；

图6显示了根据本发明的一个实施例的升压滤波装置的结构示意图；以及

图7显示了根据本发明的一个实施例的升压滤波装置的电路板示意图。

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，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

图1显示了一种升压滤波装置的结构框图。如图1所示，升压滤波装置包含第一滤波器、第二滤波器、辅助电源、储能电感器、整流感应器、电流互感器、斩波管以及电压取样电路。

其中，第一滤波器连接在输入正极以及输入负极之间，辅助电路并联在第一滤波器两端，储能电感器的一端连接在辅助电源的输入正极连接端，辅助电路的另一端连接在整流感应器的一端，整流感应器的另一端连接在输出正极端。储能电感器以及整流感应器之间引出一端，电流互感器以及斩波管串联连接在引出的一端以及输出负极之间，电流互感器以及斩波管还与斩波控制电路连接。电压取样电路连接在输出正极以及输出负极之间，电压取样器还与斩波控制电路连接。第二滤波器连接在输出正极以及输出负极之间。

如图1所示的DC/DC升压滤波模块串联在机车DC 110V电源和控制***的开关电源之间，在电机启动或其他原因使开关电源输入电压发生波动时，可通过斩波控制电路调整斩波管的占空比，从而使开关电源输入端电压保持在允许范围之内，电源得以正常工作。

当电流互感器输出的互感电流大于规定的电流时，斩波控制电路调低斩波管的占空比，电源输出端电压降低。反之，则调高斩波管的占空比，电源输出端电压升高。当电压取样电路的取样值大于规定电压值时，封闭斩波管，此时整个装置相当于一个滤波器。当取样值小于规定电压值时，斩波管在斩波控制电路的控制下正常工作，此时整个装置相当于一个升压器和滤波器的组合。

图1所示的电路虽然能够起到升压滤波的作用，但是缺乏过压和过流保护电路。另外，由于电容容量偏低，因此不能提供后级电源中断试验。并且，结构设计也比较复杂。

为了解决以上装置存在的问题，本发明提供了一种升压滤波装置，在电路上增加了过压保护和过流保护。并且，增大了电容的容值。

图2显示了根据本发明的一个实施例的升压滤波装置结构框图。如图2所示，升压滤波装置包含滤波器、辅助电源、储能电感器、整流器、控制电路、斩波管以及过压保护电路。

其中，滤波器一般包含两个，其中一个连接在输入正极以及输入负极之间，另一个连接在输出正极以及输出负极之间。辅助电源连接在输入正极以及输入负极之间，储能电感器的一端连接在辅助电源上，另一端连接整流器，整流器的另一端连接在输出正极上。过压保护电路的一端连接在辅助电源上，另一端接收输出端的电压。控制电路的一端连接在辅助电源上，另一端连接在斩波管的一端，斩波管的另一端连接在输出负极上。

另外，辅助电源、控制电路以及斩波组成斩波电路，储能电感器、整流器以及斩波电路组成直流升压模块。

升压滤波装置各部分的作用分别是，滤波器对直流输入电压和直流输出电压进行滤波，以消除输入或输出电压中的噪声。直流升压模块将滤波后的直流输入电压通过储能电感器、整流器和斩波电路进行升压。控制电路，输出连接到斩波管的门极控制端，用以提供脉冲序列信号使得斩波管处于周期性导通状态。辅助电源向控制电路提供电源。

另外，过压保护电路采样直流输出端上的直流输出电压，当直流输出电压超过一设定值后，切断辅助电源向控制电路提供的电源，以使直流升压模块停止工作。即过压保护电路采样直流输出端上的直流输出电压，一旦以上电压超过过压值即拉低辅助电源电压，此时控制电路不工作，从而升压模式停止。

图3进一步显示了根据本发明的一个实施例的升压滤波装置的细节结构框图。如图3所示，升压滤波装置包含第一滤波器、第二滤波器、过流保护电路、MOS管、电流采样电阻、辅助电源、过压保护电路、储能电感器、整流器、控制电路、电流互感器、斩波管以及电压取样电路。

与图2的升压滤波装置相比，图3的升压滤波装置增加了过流保护电路、电流采样电阻、MOS管、电流互感器以及电压取样电路。其中，MOS管、电流采样电阻以及过流保护电路组成防反和过流保护电路。

其中，第一滤波器连接在输入正极以及输入负极之间，电流采样电阻与MOS管串联在输入负极以及输出负极之间。过流保护电路的第一端连接MOS管，第二端连接输出负极，第三端连接在MOS管和电流采样电阻之间。辅助电源连接在输入正极以及输入负极之间，储能电感器的一端连接辅助电源，另一端连接整流器，整流器的另一端连接输出正极。

过压保护电路的一端连接辅助电源，另一端连接电压取样电路，电压取样电路连接在输出正极以及输出负极之间，电压取样电路还连接在控制电路上。控制电路的一端连接辅助电源，另一端连接电流互感器。斩波管连接在控制电路的输出端，另外，斩波管还连接在电流互感器的一端以及输出负极上。电流互感器与斩波管串联连接，电流互感器的一端连接在储能电感器以及整流器之间。

在电路设计上，图3增加了防反和过流保护电路，并且增大了第二滤波器上的电容容值。防反和过流保护电路连接在直流输入电压的低电压端和直流输出电压的低电压端之间，用以采样直流输入电压的低电压端与直流输出电压的低电压端之间的电流，并在电流值超过一设定值时，切断整个回路。

图4显示了根据本发明的一个实施例的过压保护电路图。如图4所示，过压保护电路包含可控开关、限压二极管V1、二极管V14、电阻R1、电阻R2、以及电容C1。

其中，过压保护电路的输入端接收输出电压取样，然后连接限压二极管V1的阴极，限压二极管V1的阳极连接电阻R2，电阻R2的另一端连接二极管V14的阴极，二极管V14的阳极连接在可控开关的开关端，电容C1与电阻R1均与二极管V14并联，可控开关的另一个开关端连接控制器供电电源，控制端与二极管V14的阴极连接。

采用了图4所示的过压保护电路，输出电压取样后经限压二极管V1限压，如果输出电压过压，则限压二极管V1导通，从而可控开关导通，向辅助电源发出切断提供给控制电路的电源的信号，则升压功能消失，整个装置不会过压失控。

需要说明的是，此处列举的过压保护电路并不是唯一的，其他可以达到过压保护目的的过压保护电路也可以运用到本发明的升压滤波装置中，本发明不限于此。另外，在本发明的升压滤波装置中可控开关可以为MOS管，也可以为继电器，本发明也不对此作出限制。

图5显示了根据本发明的一个实施例的防反和过流保护电路图。如图5所示，防反和过流保护电路包含可控开关、电流采样电阻R28、电阻R3、电阻R33、电阻R29、电阻R4、电阻R34、电阻R31、电阻R30、电阻R32、电容C19、电容C25、二极管V6、运算放大器以及电压比较器。

其中，电流采样电阻R28串联在直流输入电压的低电压端与直流输出电压的低电压端之间，用以采样流经的电流。电压比较器包括两个电压比较端和一个输出端，第一比较端连接在电流采样电阻R28上，用以输入电流采样电阻R28上的电压，第二比较端用于输入基准电压，当第一比较端上的电压值超过第二比较端上的电压值时，在输出端上输出过流指示信号。

可控开关两个开关端分别连接在直流输入电压的低电压端和直流输出电压的高电压端上，可控开关的控制端连接在电压比较器的输出端上，用以接收过流指示信号，以切断整个回路。

为了解决过流问题，可以采用MOS管作为可控开关，当流过电流采样电阻R28上的电流比较大，超过过流保护点时，采用差分电路检测方式，经运算放大器放大后与基准电压进行比较，当超过基准电压后，电压比较器导通，使MOS管的G极电压迅速拉低，此时MOS管关端。电流减少后，电压比较器又恢复正常输出(输出切开)，实现饱嗝式过流保护。

图6显示了根据本发明的一个实施例的升压滤波装置的结构示意图。如图6所示，装置包含盖板1、支撑柱2、电路板3、MOS管4、散热板5以及面板6。

本发明提供的升压滤波装置除了在电路设置方面进行优化之外，也在结构方面进行了优化设计。电路板3上MOS管4和二极管直接安装在散热板5上，通过散热板5再与外壳相连。面板6上采用五芯金属连接器，输入和输出从其中的四个端子引出。工作指示灯通过导光柱在面板6上显示。

由于发热源主要集中在MOS管4和整流输出二级管上，这些发热器件的散热面通过绝缘导热垫与散热板5压紧，散热板5与整个装置的外壳相连，通过外壳扩大了导热面积，使得电路工作时整个温升低，电路可靠性和寿命相应增长。

由于整个装置除了散热孔和对外连接器外全部密封，在输入电路中采用了滤波器，因此装置电磁兼容性能优良。

图7显示了根据本发明的一个实施例的升压滤波装置的电路板示意图。为了充分利用一边来进行散热设计，本发明提供的PCB版图采用了五芯连接器，连接器的左边为电压输入，负边通过滤波电感后送入防反MOS管即防反和过流保护电路中的可控开关，该防反MOS管同时作为过流保护用。

第二个MOS管作为辅助电源供电用，第三个MOS管为斩波管。最后一个为输出整流管。安装孔通过接地和印制线全部连在一起，确保接地可靠，并且保证了屏蔽效果。

本发明的有益之处在于，在电路设计方面，过压保护电路结构简单，效果良好，不需要增加很多器件就可以实现过压保护功能。过流保护电路与输入防反电路集成在一起，方案简单，集成度高，能够很好的实现过流保护的功能，并且实现成本低。另外，在装置设计方面，上面板和下面板都开了散热孔，功率器件如MOS管以及整流管等都安装在散热板上，散热板与外壳紧密压在一起，散热效果好，整个装置结果紧凑，电磁兼容性能好，对外接口简单。并且，电路板设计采用了四周全包围方式，输入输出回路紧凑，回路面积少，板级电磁兼容性好。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种升压滤波装置，其特征在于，所述装置包括：

滤波器，其用以对直流输入电压和直流输出电压进行滤波，以消除输入或输出电压中的噪声；

直流升压模块，用于将滤波后的直流输入电压通过储能电感器、整流器和斩波电路进行升压，其中，所述斩波电路包括：

斩波管，

控制电路，其输出连接到所述斩波管的门极控制端，用以提供脉冲序列信号使得所述斩波管处于周期性导通状态；

辅助电源，其用以向所述控制电路提供电源；

过压保护电路，其采样直流输出端上的直流输出电压，当直流输出电压超过一设定值后，切断所述辅助电源向所述控制电路提供的电源，以使所述直流升压模块停止工作。

2.如权利要求1所述的升压滤波装置，其特征在于，所述过压保护电路包括：

限压二极管，其阴极连接在直流输出电压的高压端，用以获取输出电压值；

可控开关，其控制端连接在所述限压二极管的阳极，用以在输出电压值超过所述限压二极管的反向导通电压时导通，以向所述辅助电源发出切断提供给所述控制电路的电源的信号。

3.如权利要求2所述的升压滤波装置，其特征在于，所述可控开关包括继电器或者MOS管。

4.如权利要求2所述的升压滤波装置，其特征在于，所述限压二极管上串联有限流电阻。

5.如权利要求1-4中任一项所述的升压滤波装置，其特征在于，所述装置还包括：

防反和过流保护电路，其连接在直流输入电压的低电压端和直流输出电压的低电压端之间，用以采样所述直流输入电压的低电压端与所述直流输出电压的低电压端之间的电流，并在所述电流值超过一设定值时，切断整个回路。

6.如权利要求5所述的升压滤波装置，其特征在于，所述防反和过流保护电路包括：

电流采样电阻，其串联在所述直流输入电压的低电压端与所述直流输出电压的低电压端之间，用以采样流经的电流；

电压比较器，其包括两个电压比较端和一个输出端，第一比较端连接在所述电流采样电阻上，用以输入所述电流采样电阻上的电压，第二比较端用于输入基准电压，当所述第一比较端上的电压值超过所述第二比较端上的电压值时，在所述输出端上输出过流指示信号；

可控开关，其两个开关端分别连接在直流输入电压的低电压端和直流输出电压的高电压端上，所述可控开关的控制端连接在所述电压比较器的输出端上，用以接收所述过流指示信号，以切断整个回路。

7.如权利要求6所述的升压滤波装置，其特征在于，在所述防反和过流保护电路中还包括：

运算放大电路，其连接在所述电流采样电阻与所述电压比较器之间，用以将所述电流采样电阻上的电压进行运算放大。

8.如权利要求7所述的升压滤波装置，其特征在于，当所述第一比较端上的电压值恢复到不超过所述基准电压时，所述电压比较器在输出端上输出电流正常指示信号，以使得所述开关管导通，从而以动态方式接通整个回路。

9.如权利要求6所述的升压滤波装置，其特征在于，所述装置还包括：

散热板和封装外壳，

其中，所述防反和过流保护电路以及过电压保护电路直接集成安装在所述散热板上，通过所述散热板与封装外壳相连。