CN202524080U

CN202524080U - 用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置

Info

Publication number: CN202524080U
Application number: CN2012201506962U
Authority: CN
Inventors: 朱军
Original assignee: SHANGHAI ZUNRUI ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: Shanghai hyjas Electron Co., Ltd.
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2022-04-11

Abstract

本实用新型公开了一种用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置，包括外壳和设置于外壳内的电路板，电路板包括EMI滤波器和浪涌抑制器，EMI滤波器的输入端与直流电源连接，EMI滤波器的输出端经过浪涌抑制器与用电设备连接。本实用新型具有如下有益效果：将滤波和浪涌功能二为一，缩小了整体体积、重量；提高了模块的电磁兼容性能和可靠性；所使用的场效应管具有较小的导通阻抗，使得功耗较小，响应速度快，通常为纳秒级。

Description

用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置。

背景技术

现今高科技电子产品向高性能、小型化、集成化方向发展，由此引起用电设备的抗电磁干扰能力和抗浪涌能力的普遍下降。当直流供电电源出现浪涌而超出用电设备的输入电压时，将直接导致设备的损坏；另外用电设备自身产生的传导干扰也同样会影响到供电电源***。用电设备具有良好的电磁兼容性（EMC即Electromagnetic Compatibility）和抗浪涌能力，是设计师在电源设计中必须考虑的问题。

为了使用电设备免受电源***的电磁干扰（EMI，即Electromagnetic Interference）和电源浪涌，目前通用的做法是在电源输入端依次接入独立的EMI滤波器和浪涌保护器件以达到设计要求。常用的浪涌保护器件使用压敏电阻或TVS管（TVS即TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR或称为瞬变电压抑制二极管）抑制直流浪涌，并在线路中串入一个功率电阻。这样做的缺点在于：

1)功率电阻在大电流时功耗较大；

2)压敏电阻或TVS管输出残压大；

3)响应速度慢，通常为毫秒或微秒级，这样的响应时间内足以导致用电设备损坏；

另外，普通的EMI滤波器体积较大，需要考虑单独的安装位置，在同浪涌抑制器相结合时，由于布局走线等诸多因素而导致电磁兼容性不佳。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型要解决的问题是，提供一种既能在直流电源供电端进行EMI滤波，同时又能对直流电源供电端的瞬时浪涌电压起到抑制作用的滤波和浪涌保护装置。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置，其特征在于，包括外壳和设置于所述外壳内的电路板，所述电路板包括EMI滤波器和浪涌抑制器，所述EMI滤波器的输入端与直流电源连接，所述EMI滤波器的输出端经过所述浪涌抑制器与用电设备连接。

作为优选，所述浪涌抑制器包括基准源电路、升压电路、升压保护电路、功率场效应管和钳位电路；所述EMI滤波器的输出端依次经过所述基准源电路、升压电路、升压保护电路和钳位电路的处理与用电设备连接；所述功率场效应管的串联在所述EMI滤波器的输出端和所述用电设备的输入端之间，并且所述功率场效应管的栅极与所述钳位电路连接。

本实用新型的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置，具有如下有益效果：

1)滤波和浪涌两个模块合二为一后大大缩小了其整体体积、重量，并减少了EMI滤波器的安装空间；

2)内部合理的布局布线提高了模块的电磁兼容性能和可靠性；

3)较小的导通阻抗，使得功耗较小；

4)场效应管的响应速度快，通常为纳秒级；

5)抑制输出电压稳定。

附图说明

图1是本实用新型的实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置的电路结构组成的框图示意图；

图2是本实用新型的实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置的外壳的示意图；

图3是未采用本实用新型实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置的电路的电磁干扰测试曲线图，其中图3A的频率范围为10KHZ-250KHz，图3B的频率范围为250KHz-10MHz；

图4是采用本实用新型实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置的电路的电磁干扰测试曲线图，图4A的频率范围为10KHZ-250KHz，图4B的频率范围为250KHz-10MHz；

图5～图8采用本实用新型实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置的电路的浪涌测试图，

其中，图5为过压浪涌情形下的输入-输出电压的波形对照图，图6为欠压浪涌情形下的输入-输出电压的波形对照图，图7为峰脉冲情形下的输入-输出电压的波形对照图，图8为输入-输出电压的之间的对应图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

如图2所示，本实用新型的实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置包括外壳100和设置于所述外壳100内的电路板（图中未示出）；图1为本实施例的电路组成框图，如图1所示，所述电路板包括EMI滤波器1和浪涌抑制器串联组成，所述EMI滤波器1的输入端与直流电源连接，所述EMI滤波器1的输出端经过所述浪涌抑制器与用电设备连接。EMI滤波器1是针对设备内部的共模和差模传导干扰而进行设计的，它由差模电感、差模电容、共模电感、共模电容构成，其中各个电容、电感量值决定了EMI滤波器1的***损耗、漏电流、耐压值，EMI滤波器1的结构组成为本领域的技术人员的常识，在此不再赘述。

如图1所示，具体地，本实施例中，所述浪涌抑制器包括基准源电路2、升压电路3、升压保护电路4、功率场效应管5和钳位电路6；所述EMI滤波器1的输出端依次经过所述基准源电路2、升压电路3、升压保护电路4和钳位电路6的处理与用电设备连接；所述功率场效应管5的串联在所述EMI滤波器1的输出端和所述用电设备的输入端之间，并且所述功率场效应管5的栅极与所述钳位电路6连接。图1中椭圆形的虚线所圈定的部件为功率场效应管5。以上各个电路的作用和组成介绍如下：

基准源电路2：根据***电路使其内的稳压集成芯片输出固定电压值，从而产生基准电压；

升压电路3：通过采集基准源电路2的电压，DC-DC升压集成芯片结合***电路作用，使DC-DC升压芯片升压到某个固定值；

升压保护电路4：当升压电路3未升压或未达到所需要的电压值时，关闭升压输出通道，当升压电路3达到所需电压值时，打开升压输出通道；

钳位电路6：与功率场效应管5的栅极端相连，用来控制功率场效应管5的开通。

以上所述的基准源电路2、升压电路3、升压保护电路4、钳位电路6均为本领域的技术人员所常用的，在此不再对其具体的电路结构进行详细描述。

以下结合附图说明本实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置的工作原理：

1)在正常工作时，输入电压经过基准源电路2后得到所需要的电压后，通过升压电路3升压，若达到设定值后，升压保护电路4打开升压输出通道，此时钳位电路6开始工作，将升压电压钳位在某个固定值，用来控制功率场效应管5的栅极，从而完全导通功率场效应管5，由于功率场效应管5导通电阻小，保证输入与输出之间压差△V小于80mV/A，这样就减小了整体的功耗。

2)在正常工作时，若输入极性反接，基准源电路立即工作，形成电流回路，切断输出，确保不破坏后续电路，避免本实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置及用电设备受反压冲击损坏。

3)在发生直流浪涌时（如达到80V/100ms），输入电压经过基准源电路后得到所需要的电压后，通过升压电路3升压，若达到设定值后，升压保护电路4打开升压输出通道，钳位电路6开始工作，将升压电压钳位在某个固定值，用来控制功率场效应管5的栅极，此时功率场效应管5的VGS保持最小导通压差，使输出电压比栅极电压低于最小导通压差（VGS），而瞬间的压差能量则耗散在功率场效应管5上，由于功率场效应管5的开通响应时间快，能瞬间限制高压到安全电压范围，从而确保用电设备的正常工作。

本实施例主要是将直流EMI滤波器和直流浪涌抑制器功能有效的融为一体，既能对***电源进行滤波又能对产品起到浪涌保护作用。这样做的优点在于：

1)合二为一后大大缩小了模块的体积、重量，并减少了EMI滤波器的安装空间；

2)内部合理的布局布线提高了电磁兼容性能和可靠性；

3)较小的导通阻抗，使得整体的功耗较小；

4) 场效应管的响应速度快，通常为纳秒级；

5)抑制输出电压稳定；

本实用新型不仅解决了EMC传导干扰问题，还解决了普通浪涌抑制器件输出残压高、响应速度慢等问题，从而保护电子设备免遭损坏。

以下结合图3-图8说明本实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置的优点。把本实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置串联在直流电源和用电设备之间。

图3所示的未采用本实用新型实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置的电路的电磁干扰测试曲线图；图4是采用本实用新型实施例的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置的电路的电磁干扰测试曲线图；其测试条件均为TCASE = 25°C, VIN = +28V ± 5%, IOUT=3A。图5为过压浪涌情形下的输入-输出电压的波形对照图，图6为欠压浪涌情形下的输入-输出电压的波形对照图，图7为峰脉冲情形下的输入-输出电压的波形对照图，图8为输入-输出电压的之间的对应图。对比图3和图4，结合图5-图8可以看出，本实施例具有如下优点：

1)优良的共模（CM）和差模（DM）***损耗特性（图3和图4的对比可以看出，其中损耗的单位为dB）；

2) 如图5所示，浪涌输入端电压80V/100ms，浪涌输出端电压箝位在36V；

3)如图6所示，浪涌输入端电压8V/100ms，浪涌输出端电压跟随输入电压；

4)如图7所示，浪涌抑制响应时间快；

5) 如图8所示，其输入-输出压差 (非浪涌阶段) △V小于80mV/A。

结合以上图3-图8，还可以看出，本实施例还具有下述优点：电源输入端极性反接时能自动切断输出，避免***受反压冲击损坏，并具有出色的尖峰浪涌吸收能力。

当然，以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置，其特征在于，包括外壳和设置于所述外壳内的电路板，所述电路板包括EMI滤波器和浪涌抑制器，所述EMI滤波器的输入端与直流电源连接，所述EMI滤波器的输出端经过所述浪涌抑制器与用电设备连接。

2.根据权利要求1所述的用于直流的串联式滤波和浪涌保护装置，其特征在于，所述浪涌抑制器包括基准源电路、升压电路、升压保护电路、功率场效应管和钳位电路；所述EMI滤波器的输出端依次经过所述基准源电路、升压电路、升压保护电路和钳位电路的处理与用电设备连接；所述功率场效应管的串联在所述EMI滤波器的输出端和所述用电设备的输入端之间，并且所述功率场效应管的栅极与所述钳位电路连接。