CN213125848U - 具有限流功能的电压变换电路、电源设备及飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有限流功能的电压变换电路、电源设备及飞行器，该电路包括限流保护单元，其第一端与电源供电端电连接，其第二端与电压变换芯片的输入端电连接，限流保护单元包括并联连接的第一限流电阻和第二限流电阻；电压变换芯片，其输出端与用电负载电连接，其与限流保护单元之间具有第一节点，其与用电负载之间具有第二节点；第一滤波单元，其第一端与第一节点电连接，其第二端接地，其用于对输入端电压进行滤波处理；第二滤波单元，其第一端与第二节点电连接，其第二端接地，第二滤波单元用于对输出端电压进行滤波处理。本实用新型通过并联的限流电阻降低冲击电流，避免冲击电流损毁元件，提高可靠性，提高输出电压稳定性。

Description

具有限流功能的电压变换电路、电源设备及飞行器

技术领域

本实用新型涉及电压变换技术领域，尤其涉及一种具有限流功能的电压变换电路、电源设备及飞行器。

背景技术

临近空间(Near space)是指距地面20～100公里的空域，临近空间处于台风、暴雨等灾害性天气***的上方关键区域，随着通信技术及空间飞行技术发展，在临近空间区域，采用飞行器对气象指标开展针对性目标观测具备较大的发展潜力。

目前，用于气象监测领域的飞行器的控制***存在大量特定额定电压的低压用电负载，现有的飞行器主要通过低压差线性稳压器输出特定电压，实现负载供电，其存在的缺点是，飞行器的控制***中存在大量的容性及感性负载，在电源上电的瞬间，会产生较大的冲击电流，容易损坏电路及负载中的元件，产品使用寿命低，可靠性较低。

实用新型内容

本实用新型提供一种具有限流功能的电压变换电路，解决了电源中冲击电流影响产品使用寿命的问题，有利于抑制冲击电流。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种具有限流功能的电压变换电路，包括：电压变换芯片、第一滤波单元、第二滤波单元及限流保护单元，所述限流保护单元的第一端与电源供电端电连接，所述限流保护单元的第二端与所述电压变换芯片的输入端电连接，所述限流保护单元包括并联连接的第一限流电阻和第二限流电阻；所述电压变换芯片的输出端与用电负载电连接，所述电压变换芯片与所述限流保护单元之间具有第一节点，所述电压变换芯片与用电负载之间具有第二节点，所述电压变换芯片用于将所述电源供电端提供的第一电压变换为第二电压；所述第一滤波单元的第一端与所述第一节点电连接，所述第一滤波单元的第二端接地，所述第一滤波单元用于对所述电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理；所述第二滤波单元的第一端与所述第二节点电连接，所述第二滤波单元的第二端接地，所述第二滤波单元用于对所述电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理。

可选地，所述电压变换芯片包括MSK5101电源芯片，所述MSK5101电源芯片用于将+5V直流电压变换为+1.8V直流电压。

可选地，所述电压变换芯片设有使能引脚EN及输出电压调节引脚FB，其中，所述使能引脚EN通过上拉电阻与所述限流保护单元电连接，所述输出电压调节引脚FB与分压电路电连接；所述分压电路包括串联连接的第一分压电阻及第二分压电阻，所述第一分压电阻的第一端与所述第二滤波单元的第一端电连接，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端电连接，所述第二分压电阻的第二端接地，所述第一分压电阻及第二分压电阻之间具有第三节点，所述输出电压调节引脚FB与所述第三节点电连接。

可选地，所述第一滤波单元包括并联连接的第一电容、第二电容及第一滤波支路，所述第一滤波支路包括串联连接的第三电容及第四电容。

可选地，所述第一电容和所述第二电容为贴片电容，所述第三电容和所述第四电容为电解电容。

可选地，所述第二滤波单元包括并联连接的第五电容及第二滤波支路，所述第二滤波支路包括串联连接的第六电容及第七电容。

可选地，所述第五电容为贴片电容，所述第六电容和所述第七电容为电解电容。

可选地，所述具有限流功能的电压变换电路还包括：浪涌抑制电路，所述浪涌抑制电路的输入端与所述电源供电端电连接，所述浪涌抑制电路的输出端与所述限流保护单元的第一端电连接，所述浪涌抑制电路包括第一熔断器及与所述第一熔断器并联连接的备用支路，所述备用支路包括串联连接的第二熔断器及分流电阻组件，所述第一熔断器的电阻值与所述备用支路的电阻值之间的比例值小于1:2。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电源设备，包括上述具有限流功能的电压变换电路。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种飞行器，包括上述电源设备。

本实用新型实施例提供的具有限流功能的电压变换电路、电源设备及飞行器，该电压变换电路设置电压变换芯片、第一滤波单元、第二滤波单元及限流保护单元，限流保护单元包括并联连接的第一限流电阻和第二限流电阻，采用第一滤波单元对电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理；采用第二滤波单元对电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理，通过并联的限流电阻降低冲击电流，解决了电源中冲击电流影响产品使用寿命的问题，提高可靠性，通过设置两级滤波单元对输入输出电压进行滤波处理，提高输出电压稳定性，改善负载供电质量。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的一种具有限流功能的电压变换电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的另一种电压变换电路的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二提供的一种电源设备的结构示意图；

图4是本实用新型实施例三提供的一种飞行器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本实用新型实施例一提供的一种具有限流功能的电压变换电路的结构示意图，本实施例可适用于对飞行器中的低压直流用电负载进行供电的应用场景。

如图1所示，该具有限流功能的电压变换电路1包括：电压变换芯片10、第一滤波单元20、第二滤波单元30及限流保护单元40，限流保护单元40的第一端与电源供电端电连接，限流保护单元40的第二端与电压变换芯片10的输入端(包括第一输入端VINA及第二输入端VINB)电连接，限流保护单元40包括并联连接的第一限流电阻R10和第二限流电阻R20；电压变换芯片10的输出端(包括第一输出端VOUTA及第二输出端VOUTB)与用电负载电连接，电压变换芯片10与限流保护单元40之间具有第一节点，电压变换芯片10与用电负载之间具有第二节点，电压变换芯片10用于将电源供电端提供的第一电压变换为第二电压；第一滤波单元20的第一端与第一节点电连接，第一滤波单元20的第二端接地，第一滤波单元20用于对电压变换芯片10的输入端电压进行滤波处理；第二滤波单元30的第一端与第二节点电连接，第二滤波单元30的第二端接地，第二滤波单元30用于对电压变换芯片10的输出端电压进行滤波处理。

本实施例中，电源供电端可为直流供电电源的输出端或者上一级直流电压变换器的输出端，电源供电端用于提供直流供电电压，该直流供电电压的电压值等于第一电压。

在本实施例中，第一限流电阻R10和第二限流电阻R20可采用规格型号形同的功率电阻，第一限流电阻R10和第二限流电阻R20的耐流值及额定电压可通过电压变换电路的具体参数进行计算，第一限流电阻R10和第二限流电阻R20互为冗余，有利于提高***可靠性。

示例性地，第一限流电阻R10和第二限流电阻R20可采用型号为RX21-2W-8r的功率电阻，第一限流电阻R10和第二限流电阻R20的电阻值为8欧姆，该电压变换电路的输出电流的电流值不超过第一电压/4，从而实现降低冲击电流。

可选地，电压变换芯片10的输出端(包括第一输出端VOUTA及第二输出端VOUTB)与用电负载之间可设置零欧姆电阻，在测试阶段，零欧姆电阻不焊接，保证电压变换芯片10的输出端(包括第一输出端VOUTA及第二输出端VOUTB)与后端的用电负载断开连接，经测试电压变换芯片10的输出端电压无误，焊接零欧姆电阻实现电压变换芯片10的输出端(包括第一输出端VOUTA及第二输出端VOUTB)与用电负载的电连接，不影响电路性能，简化测试操作。

具体地，在上电瞬间，并联连接的第一限流电阻R10和第二限流电阻R20限制电路的输出电流至0.7A以内，第一滤波单元20对电源供电端提供的直流供电电压进行滤波处理，并将处理后的直流供电电压输出至电压变换芯片10，电压变换芯片10将第一电压变换为第二电压，通过第二滤波单元30进行输出滤波处理，并将处理后的输出端电压输送至电路中的用电负载，该用电负载的额定工作电压等于第二电压。

本实用新型实施例提供的具有限流功能的电压变换电路，设置电压变换芯片、第一滤波单元、第二滤波单元及限流保护单元，限流保护单元包括并联连接的第一限流电阻和第二限流电阻，采用第一滤波单元对电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理；采用第二滤波单元对电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理，通过并联的限流电阻降低冲击电流，解决了电源中冲击电流影响产品使用寿命的问题，提高可靠性，通过设置两级滤波单元对输入输出电压进行滤波处理，提高输出电压稳定性，改善负载供电质量。

可选地，电压变换芯片10包括MSK5101电源芯片，MSK5101电源芯片用于将+5V直流电压变换为+1.8V直流电压，MSK5101电源芯片的最大输出电流为1.5A，MSK5101电源芯片的最小压差为350毫伏。

可选地，参考图1所示，电压变换芯片10设有使能引脚EN及输出电压调节引脚FB，其中，使能引脚EN通过上拉电阻R30与限流保护单元40电连接，输出电压调节引脚FB与分压电路110电连接；分压电路110包括串联连接的第一分压电阻R40及第二分压电阻R50，第一分压电阻R40的第一端与第二滤波单元30的第一端电连接，第一分压电阻R40的第二端与第二分压电阻R50的第一端电连接，第二分压电阻R50的第二端接地，第一分压电阻R40及第二分压电阻R50之间具有第三节点，输出电压调节引脚FB与第三节点电连接。

其中，使能引脚EN通过上拉电阻R30连接至电源供电端，***上电后电压变换芯片10立即启动工作；输出电压调节引脚FB与第一分压电阻R40及第二分压电阻R50之间的第三节点电连接，通过反馈监测电压对电压变换芯片10的输出端电压进行调节。

需要说明的是，电压变换芯片10还设有其他功能引脚，本领域技术人员可通过计算电路参数和查阅MSK5101电源芯片使用手册，确定MSK5101电源芯片中其他功能引脚连接的元件型号和规格，在此不再赘述。

可选地，继续参考图1所示，第一滤波单元20包括并联连接的第一电容C1、第二电容C2及第一滤波支路210，第一滤波支路210包括串联连接的第三电容C3及第四电容C4。

可选地，第一电容C1和第二电容C2为贴片电容，第三电容C3和第四电容C4为电解电容，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4的耐压值均大于电源供电端提供的第一电压。

示例性地，可设置第一电容C1的电容值等于0.1uF，第二电容C2的电容值等于0.01uF，第三电容C3的电容值等于22uF，第四电容C3的电容值等于22uF。

可选地，继续参考图1所示，第二滤波单元30包括并联连接的第五电容C5及第二滤波支路310，第二滤波支路310包括串联连接的第六电容C6及第七电容C7。

可选地，第五电容C5为贴片电容，第六电容C6及第七电容C7为电解电容，第五电容C5、第六电容C6及第七电容C7的耐压值均大于电压变换芯片10输出的第二电压。

示例性地，可设置第五电容C5的电容值等于0.1uF，第六电容C6的电容值等于22uF，第七电容C7的电容值等于22uF。

需要说明的是，可根据电压变换芯片10的输入端电压及输出端电压的电压值大小调整各电容的具体电容值，对此不作限制。

本实施例中，通过并联容值不同的多个电容，可滤除不同频段的信号噪声，改善滤波单元的滤波效果，通过串联多个电容，可提高电路可靠性。

图2是本实用新型实施例一提供的另一种电压变换电路的结构示意图。

可选地，参考图2所示，具有限流功能的电压变换电路1还包括：浪涌抑制电路50，浪涌抑制电路50的输入端与电源供电端电连接，浪涌抑制电路50的输出端与限流保护单元40的第一端电连接，浪涌抑制电路50包括第一熔断器F1及与第一熔断器F1并联连接的备用支路，备用支路包括串联连接的第二熔断器F2及分流电阻R，第一熔断器F1的电阻值与备用支路的电阻值之间的比例值小于1:2。

其中，第一熔断器F1及第二熔断器F2可采用型号规格相同的熔断丝，第二熔断器F2前端串联分流电阻R，形成非平衡式并联结构，在电压变换电路正常使用时，电流主要经过第一熔断器F1，若出现误操作导致电源输入电流过大，则第一熔断器F1发热断开，备用支路接入电路，正常为电路后端的用电负载供电；若电路后端的用电负载发生短路故障导致电路电流过大，则第一熔断器F1与备用支路均发热断开，有利于提高***可靠性，降低误操作导致的负载停机故障发生率。

可选地，第一熔断器F1具有第一电阻值R1，分流电阻R具有第二电阻值R2，第一电阻值R1及第二电阻值R2满足：R2＞10*R1。

在本实施例中，在电压变换电路正常使用时，第一熔断器F1及第二熔断器F2的电阻为毫欧级，可设置分流电阻R的电阻值为0.5欧姆，保证第一熔断器F1与备用支路的分流比例超过95％：5％，有利于提高***可靠性。

实施例二

图3是本实用新型实施例二提供的一种电源设备的结构示意图。参考图3所示，该电源设备100包括上述具有限流功能的电压变换电路1。

在本实施例中，该电源设备100还可设置其他电压变换电路与上述具有限流功能的电压变换电路1并联或者串联级联使用，达到适配不同额定工作电压的用电负载的目的。

由此，本实用新型实施例提供的电源设备，设置具有限流功能的电压变换电路，该电压变换电路设置电压变换芯片、第一滤波单元、第二滤波单元及限流保护单元，限流保护单元包括并联连接的第一限流电阻和第二限流电阻，采用第一滤波单元对电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理；采用第二滤波单元对电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理，通过并联的限流电阻降低冲击电流，解决了电源中冲击电流影响产品使用寿命的问题，提高可靠性，通过设置两级滤波单元对输入输出电压进行滤波处理，提高输出电压稳定性，改善负载供电质量。

实施例三

图4是本实用新型实施例三提供的一种飞行器的结构示意图。参考图4所示，该飞行器200包括上述电源设备100。

本实施例中，飞行器200包括飞艇或者无人机中的任意一种。

综上，本实用新型实施例提供的飞行器，设置具有限流功能的电压变换电路，该电压变换电路设置电压变换芯片、第一滤波单元、第二滤波单元及限流保护单元，限流保护单元包括并联连接的第一限流电阻和第二限流电阻，采用第一滤波单元对电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理；采用第二滤波单元对电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理，通过并联的限流电阻降低冲击电流，解决了电源中冲击电流影响产品使用寿命的问题，提高可靠性，通过设置两级滤波单元对输入输出电压进行滤波处理，提高输出电压稳定性，改善负载供电质量。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种具有限流功能的电压变换电路，其特征在于，包括：电压变换芯片、第一滤波单元、第二滤波单元及限流保护单元，所述限流保护单元的第一端与电源供电端电连接，所述限流保护单元的第二端与所述电压变换芯片的输入端电连接，所述限流保护单元包括并联连接的第一限流电阻和第二限流电阻；

所述电压变换芯片的输出端与用电负载电连接，所述电压变换芯片与所述限流保护单元之间具有第一节点，所述电压变换芯片与用电负载之间具有第二节点，所述电压变换芯片用于将所述电源供电端提供的第一电压变换为第二电压；

所述第一滤波单元的第一端与所述第一节点电连接，所述第一滤波单元的第二端接地，所述第一滤波单元用于对所述电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理；

所述第二滤波单元的第一端与所述第二节点电连接，所述第二滤波单元的第二端接地，所述第二滤波单元用于对所述电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理。

2.根据权利要求1所述的具有限流功能的电压变换电路，其特征在于，所述电压变换芯片包括MSK5101电源芯片，所述MSK5101电源芯片用于将+5V直流电压变换为+1.8V直流电压。

3.根据权利要求2所述的具有限流功能的电压变换电路，其特征在于，所述电压变换芯片设有使能引脚EN及输出电压调节引脚FB，其中，所述使能引脚EN通过上拉电阻与所述限流保护单元电连接，所述输出电压调节引脚FB与分压电路电连接；

所述分压电路包括串联连接的第一分压电阻及第二分压电阻，所述第一分压电阻的第一端与所述第二滤波单元的第一端电连接，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端电连接，所述第二分压电阻的第二端接地，所述第一分压电阻及第二分压电阻之间具有第三节点，所述输出电压调节引脚FB与所述第三节点电连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的具有限流功能的电压变换电路，其特征在于，所述第一滤波单元包括并联连接的第一电容、第二电容及第一滤波支路，所述第一滤波支路包括串联连接的第三电容及第四电容。

5.根据权利要求4所述的具有限流功能的电压变换电路，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容为贴片电容，所述第三电容和所述第四电容为电解电容。

6.根据权利要求1-3任一项所述的具有限流功能的电压变换电路，其特征在于，所述第二滤波单元包括并联连接的第五电容及第二滤波支路，所述第二滤波支路包括串联连接的第六电容及第七电容。

7.根据权利要求6所述的具有限流功能的电压变换电路，其特征在于，所述第五电容为贴片电容，所述第六电容和所述第七电容为电解电容。

8.根据权利要求1-3任一项所述的具有限流功能的电压变换电路，其特征在于，还包括：浪涌抑制电路，所述浪涌抑制电路的输入端与所述电源供电端电连接，所述浪涌抑制电路的输出端与所述限流保护单元的第一端电连接，所述浪涌抑制电路包括第一熔断器及与所述第一熔断器并联连接的备用支路，所述备用支路包括串联连接的第二熔断器及分流电阻组件，所述第一熔断器的电阻值与所述备用支路的电阻值之间的比例值小于1:2。

9.一种电源设备，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的具有限流功能的电压变换电路。

10.一种飞行器，其特征在于，包括权利要求9所述的电源设备。

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