CN101771267A - 一种电源预处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供的电源预处理电路，该电路包括尖峰抑制电路、保护电路、隔离电路、控制电路；尖峰抑制电路并联于供电母线上；保护电路与隔离电路串联于供电母线上；控制电路通过对母线的采样实现对保护电路状态的控制。解决了现有压敏电阻VSR法和TVS法只能在轻载使用，应用范围比较窄，正常使用时功率损耗大；保护效果有限等技术问题，具有工作稳定，安全性、散热性和可靠性好等优点。

Description

一种电源预处理电路

技术领域

本发明涉及一种电源预处理电路。

背景技术

随着机载电子设备的不断进步与发展，过压浪涌、瞬态尖峰浪涌等“电污染”已成为一项严重影响用电设备使用和损坏的重要的实现的问题，某型号任务对航空加固计算机要求研制满足相关要求电源，同时要具有灵活的配置，满足安全性、散热性、可靠性和电磁兼容方面的要求。在某机载设备计算机中，电源模块的主要功能是实现电源转换，将机上一次电源电压转换为计算机需要的各种直流电压。由于该型号飞机供电情况复杂，存在传导噪声、磁场辐射干扰、过压浪涌、尖峰浪涌、欠压浪涌等一系列问题，其中会造成电源模块、以及用电模块损坏等严重故障的主要问题是过压浪涌和尖峰浪涌，目前不同飞机有不同类型的供电系统，执行的标准也不同，根据使用条件的不同，中在功率转换功能模块前采用预处理技术，常用的压敏电阻(VSR)法和TVS法。

参见图1，压敏电阻(VSR)法在输出负载较轻时，可以通过在电源模块输入端并接一组压敏电阻VSR(Voltage Sensitiv resistor)，如图1所示的方案来处理浪涌。压敏电阻VSR是过压保护元件，乃冲击电流的能力很强，通流量可达到100A~20KA；漏电流低于几至几十微安，工作稳定，电阻温度系数低于0.05％/℃。压敏电阻是以氧化锌(ZnO)为主要材料制成的金属-氧化物-半导体陶瓷元件，其电阻值随电压的变化而变化。

参见图2，TVS法在输出负载轻时，可以在输入端串入一个二端口网络，这里我们要注意电阻R的额定功率(P)，要满足在正常供电输入电流(I)时的电阻功耗(I²R)小于P。在浪涌期间，电压将被钳位在大功率TVS的设定电压，浪涌功率被消耗在电阻(R)与TVS管上，达到我们的设计值。此方案主要针对小功率输入的情况，不但可以抑制短时间的过压浪涌，而且可以抑制瞬态尖峰。

在实际应用中，压敏电阻(VSR)法和TVS法多，只能在轻载使用，应用范围比较窄；正常使用时功率损耗大；保护效果有限；也响应速度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电源预处理电路。

本发明的技术方案如下：

一种电源预处理电路，该电路包括尖峰抑制电路、保护电路、隔离电路、控制电路；所述尖峰抑制电路并联于供电母线上；所述保护电路与隔离电路串联于供电母线上；所述控制电路通过对母线的采样实现对保护电路状态的控制。

上述电路还包括对控制电路进行供电的辅助电源。

上述电路还包括防止故障蔓延的保险丝。

上述隔离电路主要通过隔离二极管实现。

附图说明：

图1为本发明耦合电感的等效电路图。

本发明的优点如下：

1.带载能力强：过压保护电路配置灵活，可根据用电设备使用功率的情况，进行功率器件的选择、配置，使用的功率器件耐冲击电流的能力很强可达到几百安，瞬时功率可达到几百瓦至几千瓦，且工作稳定，保证应用的广泛性；

2.功率损耗小：在正常供电范围内，尖峰抑制器处于开路状态，无能量损耗；过压保护电路处于低阻抗导通状态，导通阻抗为毫欧级，功率损耗很低，满足安全性、散热性和可靠性方面的要求；

3.保护效果好：钳位电路法采用综合分层逐级处理的方式，电压较高、时间较短的尖峰浪涌通过尖峰抑制器钳位、吸收；电压较低、时间较长的过压浪涌和尖峰抑制器未吸收的尖峰电压通过过压保护电路钳位、吸收；

4.响应时间比较快：过压浪涌的时间是毫秒级的，钳位电路法中的尖峰抑制器(TVS管)、过压保护电路的响应时间是微秒级，满足对过压浪涌的响应时间要求；

具体实施方式：

本发明所提供的电路依据“模块化”原则，采用综合考虑分层逐级处理的方式，在供电的输入端与用电设备之间串入一个降压二端口功能电路组件，形成一个隔离墙，对供电线传导进来的过压浪涌和尖峰浪涌呈现出高阻状态，将这部分高危能量抑制消耗掉，而在正常供电状态下，呈现出低阻状态，功率损耗很小，最大损耗都控制在2％以内。钳位电路包含保险丝、尖峰抑制器、辅助电源、控制电路、保护电路、隔离二极管。

如图3所示，钳位电路主要针对的是过压浪涌和尖峰浪涌问题，尖峰浪涌的浪涌电压最大为600V持续最大时间为10us，过压浪涌的浪涌电压最大为80V持续最大时间为50ms。根据过压浪涌和尖峰浪涌能量构成、形成原因，钳位电路法采用综合分层逐级处理的方式，28V供电正常时，尖峰抑制器呈现出开路状态，控制电路控制过压保护电路，使该电路处于低阻抗导通状态，导通阻抗为毫欧级，功率损耗很低，因此对供电28V电压几乎无影响，可以保证正常供电。其中，过压浪涌钳位吸收原理如下：

在供电端出现电压较低、时间较长的过压浪涌(80V/50ms)时，尖峰抑制器呈现出开路状态，控制电路控制过压保护电路，使该电路处于高阻的钳位状态，吸收高出32V设定值的能量，如图3所示，过压保护电路与受保护的用电设备是串联关系可得到公式1，经过变换过压保护电路耗散的能量P耗与用电设备用电功率P出的关系可通过公式2计算出，根据这种关系，就可以按照用电设备用电功率灵活配置过压保护电路中的器件参数。

尖峰浪涌钳位吸收原理如下：

在供电端出现电压较高、时间较短的尖峰浪涌(600V/10us)时，依靠前端的尖峰抑制器(TVS管)来钳位吸收高出设定值(80V)的能量，如图3所示，尖峰抑制器与受保护的用电设备是并联关系，尖峰抑制器(TVS管)的内阻会急剧变小，将绝大部分的高压分流掉，根据耐尖峰电压试验的要求，供电电源的内阻抗为50欧姆，尖峰试验的尖峰电压为600V，设定将尖峰电压抑制在80V的范围，TVS管此时的阻抗可以由公式3得到：

$\frac{80}{R_{\mathrm{TVS}}}=\frac{600}{50+R_{\mathrm{TVS}}}---\left(3\right)$

经计算可得到：

R_TV5＝7.7欧姆

根据公式4可以计算出此时尖峰抑制器(TVS管)的耗散功率PTVS：

$P_{\mathrm{TVS}}=\frac{U^2}{R_{\mathrm{TVS}}}=\frac{{80}^2}{7.7}\≅861---\left(4\right)$

根据设计降额原则，实际选取TVS管的瞬态最大功率为1500W。按照分步钳位吸收的原则，对于80V一下的这部分能量，则由串联在供电回路中的过压保护电路来完成。

Claims (4)

1.一种电源预处理电路，其特征在于：该电路包括尖峰抑制电路、保护电路、隔离电路、控制电路；所述尖峰抑制电路并联于供电母线上；所述保护电路与隔离电路串联于供电母线上；所述控制电路通过对母线的采样实现对保护电路状态的控制。

2.根据权利要求1所述的电源预处理电路，其特征在于：该电路还包括对控制电路进行供电的辅助电源。

3.根据权利要求2所述的电源预处理电路，其特征在于：所述电路还包括防止故障蔓延的保险丝。

4.根据权利要求3所述的电源预处理电路，其特征在于：所述隔离电路主要通过隔离二极管实现。

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