CN103166482A - 具有多种保护功能的通信电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电源模块，尤其涉及一种具有多种保护功能的通信电源。包括：交流滤波1、桥式整流滤波电路2、软启动电路3、功率变换电路4、二次输出整流滤波电路5、PWM控制电路6；交流电压经交流滤波1进行滤波后输出与桥式整流滤波电路2的输入端电连接，经桥式整流滤波进行输出，桥式整流滤波电路2的输出端经软启动电路3后与功率变换电路4电连接，功率变换电路4的受控端与PWM控制电路6的控制端电连接，PWM控制电路6输入与二次输出整流滤波电路5输出端电连接，桥式整流滤波电路2的输入端与PWM控制电路6之间有输入过电压、欠电压保护电路12。

Description

具有多种保护功能的通信电源

技术领域

本发明涉及一种电源模块，尤其涉及一种具有多种保护功能的通信电源。 

背景技术

随着科学技术的飞速发展，通信行业与人们的关系日益密切，在人们日常工作、生活中发挥着越来越重要的作用。任何通信设备都离不开稳定可靠的电源作为供电系统，而开关电源因具有稳压范围宽、体积小、效率高、使用方便灵活等突出优点，逐渐在通信设备中被广泛使用。 

同时许多高新技术，如高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等电源相关技术的发展。开关电源技术也在不断地创新，这也为开关电源广泛应用于通信设备中提供了更大的发展空间。由于开关电源的控制电路比较复杂，晶体管和集成器件耐电、热冲击的能力相对较差。并且开关电源在工作时还经常会受到各种外界因素的干扰，从而产生电压波动，造成过、欠电压等状况，这样势必造成电源的输出不稳定。如果通信设备长期工作在该环境中，会受到极大程度的损坏，将会给用户带来很大不便。 

发明内容

本发明的目的是提供一种可抗击多种外界因素干扰的具有多种保护功能的通信电源。 

本发明的目的是这样实现的，具有多种保护功能的通信电源，包括：交流滤波1、桥式整流滤波电路2、软启动电路3、功率变换电路4、二次输出整流滤波电路5、PWM控制电路6；PWM控制电路6由驱动电路601、取样电路602、比较放大电路603、脉宽调制电路604、基准电路605构成，交流电压经交流滤波1进行滤波后输出与桥式整流滤波电路2的输入端电连接，经桥式整流滤波进行输出，桥式整流滤波电路2的输出端经软启动电路3后与功率变换电路4电连接，功率变换电路4的受控端与PWM控制电路6的控制端电连接，PWM控制电路6输入与二次输出整流滤波电路5输出端电连接，由PWM控制电路6的取样电路602检测输出电压波动信号或输出电流波动信号，输出电压波动信号或输出电流波动信号与基准电路605的基准信号一起输入到比较放大电路603的输入端，由比较放大电路603的输出端与脉宽调制电路604的控制端电连接，控制脉宽调制电路604的脉宽，脉宽变化信号经驱动电路601放大控制功率变换电路4稳定电压波动或电流波动，桥式整流滤波电路2的输入端与PWM控制电路6之间有输入过电压、欠电压保护电路12。 

二次输出整流滤波电路5包括续流二极管、储能电感和滤波电容组成。 

软启动保护电路3由限流电阻R16和电容器C3构成，限流电阻R16和电容器C3的连接点与功率变换电路的第一输入绕组L1和第二输入绕组L2的连接连接，限流电阻R16另一端与桥式整流滤波电路的输出端电连接，电容器C3与电源负端电连接；当电源接通瞬间，软启动保护电路3开始工作，输入电压经整流桥U和限流电阻R16对电容器C3充电，由于开机时，C3的电压为零，因此，逆变器开机时不能正常工作，也就是限制了开机时产生的浪涌电流；当电容器C3充电到约80%额定电压时，逆变器正常工作，经主变压器辅助绕组产生晶闸管V1的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻R16，开关电源处于正常运行状态。 

输入过电压、欠电压保护电路12的输入端与交流滤波1输出端或桥式整流滤波电路2的输入端，取样电压分为两路，一路经R1、R2分压，R1和R2的连接点经电容C1对地滤波后，在通过R3、R4分压后输入到第一比较器的同相端3脚；另一路经R7、R8分压，R7和R8的连接点经电容C2对地滤波后，在通过R9、R10分压后输入到第二比较器的异相端6脚，由电阻R5、R6、R11、R12构成桥路，电阻R5和R11连接后接负端，电阻R6和R12连接后接脚基准电压，电阻R5和电阻R6另一端接第一比较器的异相端2脚，电阻R11和电阻R12另一端接第二比较器的同相端5脚，第一比较器和第二比较器输出端分别通过二只二极管正向导通过后与PWM控制电路6的脉宽调制电路604输入端电连接；如取样电压低于5脚基准电压，第二比较器的7脚输出高电平去控制PWM控制电路6关断，电源无输出；如取样电压高于2脚基准电压，第一比较器的1脚输出高电平去控制PWM控制电路6使其关断，电源无输出。 

第一比较器和第二比较器是LM2904。 

所述的功率变换电路4包括逆变变压器T、开关调整管V2，逆变变压器T包括第一输入绕组L1和第二输入绕组L2和第一输出绕组L3和第二输出绕组L4，第二输入绕组L2的一端与开关调整管V2电连接，开关调整管V2与驱动电路601电连接，驱动电路601控制开关调整管V2导通和关闭时间，开关调整管7电连接有过电流保护电路。 

过电流保护电路由三极管V2和分压电阻R13、R14组成，电阻R13和R14串接在保护开关调整管V1的输入端与地之间，电阻R13和R14的连接点与三极管V2基极电连接，三极管V2的发射极与开关调整管V1的发射极电连接，三极管V2的集电极通过电阻R15与开关调整管V1的集电极电连接。 

开关调整管7电连接有过热保护电路。 

过热保护电路包括：电容C、电阻Rr和热晶闸管TT201，电容C、电阻Rr并联后接在热晶闸管TT201的正电极和控制电极之间；热晶闸管TT201正电极接开关调整管基极，热晶闸管TT201的负电极接开关调整管发射极。 

开关调整管7固定在带散热槽的壳体8上，大功率开关调整管7通过导热绝缘垫9和绝缘衬套10上下与带散热槽的壳体8进行绝缘。 

本发明的优点是：由于采用多种安全保护电路可以有效保护电源自身和负载的正常工作，具有较高的工作可靠性，可以减少用电设备维修成本，进一步降低通信系统的整体运营成本。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明： 

图1是本发明电源的主电路结构框图；

图2是图1的电路原理图； 

图3为输入过电压、欠电压保护电路的原理图；

图4为输入过电流保护电路的原理图；

图5为过热保护电路的原理图；

图6是大功率开关调整管散热结构示意图俯视图；

图7是大功率开关调整管散热结构示意图主视图。

图中，1、交流滤波；2、桥式整流滤波电路；3、软启动电路；4、功率变换电路；5、二次输出整流滤波电路；6、PWM控制电路；7、开关调整管；8、带散热槽的壳体；9、导热绝缘垫；10、绝缘衬套；11、螺钉；12、输入过电压、欠电压保护电路。 

具体实施方式

参见图1和图2所示，具有多种保护功能的通信电源，包括：交流滤波1、桥式整流滤波电路2、软启动电路3、功率变换电路4、二次输出整流滤波电路5、PWM控制电路6；PWM控制电路6由驱动电路601、取样电路602、比较放大电路603、脉宽调制电路604、基准电路605构成，交流电压经交流滤波1进行滤波后输出与桥式整流滤波电路2的输入端电连接，经桥式整流滤波进行输出，桥式整流滤波电路2的输出端经软启动电路3后与功率变换电路4电连接，功率变换电路4的受控端与PWM控制电路6的控制端电连接，PWM控制电路6输入与二次输出整流滤波电路5输出端电连接，由PWM控制电路6的取样电路602检测输出电压波动信号或输出电流波动信号，输出电压波动信号或输出电流波动信号与基准电路605的基准信号一起输入到比较放大电路603的输入端，由比较放大电路603的输出端与脉宽调制电路604的控制端电连接，控制脉宽调制电路604的脉宽，脉宽变化信号经驱动电路601放大控制功率变换电路4稳定电压波动或电流波动，桥式整流滤波电路2的输入端与PWM控制电路6之间有输入过电压、欠电压保护电路12。 

二次输出整流滤波电路5包括续流二极管、储能电感和滤波电容组成。 

参见图2所示，功率变换电路4包括逆变变压器T、开关调整管V2，逆变变压器T包括第一输入绕组L1和第二输入绕组L2和第一输出绕组L3和第二输出绕组L4，第二输入绕组L2的一端与开关调整管V2电连接，开关调整管V2与驱动电路601电连接，驱动电路601控制开关调整管V2导通和关闭时间，开关电源的电路比较复杂，在开关电源的输入端一般接有小电感、大电容的输入滤波器。在开机瞬间,滤波电容器会流过很大的浪涌电流,这个浪涌电流可以为正常输入电流的数倍。这样大的浪涌电流会使普通电源开关的触点或继电器的触点熔化,并使输入保险丝熔断。另外，浪涌电流也会损害电容器,使之寿命缩短,过早损坏。为此, 在本电源中使用软启动保护电路3。 

软启动保护电路3由限流电阻R16和电容器C3构成，限流电阻R16和电容器C3的连接点与功率变换电路的第一输入绕组L1和第二输入绕组L2的连接连接，限流电阻R16另一端与桥式整流滤波电路的输出端电连接，电容器C3与电源负端电连接；当电源接通瞬间，软启动保护电路3开始工作，输入电压经整流桥U和限流电阻R16对电容器C3充电，由于开机时，C3的电压为零，因此，逆变器开机时不能正常工作，也就是限制了开机时产生的浪涌电流；当电容器C3充电到约80%额定电压时，逆变器正常工作。经主变压器辅助绕组产生晶闸管V1的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻R16，开关电源处于正常运行状态。因此，选择合适的的电容C3，就能防止开机时产生的浪涌电流。 

如图3所示，输入过电压、欠电压保护电路12的输入端与交流滤波1输出端或桥式整流滤波电路2的输入端，取样电压分为两路，一路经R1、R2分压，R1和R2的连接点经电容C1对地滤波后，在通过R3、R4分压后输入到第一比较器的同相端3脚。另一路经R7、R8分压，R7和R8的连接点经电容C2对地滤波后，在通过R9、R10分压后输入到第二比较器的异相端6脚，由电阻R5、R6、R11、R12构成桥路，电阻R5和R11连接后接负端，电阻R6和R12连接后接脚基准电压，电阻R5和电阻R6另一端接第一比较器的异相端2脚，电阻R11和电阻R12另一端接第二比较器的同相端5脚，第一比较器和第二比较器输出端分别通过二只二极管正向导通过后与PWM控制电路6的脉宽调制电路604输入端电连接。如取样电压低于5脚基准电压，第二比较器的7脚输出高电平去控制PWM控制电路6关断，电源无输出。从而保护开关调整管不会因为输入电压过高或过低而损坏。如取样电压高于2脚基准电压，第一比较器的1脚输出高电平去控制PWM控制电路6使其关断，电源无输出。第一比较器和第二比较器是LM2904。 

参见图4所示，为了保护开关调整管7在电路短路、电流增大时不被烧毁，采用了过电流保护电路。过电流保护电路由三极管V2和分压电阻R13、R14组成。电阻R13和R14串接在保护开关调整管V1的输入端与地之间，电阻R13和R14的连接点与三极管V2基极电连接，三极管V2的发射极与开关调整管V1的发射极电连接，三极管V2的集电极通过电阻R15与开关调整管V1的集电极电连接。 

电路正常工作时，通过R13与R14的分压作用，使得V2的基极电位比发射极电位低，发射结承受反向电压。于是V2处于截止状态(相当于开路)，对稳压电路没有影响。当输出电压为零，V2的发射极相当于接地，则V2处于饱和导通状态(相当于短路)，从而使开关调整管V1基极和发射极近于短路，而处于截止状态，切断电路电流，从而达到保护目的。过电流保护电路其基本方法是，当输出电流超过某一值时，开关调整管处于反向偏置状态，从而截止，自动切断电路电流。 

参见图5所示，开关电源中开关稳压器的高集成化和轻量小体积，使其单位体积内的功率密度大大提高，因此如果电源装置内部的元器件对其工作环境温度的要求没有相应提高，必然会使电路性能变坏，元器件过早失效。一般大功率开关调整管允许的最高管壳温度是75℃，同时温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析表明电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10%，温升50℃时的工作寿命只有温升25℃时的1/6，为了避免功率器件过热造成损坏，因此在本发明电源模块电路中设置了过热保护电路。 

过热保护电路包括：电容C、电阻Rr和热晶闸管TT201，电容C、电阻Rr并联后接在热晶闸管TT201的正电极和控制电极之间。热晶闸管TT201正电极接开关调整管基极，热晶闸管TT201的负电极接开关调整管发射极，根据热晶闸管的特性，由Rr值确定该器件的导通温度，Rr越大，导通温度越低。当将其放置开关调整管附近，或在电源装置内时，开关调整管的基极电流被n控制栅型热晶闸管TT201旁路，开关管截止，切断集电极电流,防止过热。 

参见图6和图7所示，由于大功率开关调整管7允许的最高管壳温度是75℃，为了避免功率器件过热造成损坏，大功率开关调整管7固定在带散热槽的壳体8上，大功率开关调整管7通过导热绝缘垫9和绝缘衬套10上下与带散热槽的壳体8进行绝缘，固定螺钉11采用M3×20。由于带散热槽的壳体8散热面大，不影响整体体积，使大功率开关调整管7最高管壳温度大大低于75℃。 

本发明通信电源模块还支持后备铅酸蓄电池功能，后备铅酸蓄电池从主电路28V端口接入，当市电正常供电时，不需要蓄电池供电。当市电正常供电过程中突然中断或电源过欠压保护时，能够自动切换到铅酸蓄电池供电，确保电源正常工作。同时输入在线信号输出高电平告警。 

以上对本发明所述的具有多种保护功能的通信电源进行了详细的说明。在不背离本发明所述技术方案的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。 

本发明是针对通信设备对供电模块高安全性和高可靠性的要求，而设计的具有多种保护功能的通信电源。该通信电源模块可以在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，减少通信运营商的日常运营费用。 

Claims (10)

1.具有多种保护功能的通信电源，其特征是：包括：交流滤波1、桥式整流滤波电路2、软启动电路3、功率变换电路4、二次输出整流滤波电路5、PWM控制电路6；PWM控制电路6由驱动电路601、取样电路602、比较放大电路603、脉宽调制电路604、基准电路605构成，交流电压经交流滤波1进行滤波后输出与桥式整流滤波电路2的输入端电连接，经桥式整流滤波进行输出，桥式整流滤波电路2的输出端经软启动电路3后与功率变换电路4电连接，功率变换电路4的受控端与PWM控制电路6的控制端电连接，PWM控制电路6输入与二次输出整流滤波电路5输出端电连接，由PWM控制电路6的取样电路602检测输出电压波动信号或输出电流波动信号，输出电压波动信号或输出电流波动信号与基准电路605的基准信号一起输入到比较放大电路603的输入端，由比较放大电路603的输出端与脉宽调制电路604的控制端电连接，控制脉宽调制电路604的脉宽，脉宽变化信号经驱动电路601放大控制功率变换电路4稳定电压波动或电流波动，桥式整流滤波电路2的输入端与PWM控制电路6之间有输入过电压、欠电压保护电路12。

2.根据权利要求1所述的具有多种保护功能的通信电源，其特征是：所述的二次输出整流滤波电路5包括续流二极管、储能电感和滤波电容组成。

3.根据权利要求1所述的具有多种保护功能的通信电源，其特征是：所述的软启动保护电路3包括限流电阻R16和电容器C3，限流电阻R16和电容器C3的连接点与功率变换电路的第一输入绕组L1和第二输入绕组L2的连接连接，限流电阻R16另一端与桥式整流滤波电路的输出端电连接，电容器C3与电源负端电连接；当电源接通瞬间，软启动保护电路3开始工作，输入电压经整流桥U和限流电阻R16对电容器C3充电，由于开机时，C3的电压为零，逆变器开机时不能正常工作，限制开机时产生的浪涌电流；当电容器C3充电到约80%额定电压时，逆变器正常工作，经主变压器辅助绕组产生晶闸管V1的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻R16，开关电源处于正常运行状态。

4.根据权利要求1所述的具有多种保护功能的通信电源，其特征是：所述的输入过电压、欠电压保护电路12的输入端与交流滤波1输出端或桥式整流滤波电路2的输入端，取样电压分为两路，一路经R1、R2分压，R1和R2的连接点经电容C1对地滤波后，在通过R3、R4分压后输入到第一比较器的同相端3脚；另一路经R7、R8分压，R7和R8的连接点经电容C2对地滤波后，在通过R9、R10分压后输入到第二比较器的异相端6脚，由电阻R5、R6、R11、R12构成桥路，电阻R5和R11连接后接负端，电阻R6和R12连接后接脚基准电压，电阻R5和电阻R6另一端接第一比较器的异相端2脚，电阻R11和电阻R12另一端接第二比较器的同相端5脚，第一比较器和第二比较器输出端分别通过二只二极管正向导通过后与PWM控制电路6的脉宽调制电路604输入端电连接；如取样电压低于5脚基准电压，第二比较器的7脚输出高电平去控制PWM控制电路6关断，电源无输出；如取样电压高于2脚基准电压，第一比较器的1脚输出高电平去控制PWM控制电路6使其关断，电源无输出。

5.根据权利要求1所述的具有多种保护功能的通信电源，其特征是：第一比较器和第二比较器是LM2904。

6.根据权利要求1所述的具有多种保护功能的通信电源，其特征是：所述的功率变换电路4包括逆变变压器T、开关调整管V2，逆变变压器T包括第一输入绕组L1和第二输入绕组L2和第一输出绕组L3和第二输出绕组L4，第二输入绕组L2的一端与开关调整管V2电连接，开关调整管V2与驱动电路601电连接，驱动电路601控制开关调整管V2导通和关闭时间，开关调整管7电连接有过电流保护电路。

7.根据权利要求1所述的具有多种保护功能的通信电源，其特征是：过电流保护电路由三极管V2和分压电阻R13、R14组成，电阻R13和R14串接在保护开关调整管V1的输入端与地之间，电阻R13和R14的连接点与三极管V2基极电连接，三极管V2的发射极与开关调整管V1的发射极电连接，三极管V2的集电极通过电阻R15与开关调整管V1的集电极电连接。

8.根据权利要求1所述的具有多种保护功能的通信电源，其特征是：开关调整管7电连接有过热保护电路。

9.根据权利要求8所述的具有多种保护功能的通信电源，其特征是：过热保护电路包括：电容C、电阻Rr和热晶闸管TT201，电容C、电阻Rr并联后接在热晶闸管TT201的正电极和控制电极之间；热晶闸管TT201正电极接开关调整管基极，热晶闸管TT201的负电极接开关调整管发射极。

10.根据权利要求1所述的具有多种保护功能的通信电源，其特征是：开关调整管7固定在带散热槽的壳体8上，大功率开关调整管7通过导热绝缘垫9和绝缘衬套10上下与带散热槽的壳体8进行绝缘。

Images