CN105870895A - 雷击浪涌的防护电路 - Google Patents
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Abstract
一种雷击浪涌的防护电路,由第一泄放电路和滤噪电路连接而成,所述第一泄放电路,由压敏电阻MOV1和电阻R1连接构成,电阻R1串接于压敏电阻MOV1之后;压敏电阻MOV1用于为雷击浪涌产生的冲击电流提供低阻的泄放通路;电阻R1用于增加输入阻抗,以使更多的冲击电流通过压敏电阻MOV1泄放;所述滤噪电路,由差模电感L1和安规X电容CX连接构成,差模电感L1串接于安规X电容之前;在雷击浪涌产生冲击电流时,滤噪电路用于进一步滤除第一泄放电路的残压尖峰;并在后级电路的噪声向前传导时,滤噪电路用于对来自后级电路的噪声进行滤除。本发明相对现有技术的优点在于:大幅减小开关电源在实际使用中遭受雷击浪涌的损坏;并能提高开关电源电磁兼容(EMI)性能。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源的雷击浪涌防护领域,尤其涉及一种开关电源的雷击浪涌的防护电路。
背景技术
开关电源在工业上有着广泛的应用,尤其是接在市电上的AC-DC开关电源,常常作为一级电源为后面的系统提供稳定的母线电压。由于AC-DC开关电源是接在市电上面的,而市电常常会受一些自然因素(如电闪雷击)和应用环境(如市电上有大的感性或者容性负载的开通或着关断)的影响,从而产生一个瞬时的电压或者电流尖峰,叠加在市电上面,对AC-DC开关电源造成很大的危害。现有的AC-DC开关电源都会在输入端增加防雷击浪涌电路来抑制这部分危害,确保产品安全可靠的使用,然而增加这部分电路势必会增加器件,导致成本增加,而且对雷击浪涌的防护要求越高,增加的器件越多,成本也就会越高。
现有技术的雷击浪涌防护电路如图1所示,包括压敏电阻MOV、安规X电容CX、差模电感LDM、共模电感LCM,这些电路具有雷击浪涌冲击电流抑制和电磁干扰抑制功能,但是这种防护电路效果不是特别理想,例如采用图1所示现有技术的雷击浪涌防护电路的一款3W样机能承受2kV的浪涌电压,电磁干扰等级仅满足CLASSA的要求,而要想承受4kV或者更高的浪涌电压,满足更高的电磁干扰等级,则需要将差模电感和共模电感成倍的增加,才能够满足,或者采用多级防护才会具有较好的抑制效果,但是这又会造成成本和体积的增加。
发明内容
本发明目的在于提供一种体积小、成本低、具有高可靠性的开关电源雷击浪涌防护电路。
为了实现上述目的,本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决:
一种雷击浪涌的防护电路,用于连接在AC电源线输入端与后级电路之间,由第一泄放电路和滤噪电路连接而成,所述第一泄放电路,由压敏电阻MOV1和电阻R1连接构成,电阻R1串接于压敏电阻MOV1之后;压敏电阻MOV1用于为雷击浪涌产生的冲击电流提供低阻的泄放通路;电阻R1用于增加输入阻抗,以使更多的冲击电流通过压敏电阻MOV1泄放;所述滤噪电路,由差模电感L1和安规X电容CX连接构成,差模电感L1串接于安规X电容之前;在雷击浪涌产生冲击电流时,滤噪电路用于进一步滤除第一泄放电路的残压尖峰;并在后级电路的噪声向前传导时,滤噪电路用于对来自后级电路的噪声进行滤除。
作为本发明的进一步改进,所述第一泄放电路为滤噪电路的前级电路,其具体连接关系是,压敏电阻MOV1的一端通过电阻R1与差模电感L1的一端相连,差模电感L1的另一端与安规X电容CX的一端相连,安规X电容CX的另一端与压敏电阻MOV1的另一端相连;压敏电阻MOV1的两端还引出作为防护电路的输入端,安规X电容CX的两端还引出作为防护电路的输出端。
作为本发明的另一种改进,所述第一泄放电路为滤噪电路的前级电路,其具体连接关系是,压敏电阻MOV1的一端通过差模电感L1与安规X电容CX的一端相连,安规X电容CX的另一端通过电阻R1与压敏电阻MOV1的另一端相连;压敏电阻MOV1的两端还引出作为防护电路的输入端,安规X电容CX的两端还引出作为防护电路的输出端。
作为上述本发明的进一步改进,所述滤噪电路的后级还设有第二泄放电路,并联在整流桥的正负输出端上,第二泄放电路与滤噪电路前级的第一泄放电路形成两级泄放;所述第二泄放电路,其具体连接关系是,压敏电阻MOV2并接在整流桥的正负输出端上;压敏电阻MOV2的一端还与电阻R2的一端相连,电阻R2的另一端引出作为第二泄放电路的第一输出端;压敏电阻MOV1的另一端还引出作为第二泄放电路的第二输出端。
作为前述本发明的另一种改进,所述滤噪电路的后级还设有第二泄放电路,并联在整流桥的正负输出端上,第二泄放电路与滤噪电路前级的第一泄放电路形成两级泄放;所述第二泄放电路,其具体连接关系是,压敏电阻MOV2并接在整流桥的正负输出端上;压敏电阻MOV2的一端还引出作为第二泄放电路的第一输出端;压敏电阻MOV2的另一端与电阻R2的一端相连,电阻R2的另一端还引出作为第二泄放电路的第二输出端。
作为本发明的再一种改进,所述第一泄放电路为滤噪电路的后级电路,即滤噪电路通过整流桥与第一泄放电路连接,其具体连接关系是,差模电感L1的一端引出作为防护电路的第一输入端,差模电感L1的另一端与安规X电容CX的一端相连,安规X电容CX的另一端引出作为防护电路的第二输入端;安规X电容CX的两端还并接在整流桥的交流输入端;压敏电阻MOV1并接在整流桥的正负输出端上,压敏电阻MOV1的一端还与电阻R1的一端相连,电阻R1的另一端引出作为防护电路的第一输出端;压敏电阻MOV1的另一端还引出作为防护电路的第二输出端。
作为本发明的又一种改进,所述第一泄放电路为滤噪电路的后级电路,即滤噪电路通过整流桥与第一泄放电路连接,其具体连接关系是,差模电感L1的一端引出作为防护电路的第一输入端,差模电感L1的另一端与安规X电容CX的一端相连,安规X电容CX的另一端引出作为防护电路的第二输入端;安规X电容CX的两端还并接在整流桥的交流输入端;压敏电阻MOV1并接在整流桥的正负输出端上,压敏电阻MOV1的一端还引出作为防护电路的第一输出端;压敏电阻MOV1的另一端与电阻R1的一端相连,电阻R1的另一端还引出作为防护电路的第二输出端。
本发明相对现有技术的优点在于:
1)提高了压敏电阻的作用效果,增强了防护电路的可靠性,大幅减小开关电源在实际使用中遭受雷击浪涌的损坏;
2)减少开关电源输入端口防护器件的数量,大大节省了空间,可以减小电源产品的体积;
3)提高开关电源电磁兼容(EMI)性能。
附图说明
图1是现有技术雷击浪涌防护电路;
图2是本发明具体实施方式一的电路原理图;
图3是本发明具体实施方式一的电路原理图;
图4是本发明具体实施方式二的电路原理图;
图5是本发明具体实施方式三的电路原理图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明相对于现有技术所作出的改进,在对本发明的三种具体实施方式进行详细说明之前,先对背景技术部分所提到的现有技术结合附图加以说明,进而引出本案的发明构思。
如图1所示的雷击浪涌的防护电路,包括压敏电阻MOV、安规X电容CX、差模电感LDM、共模电感LCM,其中采用压敏电阻MOV作为泄放电路;安规X电容CX、差模电感LDM、共模电感LCM作为滤噪电路。此种防护电路的泄放能力有限,且滤噪电路主要依靠其中的差模电感LDM、共模电感LCM的抑制作用。原则上讲,此种电路的滤噪效果应是不错的。但在实际电路中由于线路阻抗不平衡,使共模信号干扰会转化为不易消除的差模干扰。
针对上述泄放、滤噪问题,本发明一方面加强泄放能力,另一方面将现有抑制消除式滤噪,改进为泄放疏导式滤噪,以改善噪声的干扰作用。基于此发明思路,本发明提供一种开关电源的雷击浪涌的防护电路,包括压敏电阻、电阻、差模电感和安规X电容,由压敏电阻和电阻连接构成泄放电路,电阻串接于压敏电阻之后,即压敏电阻的两端作为泄放电路的输入端,加在泄放电路输入端的电量经压敏电阻之后串联的电阻输出。在压敏电阻用于为雷击浪涌产生的冲击电流提供低阻的泄放通路的基础上,通过电阻增加输入阻抗,以使更多的冲击电流通过压敏电阻被泄放掉。
并由差模电感和安规X电容连接构成滤噪电路,差模电感串接于安规X电容之前,即安规X电容的两端作为滤噪电路的输出端,以在雷击浪涌产生冲击电流时,滤噪电路用于进一步滤除泄放电路的残压尖峰;并在后级电路的噪声向前传导时,滤噪电路通过安规X电容为后级噪声提供低阻的泄放通路,再经由差模电感阻碍噪声,以使更多的高频噪声通过安规X电容被泄放。
以下结合附图对发明的原理和实施方式进行详细说明。
具体实施方式一:
如图2所示,为本实施例的雷击浪涌的防护电路,包括压敏电阻MOV1和电阻R1构成的第一泄放电路,差模电感L1和安规X电容CX构成的滤噪电路。
所述压敏电阻MOV1的一端与AC电源线输入端L相连同时与电阻R1的一端相连,所述压敏电阻MOV1的另一端与AC电源线输入端N相连;所述电阻R1的另一端与所述差模电感L1的一端相连;所述差模电感L1的另一端与所述安规X电容CX的一端相连;所述安规X电容CX的另一端与压敏电阻MOV1的另一端相连;所述安规X电容CX还并接在整流桥的AC输入端;整流桥的正负输出的两条线与开关电源功率级电路的输入端相连。
所述电阻R1也可串联在安规X电容CX与电源输入端N的回路当中,如图3所示。
上述电阻R1可以单独使用单一的电阻元件,也可串联几个电阻元件一起使用,具体以不造成过大的功率损耗为准。
此外,上述以及本发明所提及的安规X电容CX不能用普通铝电解电容亦或是陶瓷电容、CBB电容、安规Y电容等电容代替。安规Y电容不适用本发明的原因是,首先安规X电容并接在开关电源输入线之间,而安规Y电容一般是跨接在原副边之间的。其次,安规X电容的容值比安规Y电容至少大两个数量级,故安规Y电容不能适用。其它电容由于耐压问题均无法替代安规X电容。
本发明雷击浪涌的防护电路的工作原理如下:
如图2或者图3,当有雷击浪涌产生,冲击电流通过叠加在市电上的方式传到防护电路的AC输入端口L、N线之间,即压敏电阻MOV1的两端,压敏电阻MOV1两端的电压迅速升高,其阻值迅速降低,从而提供一个低阻通路,将雷击浪涌产生的冲击电流泄放到地,而串联在回路中的电阻R1可以增加开关电源的输入阻抗,起到一个限流作用,使得更多的冲击电流通过压敏电阻MOV1泄放到地,大大提高了压敏电阻MOV1的泄放效果,同时串联在回路中的差模电感L1和并联在回路中的安规X电容CX构成了一个低通滤波器,差模电感L1对突变的电流有抑制作用,故可以将压敏电阻MOV1的残压尖峰进一步的滤除,大大减小了雷击浪涌冲击电流对开关电源电路的危害,提高了开关电源的可靠性。例如采用如图1所示现有方案制成的一个3W的开关电源样机,只能抗1kV浪涌电压,而要想过浪涌2kV或者更高,则必须加10mH~30mH的共模电感;而采用本发明的方案制成同样的一个3W样机,则至少可抗2kV的浪涌电压,省了一个共模电感,减小了成本和体积。
特别的,本发明涉及的开关电源雷击浪涌防护电路中所提供的LC滤波器还有另外一个重要作用,众所周知,开关电源工作在较高的开关频率下,产生高频的开关噪声,若不加防护器件,则对电网会造成很大的干扰,国际上或者国内都有相关的标准限制这种传导噪声的干扰,如CISPR22/EN55022中对传导有分Class A和Class B两个等级,Class A等级适用产品放置于工业等非家用、非居民区环境条件,比如:电信中心机房内部各种设备;ClassB等级适用产品放置于居住,商业,轻工业环境条件,比如:便携类设备,终端设备,户外设备等。在量值上,Class A要求比Class B要求低,Class B等级比Class A等级要严格10dB(3倍),因此在实现难度和成本控制上,Class B类设备要更具有挑战性。现有技术除了实现软开关,减小开关噪声外,就是在防护电路的AC输入端口加滤波器件,这势必又一次的增加成本和体积。本发明涉及的防护电路中的LC滤波器除了滤除由前向后传导的压敏电阻残压的作用外,还能对来自后级电路的噪声进行滤除,即还可滤除由后向前传导的噪声干扰,从而提高开关电源的电磁兼容(EMI)性能,减小开关电源对电网的干扰。当开关电源的开关噪声传到防护电路的输出端口时,安规X电容给高频噪声提供一个低阻抗的回路,将噪声导入大地,而差模电感对高频噪声会起到一个抑制的作用,使得更多的高频噪声通过安规X电容流入大地,大大减小了防护电路的后级电路流向防护电路的AC输入端口的高频噪声,提高开关电源的电磁兼容(EMI)性能。例如采用如图1的现有方案,加入了差模电感LDM、安规X电容CX和共模电感LCM之后,可以达到Class B等级,而采用本发明的方案,在只有差模电感L1和安规X电容CX的情况下,就能够达到Class B等级,而体积比采用现有方案的小很多。
使用本具体实施例的思路,可独立制造成一个双端输入,双端输出的雷击浪涌防护模块,该模块具有很广泛的应用范围,可外置作为开关电源输入端的防护器,也可内置于系统内部,作为电源输入电路的一部分。
具体实施方式二:
本具体实施方式与具体实施方式一的不同之处在于第一泄放电路的位置改在了整流桥之后。
如图4所示的雷击浪涌的防护电路,包括差模电感L1和安规X电容CX构成的滤噪电路,压敏电阻MOV1和电阻R1构成的第一泄放电路。
所述差模电感L1的一端与电源线输入端L相连,差模电感L1的另一端与安规X电容CX的一端相连;所述安规X电容CX的另一端与电源线输入端N相连,所述安规X电容CX还并接在整流桥的AC输入端;所述压敏电阻MOV1并接在整流桥的正负输出两条线上;所述电阻R1的一端与压敏电阻MOV1的一端相连,电阻R1的另一端与开关电源功率级电路输入端的一端相连;所述压敏电阻MOV1的另一端与开关电源功率级电路输入端的另一端相连。
显然,电阻R1也可以串联在整流桥负输出的一端到开关电源负输入的一端的回路当中。
采用本具体实施方式,其作用效果与具体实施方式一相差不大,但工作原理略有不同。如图4,压敏电阻MOV1和电阻R1组成的泄放电路放在了整流桥的后面,而差模电感L1和安规X电容CX构成的滤噪电路的位置不变。这样做的好处是当压敏电阻MOV1工作的时候,滤噪电路中的差模电感L1作为压敏电阻MOV1的前级串联在一个回路中,从而在电路元器件数量不变的基础上,经由元器件连接位置的变化,借助差模电感L1对突变的电流的抑制作用来保护压敏电阻MOV1,减小流过它的电流。
具体实施方式三:
本具体实施方式与具体实施方式一的不同之处在于:本具体实施方式采用两级泄放,即在滤噪电路的后级增加了一级泄放电路。
如图5所示为本实施例的雷击浪涌的防护电路,包括压敏电阻MOV1和电阻R1构成的第一泄放电路,压敏电阻MOV2和电阻R2构成第二泄放电路,差模电感L1和安规X电容CX构成的滤噪电路。
所述压敏电阻MOV1的一端与AC电源线输入端L相连同时与电阻R1的一端相连,所述压敏电阻MOV1的另一端与AC电源线输入端N相连;所述电阻R1的另一端与所述差模电感L1的一端相连;所述差模电感L1的另一端与所述安规X电容CX的一端相连;所述安规X电容CX的另一端与电源线输入端N相连;所述安规X电容CX并接在整流桥的AC输入端;所述压敏电阻MOV2并接在整流桥的正负输出端上;所述电阻R2的一端与压敏电阻MOV2的一端相连,电阻R2的另一端与开关电源功率级电路输入端的一端相连;所述压敏电阻MOV2的另一端与开关电源功率级电路输入端的另一端相连。
采用本具体实施方式的作用效果及雷击浪涌防护能力比具体实施方式一、二要好很多。采用如图5所示电路方案制成样机,测试结果是,第一泄放电路承受最初的浪涌电压并泄放到地,剩余的残压经滤噪电路后再传到第二泄放电路,第二泄放电路将残压泄放到地,两级泄放电路可以承受4kV浪涌电压,采用通流量更大的压敏电阻可以承受高达6kV的浪涌电压。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,对电路进行改进和润饰也应视为本发明的保护范围,这里不再用实施例赘述,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (7)
1.雷击浪涌的防护电路,其特征在于:由第一泄放电路和滤噪电路连接而成,
所述第一泄放电路,由压敏电阻MOV1和电阻R1连接构成,电阻R1串接于压敏电阻MOV1之后;压敏电阻MOV1用于为雷击浪涌产生的冲击电流提供低阻的泄放通路;电阻R1用于增加输入阻抗,以使更多的冲击电流通过压敏电阻MOV1泄放;
所述滤噪电路,由差模电感L1和安规X电容CX连接构成,差模电感L1串接于安规X电容之前;在雷击浪涌产生冲击电流时,滤噪电路用于进一步滤除第一泄放电路的残压尖峰;并在后级电路的噪声向前传导时,滤噪电路用于对来自后级电路的噪声进行滤除。
2.按照权利要求1所述的雷击浪涌的防护电路,其特征在于:
所述第一泄放电路为滤噪电路的前级电路,其具体连接关系是,压敏电阻MOV1的一端通过电阻R1与差模电感L1的一端相连,差模电感L1的另一端与安规X电容CX的一端相连,安规X电容CX的另一端与压敏电阻MOV1的另一端相连;压敏电阻MOV1的两端还引出作为防护电路的输入端,安规X电容CX的两端还引出作为防护电路的输出端。
3.按照权利要求1所述的雷击浪涌的防护电路,其特征在于:所述第一泄放电路为滤噪电路的前级电路,其具体连接关系是,压敏电阻MOV1的一端通过差模电感L1与安规X电容CX的一端相连,安规X电容CX的另一端通过电阻R1与压敏电阻MOV1的另一端相连;压敏电阻MOV1的两端还引出作为防护电路的输入端,安规X电容CX的两端还引出作为防护电路的输出端。
4.按照权利要求2或3所述的雷击浪涌的防护电路,其特征在于:所述滤噪电路的后级还设有第二泄放电路,并联在整流桥的正负输出端上,第二泄放电路与滤噪电路前级的第一泄放电路形成两级泄放;所述第二泄放电路,其具体连接关系是,压敏电阻MOV2并接在整流桥的正负输出端上;压敏电阻MOV2的一端还与电阻R2的一端相连,电阻R2的另一端引出作为第二泄放电路的第一输出端;压敏电阻MOV1的另一端还引出作为第二泄放电路的第二输出端。
5.按照权利要求2或3所述的雷击浪涌的防护电路,其特征在于:所述滤噪电路的后级还设有第二泄放电路,并联在整流桥的正负输出端上,第二泄放电路与滤噪电路前级的第一泄放电路形成两级泄放;所述第二泄放电路,其具体连接关系是,压敏电阻MOV2并接在整流桥的正负输出端上;压敏电阻MOV2的一端还引出作为第二泄放电路的第一输出端;压敏电阻MOV2的另一端与电阻R2的一端相连,电阻R2的另一端还引出作为第二泄放电路的第二输出端。
6.按照权利要求1所述的雷击浪涌的防护电路,其特征在于:所述第一泄放电路为滤噪电路的后级电路,即滤噪电路通过整流桥与第一泄放电路连接,其具体连接关系是,差模电感L1的一端引出作为防护电路的第一输入端,差模电感L1的另一端与安规X电容CX的一端相连,安规X电容CX的另一端引出作为防护电路的第二输入端;安规X电容CX的两端还并接在整流桥的交流输入端;压敏电阻MOV1并接在整流桥的正负输出端上,压敏电阻MOV1的一端还与电阻R1的一端相连,电阻R1的另一端引出作为防护电路的第一输出端;压敏电阻MOV1的另一端还引出作为防护电路的第二输出端。
7.按照权利要求1所述的雷击浪涌的防护电路,其特征在于:所述第一泄放电路为滤噪电路的后级电路,即滤噪电路通过整流桥与第一泄放电路连接,其具体连接关系是,差模电感L1的一端引出作为防护电路的第一输入端,差模电感L1的另一端与安规X电容CX的一端相连,安规X电容CX的另一端引出作为防护电路的第二输入端;安规X电容CX的两端还并接在整流桥的交流输入端;压敏电阻MOV1并接在整流桥的正负输出端上,压敏电阻MOV1的一端还引出作为防护电路的第一输出端;压敏电阻MOV1的另一端与电阻R1的一端相连,电阻R1的另一端还引出作为防护电路的第二输出端。
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