CN107306027B - 一种开关电源的防雷装置及开关电源 - Google Patents

一种开关电源的防雷装置及开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种开关电源的防雷装置及开关电源，其中，该防雷装置包括：防雷电路、限流电路、整流电路和功率因素校正PFC电路；其中，限流电路的两路输入端分别与防雷电路的L线输出端和N线输出端连接，整流电路的两路输入端分别与限流电路的两路输出端连接，整流电路的L线输出端与PFC电路的第一输入端和一个电解电容的正极连接，电解电容的负极与PFC电路的第二输入端和整流电路的N线输出端连接，整流电路的N线输出端还接地；PFC电路的第三输入端与防雷电路的L线输出端连接，PFC电路的第四输入端与防雷电路的N线输出端连接。通过使用该防雷装置，屏蔽掉了雷击或浪涌带来的冲击，解决了现有的问题。

Description

一种开关电源的防雷装置及开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源领域，特别是涉及一种开关电源的防雷装置及开关电源。
背景技术
在开关电源领域中，一般都要求电源具备一定的防雷性能，具体地，要根据实际使用环境情况要求具备不同的防雷性能，如1KA、2KA、5KA、10KA等，以保护电源在雷击、电压浪涌情况下都能正常工作。
现有的防雷电路的防雷性能不足，在遭遇雷击或浪涌时引起电源工作不稳、断电、炸机、起火等可能，会造成安全事故。
发明内容
本发明提供一种开关电源的防雷装置及开关电源，用以解决现有技术防雷电路的防雷性能不足，在遭遇雷击或浪涌时会引起电源工作不稳、断电、炸机、起火等可能，造成安全事故的问题。
为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种开关电源的防雷装置，包括：防雷电路、限流电路、整流电路和功率因素校正PFC电路；其中，所述限流电路的两路输入端分别与所述防雷电路的L线输出端和N线输出端连接，所述整流电路的两路输入端分别与所述限流电路的两路输出端连接，所述整流电路的L线输出端与所述PFC电路的第一输入端和一个电解电容的正极连接，所述电解电容的负极与所述PFC电路的第二输入端和所述整流电路的N线输出端连接，所述整流电路的N线输出端还接地；所述PFC电路的第三输入端与所述防雷电路的L线输出端连接，所述PFC电路的第四输入端与所述防雷电路的N线输出端连接。
进一步，所述限流电路由至少一个电阻组成。
进一步，所述电阻的个数为偶数，其中，L线和N线对应的线路分别设置相等个数的电阻。
进一步，所述电阻为负温度系数NTC热敏电阻。
进一步，所述整流电路由偶数个二极管组成，其中，L线和N线对应的线路分别设置相等个数的二极管。
进一步，在所述二极管个数为四个时，所述整流电路为由四个所述二极管组成的整流桥。
进一步，所述防雷电路包括：一个共模电感、两个退耦电感、五个压敏电阻和一个气体放电管；其中，所述防雷电路L线输入端与第一压敏电感、第二压敏电感和第一退耦电感连接，所述第二压敏电感的另一端通过第三压敏电感与所述第一压敏电感的另一端连接，所述第一压敏电感的另一端连接至所述气体放电管；所述第一退耦电感的另一端与第四压敏电感的一端连接，所述第一退耦电感的另一端还与所述共模电感一边的输入端连接，所述共模电感一边的输出端为L线输出端；所述第二退耦电感的一端与所述第二压敏电感和所述第三压敏电感连接，所述第二退耦电感的另一端与所述第四压敏电感的另一端连接，所述第二退耦电感的另一端还与所述共模电感另一边的输入端连接，所述共模电感另一边的输出端为N线输出端。
另一方面，本发明还提供一种开关电源，包括：上述任一项所述的开关电源的防雷装置。
本发明在防雷电路和PFC电路之间设置了限流电路和整流电路，并通过特定的连接方式将限流电路和整流电路进行了连接，通过此种连接方式得到的防雷装置，在遇到雷击或浪涌时，能够先通过限流电路对电路进行限流，在通过整流电路进行电路整流，屏蔽掉了雷击或浪涌带来的冲击，解决了现有技术防雷电路的防雷性能不足，在遭遇雷击或浪涌时会引起电源工作不稳、断电、炸机、起火等可能，造成安全事故的问题。
附图说明
图1是本发明实施例中开关电源的防雷装置的结构示意图；
图2是本发明优选实施例中开关电源的防雷装置的电路连接示意图；
图3是本发明优选实施例中为防雷装置L线遭受雷击浪涌时防雷装置的能量释放示意图；
图4是本发明优选实施例中为防雷装置N线遭受雷击浪涌时防雷装置的能量释放示意图；
图5是本发明实施例中第一种PFC电路在防雷装置中的连接方式示意图；
图6是本发明实施例中第二种PFC电路在防雷装置中的连接方式示意图；
图7是本发明实施例中防雷装置的又一种结构示意图；
图8是本发明实施例中防雷装置整流电路改变下的一种结构示意图；
图9是本发明实施例中防雷装置整流电路改变下的又一种结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术防雷电路的防雷性能不足，在遭遇雷击或浪涌时会引起电源工作不稳、断电、炸机、起火等可能，造成安全事故的问题，本发明提供了一种开关电源的防雷装置及开关电源，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
本发明实施例提供了一种开关电源的防雷装置，其结构示意如图1所示，包括：
防雷电路1、限流电路2、整流电路3和PFC电路4；其中，限流电路的两路输入端分别与防雷电路的L线输出端和N线输出端连接，整流电路的两路输入端分别与限流电路的两路输出端连接，整流电路的L线输出端与PFC电路的第一输入端和一个电解电容的正极连接，电解电容的负极与PFC电路的第二输入端和整流电路的N线输出端连接，整流电路的N线输出端还接地；PFC电路的第三输入端与防雷电路的L线输出端连接，PFC电路的第四输入端与防雷电路的N线输出端连接。
本发明实施例在防雷电路和PFC电路之间设置了限流电路和整流电路，并通过特定的连接方式将限流电路和整流电路进行了连接，通过此种连接方式得到的防雷装置，在遇到雷击或浪涌时，能够先通过限流电路对电路进行限流，在通过整流电路进行电路整流，屏蔽掉了雷击或浪涌带来的冲击，解决了现有技术防雷电路的防雷性能不足，在遭遇雷击或浪涌时会引起电源工作不稳、断电、炸机、起火等可能，造成安全事故的问题。
在实现时，限流电路由至少一个电阻组成，如果只有一个电阻，可以在任意一个支路(L线或N线对应的支路)上设置一个电阻，当然只设置一个电阻的效果没有两个支路上都设置电阻的效果好，因此，还可以在两个支路上都设置电阻，在设置时，两个支路设置的电阻应该是具有相等阻抗的，因此，本发明实施例还可以将电阻的个数设置为偶数个，其中，L线和N线对应的线路分别设置相等个数的电阻，当然，该基础是基于每个电阻的阻值是一样的，如果每个电阻的阻值不同，则应设置阻值相同的电阻。优选的，上述电阻设置为NTC热敏电阻时，具有更优的抗冲击效果。
对于整流电路，其可以由偶数个二极管组成，其中，L线和N线对应的线路分别设置相等个数的二极管。具体设置时，如果二极管个数为四个，则整流电路设置为由四个二极管组成的整流桥。
本发明实施例的防雷电路与现有防雷电路的设计属于相同构思，其包括：一个共模电感、两个退耦电感、五个压敏电阻和一个气体放电管；其中，防雷电路L线输入端与第一压敏电感、第二压敏电感和第一退耦电感连接，第二压敏电感的另一端通过第三压敏电感与第一压敏电感的另一端连接，第一压敏电感的另一端连接至气体放电管；第一退耦电感的另一端与第四压敏电感的一端连接，第一退耦电感的另一端还与共模电感一边的输入端连接，共模电感一边的输出端为L线输出端；第二退耦电感的一端与第二压敏电感和第三压敏电感连接，第二退耦电感的另一端与第四压敏电感的另一端连接，第二退耦电感的另一端还与共模电感另一边的输入端连接，共模电感另一边的输出端为N线输出端。
本发明实施例还提供了一种开关电源，其包括上述的开关电源的防雷装置。本领域技术人员根据上述记载，知晓如何将上述开关电源的防雷装置设置在开关电源中，此处不再赘述。
优选实施例
本发明实施例要解决的是现有技术中防雷装置仍存在的残压过高的问题，因此，本发明实施例提供了一种能够得到低残压的防雷装置，该装置的结构示意如图2所示，包括：防雷电路、限流电路、整流电路和PFC电路。其中，防雷电路包括一个共模电感，两个退耦电感和5个压敏电阻(MOV)，一个气体放电管；限流电路包括两个NTC热敏电阻(或电阻)；整流电路包括整流桥(或者偶数个二极管)。
电路设置上，防雷电路在前，再接限流电路，然后是整流电路。雷击浪涌打进来依次经过防雷电路、限流电路、整流电路，当雷击浪涌电压进入L/N线后，其尖峰电压进入本防雷电路，在此会消耗绝大部分的雷击浪涌能量，通过限流电路、整流电路，最后输出来的残压比普通的防雷电路更低，完成雷击浪涌能量的吸收和限制，对主电路拓扑，其功耗器件应力会更小，使用更安全，整机更不容易出现故障，保证电气设备的安全可靠运行。
在该防雷装置中，创造性的使用了限流电路和整流电路。该电路可以为PFC电路分担大部分雷击能量，从而有效降低PFC功率回路的电流应力和电压应力，进而保护PFC元件及其后面拓扑元件。而这里使用的限流电路能抑制泄放到电容上的雷击能量，调节限流电路能有效的控制大电容上的尖峰电压，从而保证了后级整个开关电源的可靠运行。
下面结合附图对上述过程进行进一步说明。
如图3所示，为L线遭受雷击浪涌时防雷装置的能量释放示意图，如图4所示，为N线遭受雷击浪涌时防雷装置的能量释放示意图，上述两种情况下，其尖峰电压先经过通过压敏电阻RV2钳位，在此会消耗大部分的雷击浪涌能量。接着能量再经过退耦电感，其电流变化速率会被减缓，能量释放速度也变慢，使其能量更多的被消耗在前面的RV2和退耦电感之后的压敏电阻RV4中。剩余的雷击浪涌能量会被共模电感的漏感再次减缓其变化速率，并被最后一颗压敏电阻RV5再次消耗和钳位。最后剩下少许的能量通过NTC热敏电阻(或电阻)和浪涌泄放二极管对大电容C1充电，被电容吸收。
最后被防雷电路消耗钳位后到达大电容C1的峰值电压非常低，对主回路拓扑元件影响不大。特别是对PFC，雷击浪涌能量更多的走防雷电路，PFC的功耗元件应力会更小，整机使用更安全可靠。而当无雷击浪涌时，其工作电流不经过泄放电路而直接进入PFC，从而不会产生多余损耗，不影响其拓扑的高效率特性。
当线对地打雷击浪涌时，其能量绝大部分通过压敏电阻RV1，RV3和放电管G1消耗，对主拓扑的元件影响不大。
对于PFC电路，本实施例通过图5和图6举例说明两种常见的PFC连接方式。
如图5所示，虚线框内为第一种PFC电路在防雷装置中的连接方式，L线连接PFC电感L4，L4另一端接PFC MOS VT1管漏极和VT2源极，VT1源极接大电容C1负极，VT2漏极连接大电容正极。N线连接VD1负极、VD2正极，VD1正极接大电容C1负极，VD2负极接大电容正极。
如图6所示，虚线框内为第二种PFC电路的连接方式，L线连接PFC电感L4，L4另一端接PFC MOS VT1管漏极和VD1正极，VT1管源极接大电容C1负极，VD1负极接C1正极。N线接PFC电感L5，L5另一端接V T2管漏极和VD2正极，VT2管源极接大电容C1负极，VD2负极接C1正极。
如图7所示，为本发明防雷装置的又一种结构，在该结构中，防雷电路和限流电路都进行了改变，其中，L/N连接单边退耦电感L1，实现时L、N可互换，然后再连接RV4、共模电感、RV5、单边NTC(负温度系数)热敏电阻RT1(或电阻)等。
图8示出了上述防雷装置整流电路改变下的一种结构示意图，图中整流电路对应L线和N线的线路分别仅设置一个二极管。当然，在具体设置时，还可以将两个二极管的极性作调整，例如图9示出的防雷装置。
通过使用上述实施例提供的防雷装置，能够得到更低的残压，达到了有效保护功率器件效果，节省了研发成本，提高了产品可靠性等。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (8)

1.一种开关电源的防雷装置，其特征在于，包括：
防雷电路、限流电路、整流电路和功率因素校正PFC电路；其中，
所述限流电路的两路输入端分别与所述防雷电路的L线输出端和N线输出端连接，所述整流电路的两路输入端分别与所述限流电路的两路输出端连接，所述整流电路的L线输出端与所述PFC电路的第一输入端和一个电解电容的正极连接，所述电解电容的负极与所述PFC电路的第二输入端和所述整流电路的N线输出端连接，所述整流电路的N线输出端还接地；
所述PFC电路的第三输入端与所述防雷电路的L线输出端连接，所述PFC电路的第四输入端与所述防雷电路的N线输出端连接。
2.如权利要求1所述的开关电源的防雷装置，其特征在于，所述限流电路由至少一个电阻组成。
3.如权利要求2所述的开关电源的防雷装置，其特征在于，所述电阻的个数为偶数，其中，L线和N线对应的线路分别设置相等个数的电阻。
4.如权利要求2所述的开关电源的防雷装置，其特征在于，所述电阻为负温度系数NTC热敏电阻。
5.如权利要求1所述的开关电源的防雷装置，其特征在于，
所述整流电路由偶数个二极管组成，其中，L线和N线对应的线路分别设置相等个数的二极管。
6.如权利要求5所述的开关电源的防雷装置，其特征在于，在所述二极管个数为四个时，所述整流电路为由四个所述二极管组成的整流桥。
7.如权利要求1至6中任一项所述的开关电源的防雷装置，其特征在于，所述防雷电路包括：
一个共模电感、两个退耦电感、五个压敏电阻和一个气体放电管；其中，
所述防雷电路L线输入端与第一压敏电感、第二压敏电感和第一退耦电感连接，所述第二压敏电感的另一端通过第三压敏电感与所述第一压敏电感的另一端连接，所述第一压敏电感的另一端连接至所述气体放电管；
所述第一退耦电感的另一端与第四压敏电感的一端连接，所述第一退耦电感的另一端还与所述共模电感一边的输入端连接，所述共模电感一边的输出端为L线输出端；
第二退耦电感的一端与所述第二压敏电感和所述第三压敏电感连接，所述第二退耦电感的另一端与所述第四压敏电感的另一端连接，所述第二退耦电感的另一端还与所述共模电感另一边的输入端连接，所述共模电感另一边的输出端为N线输出端。
8.一种开关电源，其特征在于，包括：权利要求1至7中任一项所述的开关电源的防雷装置。
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