CN114498592A - 一种具有可调输入范围的浪涌抑制器 - Google Patents
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Abstract
一种具有可调输入范围的浪涌抑制器，壳体上设有连接电源的第一接口P1、连接负载的第二接口P2和接地柱P3，壳体内设有与第一接口P1和第二接口P2相连的抑制电路，第一接口P1正极与热敏电阻RT1一端相连，热敏电阻RT1另一端与第五电阻R5一端相连，第一电容C1另一端与第二电容C2相连，第一电阻R1另一端与第二电阻R2相连，第三电阻R3另一端与第四电阻R4相连，NMOS管Q1的源极S与共模电感L1的1脚之间分别与第七电阻R7和浪涌电流控制器U1的9脚相连；结构简单，设计科学合理，提高电源入口端的雷击浪涌的防护能力，解决电源入口处的雷击浪涌造成的电源失效，同时因输入电源电压的骤降和骤增造成的电源失效的问题，有显著的社会和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及抑制器，特别是一种具有可调输入范围的浪涌抑制器。
背景技术
电磁兼容领域内所指的雷击浪涌主要是指大型电力开关切换时，在供电线路上感应出的大的浪涌电压和电流。雷击电子设备的途径可分为两种情况：1）高能雷电冲击波通过户外传输线路、设备间的连接线以及电力线侵入设备，使串接在线路中间或终端的电子设备遭到损害；2）雷击大地或者接地导体，引起局部瞬间的点位上升，波及附近的电子设备，对设备产生冲击，损害其対地绝缘。
设备中元器件受到浪涌损坏的程度取决于该元器件的绝缘水平和抗冲击的强度；对具有自恢复能力的设备，击穿是暂时的，一旦冲击消失，绝缘会很快恢复。有些非自恢复的绝缘介质，若击穿后只流过很小的电流，则不会立即中断设备的运行，但是随着运行时间的加长，元器件的绝缘程度会逐渐下降，电气特性变弱，甚至影响电路的正常工作。
浪涌冲击主要通过交直流电源和与室外连接的信号/控制线以传导方式进入电子产品内部，对产品形成危害。要有效地防止浪涌冲击对产品的危害，就必须在产品的交直流电源端口和信号/控制端口安装浪涌抑制器件，对浪涌冲击加以吸收，阻止其进入产品内部对电路形成危害。
现有的主流浪涌抑制设备主要是采用浪涌抑制器件来实现。浪涌抑制器件基本的使用方法是直接将浪涌吸收器件与被保护设备并联，以便对超过设备承受能力的浪涌电压进行吸收或能量转移。浪涌抑制器件的一个共同特性就是其阻抗在有浪涌电压出现时与没浪涌电压时不同。正常电压下，它的阻抗很高，对电路的工作没有影响，而当有很高的浪涌电压加在它上面时，它的阻抗变得很低，将浪涌能量旁路掉。这类器件的使用方法是并联在线路与参考地之间，当浪涌电压出现时迅速导通，以将电压幅度限制在一定的数值上。
现有浪涌抑制器件主要有金属氧化物压敏电阻，硅瞬变电压吸收二极管，气体放电管等。但由于结构上的不足，往往存在钳位电压较高，一般可以达到工作电压的 2~3 倍。另外，压敏电阻随着受到浪涌冲击次数的增加，漏电流增加，响应时间较长寄生电容较大；由于所有功率都耗散在二极管的 PN 结上，因此它所承受的功率值较小，允许流过的电流较小。一般的 TVS 器件的寄生电容较大，如在高速数据线上使用，要用特制的低电容器件，但是低电容器件的额定功率往往较小；点火电压高，残压较高，反应时间慢（≥100ns），动作电压精度较低，会慢性漏气、有光敏效应、离散性大。有跟随电流（续流）。若跟随电流的时间较长，会导致放电管触点迅速烧毁，从而缩短放电管的寿命，因此，如何预防电源入口处的雷击浪涌造成的电源失效，同时避免因输入电源电压的骤降和骤增造成的电源失效，是亟需解决的技术问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种具有可调输入范围的浪涌抑制器，可有效解决电源入口处的雷击浪涌造成的电源失效，同时因输入电源电压的骤降和骤增造成的电源失效的问题。
为实现上述目的，本发明解决的技术方案是，一种具有可调输入范围的浪涌抑制器，包括壳体，所述的壳体上设有连接电源的第一接口P1、连接负载的第二接口P2和接地柱P3，壳体内设有与第一接口P1和第二接口P2相连的抑制电路，所述的抑制电路是，第一接口P1正极与热敏电阻RT1一端相连，热敏电阻RT1另一端与第五电阻R5一端相连，热敏电阻RT1和第五电阻R5之间分别与压敏电阻RT2、第一电容C1、TVS管V1、第一电阻R1和第三电阻R3一端相连，第一电容C1另一端与第二电容C2相连，第一电容C1与第二电容C2之间接机壳，第一电阻R1另一端与第二电阻R2相连，第一电阻R1与第二电阻R2的共端接浪涌电流控制器U1的3脚，第三电阻R3另一端与第四电阻R4相连，第三电阻R3和第四电阻R4 的共端接浪涌电流控制器U1的4脚，第三电阻R3和第五电阻R5的共端A接浪涌电流控制器U1的2脚，第五电阻R5另一端分别接浪涌电流控制器U1的1脚和NMOS管Q1的漏极D，NMOS管Q1的栅极G与浪涌电流控制器U1的10脚相连，NMOS管Q1的源极S与共模电感L1的1脚相连，NMOS管Q1的源极S与共模电感L1的1脚之间分别与第七电阻R7和浪涌电流控制器U1的9脚相连，第七电阻R7与浪涌电流控制器U1的8脚相连，浪涌电流控制器U1的5脚接地，浪涌电流控制器U1的6脚和7脚分别与第三电容C3和第六电阻R6一端相连，共模电感L1的3脚、第三电容C3、第六电阻R6、第二电阻R2、第四电阻R4、TVS管V1、第二电容C2和压敏电阻RT2的共端与第一接口P1负极相连，共模电感L1的2脚和4脚分别与第四电容C4的两端相连，第四电容C4与第二接口P2相连，第四电容C4与第二接口P2间接有接地的第五电容C5。
本发明结构简单，设计科学合理，提高电源入口端的雷击浪涌的防护能力，以及方便的扩大直流输入电源的电压范围，以便对后级电路提供更为有效的保护，解决电源入口处的雷击浪涌造成的电源失效，同时因输入电源电压的骤降和骤增造成的电源失效的问题，有显著的社会和经济效益。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明抑制电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明。
结合附图给出，一种具有可调输入范围的浪涌抑制器，包括壳体，所述的壳体1上设有连接电源的第一接口P1、连接负载的第二接口P2和接地柱P3，壳体1内设有与第一接口P1和第二接口P2相连的抑制电路，所述的抑制电路是，第一接口P1正极与热敏电阻RT1一端相连，热敏电阻RT1另一端与第五电阻R5一端相连，热敏电阻RT1和第五电阻R5之间分别与压敏电阻RT2、第一电容C1、TVS管V1、第一电阻R1和第三电阻R3一端相连，第一电容C1另一端与第二电容C2相连，第一电容C1与第二电容C2之间接机壳（即壳体1），第一电阻R1另一端与第二电阻R2相连，第一电阻R1与第二电阻R2的共端接浪涌电流控制器U1的3脚，第三电阻R3另一端与第四电阻R4相连，第三电阻R3和第四电阻R4 的共端接浪涌电流控制器U1的4脚，第三电阻R3和第五电阻R5的共端A接浪涌电流控制器U1的2脚，第五电阻R5另一端分别接浪涌电流控制器U1的1脚和NMOS管Q1的漏极D，NMOS管Q1的栅极G与浪涌电流控制器U1的10脚相连，NMOS管Q1的源极S与共模电感L1的1脚相连，NMOS管Q1的源极S与共模电感L1的1脚之间分别与第七电阻R7和浪涌电流控制器U1的9脚相连，第七电阻R7与浪涌电流控制器U1的8脚相连，浪涌电流控制器U1的5脚接地，浪涌电流控制器U1的6脚和7脚分别与第三电容C3和第六电阻R6一端相连，共模电感L1的3脚、第三电容C3、第六电阻R6、第二电阻R2、第四电阻R4、TVS管V1、第二电容C2和压敏电阻RT2的共端与第一接口P1负极相连，共模电感L1的2脚和4脚分别与第四电容C4的两端相连，第四电容C4与第二接口P2相连，第四电容C4与第二接口P2间接有接地的第五电容C5。
为保证更好的实施效果，所述的热敏电阻RT1为NTC型热敏电阻。
所述的第一电容C1和第二电容C2为Y型安规电容。
所述的浪涌电流控制器U1为具有功率限制功能的LM5069浪涌电流控制器。
所述的第五电阻R5的电阻值不超过100毫欧。
所述的壳体1为带有散热齿的金属壳。
本发明在具体使用时，RT1为NTC型热敏电阻，该电阻的特性为在温度低时电阻值较高，温度高时电阻值几乎为0。在本申请中，NTC热敏电阻串联至电源的入口端，用来抑制开机时的产生的浪涌电流。常温下，NTC的电阻很大，在开机的瞬间电阻值很大，开机产生的浪涌电流就被抑制到了NTC热敏电阻上。随着电源启动之后，NTC电阻会由于自身产生的热量而迅速使得电阻值下降，电阻值降低到几乎为0，如此则减少了开关电源正常工作时的功率损耗。
RT2为压敏电阻，在电路正常工作时，压敏电阻的阻值可以视为无限大，压敏电阻RT2两端几乎没有电流通过。当有浪涌电压时，超出了压敏电阻的标称值，压敏电阻RT2导通，其两端的阻抗几乎为0，从而将后级负载短掉，产生了浪涌电压的泄放通道，使得浪涌电压迅速的泄放到地。从而起到保护后级电路的作用。
V1为TVS管，由于前级的压敏电阻的反应时间相对于TVS管较长，不能完全的保证浪涌电压被完全泄放，可能会有部分的高电压传递至压敏电阻RT2的后级电路，因此在此处采用TVS管处理漏进来的浪涌电压，TVS管的响应速度快，可以弥补压敏电阻RT2的不足。其工作原理与压敏电阻大致相同。此处不在赘述。
第一电容C1和第二电容C2为安规电容，本实施例用的是Y型安规电容。安规电容可以确保在电容失效后，不会漏电，防止出现损害人身安全的事件。
在本发明中，浪涌电流控制器U1是一款浪涌电流控制器芯片。其工作原理如下：
第一电阻R1/第二电阻R2、第三电阻R3/第四电阻R4为调节输入电压范围的电阻，通过调节不同的阻值可以实现不同的电压输入范围，本实施例中可在9V-80V之间调整。其中浪涌电流控制器U1的3脚用来调整输入电压的下阈值，4脚用来调节输入电压的上阈值。当输入电压超出上阈值或者低于下阈值时，浪涌电流控制器U1芯片内部相应管脚上的21uA的电流源被激活，另外一个管脚的电流源则被关断，此时浪涌电流控制器U1的10脚则被内部2mA的电流源下拉至电平，即浪涌电流控制器U1的10脚输出低电平，使得NMOS管Q1达到关断的条件，从而关断，对后级电路断电，从而保护后级电路。
第五电阻R5用来检测主通路上的电流是否超过设定值。第五电阻R5的选择应是毫欧级别的电阻，并且不应超过100毫欧。本实施例中第五电阻R5的电阻值是5毫欧，当第五电阻R5两端的压差达到55mV时，就达到了浪涌电流控制器U1的限流阈值。此时，浪涌电流控制器U1的10脚的门级电压为被控状态，以限制通过NMOS管Q1的电流。通过第五电阻R5的电流可以按照具体需求来由外部电阻设定。在本发明中由第六电阻R6来设定通过第五电阻R5电流的阈值。
在正常工作期间，遇到有浪涌电压涌入，导致第五电阻R5上的电压超过55mV时，则NMOS管Q1的G/S极的电压会被调节以调整负载电流，同时浪涌电流控制器U1内部的电流限制功能被激活，此时浪涌电流控制器U1内部的容错定时器电流源给浪涌电流控制器U1外部的第三电容C3充电，在第三电容C3充满电之前，浪涌电流控制器U1的6管脚上的电压达到4V之前时，1脚检测到第五电阻R5上的电压恢复正常，则浪涌电流控制器U1芯片也随之恢复正常工作。若在第三电容C3充满电之前，浪涌电流控制器U1的6脚上的电压达到4V，则NMOS管Q1的G极被浪涌电流控制器U1的10脚输出的低电平拉低，导致NMOS管Q1被关断，从而切断后级的电源供应，使得浪涌电压不能加载到后级电路，进而保证后级电路不被过大的电压或电流烧毁。共模电感L1为共模电感，用来滤除电源中的共模干扰，以保证电源的纯净。
本发明结构简单，设计科学合理，弥补了常见的浪涌抑制器件的不足，提高了浪涌防护的等级，提高电源入口端的雷击浪涌的防护能力，可满足3级的雷击浪涌让扰度的要求，方便的扩大直流输入电源的电压范围，以便对后级电路提供更为有效的保护，解决电源入口处的雷击浪涌造成的电源失效，同时因输入电源电压的骤降和骤增造成的电源失效的问题，电源的失效率可降低90%以上。有效的保障电源入口处的雷击浪涌的防护等级，以及保障较宽的输入电压范围，同时本发明是模块化设计，方便进行替换和安装，有显著的社会和经济效益。
Claims (6)
1. 一种具有可调输入范围的浪涌抑制器，包括壳体，其特征在于，所述的壳体（1）上设有连接电源的第一接口P1、连接负载的第二接口P2和接地柱P3，壳体（1）内设有与第一接口P1和第二接口P2相连的抑制电路，所述的抑制电路是，第一接口P1正极与热敏电阻RT1一端相连，热敏电阻RT1另一端与第五电阻R5一端相连，热敏电阻RT1和第五电阻R5之间分别与压敏电阻RT2、第一电容C1、TVS管V1、第一电阻R1和第三电阻R3一端相连，第一电容C1另一端与第二电容C2相连，第一电容C1与第二电容C2之间接机壳，第一电阻R1另一端与第二电阻R2相连，第一电阻R1与第二电阻R2的共端接浪涌电流控制器U1的3脚，第三电阻R3另一端与第四电阻R4相连，第三电阻R3和第四电阻R4 的共端接浪涌电流控制器U1的4脚，第三电阻R3和第五电阻R5的共端A接浪涌电流控制器U1的2脚，第五电阻R5另一端分别接浪涌电流控制器U1的1脚和NMOS管Q1的漏极D，NMOS管Q1的栅极G与浪涌电流控制器U1的10脚相连，NMOS管Q1的源极S与共模电感L1的1脚相连，NMOS管Q1的源极S与共模电感L1的1脚之间分别与第七电阻R7和浪涌电流控制器U1的9脚相连，第七电阻R7与浪涌电流控制器U1的8脚相连，浪涌电流控制器U1的5脚接地，浪涌电流控制器U1的6脚和7脚分别与第三电容C3和第六电阻R6一端相连，共模电感L1的3脚、第三电容C3、第六电阻R6、第二电阻R2、第四电阻R4、TVS管V1、第二电容C2和压敏电阻RT2的共端与第一接口P1负极相连，共模电感L1的2脚和4脚分别与第四电容C4的两端相连，第四电容C4与第二接口P2相连，第四电容C4与第二接口P2间接有接地的第五电容C5。
2.根据权利要求1所述的具有可调输入范围的浪涌抑制器，其特征在于，所述的热敏电阻RT1为NTC型热敏电阻。
3.根据权利要求1所述的具有可调输入范围的浪涌抑制器，其特征在于，所述的第一电容C1和第二电容C2为Y型安规电容。
4.根据权利要求1所述的具有可调输入范围的浪涌抑制器，其特征在于，所述的浪涌电流控制器U1为具有功率限制功能的LM5069浪涌电流控制器。
5.根据权利要求1所述的具有可调输入范围的浪涌抑制器，其特征在于，所述的第五电阻R5的电阻值不超过100毫欧。
6.根据权利要求1所述的具有可调输入范围的浪涌抑制器，其特征在于，所述的壳体（1）为带有散热齿的金属壳。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220513 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |