CN114900034A - 一种通信设备电源接口处的低频滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种通信设备电源接口处的低频滤波方法，将软启动电路连接于电源接口与低频滤波电路之间，缓慢导通软启动电路；将保护开关电路连接在第一发送电路与电源接口之间，用于当所述电源接口由于保护功能紧急地停止动作时，保护所述低频滤波电路；低频滤波电路具备第一滤波支路，第二滤波支路；第一滤波支路和第二滤波支路间连接有频分双工调谐器，用于将第一滤波支路所使用的频率与第二滤波支路所使用的频率分离、耦合，将低频滤波电路连接在通信设备的电源接口处，调节所述低频滤波电路的调谐频率，使得阻抗为零，实现对通信设备低频干扰的滤波作用，在滤除通信设备中的低频噪声干扰的同时，保护低频滤波电路，提高了电路的安全性。

Description

一种通信设备电源接口处的低频滤波方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种通信设备电源接口处的低频滤波方法。

背景技术

随着电子技术的发展，各种用电设备相继出现，用户对电源的要求日益多样化，要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化也迫使电源向轻、薄、小和高效方向发展。随着微电子技术的发展，电源电路的集成度得到很大提高，从而使电源电路极大地简化。各电源专业厂家制造了品种多样、规格齐全的标准化、系列化模块电源。模块电源是由厂家采用优化的最佳电路，利用先进工艺制造完成的整体电源。使用时只需加少量分立元件就可完成设计任务。模块电源大多都是开关型功率变换器，即开关电源，工作时，内部的电压和电流波形都以非常短的时间上升和下降，所以，开关电源本身就是一个时频干扰发射源。滤波是抑制干扰的一种很好的方法。在电源输入端接上滤波器可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰，也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。

现代通信设备离不开可靠的直流电源，并且对其各项指标要求也越来越高。在直流稳压技术中，电源分为线性稳压电源和开关电源。开关电源是通过开关管关断和导通实现电压和电流变换的装置，利用体积很小的高频变压器来实现电压变化及输入输出隔离。开关电源具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点，代表着当今稳压电源的发展方向，已成为稳压电源的主导产品。

现有技术中，例如专利文献CN101714760A公开了一种通信设备电源接口处的低频滤波电路，该低频滤波电路包括：过流保护电路、延时启动电路、滤波模块和放电电路；所述的过流保护电路，其一端连接电源的负供电线，另一端连接所述延时启动电路的输入端；所述的延时启动电路，其电源端连接电源的正供电线，其输入端连接过流保护电路的另一端，其输出端连接所述滤波模块的一端；所述的滤波模块，其一端连接延时启动电路的输出端，另一端连接电源的正供电线；所述的放电电路，并联在滤波模块的两端。但是该技术方案中，由于电源正负供电线之间接入的电容较大，在设备上电时会形成很大的电流冲击，影响供电系统的正常工作；在设备下电后，由于电容的储能作用，电流会反灌出来，给设备的供电和维护带来隐患。

再例如专利文献CN202353210U，公开了一种滤波保护输出电路，它包括至少两级滤波电路和至少一级保护电路，两级滤波电路分别为高频分量滤波电路和低频分量滤波电路，高频分量滤波电路的输入端与供电电源连接，高频分量滤波电路的输出端与低频分量滤波电路的输入端相连，低频分量滤波电路的输出端与保护电路的输入端相连，保护电路包括至少三个并联的自恢复电阻PTC1、PTC2和PTC3。本实用新型提供一种滤波保护输出电路，采用至少两级滤波电路，滤除叠加于50Hz工频电压上的高频谐波分量、低频谐波分量，吸收、抑制电网中的浪涌电流；采用至少一级保护电路，当负载电流大于额定电流，自恢复电阻断开保护，一定时间内会自动恢复，重新导通。但是该技术方案中，低频分量滤波电路的一个输出端与保护电路的输入端相连，另一端输出端接零线，每一路电源输出端都独立工作，不能够起到呼应的滤波效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种通信设备电源接口处的低频滤波方法，包括：

将软启动电路连接于电源接口与低频滤波电路之间，缓慢导通软启动电路；

将保护开关电路连接在第一发送电路与电源接口之间，用于当所述电源接口由于保护功能紧急地停止动作时，保护所述低频滤波电路；

将低频滤波电路连接在通信设备的电源接口处，调节所述低频滤波电路的调谐频率，使得阻抗为零，实现对通信设备低频干扰的滤波作用。

进一步地，所述低频滤波电路具备：第一滤波支路，第二滤波支路；所述第一滤波支路和第二滤波支路间连接有频分双工调谐器，用于将第一滤波支路所使用的频率与第二滤波支路所使用的频率分离、耦合。

进一步地，所述频分双工调谐器包括：串联的电感L₁和电容C₁，并联的电阻R、电感L₂和电容C₂；

设所述频分双工调谐器的两个调谐点的调谐频率分别为

、

，则频分双工调谐 器阻抗Z为：

；

其中，f₁和f₂分别为两个滤波支路的输出调谐频率；

令阻抗Z=0 （1）；

（2）；

其中，

、

为所述频分双工调谐器的两个调谐点的调谐频率，

为

、

的偏 差值；

并根据工程滤波要求确定两个滤波支路的时分双工调谐器的调谐频率f₁和f₂；在 已知L₁、L₂、C₁、C₂的情况下，利用式（1）和式（2），计算频分双工调谐器的两个调谐点的调谐 频率

、

。

进一步地，所述软启动电路包括：控制单元、通断开关K1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及滤波电容C；

所述控制单元用于根据接收的电压采样信号，生成控制信号并输出至所述通断开关K1，以在通电之后的初始阶段内使通断开关K1保持关断状态，控制通断开关K1在通电之后的调节阶段内以预设规律导通和关断，使所述滤波电容C间断性地在预设压差下进行充电，并控制所述通断开关K1在滤波电容C上的电压满足预设条件之后，通电之后的锁定阶段内保持导通状态。

进一步地，所述控制单元监测到的电压采样信号为正电压，说明在此刻交流电源AC的瞬时值大于滤波电容C两端的电压值，且其差值由如下公式表达：

Vac(t1)-Vc(t1)＝V1×(1+R1/R2)；

其中，Vac(t1)表示在t1时刻交流电源AC的电压瞬时值，Vc(t1)表示在t1时刻滤波电容C两端的电压值，V1表示通断开关K1一端对参考地的电压值。

进一步地，所述保护开关电路由晶闸管SS、电阻R6、电容器C6以及二极管D7构成；晶闸管SS连接在第一发送电路的输入端和电源接口的输出端之间，电阻R6和电容器C6并联连接在晶闸管SS的栅极和阴极之间；晶闸管SS的栅极经由二极管D7与控制DC-DC转换器的驱动或停止的控制电路的电压检测端子连接。

进一步地，所述第一滤波支路包括：第一发送电路、第一接收电路、低噪声放大器、低通滤波器以及将第一发送电路与第一接收电路分离、耦合的时分双工器；

所述第二滤波支路包括：第二发送电路、第二接收电路、低噪声放大器、高通滤波器以及将第二发送电路与第二接收电路分离、耦合的时分双工器。

进一步地，所述第一滤波支路中，截止频率存储部两端分别连接时分双工调谐器和低通滤波器；所述第二滤波支路中，截止频率控制部两端分别连接时分双工调谐器和高通滤波器；

所述截止频率存储部将所述低通滤波器的滤波频率的设定值与所述第一发送电路中的发送输出功率对应起来进行存储；

所述截止频率控制部根据所述第二发送电路中的发送输出功率以及所述截止频率存储部中存储的所述低通滤波器的滤波频率的设定值，进行所述高通滤波器的滤波频率控制。

本发明具有如下有益技术效果：通过将低频滤波电路连接在通信设备的电源接口处，调节所述低频滤波电路的调谐频率，使得阻抗为零，实现对通信设备低频干扰的滤波作用；通过将软启动电路连接于电源接口与低频滤波电路之间，将保护开关电路连接在第一发送电路与电源接口之间，缓慢导通软启动电路，当所述电源接口由于保护功能紧急地停止动作时，保护低频滤波电路；在滤除通信设备中的低频噪声干扰的同时，保护低频滤波电路，提高了电路的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明的低频滤波电路的结构示意图；

附图2为本发明的软启动电路的结构示意图；

附图3为频分双工调谐器和时分双工调谐器的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述系统中的各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的信号传输方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。

将低频滤波电路连接在通信设备的电源接口处，实现对通信设备低频干扰的滤波作用。

如图1所示为低频滤波电路的结构示意图。低频滤波电路具备：第一滤波支路，第二滤波支路，将第一滤波支路所使用的频率与第二滤波支路所使用的频率分离、耦合的频分双工调谐器，软启动电路，截止频率存储部与截止频率控制部。

第一滤波支路包括：第一发送电路、第一接收电路、低噪声放大器、低通滤波器以及将第一发送电路与第一接收电路分离、耦合的时分双工器。

第二滤波支路包括：第二发送电路、第二接收电路、低噪声放大器、高通滤波器以及将第二发送电路与第二接收电路分离、耦合的时分双工器。

另外，第一发送电路、第二发送电路与电源接口连接，第一接收电路、第二接收电路与软启动电路连接，软启动电路与电源接口连接。

第一滤波支路中，截止频率存储部两端分别连接时分双工调谐器和低通滤波器。第二滤波支路中，截止频率控制部两端分别连接时分双工调谐器和高通滤波器。

截止频率存储部将低通滤波器的滤波频率的设定值与第一发送电路中的发送输出功率对应起来进行存储。

截止频率控制部根据第二发送电路中的发送输出功率以及截止频率存储部中存储的低通滤波器的滤波频率的设定值，进行高通滤波器的滤波频率控制。

由上述截止频率存储部和截止频率控制部构成滤波器控制单元，该滤波器控制单元根据发送输出功率来变更作为高通滤波器发挥功能的滤波频率。

此外，截止频率存储部使用ROM、RAM等存储器构成，截止频率控制部使用CPU等处理器构成。

缓慢导通软启动电路，该电源接口连接有软启动电路。软启动电路主要用于通信电源系统中,因为电源芯片在上电的瞬间会因为输出采样电压和基准电压较大的差值造成功率开关管长时间导通,产生较大的浪涌电流,这会对电源系统产生较大的干扰,甚至功率开关管损坏,从而影响系统的可靠性,甚至对电源系统造成不可恢复的破坏。

软启动电路的作用就是限制功率管驱动信号在上电过程中的占空比,使输出电压平滑上升,从而确保电源芯片在上电过程中避免浪涌电流的产生及功率开关管的安全,提高电源芯片的稳定性和可靠性。

现有的软启动电路软启动电路的通常设计是开关电源芯片设置软启动管脚,外置软启动电容,通过内部电流源给软启动电容充电,使软启动管脚电压逐渐上升,同时在软启动阶段将软启动管脚电压作为基准电压,使开关电源系统的占空比逐渐增大,输出电压也随之逐渐升高。软启动阶段结束后,电路切换至固定基准电压,开关电源芯片正常工作,输出稳定电压。

而本发明中的软启动电路连接位置参见图1所示，该软启动电路连接于电源接口与低频滤波电路之间。

软启动电路的结构如图2所示，包括：控制单元、通断开关K1、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3。

第一电阻R1与第二电阻R2串联连接于滤波电容C与电源接口之间，串联的连接点与控制单元的第一输入端V1相连；通断开关K1与第三电阻R3串联连接于滤波电容C与电源接口之间；第二电阻R2与第三电阻R3均与参考地相连；第一电阻R1与第二电阻R2的阻值之和大于等于100千欧姆；较佳的，第一电阻R1与第二电阻R2的阻值之和可以取百千欧姆级或者兆欧姆级。

控制单元用于根据第一输入端V1接收的电压采样信号，生成控制信号并输出至通断开关K1的控制端，以在开关电源上电之后的初始阶段内使通断开关K1保持关断状态，控制通断开关K1在开关电源上电之后的调节阶段内以预设规律导通和关断、使滤波电容C间断性地在预设压差下进行充电，并控制通断开关K1在滤波电容C上的电压满足预设条件之后、开关电源上电之后的锁定阶段内导通后即保持导通状态。

软启动电路中的主要干扰是来自通断开关K1的通、断。因此减小通断开关K1通断的干扰是重要问题。在优选实施例中，控制单元采用多功能的低边N型场效应管的控制器。它是适用于拓扑结构要求低边场效应管，如升压，反激式，或斩波电路使用此外，多功能的低边N型场效应管的控制器可以工作在非常高的开关频率，以减少整个方案的尺寸。

多功能的低边N型场效应管的控制器的频率可调节在100kHz至1MHz范围之间的任意值。电流模式控制除了提供逐周期电流限制，还提供更高的带宽和瞬态响应。通过一个外接电阻可对输出电流进行调整。

多功能的低边N型场效应管的控制器内置保护功能，如热关断，短路保护，过电压保护。节能关断模式可以降低了总电源电流降至5uA，也允许电源连续工作，限制启动时的浪涌电流。

多功能的低边N型场效应管的控制器具有8引脚封装，内部推挽式输出具有驱动1A的峰值电流能力，具有限流和热关断能力，一个外置电阻和一个外置电容可对频率进行补偿，具有滞后欠压锁定。

通断开关K1可以是场效应管，或双极型晶体管，或绝缘栅型场效应晶体管，或可控硅器件等开关型器件。

具体的工作原理为：通过控制单元输出至通断开关K1控制端的控制信号，使通断开关K1在开关电源上电之后的初始阶段内保持关断状态，此时通过与滤波电容C串联的大阻值的第一电阻R1和第二电阻R2的限制，使得滤波电容C的充电电流保持在很小的范围内、充电电压缓慢增长；并控制通断开关K1在开关电源上电之后的调节阶段内以预设规律导通和关断、使滤波电容C间断性地在预设压差下进行充电，以保证每次充电电流都很小、充电电压呈现逐个周期的台阶爬升；最后控制通断开关K1在开关电源上电之后的锁定阶段内导通后即保持导通状态，使后级变换器进入正常工作状态之前滤波电容C也不会出现大的充电电流和充电电压阶跃。

通断开关K1一端对参考地的电压，等于交流电源AC电压减去滤波电容C两端电压得到的电压，在t1时刻，通断开关K1一端对参考地的电压值V1表征了交流电源AC此刻的电压瞬时值与滤波电容C两端此刻电压值的差值。由此，控制单元监测到的电压采样信号为正电压，说明在此刻交流电源AC的瞬时值大于滤波电容C两端的电压值，且其差值可以由如下公式表达：

Vac(t1)-Vc(t1)＝V1×(1+R1/R2)；

其中，Vac(t1)表示在t1时刻交流电源AC的电压瞬时值，Vc(t1)表示在t1时刻滤波电容C两端的电压值。

根据上式，在t1时刻，交流电源AC与滤波电容C两端电压之间存在电压差Vac(t1)-Vc(t1)，因此，紧接着，当控制单元输出的控制信号转换为高电平使得通断开关K1进入导通状态时，必然会产生一个交流电源AC对滤波电容C的充电过程，以及对应的一个充电电流。

在优选实施例中，在第一发送电路与电源接口之间追加设置保护开关电路，该保护开关电路的作用是即使电源接口由于保护功能等而紧急地停止动作，第一发送电路也不会破损。

保护开关电路由晶闸管SS、电阻R6、电容器C6以及二极管D7构成。晶闸管SS连接在第一发送电路的输入端和电源接口的输出端之间，电阻R6和电容器C6并联连接在晶闸管SS的栅极和阴极之间。晶闸管SS的栅极经由二极管D7与控制DC-DC转换器的驱动或停止的控制电路的电压检测端子连接。

下面具体对频分双工调谐器和时分双工调谐器的工作原理进行说明，如图3所示，为频分双工调谐器和时分双工调谐器的结构示意图。

频分双工调谐器包括：串联的电感L₁和电容C₁，并联的电阻R、电感L₂和电容C₂。

设频分双工调谐器有两个谐振点作为输入参数，两个滤波支路的时分双工调谐器 的调谐频率分别为f₁和f₂，设频分双工调谐器的两个调谐点的调谐频率分别为

、

，则：

频分双工调谐器阻抗Z为：

；

为使双调谐滤波器在两个调谐点有较好得滤波效果，即得到一个较宽得低阻抗频带，令阻抗Z=0 （1）；

根据实际工程滤波要求频分双工调谐器的两个调谐点的调谐频率

、

取一定 得偏差

；

则：

（2）；

利用式（1）和式（2），并根据工程滤波要求确定两个滤波支路的时分双工调谐器的 输出调谐频率f₁和f₂；在已知L₁、L₂、C₁、C₂的情况下，即可得出频分双工调谐器的两个调谐点 的调谐频率分别为

、

。

频分双工调谐器是信道化频率调节机的关键器件,它的作用是将多个时分双工调谐器以并联或串联形式组合起来,把一个宽的频带分成多个窄的频道,因此信道化频率调节机就像多个不同频段接收机的集合体,具有覆盖频率广、信号截获率高的优势。利用频分双工调谐器的这些优势可以容纳更多信道的滤波支路,从而构建电源接口的前端系统。

频分双工调谐器设计使用一个公共端口作为多个时分双工调谐器的公共接点,本发明中，频分双工调谐器的两侧通过电线并联两个滤波支路的时分双工调谐器，两个滤波支路具有互补的带通滤波器,作用是消除两个滤波支路之间的相互影响。

在优选实施例中，由于电容是频分双工调谐器的重要组成部分。电容的选择，除了基本电压和容量的要求，还要考虑选择低ESL电容，高频衰减，低ESR、带衰减和高纹波电流能力。除了需要的耐压值和电容量外，电容的等效串联电感、高频衰减度、低的等效串联电阻、中频段衰减特性和高纹波电流能力都需要考虑。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种通信设备电源接口处的低频滤波方法，其特征在于，包括：

将软启动电路连接于电源接口与低频滤波电路之间，缓慢导通软启动电路；

将保护开关电路连接在第一发送电路与电源接口之间，用于当所述电源接口由于保护功能紧急地停止动作时，保护所述低频滤波电路；

将低频滤波电路连接在通信设备的电源接口处，调节所述低频滤波电路的调谐频率，使得阻抗为零，实现对通信设备低频干扰的滤波作用。

2.根据权利要求1所述的低频滤波方法，其特征在于，所述低频滤波电路具备：第一滤波支路，第二滤波支路；所述第一滤波支路和第二滤波支路间连接有频分双工调谐器，用于将第一滤波支路所使用的频率与第二滤波支路所使用的频率分离、耦合。

3.根据权利要求2所述的低频滤波方法，其特征在于，所述频分双工调谐器包括：串联的电感L₁和电容C₁，并联的电阻R、电感L₂和电容C₂；

设所述频分双工调谐器的两个调谐点的调谐频率分别为

、

，则频分双工调谐器阻 抗Z为：

；

其中，f₁和f₂分别为两个滤波支路的输出调谐频率；

令阻抗Z=0 （1）；

（2）；

其中，

、

为所述频分双工调谐器的两个调谐点的调谐频率，

为

、

的偏差值；

并根据工程滤波要求确定两个滤波支路的时分双工调谐器的调谐频率f₁和f₂；在已知 L₁、L₂、C₁、C₂的情况下，利用式（1）和式（2），计算频分双工调谐器的两个调谐点的调谐频率

、

。

4.根据权利要求1所述的低频滤波方法，其特征在于，所述软启动电路包括：控制单元、通断开关K1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及滤波电容C；

所述控制单元用于根据接收的电压采样信号，生成控制信号并输出至所述通断开关K1，以在通电之后的初始阶段内使通断开关K1保持关断状态，控制通断开关K1在通电之后的调节阶段内以预设规律导通和关断，使所述滤波电容C间断性地在预设压差下进行充电，并控制所述通断开关K1在滤波电容C上的电压满足预设条件之后，通电之后的锁定阶段内保持导通状态。

5.根据权利要求4所述的低频滤波方法，其特征在于，所述控制单元监测到的电压采样信号为正电压，说明在此刻交流电源AC的瞬时值大于滤波电容C两端的电压值，且其差值由如下公式表达：

Vac(t1)-Vc(t1)＝V1×(1+R1/R2)；

其中，Vac(t1)表示在t1时刻交流电源AC的电压瞬时值，Vc(t1)表示在t1时刻滤波电容C两端的电压值，V1表示通断开关K1一端对参考地的电压值。

6.根据权利要求1所述的低频滤波方法，其特征在于，所述保护开关电路由晶闸管SS、电阻R6、电容器C6以及二极管D7构成；晶闸管SS连接在第一发送电路的输入端和电源接口的输出端之间，电阻R6和电容器C6并联连接在晶闸管SS的栅极和阴极之间；晶闸管SS的栅极经由二极管D7与控制DC-DC转换器的驱动或停止的控制电路的电压检测端子连接。

7.根据权利要求2所述的低频滤波方法，其特征在于，所述第一滤波支路包括：第一发送电路、第一接收电路、低噪声放大器、低通滤波器以及将第一发送电路与第一接收电路分离、耦合的时分双工器；

所述第二滤波支路包括：第二发送电路、第二接收电路、低噪声放大器、高通滤波器以及将第二发送电路与第二接收电路分离、耦合的时分双工器。

8.根据权利要求7所述的低频滤波方法，其特征在于，所述第一滤波支路中，截止频率存储部两端分别连接时分双工调谐器和低通滤波器；所述第二滤波支路中，截止频率控制部两端分别连接时分双工调谐器和高通滤波器；

所述截止频率存储部将所述低通滤波器的滤波频率的设定值与所述第一发送电路中的发送输出功率对应起来进行存储；

所述截止频率控制部根据所述第二发送电路中的发送输出功率以及所述截止频率存储部中存储的所述低通滤波器的滤波频率的设定值，进行所述高通滤波器的滤波频率控制。

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