CN117674045A - 一种组合式穿舱滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种组合式穿舱滤波器，包括：防反接电路板、尖峰电压抑制电路板、滤波电路板、连接器、壳体；各组件间通过功能划分和结构设计分为不同舱体，通过穿舱的方式进行连接；其中，防反接电路板、尖峰电压抑制电路板、壳体与连接器构成一个舱体，为输入舱体，电连接器引线通过焊点焊接到防反接电路板上，防反接电路板通过紧固件的形式固定在壳体上，尖峰电压抑制电路板通过导电插针与防反接电路板焊接连接；滤波电路板与壳体构成一个舱体，为输出舱体，滤波电路板通过穿心电容插针与防反接电路板焊接连接，并通过引线输出。本发明组合式穿舱滤波器，用于在电源输入侧和信号输出侧进行滤波和尖峰抑制，提高电动机构产品的电磁环境和供电兼容环境适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合式穿舱滤波器，具体涉及一种航空燃油阀通断系统电动机构用组合式穿舱滤波器。
背景技术
燃油阀通断系统电动机构属于机载机电设备，其工作环境位于复杂且严苛的电磁环境中，这就对电动机构产品提出严格的电磁兼容性要求和供电兼容性要求，为满足电动机构电源线传导发射、电场辐射发射、电源线传导敏感度、电源线尖峰信号传导敏感度、磁场辐射敏感度、电场辐射敏感度、反极性等考核要求，需要一种在电源输入侧和信号输出侧进行滤波的滤波器。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提出一种组合式穿舱滤波器，用于在电源输入侧和信号输出侧进行滤波，提高电动机构产品的电磁环境和供电兼容环境适应性。
本发明采用的技术方案为：
一种组合式穿舱滤波器，包括：连接器、尖峰电压抑制电路板、防反接电路板、壳体和滤波电路板；
其中，所述连接器、尖峰电压抑制电路板、防反接电路板、壳体组成输入舱体；
连接器的下端通过安装螺钉与壳体紧固连接，连接器引线与防反接电路板焊接连接，防反接电路板与尖峰电压抑制电路板通过导电插针焊接；
所述滤波电路板与壳体组成输出舱体；滤波电路板通过紧固件的形式固定在壳体上，滤波电路板通过穿心电容插针与防反接电路板焊接连接，并通过引线输出到负载侧，用于对电源线上低频差模干扰和中频共模干扰进行衰减抑制。
进一步的，所述壳体分层穿舱设计，输入和输出分舱隔离，所有缝隙和接口进行嵌入式结构设计，防止电磁波向外辐射，同时也防止外部干扰耦合到内部线缆上，为各电路板提供结构支撑。
进一步的，所述尖峰电压抑制电路板包括N-沟道MOS管V411、稳压二极管V111、二极管V211、V311、限流电阻R111～R311、充电电容器C111；
正28V通过电阻R111和二极管V211后连接到N-沟道MOS管V411的栅极；反28V通过电阻R311和二极管V311连接到N-沟道MOS管V411的栅极；
N-沟道MOS管V411的栅极通过并联在一起的充电电容器C111、稳压二极管V111和电阻R411后连接28V地，N-沟道MOS管V411的源极和漏极之间通过电阻R211连接。
进一步的，尖峰电压抑制电路板通过电阻R111、R311和充电电容器C111调整N-沟道MOS管V411的UGS电压上升斜率，延长UGS的上升时间，从而延迟N-沟道MOS管V411的开启；UGS达到开启电压之前，N-沟道MOS管V411为高阻状态，整个28V电流回路先通过限流电阻R211对后级电路中的电容器C111充电。
进一步的，当充电电容器C111充电即将饱和时，UGS到达N-沟道MOS管V411的开启电压，N-沟道MOS管V411从高阻变为低阻，等效限流电阻R211短路，整个回路的电流从R211切换到N-沟道MOS管V411，完成软启动过程，达到了抑制开机冲击电流的效果；关机后电阻R411对充电电容器C111放电，保证二次开机抑制开机冲击电流，V211、V311用于防止正28V和反28V短路。
进一步的，所述防反接电路板包括防反接二极管和瞬态电压二极管TVS，防反接二极管串联到电源地端，瞬态电压二极管TVS并联于正28V、反28V和电源地端，用于电源和地接反对后续电路和负载的保护，以及免受反向浪涌的损害。
进一步的，所述滤波电路板包括差模电感L1、L3、L4、共模电感L2、差模电容C1～C4、C8、C9、共模电容C5～C7、C15～C17和穿心电容C10～C14；
差模电感L1、L3、L4均串联到经过尖峰抑制电路板和防反接电路板后的输出信号正28V、反28V和电源地端上，其两两之间并联差模电容器C1～C4，其中，差模电容C1和C3并联在差模电感L1、L3之间；差模电容C2和C4并联在差模电感L1、L4之间；
差模电感L1、L3、L4均连接到共模电感L2输入侧，共模电感L2输出侧两两之间分别并联差模电容器C8、C9，并分别对地并联共模电容C5～C7、C15～C17，滤波电路后端电源和信号经过穿心电容C10～C14实现与负载侧隔离。
进一步的，经过尖峰抑制电路板和防反接电路板后的输出信号正28V、反28V和电源地端上，通过差模电容器C1～C4、C8、C9和差模电感器L1、L3、L4配合使用以有效抑制线上10kHz～1MHz的差模干扰。
进一步的，采用共模电容器C5～C7、C15～C17滤除1MHz～30MHz的共模干扰.
进一步的，滤波电路后端电源线和信号线经过穿心滤波器C10～C14后输出，穿心滤波器衰减30MHz～200MHz的共模干扰。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明采用组合式穿舱安装方式，将电源、信号采用外部模块滤波，避免板级滤波引入的信号干扰，把连接器和滤波器做成一体的滤波器组件，实现了电气连接和滤波性能一体化；
(2)本发明是一种使用穿心电容实现输出隔离的滤波组件，通过分舱隔离技术实现各部分功能，减少电磁干扰；
(3)本发明使用一个二极管实现双路防反接功能；
(4)本发明使用瞬态电压二极管(TVS)抑制尖峰电压。TVS操作方式如下：正向浪涌时，TVS处于反向雪崩击穿状态；反向浪涌时，TVS类似正向偏置二极管一样导通并吸收浪涌能量。在低电容电路里情况就不是这样了。应选用双向TVS以保护电路中的低电容器件免受反向浪涌的损害；
(5)本发明使用差模电感器对电源线中低频率干扰及开关尖峰进行抑制；
(6)本发明共模电感滤除1MHz左右的干扰，随着频率升高，磁导率稳定，适用于各种电源环境的滤波；
(7)本发明滤波器使用多点接地：在频率高于10MHz情况下，由于接地线的长度以及接地电路的影响，单点接地无法达到去除干扰的效果，就得使用多点接地且接地线缩短。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明组合式穿舱滤波器分层结构图；
图2为本发明尖峰抑制电路板原理图；
图3为本发明滤波电路板原理图。
具体实施方式
燃油阀电动机构属于机载机电设备，其工作环境位于复杂且严苛的电磁环境中，这就对电动机构产品提出严格的电磁兼容性要求和供电兼容性要求，为满足电动机构电源线传导发射、电场辐射发射、电源线传导敏感度、电源线尖峰信号传导敏感度、磁场辐射敏感度、电场辐射敏感度、反极性等考核要求。
本发明设计的组合式穿舱滤波器，各个功能组件之间根据功能和结构划分成不同的舱体，各个舱体之间通过导电插针的形式实现电气连接，通过壳体进行结构支撑。对滤波功能性进行分层设计，采用直插式穿舱结构，采用分舱隔离技术，将滤波器输入端和输出端分舱隔离，产品内部两个隔离舱体依靠穿心电容进行电气连接。
所有电源线和信号线进入输入舱后先经过防反接电路板和尖峰抑制电路板，实现防浪涌功能、防反接功能和冲击电流抑制功能，再经过穿心电容，衰减线缆上携带的高频段干扰，避免电源线和信号线上携带的高频干扰在输出舱内互相串扰。在输出舱内，线缆高频干扰已被抑制，滤波电路板主要针对电源线上低频差模干扰和中频共模干扰进行衰减抑制，信号线直接与连接器相接输出。电源线上中低频干扰用差模电感、差模电容和共模电容组合进行抑制，再经过连接器输出。组合式穿舱滤波器用于在电源输入侧和信号输出侧进行滤波，提高电动机构产品的电磁环境和供电兼容环境适应性。
如图1所示，本发明提出的组合式穿舱滤波器包括：连接器1、尖峰电压抑制电路板2、防反接电路板3、壳体4和滤波电路板5；
其中，所述连接器1、尖峰电压抑制电路板2、防反接电路板3、壳体4组成输入舱体；
连接器1的下端通过安装螺钉与壳体4紧固连接，连接器1引线与防反接电路板3焊接连接，防反接电路板3与尖峰电压抑制电路板2通过导电插针焊接；
所述滤波电路板5与壳体4组成输出舱体；滤波电路板5通过紧固件的形式固定在壳体4上，滤波电路板5通过穿心电容插针与防反接电路板3焊接连接，并通过引线输出到负载侧，用于对电源线上低频差模干扰和中频共模干扰进行衰减抑制。
所述壳体4为分层穿舱设计，输入和输出分舱隔离，所有缝隙和接口进行嵌入式结构设计，防止电磁波向外辐射，同时也防止外部干扰耦合到内部线缆上，为各电路板提供结构支撑。
上述组合式穿舱滤波器对滤波功能性进行分舱设计，实现输入输出的分舱隔离。防反接电路板、尖峰抑制电路板连接导线，实现防浪涌功能、防反接功能和冲击电流抑制功能，再经过穿心电容，抑制高频干扰的串扰影响，实现串联线缆干扰抑制。
如图2所示为尖峰电压抑制电路原理图。所述尖峰电压抑制电路板2包括N-沟道MOS管V411、稳压二极管V111、二极管V211、V311、限流电阻R111～R311、充电电容器C111；
正28V通过电阻R111和二极管V211后连接到N-沟道MOS管V411的栅极；反28V通过电阻R311和二极管V311连接到N-沟道MOS管V411的栅极；
N-沟道MOS管V411的栅极通过并联在一起的充电电容器C111、稳压二极管V111和电阻R411后连接28V地，N-沟道MOS管V411的源极和漏极之间通过电阻R211连接。
尖峰电压抑制电路板通过电阻R111、R311和充电电容器C111调整N-沟道MOS管V411的UGS电压上升斜率，延长UGS的上升时间，从而延迟N-沟道MOS管V411的开启；UGS达到开启电压之前，N-沟道MOS管V411为高阻状态，整个28V电流回路先通过限流电阻R211对后级电路中的电容器C111充电。
当充电电容器C111充电即将饱和时，UGS到达N-沟道MOS管V411的开启电压，N-沟道MOS管V411从高阻变为低阻，等效限流电阻R211短路，整个回路的电流从R211切换到N-沟道MOS管V411，完成软启动过程，达到了抑制开机冲击电流的效果；关机后电阻R411对充电电容器C111放电，保证二次开机抑制开机冲击电流，V211、V311用于防止正28V和反28V短路。
本发明中，防反接电路板3包括防反接二极管和瞬态电压二极管TVS，防反接二极管串联到电源地端，瞬态电压二极管TVS并联于正28V、反28V和电源地端，用于电源和地接反对后续电路和负载的保护，以及免受反向浪涌的损害。
如图3所示为组合式穿舱滤波器滤波电路板原理图。根据直流无刷电机的工作原理，其内部主要干扰源是电源模块。电源模块的开关频率一般为250kHz～1MHz。电源模块产生的干扰既有差模干扰也有共模干扰，干扰主要在电源线上，但干扰的高次谐波会耦合到其他信号线缆上，信号线缆上主要为高频干扰，因此所有线缆都需要进行滤波处理。
滤波电路板5包括差模电感L1、L3、L4、共模电感L2、差模电容C1～C4、C8、C9、共模电容C5～C7、C15～C17和穿心电容C10～C14；
差模电感L1、L3、L4均串联到经过尖峰抑制电路板2和防反接电路板3后的输出信号正28V、反28V和电源地端上，其两两之间并联差模电容器C1～C4，其中，差模电容C1和C3并联在差模电感L1、L3之间；差模电容C2和C4并联在差模电感L1、L4之间；
差模电感L1、L3、L4均连接到共模电感L2输入侧，共模电感L2输出侧两两之间分别并联差模电容器C8、C9，并分别对地并联共模电容C5～C7、C15～C17，滤波电路后端电源和信号经过穿心电容C10～C14实现与负载侧隔离。
经过尖峰抑制电路板2和防反接电路板3后的输出信号正28V、反28V和电源地端上，通过差模电容器C1～C4、C8、C9和差模电感器L1、L3、L4配合使用以有效抑制线上10kHz～1MHz的差模干扰。
采用共模电容器C5～C7、C15～C17滤除1MHz～30MHz的共模干扰.
滤波电路后端电源线和信号线经过穿心滤波器C10～C14后输出，穿心滤波器普通电容相较，自身寄生参数小，具有更高的谐振频率和滤波效果，对高频干扰具有较好的衰减效果，能有效衰减30MHz～200MHz的共模干扰。
衰减线缆上携带的高频段干扰，避免电源线和信号线上携带的高频干扰，抑制中低频干扰提高电动机构产品的电磁环境和供电兼容环境适应性。
滤波电路板主要针对电源线上低频差模干扰和中频共模干扰进行衰减抑制，信号线直接与连接器相接输出。电源线上中低频干扰用差模电感、差模电容和共模电容组合进行抑制，再经过连接器输出。采用直插式穿舱结构，可以穿舱安装在控制器外表面或机构外表面，有效减少板上滤波器连接器与电路板之间的电磁干扰特性，且滤波器与电连接器集成一体化设计，能够满足航空产品轻量化、集成化、方便安装等一系列要求。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种组合式穿舱滤波器，其特征在于包括：连接器(1)、尖峰电压抑制电路板(2)、防反接电路板(3)、壳体(4)和滤波电路板(5)；
其中，所述连接器(1)、尖峰电压抑制电路板(2)、防反接电路板(3)、壳体(4)组成输入舱体；
连接器(1)的下端通过安装螺钉与壳体(4)紧固连接，连接器(1)引线与防反接电路板(3)焊接连接，防反接电路板(3)与尖峰电压抑制电路板(2)通过导电插针焊接；
所述滤波电路板(5)与壳体(4)组成输出舱体；滤波电路板(5)通过紧固件的形式固定在壳体(4)上，滤波电路板(5)通过穿心电容插针与防反接电路板(3)焊接连接，并通过引线输出到负载侧，用于对电源线上低频差模干扰和中频共模干扰进行衰减抑制。
2.根据权利要求1所述的一种组合式穿舱滤波器，其特征在于：所述壳体(4)为分层穿舱设计，输入和输出分舱隔离，所有缝隙和接口进行嵌入式结构设计，防止电磁波向外辐射，同时也防止外部干扰耦合到内部线缆上，为各电路板提供结构支撑。
3.根据权利要求1所述的一种组合式穿舱滤波器，其特征在于：所述尖峰电压抑制电路板(2)包括N-沟道MOS管V411、稳压二极管V111、二极管V211、V311、限流电阻R111～R311、充电电容器C111；
正28V通过电阻R111和二极管V211后连接到N-沟道MOS管V411的栅极；反28V通过电阻R311和二极管V311连接到N-沟道MOS管V411的栅极；
N-沟道MOS管V411的栅极通过并联在一起的充电电容器C111、稳压二极管V111和电阻R411后连接28V地，N-沟道MOS管V411的源极和漏极之间通过电阻R211连接。
4.根据权利要求3所述的一种组合式穿舱滤波器，其特征在于：
尖峰电压抑制电路板通过电阻R111、R311和充电电容器C111调整N-沟道MOS管V411的UGS电压上升斜率，延长UGS的上升时间，从而延迟N-沟道MOS管V411的开启；UGS达到开启电压之前，N-沟道MOS管V411为高阻状态，整个28V电流回路先通过限流电阻R211对后级电路中的电容器C111充电。
5.根据权利要求3或4所述的一种组合式穿舱滤波器，其特征在于：
当充电电容器C111充电即将饱和时，UGS到达N-沟道MOS管V411的开启电压，N-沟道MOS管V411从高阻变为低阻，等效限流电阻R211短路，整个回路的电流从R211切换到N-沟道MOS管V411，完成软启动过程，达到了抑制开机冲击电流的效果；关机后电阻R411对充电电容器C111放电，保证二次开机抑制开机冲击电流，V211、V311用于防止正28V和反28V短路。
6.根据权利要求1所述的一种组合式穿舱滤波器，其特征在于：所述防反接电路板(3)包括防反接二极管和瞬态电压二极管TVS，防反接二极管串联到电源地端，瞬态电压二极管TVS并联于正28V、反28V和电源地端，用于电源和地接反对后续电路和负载的保护，以及免受反向浪涌的损害。
7.根据权利要求1所述的一种组合式穿舱滤波器，其特征在于：所述滤波电路板(5)包括差模电感L1、L3、L4、共模电感L2、差模电容C1～C4、C8、C9、共模电容C5～C7、C15～C17和穿心电容C10～C14；
差模电感L1、L3、L4均串联到经过尖峰抑制电路板(2)和防反接电路板(3)后的输出信号正28V、反28V和电源地端上，其两两之间并联差模电容器C1～C4，其中，差模电容C1和C3并联在差模电感L1、L3之间；差模电容C2和C4并联在差模电感L1、L4之间；
差模电感L1、L3、L4均连接到共模电感L2输入侧，共模电感L2输出侧两两之间分别并联差模电容器C8、C9，并分别对地并联共模电容C5～C7、C15～C17，滤波电路后端电源和信号经过穿心电容C10～C14实现与负载侧隔离。
8.根据权利要求7所述的一种组合式穿舱滤波器，其特征在于：经过尖峰抑制电路板(2)和防反接电路板(3)后的输出信号正28V、反28V和电源地端上，通过差模电容器C1～C4、C8、C9和差模电感器L1、L3、L4配合使用以有效抑制线上10kHz～1MHz的差模干扰。
9.根据权利要求8所述的一种组合式穿舱滤波器，其特征在于：采用共模电容器C5～C7、C15～C17滤除1MHz～30MHz的共模干扰。
10.根据权利要求8所述的一种组合式穿舱滤波器，其特征在于：滤波电路后端电源线和信号线经过穿心滤波器C10～C14后输出，穿心滤波器衰减30MHz～200MHz的共模干扰。
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| CN (1) | CN117674045A (zh) |
-
2023
- 2023-11-17 CN CN202311539059.3A patent/CN117674045A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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