CN201893603U - 一种高安全性能的电源供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高安全性能的电源供电系统，包括交流电源输入端、AC/DC开关电源以及直流电源输出端；所述交流电源输入端通过EMI滤波器连接AC/DC开关电源的交流输入侧，在所述EMI滤波器的前端和后端的火线、零线上分别连接有一路压敏电阻，所述压敏电阻的另一端连接保护地；在所述AC/DC开关电源的交流输入侧的火线和零线之间跨接有双向TVS二极管，AC/DC开关电源的直流输出侧连接直流电源输出端，并通过另一双向TVS二极管连接工作地。本实用新型的电源供电系统采用四级防护，对雷电及强干扰信号进行泄放，雷电响应时间可以达到ps级，显著提高了电源系统的抗雷击和浪涌抑制水平，确保了负载的用电安全。

Description

一种高安全性能的电源供电系统

技术领域

本实用新型属于电源系统技术领域，具体地说，是涉及一种具有防雷击和浪涌保护功能的电源供电系统。

背景技术

对于电信、电力等行业的通信机房以及无线基站、发电厂、变电站等场所的通信设备来说，为其提供工作电源的供电系统必须具有抗雷击和浪涌抑制功能，才能保证后级负载的安全用电。而目前的通信电源系统对交流电源只采用一级或者两级压敏电阻进行防雷击保护，对雷电响应时间为100ns～1ms级，防雷击效果较差。其次，在通信电源系统中，用于将接入的交流电源转换为后级负载设备所需直流工作电压的AC/DC开关电源来说，在其正、负极输出端缺少有效的防护措施，比如AC/DC开关电源的-48V输出端。这样一来，在极端情况下，与AC/DC开关电源所连接的负载设备(即各类通信设备)易遭受雷击或者浪涌电压的破坏。此外，在目前的通信电源系统中，交流电源、直流电源的防雷与多电源自动切换供电没有实现一体化设计，这也给负载设备的安全用电埋下了隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高安全性能的电源供电系统，采用四级防护措施，提高电源供电系统的抗雷击和浪涌抑制能力。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种高安全性能的电源供电系统，包括交流电源输入端、AC/DC开关电源以及直流电源输出端；所述交流电源输入端通过EMI滤波器连接AC/DC开关电源的交流输入侧，在所述EMI滤波器的前端和后端的火线、零线上分别连接有一路压敏电阻，所述压敏电阻的另一端连接保护地；在所述AC/DC开关电源的交流输入侧的火线和零线之间跨接有双向TVS二极管，AC/DC开关电源的直流输出侧连接直流电源输出端，并通过另一双向TVS二极管连接工作地。

为了实现多电源分布式供电，将连接在所述EMI滤波器后端的火线和零线扩展成多路，分别与多路AC/DC开关电源的交流输入侧一一对应连接，在每一路AC/DC开关电源的交流输入侧分别跨接一路所述的双向TVS二极管。

进一步的，所述多路AC/DC开关电源并行输出，并进行进一步的多路扩展后与多路直流电源输出端一一对应连接，每一路直流电源输出端通过一路双向TVS二极管连接工作地。

又进一步的，在连接所述的每一路直流电源输出端的连线中均串联有一路空气开关。

再进一步的，所述EMI滤波器通过多路空气开关与所述的多路AC/DC开关电源的交流输入侧一一对应连接。

更进一步的，连接在所述EMI滤波器与空气开关之间的火线和零线为1.5米长、8mm²粗的多股软铜线。

为了保证输出电流的正确流向，在所述AC/DC开关电源的直流输出侧连接有用于防止电流反灌的单向二极管。

其中，在所述AC/DC开关电源的直流输出侧还进一步串联有限流电阻。

为了实现短路保护，在所述交流电源输入端与EMI滤波器的连线中串联有空气开关。

优选的，在所述EMI滤波器中包含有一个共模电感和六个电容，所述共模电感串联在连接所述交流电源输入端的火线和零线中，共模电感的四个端子各自通过一个电容连接保护地，另外两个电容分别跨接在共模电感前端和后端的火线与零线之间。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的电源供电系统采用四级防护，对雷电及强干扰信号进行泄放，雷电响应时间可以达到ps级，从而显著提高了电源系统的抗雷击和浪涌抑制水平，确保了后级负载设备的用电安全。此外，将多路AC/DC开关电源进行并行输出，并进行多路扩展，通过多路空气开关给每一路负载设备供电，从而实现了多路电源或电源模块的分布式自动切换供电，大大提高了系统运行的可靠性。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的电源供电系统的一种实施例的电路原理框图；

图2是图1所示电源供电系统的具体电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，本实施例的电源供电系统主要包括交流电源输入端Vin、EMI滤波器、AC/DC开关电源和直流电源输出端Vout，参见图1所示。为了提高电源供电系统的安全性能，本实施例设计了四级保护措施：第一级为压敏电阻，包括两个，分别设置在EMI滤波器的前端、交流电源输入端Vin与EMI滤波器相连接的火线和零线上，两个压敏电阻的另一端连接保护地FG(也可称为机壳地或大地)，对通过交流电源输入端Vin引入的强雷电和干扰信号进行大电流泄放；第二级同样为两个压敏电阻，设置在EMI滤波器的后端，分别连接在火线与保护地FG之间以及零线与保护地FG之间，在系统遭遇雷击时对雷电及强干扰信号进行大电流泄放；第三级为双向瞬态抑制二极管TVS，跨接在AC/DC开关电源的交流输入侧的火线与零线之间，进行差模浪涌保护；通过AC/DC开关电源的直流输出侧输出的直流电源经作为第四级保护的双向TVS二极管连接直流电源输出端Vout，所述双向TVS二极管具体可以连接在直流电源输出端Vout与工作地GND(也可称为系统地)之间，对瞬间浪涌电压进行有效抑制。

为了满足通信电源系统的多电源供电需求，可以在本实施例的电源供电系统中同时设置多路AC/DC开关电源，比如n路，如图1所示，对连接在EMI滤波器后端的交流火线和零线进行多路扩展，进而分别与多路AC/DC开关电源的交流输入侧一一对应连接，通过AC/DC开关电源输出的直流电源也可以进行多路扩展，并行输出，进而形成多电源分布式供电体系。为了对每一条供电支路进行防雷击和浪涌保护，可以在每一路AC/DC开关电源的交流输入侧分别并联一路双向TVS二极管，作为第三级保护。与此同时，在每一路AC/DC开关电源的直流输出侧与工作地GND之间分别并联一路双向TVS二极管，以作为第四级保护。

为了在发生短路或者超载事故时，实现对负载设备的有效保护，本实施例在所述电源供电系统中还设置了多级空气开关，如图1所示。第一级空气开关可以串联在交流电源输入端Vin与EMI滤波器之间的交流电源线中；第二级空气开关可以串联在EMI滤波器与AC/DC开关电源的交流输入侧之间的交流电源线中；第三级空气开关可以串联在AC/DC开关电源的直流输出侧与直流电源输出端Vout之间的直流电源线中，比如图1中的K1、K2……Kn，在线路中的电流过大时自动断开，切断供电电源，以保证后级负载设备的安全。

图2为本实施例所述电源供电系统的具体电路原理图，以三路AC/DC开关电源为例进行说明。其中，通过交流电源输入端Vin引入的交流电源可以是220V交流市电，通过空气开关KK0连接作为第一级保护的压敏电阻RV1、RV2，进而通过EMI滤波器进行电磁干扰抑制后，连接作为第二级保护的压敏电阻RV3、RV4。所述压敏电阻RV1、RV2、RV3、RV4分别跨接在EMI滤波器前端和后端的火线L与保护地FG之间以及零线N与保护地FG之间，对雷电和强干扰信号进行大电流泄放。

在本实施例中，所述EMI滤波器可以具体采用一个共模电感L1和六个电容C1～C6连接而成，如图2所示。其中，共模电感L1串联在交流电源的火线与零线中，电感量为16μH，保证强雷电电流首先通过第一级压敏电阻RV1、RV2泄放，然后再通过第二级压敏电阻RV3、RV4进行泄放。共模电感L1的四个端子各自通过一个电容(比如C2、C3、C4、C6)连接保护地FG，另外两个电容C1、C5分别跨接在共模电感L1前端和后端的火线与零线之间。当然，对EMI滤波器的具体电路组建形式本实施例并不仅限于以上举例。

对连接在第二级压敏电阻RV3、RV4后端的交流电源线进行多路扩展，由于本实施例采用三路AC/DC开关电源，因此需要对所述交流电源线进行三路扩展，分别经三路空气开关KK1、KK2、KK3与三路AC/DC开关电源的交流输入侧一一对应连接。在本实施例中，连接在第二级压敏电阻RV3、RV4与各路空气开关KK1、KK2、KK3之间的火线和零线优选采用1.5米长、8mm²粗的多股软铜线，电抗量为2.6μH，对雷电脉冲提供12μs的延时，以保证强雷电电流先通过第一、第二级压敏电阻RV1、RV2、RV3、RV4进行泄放，残余小电流通过并联在三路AC/DC开关电源的交流输入侧的双向TVS二极管D1-D3快速泄放，进而保护负载设备正常工作。

通过三路AC/DC开关电源的直流输出侧转换输出的直流电源，分别经限流电阻R1/R2/R3和用于防止电流反灌的单向二极管D11/D12/D13后，并行输出，参见图2所示，所述单向二极管D11/D12/D13优选采用大功率开关二极管实现。本实施例以输出-48V直流电源的AC/DC开关电源为例进行说明，AC/DC开关电源的直流输出侧的正极连接工作地GND，负极通过与其串联的限流电阻R1/R2/R3连接单向二极管D11/D12/D13的阴极，所述单向二极管D11/D12/D13的阳极相并联，并进行多路扩展后，比如进行6路扩展后，进而各自通过一路空气开关K1～K6与6路直流电源输出端Vout1～Voutn一一对应连接，由此组成多电源自动均流供电，为后级通信设备提供可靠冗余供电。

在每一路直流电源输出端Vout1～Voutn与工作地GND之间均并联有作为第四级保护的双向TVS二极管D4-D9，参见图2所示。所述空气开关K1～K6与双向TVS二极管D4-D9组成多电源分布式多路浪涌保护供电，响应时间可达ps级，实现四级保护，任何一路负载设备遭受雷击或者其它故障，均不影响其它路负载设备的正常工作。

本实施例的电源供电系统采用四级防护措施，对雷电和强干扰信号可以进行快速泄放，雷电响应时间可以达到ps级，防雷击效果显著。该电源供电系统不仅可以为电信、电力等行业的通信机房以及无线基站、发电厂、变电站等场所的通信设备提供工作电源，还可以应用于工矿企业的工业控制系统、其它领域的防雷击和干扰信号的电源防护以及多电源自动切换供电等领域中。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种高安全性能的电源供电系统，包括交流电源输入端、AC/DC开关电源以及直流电源输出端；其特征在于：所述交流电源输入端通过EMI滤波器连接AC/DC开关电源的交流输入侧，在所述EMI滤波器的前端和后端的火线、零线上分别连接有一路压敏电阻，所述压敏电阻的另一端连接保护地；在所述AC/DC开关电源的交流输入侧的火线和零线之间跨接有双向TVS二极管，AC/DC开关电源的直流输出侧连接直流电源输出端，并通过另一双向TVS二极管连接工作地。

2.根据权利要求1所述的高安全性能的电源供电系统，其特征在于：连接所述EMI滤波器后端的火线和零线扩展成多路，分别与多路AC/DC开关电源的交流输入侧一一对应连接，在每一路AC/DC开关电源的交流输入侧分别跨接有一路所述的双向TVS二极管。

3.根据权利要求2所述的高安全性能的电源供电系统，其特征在于：所述多路AC/DC开关电源并行输出，并扩展成多路后与多路直流电源输出端一一对应连接，每一路直流电源输出端通过一路双向TVS二极管连接工作地。

4.根据权利要求3所述的高安全性能的电源供电系统，其特征在于：在连接所述的每一路直流电源输出端的连线中均串联有一路空气开关。

5.根据权利要求2所述的高安全性能的电源供电系统，其特征在于：所述EMI滤波器通过多路空气开关与所述的多路AC/DC开关电源的交流输入侧一一对应连接。

6.根据权利要求5所述的高安全性能的电源供电系统，其特征在于：连接在所述EMI滤波器与空气开关之间的火线和零线为1.5米长、8mm²粗的多股软铜线。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的高安全性能的电源供电系统，其特征在于：在所述AC/DC开关电源的直流输出侧连接有用于防止电流反灌的单向二极管。

8.根据权利要求7所述的高安全性能的电源供电系统，其特征在于：在所述AC/DC开关电源的直流输出侧还串联有限流电阻。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的高安全性能的电源供电系统，其特征在于：在所述交流电源输入端与EMI滤波器的连线中串联有空气开关。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的高安全性能的电源供电系统，其特征在于：在所述EMI滤波器中包含有一个共模电感和六个电容，所述共模电感串联在连接所述交流电源输入端的火线和零线中，共模电感的四个端子各自通过一个电容连接保护地，另外两个电容分别跨接在共模电感前端和后端的火线与零线之间。

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