CN202931190U - 一种宽范围直流输入电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型介绍了一种宽范围直流输入电路，包括输入端口、第一输出端口、第二输出端口、电压箝位电路、第一和第二DC-DC模块；第一和第二DC-DC模块分别为相邻模块中的高输入电压模块和低输入模块；输入端口直接连接至第一输出端口，同时通过输入电压箝位电路连接至第二输出端口；第一输出端口连接至第一DC-DC模块的输入端，第二输出端口连接至第二DC-DC模块的输入端，输入欠压保护电路和第一DC-DC模块相连。本实用新型能满足宽范围输入要求且不会局限于输出功率和输入电压的高低；具有体积小、响应速度快、保护功能完善、可靠性高的特点，特别是适用范围广，适用于各种宽范围输入的要求，具有很广阔的应用前景。

Description

一种宽范围直流输入电路

技术领域

本实用新型涉及一种直流稳压电源，特别是一种宽范围直流输入电路。 

背景技术

移动电子设备的正常工作，需要为其提供具有稳定输出电压的直流稳压电源，在许多较为特别的应用环境中，常常会遇到给电子设备供电的输入电压在设备运行中发生超出常规范围变化的情况，像坦克，装甲车，特种工程车，铁路机车。为保证这些设备的正常工作，就必须配备能适应超宽范围变化的直流宽输入稳压电源，即使在输入电压在极低值时仍能提供稳定的输出电压，以此保证设备在恶劣供电体制下的正常工作。此外还需要电源适应小型轻量模块化的要求和在恶劣条件下可靠工作的能力。例如传统铁路机车供电为直流110V，输入电压范围为66VDC～154VDC，但由于很多机车为柴油机发电，在柴油发电机工作开始及过程中，电网电压往往会远远低于66VDC，一般的66VDC～154VDC的输入范围的电源将无法满足其使用要求。 

目前世界各国所生产的众多DC/DC直流电源稳压变换器，对输入电压变化的适应能力，普遍只能做到2:1，比如从9到18V，从18V到36V，从36V到72 V等，针对4:1以上的宽输入就不能选用这些变换器，而选择特殊宽范围输入系列的变换器，由于种类少导致选择范围受限。 

发明内容

本实用新型所解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而研制一种适应直流宽范围输入电路，通过将两种相邻输入系列的模块输入范围（2:1）合二为一，扩展为宽输入范围（4:1）的电源，使电源在选择普通2:1输入范围的DC/DC变换器的情况下也能满足宽范围输入要求。 

为了实现解决上述技术问题的目的，本实用新型采用了如下技术方案： 

本专利的一种宽范围直流输入电路，包括输入端口、第一输出端口、第二输出端口、电压箝位电路、第一DC-DC模块、第二DC-DC模块；

其中第一DC-DC模块为相邻模块中的高输入电压模块，第二DC-DC模块为相邻模块中的低输入模块；

所述的输入端口直接连接至第一输出端口，同时通过输入电压箝位电路连接至第二输出端口；第一输出端口连接至第一DC-DC模块的输入端，第二输出端口连接至第二DC-DC模块的输入端，输入欠压保护电路和第一DC-DC模块相连。

所述的输入欠压保护电路为具有输入欠压保护功能的电路，管脚包括输入正极、输入负极、输出端；通过内部的调节电阻可以设定欠压保护点，并输入电压低于模块输入范围的时候，关断模块使其不工作，从而达到保护模块的功能。此输入欠压保护电路是为了在输入电压较低的时候保护高输入模块N1，如果模块N1自带输入欠压保护功能，此电路亦可省略。 

所述的电压箝位电路为具有将输入电压箝位到所需设定电压的功能电路。进一步具体的，电压箝位电路包括MOS管、第一稳压管、第二稳压管、光耦，第一二级管、第二二级管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、脉冲信号电路；输入端的正极连接至第一电阻的一端、MOS管的漏极，输入端的负极连接至光耦的2脚和4脚、脉冲信号电路的输入负极、第一电容的负极和第二DC-DC模块的输入负极；所述MOS管的源极连接至第一稳压管的正极、第二二极管6的正极、脉冲信号电路的输入正极、第一电容的正极和第二DC-DC的输入正极；所述MOS管的栅极连接至第一电阻的另一端、第一稳压管和第二稳压管的负极、第二二极管的负极；所述第二稳压管的正极连接至光耦的1脚；所述光耦的3脚连接至第二DC-DC的控制端，悬空时模块工作，反之不工作；所述脉冲信号电路的输出连接至第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接至第二电容的一端，第二电容的另一端连接至第一二级管的正极和第二二级管的负极。 

本专利的宽范围直流输入电路，所述的脉冲信号电路为具有产生频率100K以上的脉冲矩形波功能的电路，管脚包括输入正极，输入负极，输出端。由输入电压通过此电路产生一个一定电压幅值频率100K以上的脉冲矩形波，为第一MOS管提供驱动电压信号。 

本专利所述的MOS管为当电子设备输入电压过高时，把输入电压箝位到一个较安全的电压值的功率MOSFET。进一步具体的，所述的MOS管型号可以为IRFP43N50K。 

本专利的宽范围直流输入电路，所述的第一DC-DC模块和第二DC-DC模块为直流-直流电压变换模块，第一DC-DC模块和第二DC-DC模块是为了满足将输入的直流电压转换为所需要的直流电压，管脚包括输入正极、输入负极、输出正极、输出负极。 

本专利的宽范围直流输入电路，所述的光耦的管脚定义为：1脚是阳极，2脚是阴极，3脚是发射极，4脚是集电极。 

通过采用上述技术方案，本实用新型具有以下的有益效果： 

本实用新型的宽范围直流输入电路，能满足宽范围输入要求且不会局限于输出功率和输入电压的高低；具有体积小、响应速度快、保护功能完善、可靠性高的特点，特别是适用范围广，适用于各种宽范围输入的要求，具有很广阔的应用前景。

附图说明

图1是本专利的一种带宽范围直流输入电路的车载电源原理框图。 

图2是本专利的一种宽范围直流输入电路框图。 

图3是本专利的一种宽范围直流输入电路的箝位电路电路图，图中，虚线部分即为箝位电路。 

图中，N1为第一DC-DC模块，N2为第二DC-DC模块，Ui为输入源，1为MOS管，2为第一稳压管，3为第二稳压管，4为光耦，5为第一二级管，6为第二二级管，7为第一电阻，8为第二电阻，9为第一电容，10为第二电容。 

具体实施方式

实施例1 

下面通过以设计的某铁路机车电源的详细设计实例来说明此电路。该电源要求输入38V～154VDC，输出24VDC 15A。

电源原理框图参见图1，包括输入端口、输出端口、输入电压箝位电路、第一DC-DC模块N1、第二DC-DC模块N2； 

其中第一DC-DC模块N1为美国VICOR公司生产的DC-DC 转换器V110A24C500BL，第二DC-DC模块N2为美国VICOR公司生产的DC-DC 转换器V48A24C500BL；

所述的输入端口直接连接至第一DC-DC模块N1，同时通过输入电压箝位电路连接至第二DC-DC模块N2；第一DC-DC模块N1的输出正极和第二DC-DC模块N2的输出正极相连，最后连接至输出端口正极，第一DC-DC模块N1的输出负极和第二DC-DC模块N2的输出负极相连，最后连接至输出端口负极。由于所选DC-DC转换器内置输入欠压保护功能，所以DC-DC模块N1的输入欠压保护电路可以省略。

本实用新型宽范围输入电路是通过将两种相邻输入系列的模块输入范围（2:1）合二为一，扩展为宽输入范围（4:1）的电源。 

在图2所示框图中，第一DC-DC模块N1输入电压范围为66～154VDC，第二DC-DC模块N2输入电压范围为36～75VDC，输入电压高于70VDC时，第一DC-DC模块N1工作，并通过箝位电路将第二DC-DC模块N2的输入电压箝位到70VDC以下，保护第二DC-DC模块N2不被损坏。当输入电压低于70VDC时，第二DC-DC模块N2工作，并通过输入欠压保护电路保护第一DC-DC模块N1在低输入情况下不工作。第一DC-DC模块N1 、第二DC-DC模块N2的输出端接在一起，从而实现在整个输入电压范围内电源产品都能可靠地工作。 

在图3所示的电压箝位电路图中，第一稳压管2用于保护MOS管1的G、S点电压不超过15V。选取第二稳压管3的典型稳压值为70V，当输入电压低于70V时，第二稳压管3上没有电流，光耦4不导通，脉冲信号电路通过由第二电阻8和第二电容10组成的充电泵电路来触发MOS管1，这个信号控制充电泵，使MOS管1的栅极比源极电位高10V以上，该偏压使MOS管1导通，第二DC-DC模块N2工作。当输入电压高于70VDC时，光耦4导通，释放一低电平信号使第二DC-DC模块N2关断，第一DC-DC模块N1工作，第二稳压管3两端电压稳压在70V左右，从而稳定第二DC-DC模块N2输入端电压在第二DC-DC模块N2的正常输入电压范围之内。 

图3中MOSFET 1型号为VISHay公司生产的IRFP43N50K，有三个管脚：栅极、源极、漏极。 

该电源输出为24V 15A，输出功率为24×15=360W，按电源转换效率80%算，则输入功率为360/0.8=150W，输入最低电压为38VDC，则最大输入电流为11.8A，其ID最大为29A，可以满足实际使用要求。 

通过以上分析，该宽输入范围的低压直流电源的设计可满足铁路机车的实际使用要求。利用功率MOSFET的并联，可实现更大输出功率的要求。 

本实用新型也可扩展为超宽范围输入的直流稳压电源，这将取决于所选模块的输入范围的高低，比如将两种相邻输入系列的模块输入范围（5:1）合二为一，就能扩展为宽输入范围（10:1）的电源。 

Claims (9)

1.一种宽范围直流输入电路，其特征是：包括输入端口、第一输出端口、第二输出端口、电压箝位电路、第一DC-DC模块（N1）、第二DC-DC模块（N2）；

其中第一DC-DC模块（N1）为相邻模块中的高输入电压模块，第二DC-DC模块（N2）为相邻模块中的低输入模块；

所述的输入端口直接连接至第一输出端口，同时通过输入电压箝位电路连接至第二输出端口；第一输出端口连接至第一DC-DC模块（N1）的输入端，第二输出端口连接至第二DC-DC模块（N2）的输入端，输入欠压保护电路和第一DC-DC模块（N1）相连。

2.根据权利要求1所述宽范围直流输入电路，其特征是：所述的输入欠压保护电路为具有输入欠压保护功能的电路，管脚包括输入正极、输入负极、输出端；通过内部的调节电阻可以设定欠压保护点，并输入电压低于模块输入范围的时候，关断模块使其不工作，从而达到保护模块的功能。

3.根据权利要求1所述宽范围直流输入电路，其特征是：所述的电压箝位电路为具有将输入电压箝位到所需设定电压的功能电路。

4.根据权利要求3所述宽范围直流输入电路，其特征是：所述的电压箝位电路包括MOS管（1）、第一稳压管（2）、第二稳压管（3）、光耦（4），第一二级管（5）、第二二级管（6）、第一电阻（7）、第二电阻（8）、第一电容（9）、第二电容（10）、脉冲信号电路；输入端的正极连接至第一电阻（7）的一端、MOS管（1）的漏极，输入端的负极连接至光耦（4）的2脚和4脚、脉冲信号电路的输入负极、第一电容（9）的负极和第二DC-DC模块（N2）的输入负极；所述MOS管（1）的源极连接至第一稳压管（2）的正极、第二二极管（6）的正极、脉冲信号电路的输入正极、第一电容（9）的正极和第二DC-DC模块（N2）的输入正极；所述MOS管（1）的栅极连接至第一电阻（7）的另一端、第一稳压管（2）和第二稳压管（3）的负极、第二二极管（6）的负极；所述第二稳压管（3）的正极连接至光耦（4）的1脚；所述光耦（4）的3脚连接至第二DC-DC模块（N2）的控制端，悬空时模块工作，反之不工作；所述脉冲信号电路的输出连接至第二电阻（8）的一端，第二电阻（8）的另一端连接至第二电容（10）的一端，第二电容（10）的另一端连接至第一二级管（5）的正极和第二二级管（6）的负极。

5.根据权利要求4所述宽范围直流输入电路，其特征是：所述的光耦（4）的管脚定义为：1脚是阳极，2脚是阴极，3脚是发射极，4脚是集电极。

6.根据权利要求4所述宽范围直流输入电路，其特征是：所述的脉冲信号电路为具有产生频率100K以上的脉冲矩形波功能的电路，管脚包括输入正极，输入负极，输出端。

7.根据权利要求4所述宽范围直流输入电路，其特征是：所述的MOS管为当电子设备输入电压过高时，把输入电压箝位到一个较安全的电压值的功率MOSFET。

8.根据权利要求7所述宽范围直流输入电路，其特征是：所述的MOS管型号为IRFP43N50K。

9.根据权利要求1所述宽范围直流输入电路，其特征是：所述的第一DC-DC模块和第二DC-DC模块为直流-直流电压变换模块，第一DC-DC模块和第二DC-DC模块是为了满足将输入的直流电压转换为所需要的直流电压，管脚包括输入正极、输入负极、输出正极、输出负极。

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