CN204068243U - 一种工业以太网交换机直流电源浪涌保护电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及了一种交换机电源浪涌保护电路,具体地说是一种工业以太网交换机直流电源浪涌保护电路。该电路的关键在于:至少包括串联在直流供电电源与下一级电路之间的浪涌抑制电路、EMI滤波电路以及大功率整流二极管,当浪涌冲击通过电源线引入时,绝大部分能量通过浪涌抑制电路泄放、吸收,之后,通过后面的EMI滤波电路及大功率整流二极管得到进一步的抑制,使得浪涌冲击的干扰在下一级电路可接受的范围内,起到了很好的防浪涌冲击作用,且在不拆除防护器件的情况下,也能通过介质强度试验测试,增强了保护电路的适用性和可靠性。

Description

一种工业以太网交换机直流电源浪涌保护电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种交换机电源浪涌保护电路,具体涉及一种工业以太网交换机直流电源浪涌保护电路。
背景技术
[0002]目前电力行业中采用的卡轨式工业以太网交换机大多采用直流电源供电,近几年,随着工业以太网交换机应用地位的逐渐提高,对交换机的可靠稳定运行的要求也越来越高,由于电力行业应用环境极为恶劣,在交换机的EMC认证中,对低压直流供电的交换机的电源端口增加了浪涌(冲击)测试等级要求,具体为共模±4.0kV,差模±2.0kV,测试波形为1.2/50 (8/20) us,目前业内已有一些成熟的防护电路,但是这些防护电路设计在耐压测试实验(安规介质强度实验)时,因漏电流大测试不能通过。通常情况下会采取拆除防护器件的方式通过安规测试,这不仅不符合新的《电力工业以太网交换机技术规范》的要求,也不满足交换机现场的实际应用。
[0003] 针对以上问题,本文提出了一种交换机直流电源浪涌保护设计方法,实现交换机电源端口浪涌(冲击)防护,提高了交换机在极端恶劣环境中运行的可靠性、稳定性。
发明内容
[0004] 本实用新型公开了一种工业以太网交换机直流电源浪涌保护电路,具体地说是一种应用于工业通信设备中的直流电源浪涌(冲击)保护电路。该电路的关键在于:至少包括串联在直流供电电源与下一级电路之间的浪涌抑制电路、EMI滤波电路以及大功率整流二极管,当浪涌(冲击)通过电源线引入时,绝大部分能量通过浪涌抑制电路泄放、吸收,之后,通过后面的EMI滤波电路及大功率整流二极管得到进一步的抑制,使得浪涌(冲击)的干扰在下一级电路可接受的范围内,起到了很好的防浪涌(冲击)作用,且在不拆除防护器件的情况下,也能通过介质强度试验,增强了保护电路的适用性和可靠性。
[0005] 本实用新型是按以下方式实现的,一种工业以太网交换机直流电源浪涌保护电路,所述的直流电源浪涌保护电路包括串联在直流供电电源与下一级电路之间的浪涌抑制电路和EMI滤波电路,所述浪涌抑制电路包括:温度保险丝F1、压敏电阻M0V1、放电管QT1、磁芯电感LI和L2、X型电容(:1、¥型电容02和C3以及接地PE线;
[0006] 所述压敏电阻MOVl的一端串联一个所述温度保险丝Fl连接所述直流供电电源的正极,所述压敏电阻MOVl的另一端连接所述直流供电电源的负极,且通过所述放电管QTl连接所述接地PE线,所述磁芯电感LI连接在所述直流供电电源的正极与所述EMI滤波电路的输入正极之间,所述磁芯电感L2连接在所述直流供电电源的负极与所述EMI滤波电路的输入负极之间,所述X型电容Cl跨接在所述EMI滤波电路的输入正、负极之间,所述Y型电容C2跨接在所述EMI滤波电路的输入正级与接地PE线之间,所述Y型电容C3跨接在所述EMI滤波电路的输入负级与接地PE线之间。
[0007] 进一步地,所述浪涌抑制电路中的磁芯电感L1、L2以及X型电容Cl、Y型电容C2和C3组成第一级LC滤波电路,抑制浪涌(冲击)中的高频成分干扰。
[0008] 所述直流电源浪涌保护电路EMI滤波电路由共模电感L3以及X型电容C6、Y型电容C4和C5组成第二级LC滤波电路,抑制内部电源电路对所述供电电源的干扰及进一步抑制浪涌(冲击)中的高频成分干扰;
[0009] 更进一步地,所述浪涌抑制电路中的压敏电阻MOVl的压敏电压值>直流供电电源输入值X2.2,放电管的动作电压彡1000V,通流量为l0.0kA。
[0010] 所述的X型电容Cl、C6选用纹波电流大的聚酯薄膜电容,容值为luF,耐压值为100V,所述的Y型电容C2、C3、C4、C5选用贴片的高压陶瓷电容,容值为4.7nF,耐压值为2.0kV0
[0011 ] 进一步地,所述的直流电源浪涌保护电路还包括所述EMI滤波电路与下一级电路之间串联的大功率整流二极管D1、D2。
[0012] 本实用新型的突出优点是,电路结构简单,成本低廉,实用性强。
附图说明
[0013] 下图结合附图和实施方式对本实用新型的工业以太网交换机直流电源浪涌保护电路进一步说明。
[0014] 图1是本实用新型的工业以太网交换机直流电源浪涌保护电路原理框图。
具体实施方式
[0015] 参照说明书附图对本发明的方法作以下详细地说明。
[0016] 如图1所示,为便于说明,仅示出了与本实用新型实施相关的部分,包括串联在直流供电电源与下一级电路之间的浪涌抑制电路(11 ),用于泄放、吸收浪涌(冲击)时的高能量干扰;串联在浪涌抑制电路(11)与大功率整流二极管Dl、D2之间的EMI滤波电路(12 )。
[0017] 如图1所示,浪涌抑制电路(11)包括:温度保险丝F1、压敏电阻M0V1、放电管QT1、磁芯电感LI和L2、X型电容Cl、Y型电容C2和C3。压敏电阻MOVl的一端串联温度保险丝Fl连接直流供电电源的正极(VIN+),压敏电阻MOVl的另一端连接直流供电电源的负极(VIN-),且通过放电管QTl连接到接地PE线,磁芯电感LI连接在直流供电电源的正极(VIN+)与EMI滤波电路(12)的输入正极(+ )之间,磁芯电感L2连接在直流供电电源的负极(VIN-)与EMI滤波电路(12)的输入负极(-)之间,X型电容Cl跨接在EMI滤波电路(12)的输入正( + )、负极(_)之间,Y型电容C2跨接在EMI滤波电路的输入正级(+ )与接地PE线之间,Y型电容C3跨接在EMI滤波电路(12)的输入负级(_)与接地PE线之间。
[0018] 其中,压敏电阻M0V1、放电管QTl均是大通流量的浪涌保护器件,放置在整个保护电路的最前端(直流电源浪涌入口),其中,压敏电阻MOVl和放电管QTl形成差模加共模防护,起到泄放、吸收浪涌时的高能量干扰的作用,同时亦保护了后面的电路。温度保险丝Fl的作用是避免因压敏电阻的劣化(或失效)而产生的安全隐患,保障系统的安全可靠运行。在选择温度保险丝Fl时要求通流容量足够大,以满足最大20kA(8/20us)浪涌电流的冲击。
[0019] 由于浪涌通过前端的防护器件后,还有一定的残压干扰,会对下一级电路造成影响,所以在浪涌抑制电路(11)里设置了磁芯电感L1、L2以及X、Y型电容C1、C2、C3,对残压进行进一步的抑制。其中,磁芯电感L1、L2和X型电容Cl形成的LC低通滤波电路,吸收差模残压干扰;磁芯电容L1、L2和Y型电容形成的LC低通滤波电路,吸收共模残压干扰。采L1、L2用磁芯电感是确保通流量足够大时不会引起电感磁饱和,电感量在68-100uH之间。
[0020] 如图1所示的EMI滤波电路(12)包括:共模电感L3以及X型电容C6、Y型电容C4和C5。共模电感L3的第一线圈的第一端I与第二线圈的第一端3位于EMI滤波电路(12)的入电回路中,共模电感L3的第一线圈的第二端2与第二线圈的第二端4位于EMI滤波器
(12)的出电回路中。Y型电容C4跨接在共模电感L3的第一线圈的第二端2与接地PE线之间,Y型电容C5跨接在共模电感L3的第二线圈的第二端4与接地PE线之间;X型电容C6跨接在共模电感L3的第一线圈的第二端2与第二线圈的第二端4之间。共模电感第一线圈的第一端I与共模电感第二线圈的第一端3为同极性端。EMI滤波电路(12)的作用:一方面,对浪涌抑制电路(11)残余的干扰进一步吸收抑制;另一方面,防止直流供电电源的辐射进入内部系统,同时也防止内部系统的辐射进入直流供电电源。共模电感L3的电感值为ImH。
[0021 ] X型电容Cl、C6采用纹波电流大的聚酯薄膜电容,容值为luF,耐压值为100V ;Y型电容C2、C3、C4、C5采用贴片的高压陶瓷电容,容值为4.7nF,耐压值为2.0kV。
[0022] 如图1所示的浪涌防护电路还包括大功率整流二极管Dl、D2。整流二极管Dl连接在共模电感L3的第一线圈的第二端2与下一级电路输入的正极(+ )之间,整流二极管D2连接在共模电感L3的第二线圈的第二端4与下一级电路输入的负极(-)之间。大功率整流二极管Dl、D2的作用是下一级电路电源极性反接保护,同时对负极性的浪涌干扰有一定的抑制作用。
[0023] 本实用新型的设计难点在于共模防护时放电管的参数选取,放电管的启动电压不仅要符合共模浪涌(冲击)时高能量的快速泄放,同时也要符合安规测试介质强度测试要求。共模浪涌高能量泄放要求放电管的动作电压越低越好,而安规测试介质强度(耐压)测试要求能满足对地线PE ^ 500V的工频电压,漏电流足够下,即要求放电管的动作电压大于等于710V,权衡浪涌保护与安规要求,放电管的动作电压选取1000V。
[0024] 实施本实用新型方案,在交换机整机电源端口浪涌(冲击)测试试验中通过IEC61000-4-5标准要求的4级型式测试,即共模±4.0kV,差模±2.0kV,且安规介质强度测试中550V工频电压耐压测试,漏电流小于2mA,满足《电力工业以太网交换机技术规范》要求。
[0025] 以上所述的本实用新型实施方式,并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进,均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工业以太网交换机直流电源浪涌保护电路,其特征在于:该保护电路包括串联在直流供电电源与下一级电路之间的浪涌抑制电路(11)和EMI滤波电路(12 ),所述浪涌抑制电路(11)包括:温度保险丝F1、压敏电阻M0V1、放电管QT1、磁芯电感LI和L2、X型电容C1、Y型电容C2和C3以及接地PE线;所述压敏电阻MOVl的一端串联一个所述温度保险丝Fl连接直流供电电源的正极,所述压敏电阻MOVl的另一端连接直流供电电源的负极,且通过放电管QTl连接接地PE线,所述磁芯电感LI连接在直流供电电源的正极,EMI滤波电路(12)的输入正极(+ )之间,所述磁芯电感L2连接在直流供电电源的负极与EMI滤波电路(12)的输入负极(_)之间,X型电容Cl跨接在所述EMI滤波电路(12)的输入正、负极之间,Y型电容C2跨接在EMI滤波电路的输入正级(+ )与接地PE线之间,所述Y型电容C3跨接在所述EMI滤波电路(12)的输入负级(_)与接地PE线之间。
2.根据权利要求1所述的浪涌保护电路,其特征在于:所述浪涌抑制电路(11)中的磁芯电感L1、L2以及X型电容Cl、Y型电容C2和C3组成第一级LC滤波电路,抑制浪涌中的高频成分干扰。
3.根据权利要求1所述的浪涌保护电路,其特征在于:所述EMI滤波电路(12)由共模电感L3以及X型电容C6、Y型电容C4和C5组成第二级LC滤波电路,抑制内部电源电路对供电电源的干扰及进一步抑制浪涌中的高频成分干扰。
4.根据权利要求1所述的浪涌保护电路,其特征在于:所述压敏电阻MOVl的压敏电压值彡直流供电电源输入值X2.2,放电管的动作电压彡1000V,通流量为l0.0kA。
5.根据权利要求2中所述的浪涌保护电路,其特征在于:所述的X型电容Cl选用纹波电流大的聚酯薄膜电容,容值为luF,耐压值为100V,所述的Y型电容C2、C3选用贴片的高压陶瓷电容,容值为4.7nF,耐压值为2.0Kv0
6.权利要求3中所述的浪涌保护电路,其特征在于:所述的X型电容C6选用纹波电流大的聚酯薄膜电容,容值为luF,耐压值为100V,所述的Y型电容C4、C5选用贴片的高压陶瓷电容,容值为4.7uF,耐压值为2.0kV。
7.根据权利要求1中所述的浪涌保护电路,其特征还在于:所述EMI滤波电路(12)与下一级电路之间串联的大功率整流二极管D1、D2。
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