CN213094069U - 多级滤波电压变换电路、电源设备及飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多级滤波电压变换电路、电源设备及飞行器，该电路包括：电压变换芯片，其输入端与电源供电端电连接，其与电源供电端之间具有第一节点，其输出端与负载电连接，其与负载之间具有第二节点；第一滤波单元，其与第一节点电连接，其包括并联连接的第一滤波支路和第二滤波支路，第一滤波支路包括串联连接的第一电容和第二电容，第二滤波支路包括串联连接的第三电容和第四电容；第二滤波单元，其与第二节点电连接，其包括并联连接的第三滤波支路和第四滤波支路，第三滤波支路包括串联连接的第五电容和第六电容，第四滤波支路包括串联连接的第七电容和第八电容。本实用新型通过多级串联、多级并联的电容结构进行滤波，提高可靠性。

Description

多级滤波电压变换电路、电源设备及飞行器

技术领域

本实用新型涉及电压变换技术领域，尤其涉及一种多级滤波电压变换电路、电源设备及飞行器。

背景技术

临近空间(Near space)是指距地面20～100公里的空域，临近空间处于台风、暴雨等灾害性天气系统的上方关键区域，随着通信技术及空间飞行技术发展，在临近空间区域，采用飞行器对气象指标开展针对性目标观测具备较大的发展潜力。

目前，用于气象监测领域的飞行器的用电负载存在大量特定额定电压的低压用电负载，现有的飞行器主要通过低压差线性稳压器输出特定电压，实现负载供电，其存在的缺点是，飞行器的控制系统中存在大量的容性及感性负载，在供电过程中，供电电压波动及负载投切、运行会产生大量噪声，供电稳定性差，同时，噪声信号会影响信号传输质量。

实用新型内容

本实用新型提供一种多级滤波电压变换电路，解决了现有的供电网络谐波噪声大、稳定性差的问题，系统可靠性高。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种多级滤波电压变换电路，包括：电压变换芯片、第一滤波单元及第二滤波单元，所述电压变换芯片的输入端与电源供电端电连接，所述电压变换芯片的输入端与所述电源供电端之间具有第一节点，所述电压变换芯片的输出端与用电负载电连接，所述电压变换芯片的输出端与用电负载之间具有第二节点，所述电压变换芯片用于将所述电源供电端提供的第一电压变换为第二电压；所述第一滤波单元的第一端与所述第一节点电连接，所述第一滤波单元的第二端接地，所述第一滤波单元包括并联连接的第一滤波支路和第二滤波支路，所述第一滤波支路包括串联连接的第一电容和第二电容，所述第二滤波支路包括串联连接的第三电容和第四电容，所述第一滤波单元用于对所述电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理；所述第二滤波单元的第一端与所述第二节点电连接，所述第二滤波单元的第二端接地，所述第二滤波单元包括并联连接的第三滤波支路和第四滤波支路，所述第三滤波支路包括串联连接的第五电容和第六电容，所述第四滤波支路包括串联连接的第七电容和第八电容，所述第二滤波单元用于对所述电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理。

可选地，所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容、所述第四电容、所述第五电容、所述第六电容、所述第七电容及所述第八电容为电解电容。

可选地，所述电压变换芯片包括TPS50601电源芯片，所述TPS50601电源芯片用于将+5V直流电压变换为+3.3V直流电压。

可选地，所述电压变换芯片设有使能引脚EN、输出电压调节引脚VSENSE及频率调节端RT，其中，所述使能引脚EN通过第一上拉电阻与所述电源供电端电连接，所述使能引脚EN还通过接地电容接地，所述输出电压调节引脚VSENSE与分压电路电连接；所述分压电路包括串联连接的第一分压电阻及第二分压电阻，所述第一分压电阻的第一端与所述第二滤波单元的第一端电连接，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端电连接，所述第二分压电阻的第二端接地，所述第一分压电阻及第二分压电阻之间具有第三节点，所述输出电压调节引脚VSENSE与所述第三节点电连接；所述频率调节端RT通过接地电阻接地，所述接地电阻用于调节所述电压变换芯片内部的开关频率。

可选地，所述第一滤波单元还包括与所述第一滤波支路及所述第二滤波支路并联连接的第九电容及第十电容；所述第二滤波单元还包括与所述第三滤波支路及所述第四滤波支路并联连接的第十一电容、第十二电容及第五滤波支路，所述第五滤波支路包括串联连接的第十三电容及第十四电容。

可选地，所述多级滤波电压变换电路还包括：储能电感，所述储能电感设置于所述电压变换芯片的输出端与所述零欧姆电阻组件的第一端之间，所述储能电感分别与所述电压变换芯片的输出端及所述零欧姆电阻组件电连接。

可选地，所述多级滤波电压变换电路还包括：零欧姆电阻组件，所述零欧姆电阻组件的第一端与所述电压变换芯片的输出端电连接，所述零欧姆电阻组件的第二端与测试装置或者用电负载电连接；所述零欧姆电阻组件包括并联连接的第一零欧姆电阻及第二零欧姆电阻。

可选地，所述多级滤波电压变换电路还包括浪涌抑制电路，所述浪涌抑制电路的输入端与所述电源供电端电连接，所述浪涌抑制电路的输出端与所述电压变换芯片的输入端电连接，所述浪涌抑制电路包括第一熔断器及与所述第一熔断器并联连接的备用支路，所述备用支路包括串联连接的第二熔断器及分流电阻组件，所述第一熔断器的电阻值与所述备用支路的电阻值之间的比例值小于1:2。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电源设备，包括上述多级滤波电压变换电路。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种飞行器，包括上述电源设备。

本实用新型实施例提供的多级滤波电压变换电路、电源设备及飞行器，该多级滤波电压变换电路设置电压变换芯片、第一滤波单元及第二滤波单元，第一滤波单元包括采用两级串联、两级并联的第一电容至第四电容，采用第一滤波单元对电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理，第二滤波单元包括采用两级串联、两级并联的第五电容至第八电容，采用第二滤波单元对电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理，多个电容之间互为冗余，保证任一电容故障时的可靠滤波，解决了现有的供电网络谐波噪声大、稳定性差的问题，提高系统可靠性，改善供电稳定性，改善供电质量。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的一种多级滤波电压变换电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的另一种多级滤波电压变换电路的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二还提供的一种电源设备的结构示意图；

图4是本实用新型实施例三提供的一种飞行器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本实用新型实施例一提供的一种多级滤波电压变换电路的结构示意图，本实施例可适用于对飞行器中的低压直流用电负载进行供电的应用场景。典型地，本实施例可适用于将+5V直流电压变换为+3.3V直流电压。

如图1所示，该多级滤波电压变换电路1包括：电压变换芯片10、第一滤波单元20及第二滤波单元30，电压变换芯片10的输入端与电源供电端电连接，电压变换芯片10的输入端(包括第一输入端VIN、第二输入端PVIN1及第三输入端PVIN2)与电源供电端之间具有第一节点，电压变换芯片10的输出端(包括第一输出端PH1、第二输出端PH2、第三输出端PH3、第四输出端PH4及第五输出端PH5)与用电负载电连接，电压变换芯片10的输出端与用电负载之间具有第二节点，电压变换芯片10用于将电源供电端提供的第一电压变换为第二电压；第一滤波单元20的第一端与第一节点电连接，第一滤波单元20的第二端接地，第一滤波单元20包括并联连接的第一滤波支路和第二滤波支路，第一滤波支路包括串联连接的第一电容C1和第二电容C2，第二滤波支路包括串联连接的第三电容C3和第四电容C4，第一滤波单元20用于对电压变换芯片10的输入端电压进行滤波处理；第二滤波单元30的第一端与第二节点电连接，第二滤波单元30的第二端接地，第二滤波单元30包括并联连接的第三滤波支路和第四滤波支路，第三滤波支路包括串联连接的第五电容C5和第六电容C6，第四滤波支路包括串联连接的第七电容C7和第八电容C8，第二滤波单元30用于对电压变换芯片10的输出端电压进行滤波处理。

本实施例中，电源供电端可为直流供电电源的输出端或者上一级直流电压变换器的输出端，电源供电端用于提供直流供电电压，该直流供电电压的电压值等于第一电压。例如，第一电压的电压值可为5V。

本实施例中，在电压变换芯片10的输入端设置两级串联、两级并联的滤波电容结构，在电压变换芯片10的输出端设置两级串联、两级并联的滤波电容结构，各电容之间互为冗余，保证在一个电容发生短路或者击穿时，滤波单元正常工作，保证电路的滤波效果。

本实用新型实施例提供的多级滤波电压变换电路，设置电压变换芯片、第一滤波单元及第二滤波单元，第一滤波单元包括采用两级串联、两级并联的第一电容至第四电容，采用第一滤波单元对电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理，第二滤波单元包括采用两级串联、两级并联的第五电容至第八电容，采用第二滤波单元对电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理，多个电容之间互为冗余，保证任一电容故障时的可靠滤波，解决了现有的供电网络谐波噪声大、稳定性差的问题，提高系统可靠性，改善供电稳定性，改善供电质量。

可选地，参考图1所示，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7及第八电容C8为电解电容，其中，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4的耐压值均大于电源供电端提供的第一电压，第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7及第八电容C8的耐压值均大于电压变换芯片10输出的第二电压。

示例性地，第一电容C1至第八电容C8可采用钽电容，可设置第一电容C1的电容值等于22uF，第二电容C2的电容值等于22uF，第三电容C3的电容值等于22uF，第四电容C4的电容值等于22uF，第五电容C5的电容值等于470uF，第六电容C6的电容值等于470uF，第七电容C7的电容值等于470uF，第八电容C8的电容值等于470uF。

需要说明的是，可根据电压变换芯片10的输入端电压及输出端电压的电压值大小调整各电容的具体电容值，对此不作限制。

可选地，电压变换芯片10包括TPS50601电源芯片，TPS50601电源芯片用于将+5V直流电压变换为+3.3V直流电压，其中，TPS50601电源芯片具有转换效率高的特点。

可选地，参考图1所示，电压变换芯片10设有使能引脚EN、输出电压调节引脚VSENSE及频率调节端RT，其中，使能引脚EN通过第一上拉电阻R10与电源供电端电连接，使能引脚EN还通过接地电容C0接地，通过输出电压调节引脚VSENSE与分压电路110电连接；分压电路110包括串联连接的第一分压电阻R20及第二分压电阻R30，第一分压电阻R20的第一端与第二滤波单元30的第一端电连接，第一分压电阻R20的第二端与第二分压电阻的第一端电连接，第二分压电阻R30的第二端接地，第一分压电阻R20及第二分压电阻R30之间具有第三节点，输出电压调节引脚VSENSE与第三节点电连接；频率调节端RT通过接地电阻R40接地，接地电阻R40用于调节电压变换芯片10内部的开关频率，例如，可设置接地电阻R40的电阻值为100千欧姆，设置电压变换芯片10内部的开关频率为480KHz。

其中，使能引脚EN通过第一上拉电阻R30连接至电源供电端，使能引脚EN通过接地电容C0接地，根据接地电容的特性，系统上电后，电压变换芯片10缓慢上电，有利于保护芯片及电路后端的用电负载；输出电压调节引脚VSENSE与第一分压电阻R20及第二分压电阻R30之间的第三节点电连接，通过整第一分压电阻R20及第二分压电阻R30的电阻值，调节电压变换芯片10的输出端电压；

在本实施例中，电压变换芯片10还设有其他功能引脚，典型地，其他功能引脚包括第一接地引脚GND1、第二接地引脚GND2、第三接地引脚GND3、第四接地引脚GND4、软启动控制引脚SS/TR、误差放大引脚COMP、输入指示引脚PWRGD、时钟信号输入引脚SYNC及输出关联引脚BOOT，其中，第一接地引脚GND1、第二接地引脚GND2、第三接地引脚GND3、第四接地引脚GND4接地；软启动控制引脚SS/TR通过接地电容接地，控制芯片软启动；误差放大引脚COMP通过阻容电路接地；输入指示引脚PWRGD通过第二上拉电阻与电源供电端电连接；时钟信号输入引脚SYNC通过接地电阻接地；输出关联引脚BOOT通过滤波电容与电压变换芯片10的输出端(包括第一输出端PH1、第二输出端PH2、第三输出端PH3、第四输出端PH4及第五输出端PH5)电连接。

需要说明的是，本领域技术人员可通过计算电路参数和查阅MSK5101电源芯片使用手册，确定MSK5101电源芯片中其他功能引脚连接的元件型号和规格，在此不再赘述。

可选地，参考图1所示，第一滤波单元20还包括与所述第一滤波支路及所述第二滤波支路并联连接的第九电容C9及第十电容C10；所述第二滤波单元30还包括与所述第三滤波支路及所述第四滤波支路并联连接的第十一电容C11、第十二电容C12及第五滤波支路，所述第五滤波支路包括串联连接的第十三电容C13及第十四电容C14。

其中，第九电容C9及第十电容C10的耐压值均大于电源供电端提供的第一电压，第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13及第十四电容C14的耐压值均大于电压变换芯片10输出的第二电压。

示例性地，可设置第九电容C9的电容值等于0.1uF，第十电容C10的电容值等于10nF，第十一电容C11的电容值等于0.1uF，第十二电容C12的电容值等于10nF，第十三电容C13的电容值等于22uF，第十四电容C14的电容值等于22uF。

需要说明的是，可根据电压变换芯片10的输入端电压及输出端电压的电压值大小调整各电容的具体电容值，对此不作限制。

可选地，参考图1所示，多级滤波电压变换电路1还包括：储能电感L09，储能电感L09设置于电压变换芯片10的输出端与零欧姆电阻组件40的第一端之间，储能电感L09分别与电压变换芯片10的输出端及零欧姆电阻组件40电连接。

本实施例中，通过串联储能电感L09可实现储能，有利于提高输出电压的稳定性，改善供电质量。

可选地，参考图1所示，多级滤波电压变换电路1还包括：零欧姆电阻组件40，零欧姆电阻组件40的第一端与电压变换芯片10的输出端电连接，零欧姆电阻组件40的第二端与测试装置或者用电负载电连接；零欧姆电阻组件40包括并联连接的第一零欧姆电阻R401及第二零欧姆电阻R402。

具体地，在应用该具有零欧姆电阻的电压变换电路1对电路后端的用电负载供电时，第一零欧姆电阻R10及第二零欧姆电阻R20与电路后端的用电负载连接端子焊接连接；在对该具有零欧姆电阻的电压变换电路1进行性能测试时，第一零欧姆电阻R10及第二零欧姆电阻R20不焊接，在第一零欧姆电阻R10及第二零欧姆电阻R20的断点位置连接测试装置，避免带载测试。

图2是本实用新型实施例一提供的另一种多级滤波电压变换电路的结构示意图。

可选地，参考图2所示，多级滤波电压变换电路1还包括浪涌抑制电路50，浪涌抑制电路50的输入端与电源供电端电连接，浪涌抑制电路50的输出端与电压变换芯片10的输入端电连接，浪涌抑制电路50包括第一熔断器F1及与第一熔断器F1并联连接的备用支路，备用支路包括串联连接的第二熔断器F2及分流电阻R，第一熔断器F1的电阻值与备用支路的电阻值之间的比例值小于1:2。

其中，第一熔断器F1及第二熔断器F2可采用型号规格相同的熔断丝，第二熔断器F2前端串联分流电阻R，形成非平衡式并联结构，在电压变换电路正常使用时，电流主要经过第一熔断器F1，若出现误操作导致电源输入电流过大，则第一熔断器F1发热断开，备用支路接入电路，正常为电路后端的用电负载供电；若电路后端的用电负载发生短路故障导致电路电流过大，则第一熔断器F1与备用支路均发热断开，有利于提高系统可靠性，降低误操作导致的负载停机故障发生率。

可选地，第一熔断器F1具有第一电阻值R1，分流电阻R具有第二电阻值R2，第一电阻值R1及第二电阻值R2满足：R2＞10*R1。

在本实施例中，在电压变换电路正常使用时，第一熔断器F1及第二熔断器F2的电阻为毫欧级，可设置分流电阻R的电阻值为0.5欧姆，保证第一熔断器F1与备用支路的分流比例超过95％：5％，有利于提高系统可靠性。

实施例二

图3是本实用新型实施例二还提供的一种电源设备的结构示意图。如图3所示，该电源设备100包括上述多级滤波电压变换电路1。

在本实施例中，该电源设备100还可设置其他电压变换电路与上述具有限流功能的电压变换电路1并联或者串联级联使用，达到适配不同额定工作电压的用电负载的目的。

本实用新型实施例提供的电源设备，设置多级滤波电压变换电路，该多级滤波电压变换电路设置电压变换芯片、第一滤波单元及第二滤波单元，第一滤波单元包括采用两级串联、两级并联的第一电容至第四电容，采用第一滤波单元对电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理，第二滤波单元包括采用两级串联、两级并联的第五电容至第八电容，采用第二滤波单元对电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理，多个电容之间互为冗余，保证任一电容故障时的可靠滤波，解决了现有的供电网络谐波噪声大、稳定性差的问题，提高系统可靠性，改善供电稳定性，改善供电质量。

实施例三

图4是本实用新型实施例三提供的一种飞行器的结构示意图。如图4所示，该飞行器200包括上述电源设备100。

本实施例中，飞行器200包括飞艇或者无人机中的任意一种。

本实用新型实施例提供的飞行器，设置多级滤波电压变换电路，该多级滤波电压变换电路设置电压变换芯片、第一滤波单元及第二滤波单元，第一滤波单元包括采用两级串联、两级并联的第一电容至第四电容，采用第一滤波单元对电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理，第二滤波单元包括采用两级串联、两级并联的第五电容至第八电容，采用第二滤波单元对电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理，多个电容之间互为冗余，保证任一电容故障时的可靠滤波，解决了现有的供电网络谐波噪声大、稳定性差的问题，提高系统可靠性，改善飞行器供电稳定性，提供系统稳定性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种多级滤波电压变换电路，其特征在于，包括：电压变换芯片、第一滤波单元及第二滤波单元，所述电压变换芯片的输入端与电源供电端电连接，所述电压变换芯片的输入端与所述电源供电端之间具有第一节点，所述电压变换芯片的输出端与用电负载电连接，所述电压变换芯片的输出端与用电负载之间具有第二节点，所述电压变换芯片用于将所述电源供电端提供的第一电压变换为第二电压；

所述第一滤波单元的第一端与所述第一节点电连接，所述第一滤波单元的第二端接地，所述第一滤波单元包括并联连接的第一滤波支路和第二滤波支路，所述第一滤波支路包括串联连接的第一电容和第二电容，所述第二滤波支路包括串联连接的第三电容和第四电容，所述第一滤波单元用于对所述电压变换芯片的输入端电压进行滤波处理；

所述第二滤波单元的第一端与所述第二节点电连接，所述第二滤波单元的第二端接地，所述第二滤波单元包括并联连接的第三滤波支路和第四滤波支路，所述第三滤波支路包括串联连接的第五电容和第六电容，所述第四滤波支路包括串联连接的第七电容和第八电容，所述第二滤波单元用于对所述电压变换芯片的输出端电压进行滤波处理。

2.根据权利要求1所述的多级滤波电压变换电路，其特征在于，所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容、所述第四电容、所述第五电容、所述第六电容、所述第七电容及所述第八电容为电解电容。

3.根据权利要求1所述的多级滤波电压变换电路，其特征在于，所述电压变换芯片包括TPS50601电源芯片，所述TPS50601电源芯片用于将+5V直流电压变换为+3.3V直流电压。

4.根据权利要求3所述的多级滤波电压变换电路，其特征在于，所述电压变换芯片设有使能引脚EN、输出电压调节引脚VSENSE及频率调节端RT，其中，所述使能引脚EN通过第一上拉电阻与所述电源供电端电连接，所述使能引脚EN还通过接地电容接地，所述输出电压调节引脚VSENSE与分压电路电连接；

所述分压电路包括串联连接的第一分压电阻及第二分压电阻，所述第一分压电阻的第一端与所述第二滤波单元的第一端电连接，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端电连接，所述第二分压电阻的第二端接地，所述第一分压电阻及第二分压电阻之间具有第三节点，所述输出电压调节引脚VSENSE与所述第三节点电连接；

所述频率调节端RT通过接地电阻接地，所述接地电阻用于调节所述电压变换芯片内部的开关频率。

5.根据权利要求1-4任一项所述的多级滤波电压变换电路，其特征在于，所述第一滤波单元还包括与所述第一滤波支路及所述第二滤波支路并联连接的第九电容及第十电容；所述第二滤波单元还包括与所述第三滤波支路及所述第四滤波支路并联连接的第十一电容、第十二电容及第五滤波支路，所述第五滤波支路包括串联连接的第十三电容及第十四电容。

6.根据权利要求1-4任一项所述的多级滤波电压变换电路，其特征在于，还包括：储能电感，所述储能电感设置于所述电压变换芯片的输出端与零欧姆电阻组件的第一端之间，所述储能电感分别与所述电压变换芯片的输出端及所述零欧姆电阻组件电连接。

7.根据权利要求1-4任一项所述的多级滤波电压变换电路，其特征在于，还包括：零欧姆电阻组件，所述零欧姆电阻组件的第一端与所述电压变换芯片的输出端电连接，所述零欧姆电阻组件的第二端与测试装置或者用电负载电连接；

所述零欧姆电阻组件包括并联连接的第一零欧姆电阻及第二零欧姆电阻。

8.根据权利要求1-4任一项所述的多级滤波电压变换电路，其特征在于，还包括浪涌抑制电路，所述浪涌抑制电路的输入端与所述电源供电端电连接，所述浪涌抑制电路的输出端与所述电压变换芯片的输入端电连接，所述浪涌抑制电路包括第一熔断器及与所述第一熔断器并联连接的备用支路，所述备用支路包括串联连接的第二熔断器及分流电阻组件，所述第一熔断器的电阻值与所述备用支路的电阻值之间的比例值小于1:2。

9.一种电源设备，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的多级滤波电压变换电路。

10.一种飞行器，其特征在于，包括权利要求9所述的电源设备。

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