CN213185510U - 一种浪涌防护电路及电力电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种浪涌防护电路及电力电子设备。所述浪涌防护电路包括一级泄放模块、去耦模块以及二级泄放模块。本实用新型技术方案通过在后级电路与其他连接电路(例如电源电路)之间设置第一级泄放模块、去耦模块和二级泄放模块。其中，一级泄放模块、去耦模块、二级泄放模块依次电连接。当雷击浪涌产生时，一级泄放模块将产生的瞬间高压能量大部分泄放出去，剩下的高压能量由去耦模块、二级泄放模块进行分担泄放，避免高压进入后级电路影响敏感元器件，提高浪涌防护等级。

Description

一种浪涌防护电路及电力电子设备

技术领域

本实用新型涉及浪涌防护技术领域，特别涉及一种浪涌防护电路及电力电子设备。

背景技术

浪涌(Electrical surge)也叫突波，是指电气设备上超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。产生浪涌的原因包括有内部原因，如电气设备启停和故障等，以及外部原因如雷电等。而浪涌防护电路一般用于泄放各端口电路中耦合到的强能量冲击，以达到保护内部敏感器件的作用；

目前信号端口的防护电路中，采用TVS管等器件两端电压达到一定值之后阻抗迅速下降的特性，钳位后级电路的电压，以达到保护后级电路中敏感器件的作用，但是，在一些对浪涌要求较高的场合，则无法起到防护作用。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种浪涌防护电路及电力电子设备，旨在解决目前信号端口的防护电路中，在一些对浪涌要求较高的场合，无法起到防护作用的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种浪涌防护电路，所述浪涌防护电路包括：

一级泄放模块，所述一级泄放模块的输入端外接一些IO信号；

去耦模块，所述去耦模块的输入端与所述一级泄放模块的输出端电连接；

二级泄放模块，所述去耦模块的输出端与所述二级泄放模块的输入端电连接，输出端与后级电路的输入端电连接；

其中，当雷击浪涌产生时，所述一级泄放模块用于泄放大部分浪涌电流，所述去耦模块和二级泄放模块用于防止一级泄放模块的过高残压影响后级电路。

优选的，所述一级泄放模块包括：

压敏器件，所述压敏器件并联于所述IO信号端口的正极与负极之间，并与所述去耦模块的输入端电连接。

优选地，所述压敏器件采用贴片压敏电阻。

优选地，所述去耦模块包括：

共模电感，所述共模电感的输入端分别连接所述压敏器件的两端；

两电阻，两所述电阻的一端分别连接所述共模电感的输出端，两所述电阻的另一端分别连接二级泄放模块的两端。

优选地，所述电阻采用片状电阻器。

优选地，所述电压控制元件为瞬态电压抑制二极管。

优选地，所述压敏器件的最大钳位电压为65V。

优选地，所述共模电感的阻抗值为2400Ω/100MHz。

优选地，所述片状电阻器的参数为-1/3W-10Ω±1％-1210。

本实用新型还提出一种电力电子设备，包括上述任一项所述的浪涌防护电路。

本实用新型技术方案通过在后级电路与其他连接电路(例如电源电路)之间设置第一级泄放模块、去耦模块和二级泄放模块。其中，一级泄放模块、去耦模块、二级泄放模块依次电连接。当雷击浪涌产生时，一级泄放模块将产生的瞬间高压能量大部分泄放出去，剩下的高压能量由去耦模块、二级泄放模块进行分担泄放，避免高压进入后级电路影响敏感元器件，提高浪涌防护等级。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型浪涌防护电路一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出了一种浪涌防护电路100

如图1所示，一种浪涌防护电路100，所述浪涌防护电路100包括：一级泄放模块，所述一级泄放模块的输入端外接IO信号端口；去耦模块，所述去耦模块的输入端与所述一级泄放模块的输出端电连接；二级泄放模块，所述去耦模块的输出端与所述二级泄放模块的输入端电连接，输出端与后级电路10的输入端电连接；其中，当雷击浪涌产生时，所述一级泄放模块用于泄放大部分浪涌电流，所述去耦模块和二级泄放模块用于防止一级泄放模块的过高残压影响后级电路10。

现有信号端口在防护器件的选型及电路拓扑上，由于防护等级低(例如，仅在IEC61000-4-5(电磁兼容测试标准)规定的level2，即差模电压为500V或者以下)，这对浪涌要求较高的场合，可能起不到防护作用。

鉴于此，本实施例通过在后级电路10与外部IO信号端口或者电源电路之间设置第一级泄放模块、去耦模块和二级泄放模块。其中，一级泄放模块、去耦模块和二级泄放模块依次电连接。当雷击浪涌产生时，一级泄放模块将产生的瞬间高压能量大部分泄放出去，剩下的高压能量由去耦模块和二级泄放模块进行泄放，避免高压进入后级电路10影响敏感元器件，提高浪涌防护等级。

可以理解的是，二级泄放模块可以选择瞬态电压抑制二极管20等，在此不做具体限定。

具体的，所述一级泄放模块包括：压敏器件30，所述压敏器件30并联于所述IO信号端口的正极与负极之间，并与所述去耦模块的输入端电连接。本实施例中，可以利用压敏器件30来设置钳位电压，当高压能量到来时，压敏器件30的电阻值瞬间下降，使它可以流过很大的电流，使瞬间高压能量大部分泄放出去，同时将流过的电压钳位在一定数值，起到一级浪涌防护作用。

具体的，所述压敏器件30采用贴片压敏电阻。本实施例中，为了便于封装或者降低整个电路板的体积，压敏器件30可以选择贴片压敏电阻，利用贴片压敏电阻体积小，耐冲击电流大，而贴片压敏电阻通过2300V(在耦合网络2Ω/18uF时)的浪涌测试，可以实现泄放大部分高压能量，实现一级浪涌防护。

具体的，所述去耦模块包括：共模电感40，所述共模电感40的输入端分别连接所述压敏器件30的两端；两电阻50，两所述电阻50的一端分别连接所述共模电感40的输出端，两所述电阻50的另一端分别连接二级泄放模块的两端。本实施例中，为了进一步防止高压进入后级电路10影响敏感元器件，可以设置共模电感40和两电阻50，利用共模电感40和电阻50进行去耦，减小流经二级泄放模块的电流，保证压敏器件30动作，泄放大部分浪涌电流(或者高压能量)，共模电感40在抑制外界共模噪声的同时，还可以起到限制二级泄放模块电流的去耦作用，有效保障后级电路10安全。

具体的，所述电阻50采用片状电阻器。

具体的，所述二级泄放模块为瞬态电压抑制二极管20。本实施例中，二级泄放模块可选择瞬态电压抑制二极管20(TVS管)。例如，可采用双向TVS管，当雷击浪涌产生时，一级泄放模块通过的电压并达到TVS管击穿电压时，TVS管迅速由高电阻状态突变为低电阻状态，泄放由异常过电压导致的瞬时过电流到地，同时把异常过电压钳制在后级电路10可承受的安全水平之内，从而保护后级电路10免遭异常过电压的损坏。当异常过电压消失后，TVS管阻值又恢复为高阻态。

具体的，所述压敏器件30的最大钳位电压为65V。本实施例中，由于压敏器件30选择贴片压敏电阻，因此，可以选择贴片压敏电阻钳位电压最大的型号，例如，压敏器件30的最大钳位电压为65V。

具体的，所述共模电感40的阻抗值为2400Ω/100MHz。

具体的，所述片状电阻器的参数为-1/3W-10Ω±1％-1210。

本实施例中，电阻50选择片状电阻器，且其参数为-1/3W-10Ω±1％-1210(RoHS-电子电气设备中限制使用某些有害物质指令)，而TVS管选择功率为600W的，可有效保障后级电路10安全。

通过上述浪涌防护电路100，对于旋变编码器端口、AI、AO、低速DI、低速DO等电路的防护能力可达到差模电压2kV，其中，耦合网络使用2Ω/18uF。

本实用新型提出一种电力电子设备(图中未标注)，所述电力电子设备包括：上述所述的浪涌防护电路100，该浪涌防护电路100的具体结构参照上述实施例，由于电力电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种浪涌防护电路，其特征在于，所述浪涌防护电路包括：

一级泄放模块，所述一级泄放模块的输入端外接IO信号端口；

去耦模块，所述去耦模块的输入端与所述一级泄放模块的输出端电连接；

二级泄放模块，所述去耦模块的输出端与所述二级泄放模块的输入端电连接，输出端与后级电路的输入端电连接；

其中，当雷击浪涌产生时，所述一级泄放模块用于泄放大部分浪涌电流，所述去耦模块和二级泄放模块用于防止一级泄放模块的过高残压影响后级电路；

所述一级泄放模块包括：

压敏器件，所述压敏器件并联于所述IO信号端口的正极与负极之间，并与所述去耦模块的输入端电连接；

所述去耦模块包括：

共模电感，所述共模电感的输入端分别连接所述压敏器件的两端；

两电阻，两所述电阻的一端分别连接所述共模电感的输出端，两所述电阻的另一端分别连接二级泄放模块的两端。

2.如权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述压敏器件采用贴片压敏电阻。

3.如权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述电阻采用片状电阻器。

4.如权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述二级泄放模块为瞬态电压抑制二极管。

5.如权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述压敏器件的最大钳位电压为65V。

6.如权利要求1所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述共模电感的阻抗值为2400Ω/100MHz。

7.如权利要求3所述的浪涌防护电路，其特征在于，所述片状电阻器的参数为-1/3W-10Ω±1％-1210。

8.一种电力电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的浪涌防护电路。

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