CN213461127U - 应用于物联网设备的输入电源保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于物联网设备的输入电源保护电路，属于电源保护技术领域，包括输入接口单元、输出接口单元和过流保护单元；输入接口单元包括第一电性连接端及第二电性连接端，用于同前级输入电源的供电正极及供电负极连接；输出接口单元包括第三电性连接端及第四电性连接端，用于同后级物联网设备的电源正极及电源负极连接；过流保护单元设置在输入接口单元和输出接口单元之间，用于根据后级负载电流需求执行过流保护；过流保护单元包括一次性熔断保险丝。本实用新型提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，能够对物联网设备可能出现的故障风险进行一定的防护，结构简单，拆装维护方便，实施成本低，适合在物联网设备中批量应用。

Description

应用于物联网设备的输入电源保护电路

技术领域

本实用新型涉及电源保护技术领域，尤其涉及一种应用于物联网设备的输入电源保护电路。

背景技术

随着工业物联网的广泛应用，9-36V宽电压电源输入成为工业物联网设备的供电电源输入标准。当工业物联网设备(包括工业网络控制盒、物联网模组、 RTU、DTU及各类仪表)工作时，所处的工作环境往往相对恶劣、供电方式相对来说较为粗糙，在安装和使用这类设备的过程中，很容易出现例如电源输入级接反、输入电源不稳导致浪涌电压冲击，抑或是设备长时间处于恶劣环境下出现短路的故障风险，这些潜在的故障风险很大可能导致后级设备的永久性损坏，影响了系统设备的正常运行，甚至在某些场合下直接关联严重的安全事故，这些潜在的故障风险，难以保证物联网设备的运行安全性和平稳性，对企业来说，无形中增加了设备使用的隐患以及维护设备所需要的成本。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型提供一种应用于物联网设备的输入电源保护电路，适用于物联网模组、RTU、DTU等的供电保护，该输入电源保护电路结构简单，体积小，实施的成本低，易于批量推广应用。

本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，包括：

输入接口单元，所述输入接口单元包括第一电性连接端及第二电性连接端，用于同前级输入电源的供电正极及供电负极分别电性连接；

输出接口单元，所述输出接口单元包括第三电性连接端及第四电性连接端，用于同后级物联网设备的电源正极及电源负极分别电性连接；

过流保护单元，所述过流保护单元设置在所述输入接口单元和所述输出接口单元之间，用于根据后级负载电流需求执行过流保护；所述过流保护单元包括一次性熔断保险丝。

本实用新型提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，优选地，还包括：

电涌保护单元，所述电涌保护单元设置在所述输入接口单元和所述输出接口单元之间；所述电涌保护单元包括一TVS管保护器及一浪涌尖峰吸收电容；所述TVS管保护器的一端串联于所述一次性熔断保险丝的输出端上，另一端接地设置；所述浪涌尖峰吸收电容并联设置在所述TVS管保护器的两端。

本实用新型提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，优选地，还包括：

反接保护单元，所述反接保护单元设置在所述输入接口单元和所述输出接口单元之间；所述反接保护单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；所述第一二极管的正极和所述第三二极管的负极相连，所述第一二极管的负极同所述第二二极管的负极相连；所述第二二极管的正极连接于所述浪涌尖峰吸收电容的第一端；所述浪涌尖峰吸收电容的第一端连接所述一次性熔断保险丝的输出端；所述第三二极管的负极连接所述浪涌尖峰吸收电容的第二端；所述浪涌尖峰吸收电容的第二端接地设置；所述第四二极管的负极和所述第二二极管的正极相连；所述第四二极管的正极接地设置；所述第四二极管的正极还同所述第三二极管的正极相连。

本实用新型提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，优选地，所述 TVS管保护器为双向瞬态抑制二极管。

本实用新型提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，优选地，所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管及所述第四二极管均采用肖特基二极管。

本实用新型提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，优选地，还包括：

高频瞬态响应单元，所述高频瞬态响应单元设置在所述输入接口单元和所述输出接口单元之间；所述高频瞬态响应单元包括一滤波储能电容；所述滤波储能电容的正极和所述第二二极管的负极相连；所述滤波储能电容的正极连接于所述第三电性连接端；所述滤波储能电容的负极连接所述第四电性连接端；所述滤波储能电容的负极和所述第四二极管的正极连接；

浪涌保护单元，所述浪涌保护单元设置于所述过流保护单元和所述反接保护单元之间；所述浪涌保护单元用于吸收浪涌高压。

本实用新型提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，优选地，所述输入接口单元、所述过流保护单元、所述浪涌保护单元、所述反接保护单元、所述高频瞬态响应单元及所述输出接口单元均封装在一块PCB板上，所述PCB 板的外侧包覆有模块壳体；所述第一电性连接端、所述第二电性连接端、所述第三电性连接端及所述第四电性连接端开设在所述模块壳体的表面。

本实用新型提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，优选地，所述模块壳体具有IP65防护等级。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

本实用新型提供一种应用于物联网设备的输入电源保护电路，属于电源保护技术领域，包括输入接口单元、输出接口单元和过流保护单元；输入接口单元包括第一电性连接端及第二电性连接端，用于同前级输入电源的供电正极及供电负极连接；输出接口单元包括第三电性连接端及第四电性连接端，用于同后级物联网设备的电源正极及电源负极连接；过流保护单元设置在输入接口单元和输出接口单元之间，用于根据后级负载电流需求执行过流保护；过流保护单元包括一次性熔断保险丝。本实用新型提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，能够对物联网设备可能出现的故障风险进行一定的防护，结构简单，拆装维护方便，实施成本低，适合在物联网设备中批量地推广应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1是本实用新型实施例1提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路同前级输入电源及后级物联网设备间的简要连接关系示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路的简要电路原理图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要注意的是，本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。当在本说明书中如使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面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、完整的说明，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。因此，以下对附图中提供的本实用新型实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1：

本实用新型实施例1提供一种应用于物联网设备的输入电源保护电路，参照图1，包括：

输入接口单元11，所述输入接口单元11包括第一电性连接端111及第二电性连接端112，用于同前级输入电源2的供电正极21及供电负极22分别电性连接；

输出接口单元12，所述输出接口单元12包括第三电性连接端121及第四电性连接端122，用于同后级物联网设备3的电源正极31及电源负极32分别电性连接；

过流保护单元13，所述过流保护单元13设置在所述输入接口单元11和所述输出接口单元12之间，用于根据后级负载电流需求执行过流保护；所述过流保护单元13包括一次性熔断保险丝F1。

通过在后级物联网设备3及前级输入电源2之间设置应用于物联网设备的输入电源保护电路1，在实施时，通过输入接口单元11的第一电性连接端111、第二电性连接端112分别采用线缆连接至前级输入电源2的供电正极21及供电负极22上，而后通过输出接口单元12的第三电性连接端121、第四电性连接端122分别采用线缆连接至后级物联网设备3的电源正极31及电源负极32上，即可实现对后级物联网设备3的电路起到一定的即插即用的防护作用，无需重新开发后级物联网设备3的电源接口的电源电路。本实用新型中将保护电路设置为独立的模块形式，便于更换和维护，在降低了后级物联网设备3运行风险的同时具有极低的实施成本，便于量产。通过在电源保护电路的输入接口单元11 及输出接口单元12之间设置过流保护单元13，过流保护单元13选取为一次性熔断保险丝F1(参照图2)，当后级物联网设备3的负载电流需求超过过流保护阈值时，即可一次性熔断，一次性熔断保险丝具有过流响应速度快、熔断后立即呈现开路状态的特点，达到额定值2倍时可在5s内实现熔断开路，当短路导致电源保护电路开路时可以直接更换电源保护模块，结构简单，维护成本低，起到了对后级物联网设备3出现短路或负载异常而过流时的短路保护作用。

进一步地，鉴于物联网设备多工作于较恶劣的供电环境中，容易频繁出现电力设备电网不稳定的情形，参照图1及图2，本实用新型实施例1提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，还包括：

电涌保护单元14，所述电涌保护单元14设置在所述输入接口单元11和所述输出接口单元12之间；所述电涌保护单元14包括一TVS管保护器D3及一浪涌尖峰吸收电容C4；所述TVS管保护器D3的一端串联于所述一次性熔断保险丝F1的输出端上，另一端接地设置；所述浪涌尖峰吸收电容C4并联设置在所述TVS管保护器D3的两端。

通过电涌保护单元14设置的TVS管保护器D3，当其两极收到反向瞬态高能量冲击时，能够以10^-12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，同时吸收一个大电流，从而其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，可以确保所连接的后级物联网设备3内的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏，设置的TVS管保护器D3响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、箝位电压较易控制，而且具有较小的体积和成本，可吸收高达数千瓦的浪涌功率，由此实现对后级物联网设备3中精密元器件的可靠保护，使后级物联网设备3免受各种浪涌脉冲的损坏。进一步地，在浪涌保护单元14中设置的浪涌尖峰吸收电容C4，能够在TVS管保护器D3的基础上进一步吸收部分浪涌高压，达到浪涌泄放的目的，更好地实现了对后级物联网设备3的浪涌吸收保护，更好地降低了因前级输入电源2的电压及电流瞬态干扰造成后级物联网设备3内的电子电路及设备损坏的可能性。

目前，物联网设备在进行供电电源接线时，经常会被工人错误反接，由此造成的设备损毁事故屡屡发生，为了进一步提升电源保护电路对后级物联网设备3的保护能力，参照图1及图2，本实用新型实施例1提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，还包括：

反接保护单元15，所述反接保护单元15设置在所述输入接口单元11和所述输出接口单元12之间；所述反接保护单元15包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D5及第四二极管D6；所述第一二极管D1的正极和所述第三二极管D5的负极相连，所述第一二极管D1的负极同所述第二二极管D2的负极相连；所述第二二极管D2的正极连接于所述浪涌尖峰吸收电容C4的第一端；所述浪涌尖峰吸收电容C4的第一端连接所述一次性熔断保险丝F1的输出端；所述第三二极管D5的负极连接所述浪涌尖峰吸收电容C4的第二端；所述浪涌尖峰吸收电容C4的第二端接地设置；所述第四二极管D6的负极和所述第二二极管D2的正极相连；所述第四二极管D6的正极接地设置；所述第四二极管D6的正极还同所述第三二极管D5的正极相连。

本实用新型实施例1提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，反接保护单元16设置的四个二极管(D1、D2、D5、D6)搭建了一个桥式整流电路，不论输入接口单元11接入的前级输入电源2的极性是正接(前级输入电源2的供电正极21接入第一电性连接端111，前级输入电源2的供电负极22接入第二电性连接端112)还是反接(前级输入电源2的供电正极21接入第二电性连接端112，前级输入电源2的供电负极22接入第一电性连接端111)，经过反接保护单元16后，都能够利用四个二极管(D1、D2、D5、D6)的单向导通性(正向导通、反向截止)实现正反接输入到单向输出的转换，工作原理具体为：当电源正接时，由前级输入电源2输入的电流会通过图2所示的第二二极管D2的单向导通性实现对负载级的正输入导通，第三二极管D5实现负载地对输入地导通，形成工作回路；当电源反接时，由前级输入电源2输入的电流会通过图2所示的第一二极管D1的单向导通性实现对负载级的正输入导通，第四二极管D6实现负载地对输入地导通，形成工作回路。反接保护单元16提供的这一桥式电路结构能保证电源在正反接时，桥式电路输出正极始终连接负载正极，负级连接负载负级，可靠地避免了前级输入电源2反接对后级物联网设备3造成的烧毁电路板和/或烧毁内部元器件的风险，更好地保障了后级物联网设备3的工作可靠性。而且，通过将第二二极管D2的正极连接于浪涌尖峰吸收电容C4的第一端；浪涌尖峰吸收电容C4的第一端连接一次性熔断保险丝F1的输出端；第三二极管D5的负极连接浪涌尖峰吸收电容C4的第二端；浪涌尖峰吸收电容C4 的第二端接地设置，可以利用浪涌尖峰吸收电容C4的瞬态系统，避免对后级的反接保护单元16造成冲击，即浪涌保护单元15同反接保护单元16相互配合，有助于保护电路取得更好的工作稳定性。优选地，第一二极管D1、第二二极管 D2、第三二极管D3及第四二极管D4均采用肖特基二极管，肖特基二极管的势垒高度低于传统的PN结势垒高度，正向导通门限电压和正向压降都较低，反向恢复时间短，开关速度快，开关损耗小，有利于保障本实用新型实施例1提供的电源保护电路在物联网设备长期工作的可靠性。

优选地，在浪涌保护单元14中，TVS管保护器D3优选为双向瞬态抑制二极管。TVS管保护器，在本实用新型中指的是瞬态抑制二极管，进一步将TVS 保护管D3设置为双向瞬态抑制二极管，相对于单向的TVS管保护器件来说，无论是来自反向还是来自正向的ESD脉冲均可以被其释放,能够更可靠地对后级物联网设备3的内部元器件和线路进行保护，而且，将TVS管保护器D3选取为双向瞬态抑制二极管时，在反接状态下也不存在短路情况，降低了电路反接造成的风险。

更进一步地，本实用新型实施例1提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，参照图1及图2，还包括：

高频瞬态响应单元16，所述高频瞬态响应单元16设置在所述输入接口单元 11和所述输出接口单元12之间；所述高频瞬态响应单元16包括一滤波储能电容C5；所述滤波储能电容C5的正极和所述第二二极管D2的负极相连；所述滤波储能电容C5的正极连接于所述第三电性连接端121；所述滤波储能电容C5 的负极连接所述第四电性连接端122；所述滤波储能电容C5的负极和所述第四二极管D6的正极连接。

本实用新型实施例1提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，高频瞬态响应单元16中的滤波储能电容C5优选为贴片电解电容，用于滤除前级保护电路传递而来的电源纹波，并实现储能。其后级的物联网设备在进行DC-DC 高频开关切换输出时，需要前级电源能够进行瞬态响应，而前级输入电源2不能响应后级DC-DC的高频开关切换，此时通过滤波储能电容C5能够为后级提供高频响应的电源，提高了输入电源保护电路的瞬态响应能力。

当前，工业网络控制盒、各类仪表、物联网模组、RTU及DTU等物联网设备均采用9-36V宽电压电源输入的供电标准，为了更好地适应后级物联网设备3 的防护要求，本实用新型实施例1针对前述的应用于物联网设备的输入电源保护电路中的元器件提供一组优选参数，来对后级物联网设备3提供36V，2A的保护(但是本实用新型实施例1提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路的元器件参数不限于此)。参照图2提供的电路原理图，过流保护电路13的一次性熔断保险丝优选参数为2A/38V，浪涌保护电路14的TVS管保护器D3优选为型号为SMAJ36CA的双向瞬态抑制二极管，浪涌尖峰吸收电容C4优选参数为0.1μF/50V，这样一来，当前级输入电源2存在高于36V的浪涌脉冲时，可通过SMAJ36CA的击穿导通特性将浪涌尖峰实现10/1000μs快速的对地保护泄放，通过0.1μF/50V的浪涌尖峰吸收电容C4增强吸收部分浪涌高压。接着，反接保护单元15的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D5、第四二极管D6型号均选取为B240AF-13，它能够工作在额定正向工作电流2A，最大反向耐压40V的条件下，为后级物联网设备3提供了较为可靠的反接保护能力。对于高频瞬态响应单元16提供的滤波储能电容C5，参数优选为220μF/50V，可以为后级物联网设备3提供较好的高频响应电源输出。

本实用新型实施例1提供的应用于物联网设备的输入电源保护电路，在实施时，可通过将其增加至后级物联网设备3的输入电路的方式加以实施，作为一种优选的实施方式，本实用新型实施例1将其加工为独立的模块产品形式，将输入接口单元11、过流保护单元13、浪涌保护单元14、反接保护单元15、高频瞬态响应单元16及输出接口单元12封装在一块PCB板上，外侧包覆模块壳体；将第一电性连接端111、第二电性连接端112、第三电性连接端113及第四电性连接端114接口开设在所述模块壳体的表面，呈露出状态，便于即插即用地移植至现有的物联网设备供电回路中，成本较低，便于维护，无需更改现有的物联网设备的内部电路结构，拆装方便，更加适合于在物联网产品背景下大批量地推广应用。在此基础上，模块壳体优选为满足IP65防护等级，能够可靠地防止工业物联网环境下异物、尘土及水汽的侵入，更好地延长整体电源保护电路模块的使用寿命。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种应用于物联网设备的输入电源保护电路，其特征在于，包括：

输入接口单元，所述输入接口单元包括第一电性连接端及第二电性连接端，用于同前级输入电源的供电正极及供电负极分别电性连接；

输出接口单元，所述输出接口单元包括第三电性连接端及第四电性连接端，用于同后级物联网设备的电源正极及电源负极分别电性连接；

过流保护单元，所述过流保护单元设置在所述输入接口单元和所述输出接口单元之间，用于根据后级负载电流需求执行过流保护；所述过流保护单元包括一次性熔断保险丝。

2.如权利要求1所述的应用于物联网设备的输入电源保护电路，其特征在于，还包括：

电涌保护单元，所述电涌保护单元设置在所述输入接口单元和所述输出接口单元之间；所述电涌保护单元包括一TVS管保护器及一浪涌尖峰吸收电容；所述TVS管保护器的一端串联于所述一次性熔断保险丝的输出端上，另一端接地设置；所述浪涌尖峰吸收电容并联设置在所述TVS管保护器的两端。

3.如权利要求2所述的应用于物联网设备的输入电源保护电路，其特征在于，还包括：

反接保护单元，所述反接保护单元设置在所述输入接口单元和所述输出接口单元之间；所述反接保护单元包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；所述第一二极管的正极和所述第三二极管的负极相连，所述第一二极管的负极同所述第二二极管的负极相连；所述第二二极管的正极连接于所述浪涌尖峰吸收电容的第一端；所述浪涌尖峰吸收电容的第一端连接所述一次性熔断保险丝的输出端；所述第三二极管的负极连接所述浪涌尖峰吸收电容的第二端；所述浪涌尖峰吸收电容的第二端接地设置；所述第四二极管的负极和所述第二二极管的正极相连；所述第四二极管的正极接地设置；所述第四二极管的正极还同所述第三二极管的正极相连。

4.如权利要求2所述的应用于物联网设备的输入电源保护电路，其特征在于，所述TVS管保护器为双向瞬态抑制二极管。

5.如权利要求3所述的应用于物联网设备的输入电源保护电路，其特征在于，所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管及所述第四二极管均采用肖特基二极管。

6.如权利要求3所述的应用于物联网设备的输入电源保护电路，其特征在于，还包括：

高频瞬态响应单元，所述高频瞬态响应单元设置在所述输入接口单元和所述输出接口单元之间；所述高频瞬态响应单元包括一滤波储能电容；所述滤波储能电容的正极和所述第二二极管的负极相连；所述滤波储能电容的正极连接于所述第三电性连接端；所述滤波储能电容的负极连接所述第四电性连接端；所述滤波储能电容的负极和所述第四二极管的正极连接；

浪涌保护单元，所述浪涌保护单元设置于所述过流保护单元和所述反接保护单元之间；所述浪涌保护单元用于吸收浪涌高压。

7.如权利要求6所述的应用于物联网设备的输入电源保护电路，其特征在于，所述输入接口单元、所述过流保护单元、所述浪涌保护单元、所述反接保护单元、所述高频瞬态响应单元及所述输出接口单元均联合封装在一块PCB板上，所述PCB板的外侧包覆有模块壳体；所述第一电性连接端、所述第二电性连接端、所述第三电性连接端及所述第四电性连接端开设在所述模块壳体的表面。

8.如权利要求7所述的应用于物联网设备的输入电源保护电路，其特征在于，所述模块壳体具有IP65防护等级。

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