CN213937742U - 小型光电转换组件的emc防护装置及电源前端滤波电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光电转换组件技术领域，具体涉及一种小型光电转换组件的EMC防护装置及电源前端滤波电路，包括依次电连接的第一防护模块、第一滤波模块、隔离DC/DC电源模块和第二滤波模块组成电源前端滤波电路，实现电源前端滤波，将电源前端滤波电路用金属壳体封装，外挂在小型光电转换组件外端实现隔离电源保证内外电气隔离；在小型光电转换组件内部，供电及信号线与组件金属外壳物理隔离，信号输出端口使用差分电路输出，差分电缆的金属屏蔽层直接与金属外壳相连。该小型光电转换组件防护装置可在满足相关电磁兼容试验要求的同时为用户节约设备空间；此外，还可以推广到其他相关组件，为设备小型化设计提供可行思路。

Description

小型光电转换组件的EMC防护装置及电源前端滤波电路

技术领域

本申请涉及光电转换组件技术领域，具体涉及一种小型光电转换组件的EMC防护装置及电源前端滤波电路。

背景技术

当代的数字通讯系统，对于信息的传输速度与传输质量都提出了更高的要求，光信号依靠其传输损耗低、传输距离远、抗干扰性强等优点已经发展成为了数据传输支柱介质之一。光电转换组件作为最常见的光传输电子设备，广泛应用于航空、航天、军事、工业等行业。

小型光电转换组件作为光传输系统的核心。由于外形紧凑，结构和电路设计复杂，无法安装滤波器等干扰抑制电路，易受所在系统电磁干扰影响。其内部模拟电路和数字电路混合运用，工作频率较高，内部互相干扰严重。同时，小型光电转换组件中的诸多元器件，特别是半导体逻辑器件对电磁干扰非常敏感，在组件狭小的空间内，相互干扰更加容易发生，小型光电转换组件主要面临的电磁干扰主要为空间辐射干扰和传导耦合干扰。当电磁干扰发生时，会导致对干扰敏感的电子设备的功能退化，甚至导致其失效，对系统的功能造成严重影响，因此，光电转换组件的电磁兼容方面的可靠性至关重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种小型光电转换组件的EMC防护装置及电源前端滤波电路，解决了现有小型光电转换设备因空间限制无法有效防护EMC干扰的问题。

一种电源前端滤波电路，包括第一防护模块、第一滤波模块、隔离DC/DC电源模块、第二滤波模块，第一防护模块、第一滤波模块、隔离DC/DC电源模块和第二滤波模块依次电连接，第一防护模块用于对外部输入电路的共模干扰和差模干扰进行抑制和阻尼滤波；第一滤波模块用于滤波第一防护模块输出的共模、差模干扰；所述隔离DC/DC电源模块用于将第一滤波模块输出的外部电压转换为可供给小型光电转换组件内部使用的直流电压；所述第二滤波模块用于吸收滤波隔离DC/DC电源模块输出的直流电中的尖峰干扰噪声。

在一种优选实施方式中，第一防护模块11包括第一Y电容C2、第二Y电容C3、第三Y电容C8、第四Y电容C9和第一共模电感L1。

在另一种优选实施方式中，第一滤波模块12包括第一瞬态抑制二极管DZ1、第一X电容C4、第一EMI滤波器L2。

在另一种优选实施方式中，第二滤波模块14包括第四X电容C7、第二EMI滤波器L3和四X电容C1。

在另一种优选实施方式中，Y电容采用I类瓷材料的821电容和/或I类瓷材料的103电容。

一种小型光电转换组件的EMC防护装置，包括上述任一所述的电源前端滤波电路，电源前端滤波电路用金属壳体封装，外挂在小型光电转换组件外端，具体连接方式包括：通过螺钉将电源前端滤波电路的壳体固定在小型光电转换组件外端，完成物理连接；电源前端滤波电路的输出端使用高温导线引出，双绞处理后引入小型光电转换组件内部，与板上连接器相连，完成电路连接。

在一种优选实施方式中，EMC防护装置包括凹槽和导电橡胶条，所述凹槽设置于小型光电转换组件的金属外壳与金属盖板合并处，所述导电橡胶条设置于凹槽内。

进一步的，导电橡胶条与凹槽的结构尺寸相适应。

在另一种优选实施方式中，在小型光电转换组件内部，供电及信号线与光电转换组件的金属外壳进行物理隔离，信号输出端口使用差分电路输出，差分电缆的金属屏蔽层直接与金属外壳相连。

有益效果：

本发明通过在小型光电转换组件外部电源入口增加由X电容、Y电容、共模电感组成的电源前端滤波网络，在隔离DC/DC模块直流输入端和输出端增加π型滤波器进行多级滤波，减小直流输出的高频噪声和尖峰干扰，有效提高了小型光电转换组件的直流供电入口在有高级别EMC干扰时的工作可靠性，在满足相关电磁兼容试验要求的同时为用户节约设备空间，该设计可以推广到其他相关组件，为设备小型化设计提供可行思路。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1为小型光电转换组件的EMC防护装置示意图；

图2为本实施例提供的一种电源前端滤波电路结构示意图；

图3本本实施例提供的一种滤波电路板；

图4为本实施例提供的一种小型光电转换组件三视图；

图5为本实施例提供的一种小型光电转换组件示意图。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对本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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

小型光电转换组件主要面临的电磁干扰为空间辐射干扰和传导耦合干扰。

本申请针对小型光电组件的特点，设置一种小型光电转换组件的EMC防护装置，对空间辐射干扰和传导耦合干扰进行防护。所述EMC防护装置包括完整屏蔽体和设置外部滤波电路。

对空间辐射干扰，电磁屏蔽借助于屏蔽体阻止电磁场在空间传播，本申请将受扰敏感体用屏蔽体包封，可以有效防止外界的电磁干扰。完整屏蔽体方法采取将凹槽设置于小型光电转换组件的金属外壳与金属盖板合并处，将导电橡胶条设置于凹槽内，导电橡胶条与凹槽的结构尺寸相适应，使得金属盖板和金属外壳闭合时与导电橡胶条充分接触。此外，在小型光电转换组件内部，供电及信号线与组件金属外壳采用物理隔离，信号输出端口使用差分电路输出，则差分电缆的金属屏蔽层可不与组件内部参考地相连，而直接与金属外壳相连。上述设计使组件内部电路整体与外部电气隔离，并使组件形成完整屏蔽体，导电橡胶条的设置如图1所示。

对于传导耦合干扰，采用滤波电路进行抑制是比较有效的手段。由于小型光电转换组件尺寸限制，无法在组件内部增加滤波器等元器件，本申请采用电感、电容组成的分立器件选频网络作为电源前端滤波电路，将包含有电源前端滤波电路的滤波电路板外挂在小型光电转换组件外部。

图2是本实施例提供的小型光电组件前端滤波电路的结构示意图。参见图2，该电源前端滤波电路包括第一防护模块11、第一滤波模块12、隔离DC/DC电源模块13、第二滤波模块14，第一防护模块、第一滤波模块、隔离DC/DC电源模块和第二滤波模块依次电连接。其中：

第一防护模块11用于对外部输入电路的共模干扰和差模干扰进行抑制和阻尼滤波后输出；该第一防护模块11与第一滤波模块12连接，所述第一滤波模块12用于滤波第一防护模块11输出的干扰中的共模、差模干扰；第一滤波模块12与隔离DC/DC电源模块13输入端连接，所述隔离DC/DC电源模块13用于将第一滤波模块12输出的外部电压转换为可供给小型光电转换组件内部使用的直流电压(3.3V电压)；隔离DC/DC电源模块13输出端与第二滤波模块14连接，所述第二滤波模块14用于吸收滤波隔离DC/DC电源模块13输出的直流电中的尖峰干扰噪声。

在本实施例中，该第一防护模块11包括第一Y电容C2、第二Y电容C3、第三Y电容C8、第四Y电容C9和第一共模电感L1。第一Y电容C2和第二Y电容C3并联在电源正极输入端与地线之间，第三电Y容C8和第四Y电容C9并联在电源负极输入端与地线之间，构成滤波电路的Y电容，抑制共模干扰；第一共模电感L1串联在电源正极输入端与电源正极输出端之间，构成电源滤波电路。

优选地，第一Y电容C2和第三Y电容C8选用I类瓷材料的821电容，第一Y电容C2和第三Y电容C8的电容参数均为821/2kV。第二Y电容C3和第四Y电容C9选用I类瓷材料的103电容，第二Y电容C3和第四Y电容C9的电容参数均为103/2kV。第一共模电感L1选用电感选用ASMF型高频共模电感。

第一滤波模块12包括第一瞬态抑制二极管DZ1、第一X电容C4、第一EMI滤波器L2(对应图1中的EM1)、第二X电容C5、第一肖特基二极管VD1和第三X电容C6。

第一滤波模块12中的第一瞬态抑制二极管DZ1并联在正负电源线两端，用于提供小于100V的外界电压尖峰；第一X电容C4并联在电源正负线之间抑制差模干扰；第一EMI滤波器L2串接在供电线路中，用于抑制电源线中的双向传导干扰；第二X电容C5并联在电源正负线之间抑制差模干扰；第一肖特基二极管VD1串联在正电源线上用于提供电路外部接反防护；第三X电容C6并联在电源正负线之间抑制差模干扰。

优选地，所述第一瞬态抑制二极管DZ1优选采用工作电压33V、最大钳位电压50V的TVS二极管。第一X电容C4优选采用I类瓷材料的10nF电容。所述第一EMI滤波器L2优选采用二次电源输出侧低通滤波器。所述第二X电容C5优选采用I类瓷材料的10nF电容。第一肖特基二极管VD1主要参数指标为正向最大电流3A、正向工作电压0.7V、反向击穿电压60V。第三X电容C6优选采用I类瓷材料的10nF电容。

隔离DC/DC模块13包括隔离DC/DC转换电源芯片U1。

隔离DC/DC模块13中，隔离DC/DC转换电源芯片U1用于隔离外部传导干扰。

优选的，所述隔离DC/DC转换电源芯片优选采用降压开关电源式隔离DC/DC电压变换器，其内部隔离方式为采用线圈/光耦隔离，封装类型优选金属封装，并带有单独外壳引脚用于与整个组件金属外壳相接。

第二滤波模块14包括第四X电容C7、第二EMI滤波器L3(对应图1中的EM2)和四X电容C1。

第二滤波模块14中，第四X电容C7并联在电源正负线之间抑制差模干扰；第二EMI滤波器L3串接在供电线路中，用于抑制电源线中的双向传导干扰；第四X电容C1并联在电源正负线之间抑制差模干扰。

优选地，所述第四X电容C7优选采用I类瓷材料的10nF电容。所述第二EMI滤波器L3优选采用二次电源输出侧低通滤波器。所述第四X电容C1优选采用I类瓷材料的10nF电容。

在本实施例中，瞬态抑制二极管DZ1可以采用单向或双向二极管，也可以为其他钳位限压保护元件，本实施例不做具体限定。

将上述电源前端滤波电路用金属壳体封装，形成滤波电路板，如图3所示，将滤波电路板外挂在小型光电转换组件外端，实现隔离电源，保证内外电气隔离。包括电源前端滤波电路的滤波电路板与小型光电转换组件的具体连接方式包括：通过螺钉将电源前端滤波电路的壳体固定在小型光电转换组件外端，完成物理连接；电源前端滤波电路的输出端使用高温导线引出，双绞处理后引入小型光电转换组件内部，与板上连接器相连，完成电路连接。带有EMC防护装置的小型光电转换组件如图4-5所示。

本实施例中，电容容值均为实际试验验证获得。

本实施例中，通过在小型光电转换组件外部电源入口增加由X电容、Y电容、共模电感组成的电源前端滤波电路网络，在隔离DC/DC模块直流输入端和输出端增加π型滤波器进行多级滤波，减小直流输出的高频噪声和尖峰干扰，有效提高了小型光电转换组件的直流供电入口在有高级别EMC干扰时的工作可靠性。

当介绍本申请的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种电源前端滤波电路，包括第一防护模块、第一滤波模块、隔离DC/DC电源模块、第二滤波模块，其特征在于，第一防护模块、第一滤波模块、隔离DC/DC电源模块和第二滤波模块依次电连接，第一防护模块用于对外部输入电路的共模干扰和差模干扰进行抑制和阻尼滤波；第一滤波模块用于滤波第一防护模块输出的共模、差模干扰；所述隔离DC/DC电源模块用于将第一滤波模块输出的外部电压转换为可供给小型光电转换组件内部使用的直流电压；所述第二滤波模块用于吸收滤波隔离DC/DC电源模块输出的直流电中的尖峰干扰噪声。

2.根据权利要求1所述的一种电源前端滤波电路，其特征在于，第一防护模块11包括第一Y电容C2、第二Y电容C3、第三Y电容C8、第四Y电容C9和第一共模电感L1。

3.根据权利要求1所述的一种电源前端滤波电路，其特征在于，第一滤波模块12包括第一瞬态抑制二极管DZ1、第一X电容C4、第一EMI滤波器L2。

4.根据权利要求1所述的一种电源前端滤波电路，其特征在于，第二滤波模块14包括第四X电容C7、第二EMI滤波器L3和四X电容C1。

5.根据权利要求2～4任一所述的一种电源前端滤波电路，其特征在于，Y电容采用I类瓷材料的821电容和/或I类瓷材料的103电容。

6.一种小型光电转换组件的EMC防护装置，包括如权利要求1～5任一所述的电源前端滤波电路，其特征在于，电源前端滤波电路用金属壳体封装，外挂在小型光电转换组件外端，具体连接方式包括：通过螺钉将电源前端滤波电路的壳体固定在小型光电转换组件外端，完成物理连接；电源前端滤波电路的输出端使用高温导线引出，双绞处理后引入小型光电转换组件内部，与板上连接器相连，完成电路连接。

7.根据权利要求6所述的一种小型光电转换组件的EMC防护装置，其特征在于，EMC防护装置包括凹槽和导电橡胶条，所述凹槽设置于小型光电转换组件的金属外壳与金属盖板合并处，所述导电橡胶条设置于凹槽内。

8.根据权利要求7所述的一种小型光电转换组件的EMC防护装置，其特征在于，导电橡胶条与凹槽的结构尺寸相适应。

9.根据权利要求7所述的一种小型光电转换组件的EMC防护装置，其特征在于，在小型光电转换组件内部，供电及信号线与光电转换组件的金属外壳进行物理隔离，信号输出端口使用差分电路输出，差分电缆的金属屏蔽层直接与金属外壳相连。

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