CN217469453U - 一种隔离电源的浪涌保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种隔离电源的浪涌保护装置，涉及电路保护技术领域，包括浪涌抑制模块、EMI滤波电路和隔离电源模块；外部输入电压与浪涌抑制模块的输入端连接；浪涌抑制模块的输出端连接EMI滤波电路；浪涌抑制模块的输出电压连接隔离电源模块的输入端；隔离电源模块的输出电压经次级电路输出后连接负载电路；浪涌抑制模块的电阻串联网络一端接电源正极、另一端接电源负极，其中间连接处连接气体放电管的一端，气体放电管的另一端接机壳地PE。本装置提高了隔离开关电源前级防护元器件的击穿电压，使得该电路不会因防护动作电压过低而导致耐压测试失败，避免因电源耐压测试而拆/装防护器件，避免防护器件频繁动作而减少使用寿命。

Description

一种隔离电源的浪涌保护装置

技术领域

本实用新型涉及电路保护与电磁兼容技术领域，尤其涉及一种隔离电源的浪涌保护装置。

背景技术

浪涌通常是指电源接通瞬间或是在电路出现异常情况下产生的远大于稳态电流的峰值电流或过载电流。供电系统的浪涌的来源主要包括外部雷电和内部电气设备启停和故障等，其中电力系统内的浪涌主要来自于系统内部用电负荷的冲击，在电力系统引起的内部过电压原因大致包括：1)电力大负荷的投入和切除；2)感性负荷的投入和切除；3)功率因素补偿电容器的投入和切除；4)短路故障。

总之，浪涌给用电设备带来不利影响，特别是对接入电网的计算机、通讯设备、监控设备等微电子设备带来致命的冲击。即使是没有造成永久的设备损坏，但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。

而目前，随着电力电子、通信、工控行业的快速发展，在各行各业应用中电源要求也越来越高，为保证系统的稳定性、抗干扰性，隔离开关电源应运而生，为了抑制电源输入线的浪涌，常用的方法是在电源输入线上添加防雷器等瞬态抑制器件；

传统地，浪涌防护电路所采用的防护器件通常为低压型压敏电阻或瞬态电压二极管，压敏电阻具有较大的寄生电容，一般在几百到几千微法的范围，在高频信号系统中会引起信号传输的畸变，因此压敏电阻在很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中；且瞬态抑制器件(压敏电阻、气体放电管)主要是针对8/20uS、1.2/50uS的雷击浪涌过压而设计的，该类干扰瞬态过压高(2kV～4kV)，但是作用时间短(us)，重复性不高，在实际使用中，经常出现压敏电阻失效而烧断保险丝的现象，当瞬态过压能量超过压敏电阻额定容量时，压敏电阻可能会因过热而损坏，主要表现为短路、开路；不利于延长浪涌防护电路的使用寿命也不利于提高电路的安全性能。

实用新型内容

本实用新型提供一种隔离电源的浪涌保护装置，用以解决上述现有技术中的缺陷。

本实用新型提供一种隔离电源的浪涌保护装置，包括浪涌抑制模块、EMI滤波电路和隔离电源模块；

外部输入电压与所述浪涌抑制模块的输入端连接；所述浪涌抑制模块的输出端连接所述EMI滤波电路；所述浪涌抑制模块的输出电压经所述EMI滤波电路连接所述隔离电源模块的输入端；所述隔离电源模块包括分别隔离的初级电路和次级电路，输出电压经所述次级电路输出后连接负载电路；

其中，所述浪涌抑制模块包括压敏电阻RV1、压敏电阻RV2和气体放电管GD2；压敏电阻RV1和压敏电阻RV2串联，其组成的串联网络一端接电源正极一端接电源负极，其中间连接处连接所述气体放电管的一端，所述气体放电管的另一端接机壳地PE，所述气体放电管用于减少防护器件(压敏电阻)与机壳地PE之间的漏电流。

根据本实用新型提供的一种隔离电源的浪涌保护装置，其中，所述浪涌抑制模块还包括压敏电阻RV3，所述压敏电阻RV3的一端与所述电源正极(或AC输入的火线)，另一端与所述电源负极连接(或AC输入的零线)。

根据本实用新型提供的一种隔离电源的浪涌保护装置，所述隔离电源模块的初级电路包括高频隔离变压器L1、MOS管P1、电容C1；所述电容C1的一端连接所述电源正极，另一端连接所述电源负极；所述高频隔离变压器的初级端的两端分别连接所述电源正极和所述MOS管P1的一端连接，所述MOS管P1的另一端与所述电源负极连接，构成所述初级电路的回路；

所述MOS管P1的中间管脚连接PWM控制器。

根据本实用新型提供的一种隔离电源的浪涌保护装置，所述隔离电源模块的初级电路包含整流二极管和/或谐波抵制器。

根据本实用新型提供的一种隔离电源的浪涌保护装置，所述隔离电源模块的次级电路包括整流二极管和电容C2；所述高频隔离变压器的次级端的一端连接所述整流二极管的阳极，所述整流二极管的阴极与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述次级端的另一端连接；所述次级端的输出正极和输出负极端在连接所述负载电路之前连接输出滤波电路。

根据本实用新型提供的一种隔离电源的浪涌保护装置，优选的，所述隔离电源模块的初级电路的输入端和次级电路的输出端之间的隔离耐压值为不小于AC3000V。

根据本实用新型提供的一种隔离电源的浪涌保护装置，优选的，所述隔离电源模块的初级电路的输入端到机壳地PE隔离耐压值不小于AC2000V。

本实用新型通过提高隔离电源输入端到输出端或机壳地PE之间绝缘强度，可有效地避免小于隔离电源绝缘强度的瞬态过压电磁骚扰转化为干扰，损坏开关电源模块，以及其后级负载电路。提高隔离开关电源前级防护元器件的击穿电压，使得该电路不会因防护动作电压过低而导致耐压测试失败，避免因电源耐压测试而拆/装防护器件，同时避免防护器件频繁动作而减少使用寿命。通过“绝缘隔离强度+防护器件”改进型雷击浪涌防护方案，不仅能够对隔离电源提供有效的浪涌防护，而且延长浪涌防护电路的使用寿命，此外，还可以避免因电源耐压测试而拆装防护器件导致的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的隔离电源的浪涌保护装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供的隔离电源的浪涌保护装置的浪涌抑制模块电路结构示意图；

图3是本实用新型提供的隔离电源的浪涌保护装置的隔离电源模块电路绝缘强度设计结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在一个实施例中，如图1所示，本实用新型提供了一种隔离电源的浪涌保护装置，能够对隔离电源提供有效的浪涌防护，延长浪涌防护电路的使用寿命，避免电源耐压测试拆/装防护器件，包括：浪涌抑制模块、EMI滤波电路和隔离电源模块；

外部输入电压与所述浪涌抑制模块的输入端连接；所述浪涌抑制模块的输出端连接所述EMI滤波电路；所述浪涌抑制模块的输出电压经所述EMI滤波电路连接所述隔离电源模块的输入端；所述隔离电源模块包括分别隔离的初级电路和次级电路，输出电压经所述次级电路输出后连接负载电路；

其中，外部输入电压可以为直流电压也可以为交流电压；

其中，如图2所示，所述浪涌抑制模块包括压敏电阻RV1、压敏电阻RV2和气体放电管GD2；压敏电阻RV1和压敏电阻RV2串联，其组成的串联网络一端接电源正极、另一端接电源负极，其中间连接处连接所述气体放电管的一端，所述气体放电管的另一端接机壳地PE，所述气体放电管用于提高所述电源正极与机壳地PE两端之间的绝缘耐压值；

正常工作情况下，热保护型压敏电阻的阻抗很高，等效为断路，不会影响电路的正常工作。

具体的，其中，如图2所示，所述浪涌抑制模块还包括压敏电阻RV3，所述压敏电阻RV3的一端与所述电源正极，另一端与所述电源负极连接。

需要说明的是，为了有效的保护后级电阻，现有的气体放电管和压敏电阻动作电压普遍选用的较低，譬如AC220V输入，气体放电管主要选直流击穿电压为600V或800V，压敏电阻RV1、RV2主要选用击穿电压为680V的14D681等；在AC220V耐压测试中，一般要求在L/N(L/N短接)与机壳地PE之间，施加50Hz，AC1500V@1Min的电压，此时，气体放电管就会被击穿，导致耐压测试失效；

在实际应用场景中现场浪涌干扰主要是由电机的启/停、IGBT的开/关、继电器的动作、大型用电设备的启/停操作在内引起的，会产生较大的瞬态过电压，该类干扰具有重复性高、干扰持续时间长(ms级)、过压较低的特点；与外部雷击浪涌相比，现场由操作引起的瞬态过电压浪涌的危害性更强，容易导致压敏电阻失效而烧断保险丝的现象。这是由于压敏电阻在操作瞬态过电压多次冲击下，压敏电阻内的ZnO会被击穿，电阻体的低阻线性化逐步加剧，压敏电阻击穿电压越来越低，漏电流越来越大，随着压敏电阻本体温度的升高，漏电流更大，形成恶性循环，直到压敏电阻的温度升高达到外包封材料的燃点，导致高阻抗短路；焦耳热使得压敏电阻发热增加且集中流入薄弱点，薄弱点材料融化，形成1000欧左右的短路孔后，电源继续推动一个较大的电流灌入短路点，形成高热而起火；

需要说明的是，通过隔离切断电磁骚扰的回路，可以避免对电路系统形成干扰；隔离耐压指的是两个没有直接电气连接的系统所能承受的最高绝缘电压；开关电源使用场合不同，对应的参数选择也不一样；

具体的，如图3所示，本实用新型提供的所述隔离电源模块的初级电路包括高频隔离变压器L1、MOS管P1、电容C1；所述电容C1的一端连接所述电源正极，另一端连接所述电源负极；所述高频隔离变压器的初级端的两端分别连接所述电源正极和所述MOS管P1的一端连接，所述MOS管P1的另一端与所述电源负极连接，构成所述初级电路的回路；

所述MOS管P1的中间管脚连接PWM控制器。

可选的，当所述电路的输入为交流电压时，所述隔离电源模块的初级电路中还应该包含整流二极管和/或谐波抵制器；

优选的，所述隔离电源模块的次级电路包括整流二极管和电容C2；所述高频隔离变压器的次级端的一端连接所述整流二极管的阳极，所述整流二极管的阴极与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述次级端的另一端连接；所述次级端的输出正极和输出负极端在连接所述负载电路之前连接输出滤波电路。

优选的，通过所述通过高频隔离变压器和反馈光耦的绝缘隔离实现所述隔离电源模块的初级电路的输入端和次级电路的输出端之间的隔离耐压值不小于AC3000V，可防止电源输入端低于“隔离开关电源的初/次级耐压值”的低频电磁骚扰耦合到输出端。

优选的，所述隔离电源模块的初级电路的输入端到机壳地PE隔离耐压值不小于AC2000V，可避免电源输入端低于“所述隔离电源模块的初级电路对机壳地PE耐压值”的低频电磁骚扰转化为电磁干扰。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种隔离电源的浪涌保护装置，其特征在于，包括浪涌抑制模块、EMI滤波电路和隔离电源模块；

外部输入电压与所述浪涌抑制模块的输入端连接；所述浪涌抑制模块的输出端连接所述EMI滤波电路；所述浪涌抑制模块的输出电压经所述EMI滤波电路连接所述隔离电源模块的输入端；所述隔离电源模块包括分别隔离的初级电路和次级电路，输出电压经所述次级电路输出后连接负载电路；

其中，所述浪涌抑制模块包括压敏电阻RV1、压敏电阻RV2和气体放电管GD2；压敏电阻RV1和压敏电阻RV2串联，其组成的串联网络一端接电源正极、另一端接电源负极，其中间连接处连接所述气体放电管的一端，所述气体放电管的另一端接机壳地PE。

2.根据权利要求1所述的一种隔离电源的浪涌保护装置，其特征在于，其中，所述浪涌抑制模块还包括压敏电阻RV3，所述压敏电阻RV3的一端与所述电源正极，另一端与所述电源负极连接。

3.根据权利要求1所述的一种隔离电源的浪涌保护装置，其特征在于，所述隔离电源模块的初级电路包括高频隔离变压器L1、MOS管P1、电容C1；所述电容C1的一端连接所述电源正极，另一端连接所述电源负极；所述隔离电源模块的初级端的两端分别连接所述电源正极和所述MOS管P1的一端连接，所述MOS管P1的另一端与所述电源负极连接，构成所述初级电路的回路；

所述MOS管P1的中间管脚连接PWM控制器。

4.根据权利要求3所述的一种隔离电源的浪涌保护装置，其特征在于，所述隔离电源模块的初级电路包含整流二极管和/或谐波抵制器。

5.根据权利要求3所述的一种隔离电源的浪涌保护装置，其特征在于，所述隔离电源模块的次级电路包括整流二极管和电容C2；所述隔离电源模块的次级端的一端连接所述整流二极管的阳极，所述整流二极管的阴极与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述次级端的另一端连接；所述次级端的输出正极和输出负极端在连接所述负载电路之前连接输出滤波电路。

6.根据权利要求5所述的一种隔离电源的浪涌保护装置，其特征在于，所述隔离电源模块的初级电路的输入端和次级电路的输出端之间的隔离耐压值不小于AC3000V。

7.根据权利要求5所述的一种隔离电源的浪涌保护装置，其特征在于，所述隔离电源模块的初级电路的输入端到机壳地PE隔离耐压值不小于AC2000V。

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