CN218041200U - 一种运动控制板卡电源防护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体地说，涉及一种运动控制板卡电源防护电路，根据运动控制板卡的特殊应用环境及电磁环境要求，做了针对性的优化，通过设置输入浪涌防护模块吸收异常浪涌信号，设置高频干扰信号抑制模块吸收高频干扰信号，设置浪涌干扰信号抑制模块吸收浪涌干扰信号，设置滤波器模块滤除瞬态电流，设置后级电路保护模块保护后级电路，使用最简洁的电路实现了电源输入过流保护，实现了保证性能要求的同时降低了成本，改善了原有电路存在的风险缺陷。

Description

一种运动控制板卡电源防护电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体地说，涉及一种运动控制板卡电源防护电路。

背景技术

低压直流电源接口通过电源线与电网连接，为电气设备提供电能。电器产品在工作中产生会各种干扰，如电源变换电路、高频变压器、数字电路等产生的干扰，这些干扰通过电源接口形成对电网的传导干扰以及对空间的辐射干扰。

当电网上有大功率感性负载通断或电网遭受雷击时，会在电源接口产生瞬态的脉冲干扰和浪涌干扰，若电源接口不进行防护滤波设计，这些干扰容易影响设备的正常工作，雷电干扰甚至能损坏设备，因此电源接口需要进行电磁兼容设计，确保设备工作稳定，零防护的电源接口难以满足日益恶劣的电磁环境适应性的要求。

如图1所示为典型电源接口设计电路，其中压敏电阻R2、压敏电阻R3、气体放电管D6构成浪涌共摸防护模块，压敏电阻R1、气体放电管D5构成浪涌差模防护模块，其中L1、L2为共模电感，现有的电源接口电路存在以下缺陷：1、压敏电阻电路存在疲劳损坏的情况，损坏后，持续通电有燃烧的风险；2、常用的两级电路，占用的面积较大，在日益小型化的运动控制板卡上，布局布线困难；3、现有电路，成本较高，对成本敏感的产品，不适用，若减少防护器件，则容易达不到防护效果。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的上述缺陷，提出一种运动控制板卡电源防护电路，根据运动控制板卡的特殊应用环境及电磁环境要求，做了针对性的优化，通过设置输入浪涌防护模块吸收异常浪涌信号，设置高频干扰信号抑制模块吸收高频干扰信号，设置浪涌干扰信号抑制模块吸收浪涌干扰信号，设置滤波器模块滤除瞬态电流，设置后级电路保护模块保护后级电路，使用最简洁的电路实现了电源输入过流保护，实现了保证性能要求的同时降低了成本，改善了原有电路存在的风险缺陷。

本实用新型具体实现内容如下：

一种运动控制板卡电源防护电路，输入端与电源连接，输出端与后级电路连接，包括依次连接的输入浪涌防护模块、高频干扰信号抑制模块、浪涌干扰信号抑制模块、滤波器模块、后级电路保护模块；

所述输入浪涌防护模块与电源、浪涌干扰信号抑制模块连接，用于吸收从电源接收的初始电源信号中的异常浪涌信号，得到第一电源信号，并传输至高频干扰信号抑制模块；

所述高频干扰信号抑制模块与输入浪涌防护模块、浪涌干扰信号抑制模块连接，用于吸收从输入浪涌防护模块接收的第一电源信号中的高频干扰信号，得到第二电源信号，并传输至浪涌干扰信号抑制模块；

所述浪涌干扰信号抑制模块与高频干扰信号抑制模块、滤波器模块连接，用于吸收从高频干扰信号抑制模块接收的第二电源信号中的浪涌干扰信号，得到第三电源信号，并传输至滤波器模块；

所述滤波器模块与干扰信号抑制模块、后级电路保护模块连接，用于滤除从干扰信号抑制模块接收的第三电源信号中的瞬态电流，得到第四电源信号，并传输至后级电路保护模块；

所述后级电路保护模块与滤波器模块、后级电路连接，用于吸收从滤波器模块接收的第四电源信号中的差模干扰信号，得到第五电源信号，并传输至后级电路。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述输入浪涌防护模块包括共模浪涌干扰信号吸收模块、差模浪涌干扰信号吸收模块；

所述共模浪涌干扰信号吸收模块包括TVS管D1、TVS管D3；

所述差模浪涌干扰信号吸收模块包括TVS管D2；

所述TVS管D1一端搭接在电源的第一输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第三输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间；

所述TVS管D2一端搭接在电源的第一输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第二输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间；

所述TVS管D3一端搭接在电源的第二输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第三输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述高频干扰抑制模块包括电容C4、电容C6；

所述电容C6一端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端、浪涌干扰信号抑制模块的输入端分别连接，另一端与地连接；

所述电容C4一端与TVS管D1与电源的第三输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第三输出端连接的一端分别连接，另一端与TVS管D2与电源的第二输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第二输出端连接的一端、浪涌干扰信号抑制模块的输入端分别连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述浪涌干扰信号抑制模块包括差模浪涌干扰抑制信号模块、共模浪涌干扰信号抑制模块；

所述差模浪涌干扰信号抑制模块电容C5、电容C7；

所述共模浪涌干扰信号抑制模块包括电感L1；

所述电容C5一端与电容C4、TVS管D2与电源的第二输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第二输出端连接的一端、电感L1的第三连接端、地端连接，另一端与电容C6不与地端连接的一端、TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端、电感L1的第二连接端连接；

所述电容C7一端与电感L1的第一连接端、滤波器模块的输入端连接，另一端与电感L1的第四连接端、滤波器模块的输入端连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述滤波器模块包括电容C8、电容C9、电感L2；

所述电容C8一端与电容C7与电感L1的第一连接端连接的一端、电感L3的输入端连接，另一端与电容C7与电感L1的第四连接端连接的一端连接；

所述电容C9一端电感L3的输出端、后级电路保护模块的输入端连接，另一端与电容C8不与电感L3连接的一端、后级电路保护模块的输出端、地端连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述后级电路保护模块包括TVS管D8；

所述TVS管D8一端与电容C9与电感L3连接的一端、后级电路的输入端、电源连接，另一端与电容C9不与电感L3连接的一端、地端、后级电路的输入端连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述运动控制板卡电源防护电路还包括自恢复保险丝F1；

所述自恢复保险丝F1的输入端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端连接，输出端与电感L1的第二连接端、电容C6不与地端连接的一端、电容C5与电感L1第二连接端连接的一端。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述运动控制板卡电源防护电路还包括电源反接防护模块；

所述电源反接防护模块包括二极管D4；

所述二极管D4的输入端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端连接，输出端与自恢复保险丝F1的输入端连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述电容C4、电容C6为Y电容；所述电容C5、电容C7为X电容。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述TVS管D1、TVS管D2、TVS管D3的型号为SM2KB30CA；所述TVS管D8的型号为SMAJ28A。

本实用新型具有以下有益效果：

（1）本实用新型根据运动控制板卡的特殊应用环境及电磁环境要求，做了针对性的优化，通过设置输入浪涌防护模块吸收异常浪涌信号，设置高频干扰信号抑制模块吸收高频干扰信号，设置浪涌干扰信号抑制模块吸收浪涌干扰信号，设置滤波器模块滤除瞬态电流，设置后级电路保护模块保护后级电路，使用最简洁的电路实现了电源输入过流保护，实现了保证性能要求的同时降低了成本，改善了原有电路存在的风险缺陷。

（2）本实用新型使用TVS管替代压敏电阻，解决了压敏电阻疲劳损坏后存在的燃烧的风险。

（3）本实用新型将TVS管D1、TVS管D2、TVS管D3选择SM2KB30CA，满足1.2/50us浪涌波形下VPP/IPP：2KV/1KA性能要求，工作时，将浪涌电压削减至70V左右，TVS管D8选择SMAJ28A，将浪涌或尖峰电压进一步削减至35V左右，满足后级电路电压的要求，结合合理的布局布线，经过实际产品测试，整体方案性能，满足浪涌测试8/20us测试标准差模±1KV，共模±2KV；静电放电，接触放电±8KV，空气放电±15KV；快速脉冲群，电源口干扰±2KV，5/100Khz，信号口干扰±2KV，5/100Khz。

附图说明

图1为典型电源接口电路原理图；

图2为本实用新型提出的运动控制板卡电源防护电路电路原理图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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，应当理解，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，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术工作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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是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。

实施例1：

本实施例提出一种运动控制板卡电源防护电路，输入端与电源连接，输出端与后级电路连接，包括依次连接的输入浪涌防护模块、高频干扰信号抑制模块、浪涌干扰信号抑制模块、滤波器模块、后级电路保护模块；

所述输入浪涌防护模块与电源、浪涌干扰信号抑制模块连接，用于吸收从电源接收的初始电源信号中的异常浪涌信号，得到第一电源信号，并传输至高频干扰信号抑制模块；

所述高频干扰信号抑制模块与输入浪涌防护模块、浪涌干扰信号抑制模块连接，用于吸收从输入浪涌防护模块接收的第一电源信号中的高频干扰信号，得到第二电源信号，并传输至浪涌干扰信号抑制模块；

所述浪涌干扰信号抑制模块与高频干扰信号抑制模块、滤波器模块连接，用于吸收从高频干扰信号抑制模块接收的第二电源信号中的浪涌干扰信号，得到第三电源信号，并传输至滤波器模块；

所述滤波器模块与干扰信号抑制模块、后级电路保护模块连接，用于滤除从干扰信号抑制模块接收的第三电源信号中的瞬态电流，得到第四电源信号，并传输至后级电路保护模块；

所述后级电路保护模块与滤波器模块、后级电路连接，用于吸收从滤波器模块接收的第四电源信号中的差模干扰信号，得到第五电源信号，并传输至后级电路。

工作原理：

实施例2：

本实施例在上述实施例1的基础上，如图2所示，对输入浪涌防护模块、高频干扰信号抑制模块、浪涌干扰信号抑制模块、滤波器模块、后级电路保护模块的结构进行说明。

工作原理：所述输入浪涌防护模块包括共模浪涌干扰信号吸收模块、差模浪涌干扰信号吸收模块；

所述共模浪涌干扰信号吸收模块包括TVS管D1、TVS管D3；

所述差模浪涌干扰信号吸收模块包括TVS管D2；

所述TVS管D1一端搭接在电源的第一输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第三输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间；

所述TVS管D2一端搭接在电源的第一输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第二输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间；

所述TVS管D3一端搭接在电源的第二输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第三输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间。

所述高频干扰抑制模块包括电容C4、电容C6；

所述电容C6一端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端、浪涌干扰信号抑制模块的输入端分别连接，另一端与地连接；

所述电容C4一端与TVS管D1与电源的第三输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第三输出端连接的一端分别连接，另一端与TVS管D2与电源的第二输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第二输出端连接的一端、浪涌干扰信号抑制模块的输入端分别连接。

所述浪涌干扰信号抑制模块包括差模浪涌干扰抑制信号模块、共模浪涌干扰信号抑制模块；

所述差模浪涌干扰信号抑制模块电容C5、电容C7；

所述共模浪涌干扰信号抑制模块包括电感L1；

所述电容C5一端与电容C4、TVS管D2与电源的第二输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第二输出端连接的一端、电感L1的第三连接端、地端连接，另一端与电容C6不与地端连接的一端、TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端、电感L1的第二连接端连接；

所述电容C7一端与电感L1的第一连接端、滤波器模块的输入端连接，另一端与电感L1的第四连接端、滤波器模块的输入端连接。

所述滤波器模块包括电容C8、电容C9、电感L2；

所述电容C8一端与电容C7与电感L1的第一连接端连接的一端、电感L3的输入端连接，另一端与电容C7与电感L1的第四连接端连接的一端连接；

所述电容C9一端电感L3的输出端、后级电路保护模块的输入端连接，另一端与电容C8不与电感L3连接的一端、后级电路保护模块的输出端、地端连接。

所述后级电路保护模块包括TVS管D8；

所述TVS管D8一端与电容C9与电感L3连接的一端、后级电路的输入端、电源连接，另一端与电容C9不与电感L3连接的一端、地端、后级电路的输入端连接。

本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，如图2所示，所述运动控制板卡电源防护电路还包括电源反接防护模块、自恢复保险丝F1。

工作原理：所述自恢复保险丝F1的输入端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端连接，输出端与电感L1的第二连接端、电容C6不与地端连接的一端、电容C5与电感L1第二连接端连接的一端。

所述电源反接防护模块包括二极管D4；

所述二极管D4的输入端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端连接，输出端与自恢复保险丝F1的输入端连接。

本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上，如图2所示，以一具体的实施例对本实用新型的结构进行详细说明，TVS管D1、TVS管D2、TVS管D3选择型号为SM2KB30CA的TVS管，TVS管D8选择型号为SMAJ28A的TVS管，二极管D4选择电流2A、耐压200V的防反接二极管，保险丝选择工作电流1.5A、动作电流4A、耐压60V的自恢复保险丝F1，共模电感L1和共摸电感L2选择通流1.5A、电感量10mH的共摸电感。

工作原理：使用型号为SM2KB30CA的TVS管D1、TVS管D2、TVS管D3，替代压敏电阻与气体放电管组合的浪涌抑制电路，实现雷击浪涌信号的防护，TVS管使用双极性管，实现正负向浪涌的吸收，其工作原理是当浪涌电压≥击穿电压时，TVS管迅速由高阻态变为低阻态，给瞬间电流提供一个低阻抗导通路径，同时将异常高压箝制在一个安全水平之内，从而保护后级的IC或线路；当异常浪涌消失后，其恢复至高阻态，电路正常工作。浪涌干扰浪涌包含差模及共模两类，在本实施例中，TVS管D2实现差模浪涌干扰的吸收，TVS管D1、TVS管D3实现共模浪涌干扰的吸收，同时由于快速脉冲群是纳秒级的信号，而TVS管本身的响应特性是纳秒级的，压敏电阻的响应是微秒级的，该TVS管兼具实现快速脉冲群信号的抑制功能，将脉冲信号削减降低，防止后级的共模电容因持续的脉冲群信号能量累计而快速饱和失效。

电容C4、电容C6属于Y电容，主要作用是提供交流通路，将高频的干扰信号尽快泄放至大地，与前级的TVS管脚共同实现高频干扰的抑制。

使用单向导通二极管D4，实现电源的反接防护。

使用自恢复保险丝F1，实现负载电流过流保护，保护后，故障排除或解除，自恢复保险丝F1可以自行恢复到正常状态。

第1级共模电感使用共模电感L1，实现共模信号的抑制，并且防止内部的干扰信号通过电源接线对外辐射。其工作原理是工作电流流过两个绕向相反线圈时，产生两个相互抵消的磁场，此时工作电流受线圈欧姆电阻以及漏电感的阻尼影响，当干扰信号流过线圈时，线圈即呈现出高阻抗，产生很强的阻尼效果，达到衰减干扰信号作用。

电容C5、电容C7使用X电容，实现差模干扰的抑制吸收。

电容C8、共模电感L2、电容C9组成的π型滤波器，实现差模信号的瞬态电流抑制，电容C8、电容C9提供高频交流信号通道，将高频噪声导通至信号地，电感的特性是电流不能突变，能抑制瞬态电流的产生，保护后级TVS管D8，与电容组合，实现π型滤波器的功能，防止后级电路因功率超限而导致损坏。

TVS管D8，吸收差模干扰信号，将输出电压限制在后级负载电路可承受的范围，防止后级电路损坏。

电源接线端口选择型号为3.81-3P/90 Bluc的端口，与24V直流电源连接。

本实施例根据运动控制板卡的特殊应用环境及电磁环境要求，做了针对性的优化，减少了部分器件，保证性能要求的同时降低成本，优化了部分器件的选型，通过实际测试验证，改善了原有电路存在的风险缺陷。同时使用最简洁的电路实现了输入的反接防护及过流保护。并通过实际产品的测试验证，通过工业产品EMC测试等级的要求。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种运动控制板卡电源防护电路，输入端与电源连接，输出端与后级电路连接，其特征在于，包括依次连接的输入浪涌防护模块、高频干扰信号抑制模块、浪涌干扰信号抑制模块、滤波器模块、后级电路保护模块；

所述输入浪涌防护模块与电源、浪涌干扰信号抑制模块连接，用于吸收从电源接收的初始电源信号中的异常浪涌信号，得到第一电源信号，并传输至高频干扰信号抑制模块；

所述高频干扰信号抑制模块与输入浪涌防护模块、浪涌干扰信号抑制模块连接，用于吸收从输入浪涌防护模块接收的第一电源信号中的高频干扰信号，得到第二电源信号，并传输至浪涌干扰信号抑制模块；

所述浪涌干扰信号抑制模块与高频干扰信号抑制模块、滤波器模块连接，用于吸收从高频干扰信号抑制模块接收的第二电源信号中的浪涌干扰信号，得到第三电源信号，并传输至滤波器模块；

所述滤波器模块与浪涌干扰信号抑制模块、后级电路保护模块连接，用于滤除从浪涌干扰信号抑制模块接收的第三电源信号中的瞬态电流，得到第四电源信号，并传输至后级电路保护模块；

所述后级电路保护模块与滤波器模块、后级电路连接，用于吸收从滤波器模块接收的第四电源信号中的差模干扰信号，得到第五电源信号，并传输至后级电路。

2.如权利要求1所述的一种运动控制板卡电源防护电路，其特征在于，所述输入浪涌防护模块包括共模浪涌干扰信号吸收模块、差模浪涌干扰信号吸收模块；

所述共模浪涌干扰信号吸收模块包括TVS管D1、TVS管D3；

所述差模浪涌干扰信号吸收模块包括TVS管D2；

所述TVS管D1一端搭接在电源的第一输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第三输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间；

所述TVS管D2一端搭接在电源的第一输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第二输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间；

所述TVS管D3一端搭接在电源的第二输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间，另一端搭接在电源的第三输出端与高频干扰信号抑制模块的输入端之间。

3.如权利要求2所述的一种运动控制板卡电源防护电路，其特征在于，所述高频干扰抑制模块包括电容C4、电容C6；

所述电容C6一端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端、浪涌干扰信号抑制模块的输入端分别连接，另一端与地连接；

所述电容C4一端与TVS管D1与电源的第三输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第三输出端连接的一端分别连接，另一端与TVS管D2与电源的第二输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第二输出端连接的一端、浪涌干扰信号抑制模块的输入端分别连接。

4.如权利要求3所述的一种运动控制板卡电源防护电路，其特征在于，所述浪涌干扰信号抑制模块包括差模浪涌干扰抑制信号模块、共模浪涌干扰信号抑制模块；

所述差模浪涌干扰信号抑制模块电容C5、电容C7；

所述共模浪涌干扰信号抑制模块包括电感L1；

所述电容C5一端与电容C4、TVS管D2与电源的第二输出端连接的一端、TVS管D3与电源的第二输出端连接的一端、电感L1的第三连接端、地端连接，另一端与电容C6不与地端连接的一端、TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端、电感L1的第二连接端连接；

所述电容C7一端与电感L1的第一连接端、滤波器模块的输入端连接，另一端与电感L1的第四连接端、滤波器模块的输入端连接。

5.如权利要求4所述的一种运动控制板卡电源防护电路，其特征在于，所述滤波器模块包括电容C8、电容C9、电感L2；

所述电容C8一端与电容C7与电感L1的第一连接端连接的一端、电感L3的输入端连接，另一端与电容C7与电感L1的第四连接端连接的一端连接；

所述电容C9一端电感L3的输出端、后级电路保护模块的输入端连接，另一端与电容C8不与电感L3连接的一端、后级电路保护模块的输出端、地端连接。

6.如权利要求5所述的一种运动控制板卡电源防护电路，其特征在于，所述后级电路保护模块包括TVS管D8；

所述TVS管D8一端与电容C9与电感L3连接的一端、后级电路的输入端、电源连接，另一端与电容C9不与电感L3连接的一端、地端、后级电路的输入端连接。

7.如权利要求4所述的一种运动控制板卡电源防护电路，其特征在于，所述运动控制板卡电源防护电路还包括自恢复保险丝F1；

所述自恢复保险丝F1的输入端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端连接，输出端与电感L1的第二连接端、电容C6不与地端连接的一端、电容C5与电感L1的第二连接端连接的一端。

8.如权利要求7所述的一种运动控制板卡电源防护电路，其特征在于，所述运动控制板卡电源防护电路还包括电源反接防护模块；

所述电源反接防护模块包括二极管D4；

所述二极管D4的输入端与TVS管D2与电源的第一输出端连接的一端连接，输出端与自恢复保险丝F1的输入端连接。

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