專利名稱：一種電源預(yù)處理電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源預(yù)處理電路。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)載電子設(shè)備的不斷進(jìn)步與發(fā)展，過(guò)壓浪涌、瞬態(tài)尖峰浪涌等“電污染”已成 為一項(xiàng)嚴(yán)重影響用電設(shè)備使用和損壞的重要的實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，某型號(hào)任務(wù)對(duì)航空加固計(jì)算機(jī) 要求研制滿足相關(guān)要求電源，同時(shí)要具有靈活的配置，滿足安全性、散熱性、可靠性和電磁 兼容方面的要求。在某機(jī)載設(shè)備計(jì)算機(jī)中，電源模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換，將機(jī)上一 次電源電壓轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)需要的各種直流電壓。由于該型號(hào)飛機(jī)供電情況復(fù)雜，存在傳導(dǎo) 噪聲、磁場(chǎng)輻射干擾、過(guò)壓浪涌、尖峰浪涌、欠壓浪涌等一系列問(wèn)題，其中會(huì)造成電源模塊、 以及用電模塊損壞等嚴(yán)重故障的主要問(wèn)題是過(guò)壓浪涌和尖峰浪涌，目前不同飛機(jī)有不同類 型的供電系統(tǒng)，執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)也不同，根據(jù)使用條件的不同，常在功率轉(zhuǎn)換功能模塊前采用預(yù) 處理技術(shù)，常用的有壓敏電阻(VSR)法和TVS法。參見(jiàn)圖1，壓敏電阻(VSR)法在輸出負(fù)載較輕時(shí)，可以通過(guò)在電源模塊輸入端并接 一組壓敏電阻VSR(Voltage Sensitiv resistor)，如圖1所示的方案來(lái)處理浪涌。壓敏電 阻VSR是過(guò)壓保護(hù)元件，抗沖擊電流的能力很強(qiáng)，通流量可達(dá)到100A 20KA ；漏電流低于 幾至幾十微安，工作穩(wěn)定，電阻溫度系數(shù)低于0.05%/°C。壓敏電阻是以氧化鋅(ZnO)為主 要材料制成的金屬-氧化物-半導(dǎo)體陶瓷元件，其電阻值隨電壓的變化而變化。參見(jiàn)圖2，瞬態(tài)二極管TVS (Transient Voltage Suppressor)法在輸出負(fù)載輕時(shí)， 可以在輸入端串入一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，這里我們要注意電阻R的額定功率(P)，要滿足在正常 供電輸入電流⑴時(shí)的電阻功耗(I2R)小于P。在浪涌期間，電壓將被鉗位在大功率TVS的 設(shè)定電壓，浪涌功率被消耗在電阻(R)與TVS管上，達(dá)到我們的設(shè)計(jì)值。此方案主要針對(duì)小 功率輸入的情況，不但可以抑制短時(shí)間的過(guò)壓浪涌，而且可以抑制瞬態(tài)尖峰。在實(shí)際應(yīng)用中，壓敏電阻(VSR)法和瞬態(tài)二極管(TVS)法，只能在輕載使用，應(yīng)用 范圍比較窄；正常使用時(shí)功率損耗大；保護(hù)效果有限；也影響速度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的電源預(yù)處理電路應(yīng)用范圍局限、功率損耗大、保護(hù)效果不好的技 術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電源預(yù)處理電路。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種電源預(yù)處理電路，其特殊之處在于該電路包括尖峰抑制電路、保護(hù)電路、隔 離電路、控制電路；所述尖峰抑制電路并聯(lián)于供電端的供電母線上；所述保護(hù)電路與隔離 電路串聯(lián)于DC/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電母線上；所述控制電路控制保護(hù)電路的狀態(tài)。上述電源預(yù)處理電路還包括用于給控制電路供電的輔助電源。上述輔助電源包括降壓?jiǎn)卧?。上述控制電路包括依次連接的穩(wěn)壓?jiǎn)卧?和驅(qū)動(dòng)單元4，所述穩(wěn)壓?jiǎn)卧?是用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)單元需要提供穩(wěn)定的電壓，所述驅(qū)動(dòng)單元4是用于通過(guò)自身電壓與保護(hù)電路輸出 端電壓的壓差驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的開(kāi)合；所述穩(wěn)壓?jiǎn)卧?的輸入端與輔助電源的降壓?jiǎn)卧?連 接，所述驅(qū)動(dòng)單元4的輸出端與保護(hù)電路連接。上述保護(hù)電路由場(chǎng)效應(yīng)管5組成，所述場(chǎng)效應(yīng)管5的D端接母線，場(chǎng)效應(yīng)管5的S 端接隔離電路的輸入端，場(chǎng)效應(yīng)管5的G端接控制電路。上述尖峰抑制電路由兩個(gè)反向的瞬態(tài)抑制二極管1串聯(lián)組成。上述隔離單元由隔離二極管6組成。上述電路還包括位于供電端和尖峰抑制電路之間的用于防止故障蔓延的保險(xiǎn)絲 7。本發(fā)明的所具有的優(yōu)點(diǎn)1、應(yīng)用范圍廣本發(fā)明在整個(gè)預(yù)處理電路中將尖峰抑制電路和保護(hù)電路結(jié)合起 來(lái)，既可以完成尖峰浪涌的處理，又可以完成過(guò)壓浪涌的處理，應(yīng)用范圍廣。2、功率損耗小本發(fā)明在正常供電范圍內(nèi)，尖峰抑制電路處于開(kāi)路狀態(tài)，無(wú)能量損 耗；保護(hù)電路處于低阻抗導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通阻抗為毫歐級(jí)，功率損耗很低，滿足安全性、散熱性 和可靠性方面的要求。3、保護(hù)效果好本發(fā)明鉗位電路法采用綜合分層逐級(jí)處理的方式，電壓較高、時(shí)間 較短的尖峰浪涌通過(guò)尖峰抑制電路鉗位、吸收；電壓較低、時(shí)間較長(zhǎng)的過(guò)壓浪涌和尖峰抑制 器未吸收的尖峰電壓通過(guò)保護(hù)電路鉗位、吸收。4、響應(yīng)時(shí)間比較快本發(fā)明過(guò)壓浪涌的時(shí)間是毫秒級(jí)的，鉗位電路法中的尖峰抑 制電路、保護(hù)電路的響應(yīng)時(shí)間是微秒級(jí)，滿足對(duì)過(guò)壓浪涌的響應(yīng)時(shí)間要求。


圖1為現(xiàn)有的壓敏電阻法電路示意圖；圖2為現(xiàn)有的瞬態(tài)二極管法的電路示意圖；圖3為本發(fā)明的電源預(yù)處理電路的示意圖；圖4為本發(fā)明的電源預(yù)處理電路原理示意圖；其中附圖標(biāo)記為1-瞬態(tài)抑制二極管，2-降壓?jiǎn)卧?-穩(wěn)壓?jiǎn)卧?-驅(qū)動(dòng)單元， 5-場(chǎng)效應(yīng)單元，6-隔離二極管，7-保險(xiǎn)絲。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，整個(gè)供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為供電端、電源預(yù)處理電路、DC/DC轉(zhuǎn)換模塊以 及用電設(shè)備，本發(fā)明的主要涉及的是電源預(yù)處理電路，本發(fā)明的電源預(yù)處理電路包括用于 鉗位和吸收電壓較高、時(shí)間較短的尖峰浪涌的尖峰抑制電路、用于鉗位和吸收電壓較低、時(shí) 間較長(zhǎng)的過(guò)壓浪涌以及尖峰抑制電路未吸收的尖峰電壓的保護(hù)電路、用于隔離用電設(shè)備和 供電端故障傳遞的隔離電路、用于給保護(hù)電路提供驅(qū)動(dòng)的控制電路；尖峰抑制電路并聯(lián)于 供電端的供電母線上；保護(hù)電路與隔離電路串聯(lián)于DC/DC轉(zhuǎn)換模塊端的供電母線上；控制 電路通過(guò)對(duì)供電端的母線采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)電路狀態(tài)的控制。如圖4所示尖峰抑制電路由兩個(gè)反向的瞬態(tài)抑制二極管1串聯(lián)組成。保護(hù)電路 由場(chǎng)效應(yīng)管7組成，場(chǎng)效應(yīng)管5的D端接母線，場(chǎng)效應(yīng)管5的S端接隔離電路的輸入端，場(chǎng)效應(yīng)管5的G端接控制電路。為了電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成本發(fā)明的電源預(yù)處理電路還包括用于給控制電路供 電的輔助電源。輔助電源包括依次連接的降壓?jiǎn)卧??？刂齐娐钒ㄒ来芜B接的穩(wěn)壓?jiǎn)卧?和驅(qū)動(dòng)單元4，穩(wěn)壓?jiǎn)卧?是用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)單 元需要提供穩(wěn)定的電壓，驅(qū)動(dòng)單元4是用于通過(guò)自身電壓與保護(hù)電路輸出端電壓的壓差驅(qū) 動(dòng)保護(hù)電路的開(kāi)合；穩(wěn)壓?jiǎn)卧?的輸入端與輔助電源的降壓?jiǎn)卧?連接，驅(qū)動(dòng)單元4的輸出 端與保護(hù)電路連接。當(dāng)輸入為28V時(shí)，經(jīng)過(guò)降壓?jiǎn)卧?就輸出為12V，然后經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓?jiǎn)卧? 輸出為36V，通過(guò)降壓與穩(wěn)壓完成給驅(qū)動(dòng)單元的供電。隔離單元由隔離二極管6組成。電路還包括位于供電端和尖峰抑制電路之間的用 于防止故障蔓延的保險(xiǎn)絲7。實(shí)施例本發(fā)明的電源預(yù)處理電路主要是針對(duì)過(guò)壓浪涌和尖峰浪涌問(wèn)題，尖峰浪涌的浪涌 電壓最大為600V持續(xù)最大時(shí)間為10us，過(guò)壓浪涌的浪涌電壓最大為80V持續(xù)最大時(shí)間為 50ms。根據(jù)過(guò)壓浪涌和尖峰浪涌能量構(gòu)成、形成原因，鉗位電路法采用綜合分層逐級(jí)處理的 方式。28V供電正常時(shí)，尖峰抑制電路呈現(xiàn)出開(kāi)路狀態(tài)。當(dāng)控制電路的驅(qū)動(dòng)單元輸出端也就是場(chǎng)效應(yīng)管G處的電壓與場(chǎng)效應(yīng)管S處的電壓 壓差值在設(shè)定值的范圍之內(nèi)，則控制保護(hù)電路控制保護(hù)電路處于低阻抗導(dǎo)通狀態(tài)，保護(hù)電 路的導(dǎo)通阻抗為毫歐級(jí)，功率損耗很低，對(duì)供電28V電壓幾乎無(wú)影響，可以保證正常供電。當(dāng)控制電路的驅(qū)動(dòng)單元輸出端也就是場(chǎng)效應(yīng)管G處的電壓與場(chǎng)效應(yīng)管S處的電壓 壓差值在設(shè)定值的范圍之內(nèi)時(shí)，也就是場(chǎng)效應(yīng)管S處的電壓過(guò)高時(shí)，也就是出現(xiàn)過(guò)壓浪涌 的情況，控制電路通過(guò)壓差驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路處于高阻的鉗位狀態(tài)，吸收高出預(yù)設(shè)定值的能量， 之后再處于低阻抗導(dǎo)通狀態(tài)。具體如下其中，過(guò)壓浪涌鉗位吸收原理如下在供電端出現(xiàn)電壓較低、時(shí)間較長(zhǎng)的過(guò)壓浪涌 (80V/50ms)時(shí)，尖峰抑制電路呈現(xiàn)出開(kāi)路狀態(tài)，控制電路控制保護(hù)電路，使該電路處于高阻 的鉗位狀態(tài)，吸收高出32V預(yù)設(shè)定值的能量，保護(hù)電路與受保護(hù)的用電設(shè)備是串聯(lián)關(guān)系可 得到公式1，經(jīng)過(guò)變換保護(hù)電路耗散的能量P 與用電設(shè)備用電功率P 的關(guān)系可通過(guò)公式2 計(jì)算出，根據(jù)這種關(guān)系，就可以按照用電設(shè)備用電功率靈活配置保護(hù)電路中的器件參數(shù)。 尖峰浪涌鉗位吸收原理如下在供電端出現(xiàn)電壓較高、時(shí)間較短的尖峰浪涌(600V/10US)時(shí)，依靠前端的尖峰 抑制電路來(lái)鉗位吸收高出設(shè)定值(80V)的能量，尖峰抑制電路與受保護(hù)的用電設(shè)備是并聯(lián) 關(guān)系，尖峰抑制電路的內(nèi)阻會(huì)急劇變小，將絕大部分的高壓分流掉，根據(jù)耐尖峰電壓試驗(yàn)的 要求，供電電源的內(nèi)阻抗為50歐姆，尖峰試驗(yàn)的尖峰電壓為600V，設(shè)定將尖峰電壓抑制在80V的范圍，尖峰抑制電路此時(shí)的阻抗可以由公式3得到
經(jīng)計(jì)算可得到Rtvs = 1.1 歐姆根據(jù)公式4可以計(jì)算出此時(shí)尖峰抑制電路的耗散功率Ptvs 根據(jù)設(shè)計(jì)降額原則，實(shí)際選取瞬態(tài)抑制二極管的瞬態(tài)最大功率為1500W。按照分步 鉗位吸收的原則，對(duì)于80V以下的這部分能量，則由串聯(lián)在供電回路中的保護(hù)電路來(lái)完成。本發(fā)明的原理本發(fā)明所提供的電路依據(jù)“模塊化”原則，采用綜合考慮分層逐級(jí)處理的方式，在 供電的輸入端與用電設(shè)備之間串入一個(gè)降壓二端口功能電路組件，形成一個(gè)隔離墻，對(duì)供 電線傳導(dǎo)進(jìn)來(lái)的過(guò)壓浪涌和尖峰浪涌呈現(xiàn)出高阻狀態(tài)，將這部分高危能量抑制消耗掉，而 在正常供電狀態(tài)下，呈現(xiàn)出低阻狀態(tài)，功率損耗很小，最大損耗都控制在2%以內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電源預(yù)處理電路，其特征在于該電路包括尖峰抑制電路、保護(hù)電路、隔離電路、控制電路；所述尖峰抑制電路并聯(lián)于供電端的供電母線上；所述保護(hù)電路與隔離電路串聯(lián)于DC/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電母線上；所述控制電路控制保護(hù)電路的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源預(yù)處理電路，其特征在于所述電源預(yù)處理電路還包括 用于給控制電路供電的輔助電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電源預(yù)處理電路，其特征在于所述輔助電源包括降壓 單元⑵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源預(yù)處理電路，其特征在于所述控制電路包括依次連接 的穩(wěn)壓?jiǎn)卧?3)和驅(qū)動(dòng)單元(4)，所述穩(wěn)壓?jiǎn)卧?3)是用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)單元需要提供穩(wěn)定的電 壓，所述驅(qū)動(dòng)單元(4)是用于通過(guò)自身電壓與保護(hù)電路輸出端電壓的壓差驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的 開(kāi)合；所述穩(wěn)壓?jiǎn)卧堑妮斎攵伺c輔助電源的降壓?jiǎn)卧七B接，所述驅(qū)動(dòng)單元⑷的輸 出端與保護(hù)電路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電源預(yù)處理電路，其特征在于所述保護(hù)電路由場(chǎng)效應(yīng)管(5) 組成，所述場(chǎng)效應(yīng)管(5)的D端接母線，場(chǎng)效應(yīng)管(5)的S端接隔離電路的輸入端，場(chǎng)效應(yīng) 管(5)的G端接控制電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源預(yù)處理電路，其特征在于所述尖峰抑制電路由兩個(gè)反 向的瞬態(tài)抑制二極管(1)串聯(lián)組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電源預(yù)處理電路，其特征在于所述隔離單元由隔離二極管 (6)組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電源預(yù)處理電路，其特征在于所述電路還包括位于供電端 和尖峰抑制電路之間的用于防止故障蔓延的保險(xiǎn)絲(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電源預(yù)處理電路該電路包括尖峰抑制電路、保護(hù)電路、隔離電路、控制電路；所述尖峰抑制電路并聯(lián)于供電端的供電母線上；所述保護(hù)電路與隔離電路串聯(lián)于DC/DC轉(zhuǎn)換模塊的供電母線上；所述控制電路控制保護(hù)電路的狀態(tài)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的電源預(yù)處理電路應(yīng)用范圍局限、功率損耗大、保護(hù)效果不好的技術(shù)問(wèn)題，具有應(yīng)用范圍、功率損耗小、保護(hù)效果好、響應(yīng)時(shí)間比較快的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02H9/04GK101908762SQ20101024166
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者王勃, 霍躍慶, 高棟 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司第六三一研究所