專利名稱：用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今高科技電子產(chǎn)品向高性能、小型化、集成化方向發(fā)展，由此引起用電設(shè)備的抗電磁干擾能力和抗浪涌能力的普遍下降。當(dāng)直流供電電源出現(xiàn)浪涌而超出用電設(shè)備的輸入電壓時，將直接導(dǎo)致設(shè)備的損壞；另外用電設(shè)備自身產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾也同樣會影響到供電電源系統(tǒng)。用電設(shè)備具有良好的電磁兼容性(EMC即Electromagnetic Compatibility)和抗浪涌能力，是設(shè)計師在電源設(shè)計中必須考慮的問題。為了使用電設(shè)備免受電源系統(tǒng)的電磁干擾(EMI,即Electromagnetic Interference)和電源浪涌，目前通用的做法是在電源輸入端依次接入獨立的EMI濾波器和浪涌保護器件以達到設(shè)計要求。常用的浪涌保護器件使用壓敏電阻或TVS管(TVS即TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR或稱為瞬變電壓抑制二極管)抑制直流浪涌，并在線路中串入一個功率電阻。這樣做的缺點在于I)功率電阻在大電流時功耗較大；2)壓敏電阻或TVS管輸出殘壓大；3)響應(yīng)速度慢，通常為毫秒或微秒級，這樣的響應(yīng)時間內(nèi)足以導(dǎo)致用電設(shè)備損壞；另外，普通的EMI濾波器體積較大，需要考慮單獨的安裝位置，在同浪涌抑制器相結(jié)合時，由于布局走線等諸多因素而導(dǎo)致電磁兼容性不佳。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本實用新型要解決的問題是，提供一種既能在直流電源供電端進行EMI濾波，同時又能對直流電源供電端的瞬時浪涌電壓起到抑制作用的濾波和浪涌保護裝置。為解決上述問題，本實用新型提供了一種用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置，其特征在于，包括外殼和設(shè)置于所述外殼內(nèi)的電路板，所述電路板包括EMI濾波器和浪涌抑制器，所述EMI濾波器的輸入端與直流電源連接，所述EMI濾波器的輸出端經(jīng)過所述浪涌抑制器與用電設(shè)備連接。作為優(yōu)選，所述浪涌抑制器包括基準源電路、升壓電路、升壓保護電路、功率場效應(yīng)管和鉗位電路；所述EMI濾波器的輸出端依次經(jīng)過所述基準源電路、升壓電路、升壓保護電路和鉗位電路的處理與用電設(shè)備連接；所述功率場效應(yīng)管的串聯(lián)在所述EMI濾波器的輸出端和所述用電設(shè)備的輸入端之間，并且所述功率場效應(yīng)管的柵極與所述鉗位電路連接。本實用新型的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置，具有如下有益效果I)濾波和浪涌兩個模塊合二為一后大大縮小了其整體體積、重量，并減少了 EMI濾波器的安裝空間；[0013]2)內(nèi)部合理的布局布線提高了模塊的電磁兼容性能和可靠性；3)較小的導(dǎo)通阻抗，使得功耗較??；4)場效應(yīng)管的響應(yīng)速度快，通常為納秒級；5)抑制輸出電壓穩(wěn)定。

圖I是本實用新型的實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置的電路結(jié)構(gòu)組成的框圖示意圖；圖2是本實用新型的實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置的外殼的 示意圖；圖3是未采用本實用新型實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置的電路的電磁干擾測試曲線圖，其中圖3A的頻率范圍為10KHZ-250KHz，圖3B的頻率范圍為250KHz-10MHz ；圖4是采用本實用新型實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置的電路的電磁干擾測試曲線圖，圖4A的頻率范圍為10KHZ-250KHz，圖4B的頻率范圍為250KHz-10MHz ；圖5 圖8采用本實用新型實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置的電路的浪涌測試圖，其中，圖5為過壓浪涌情形下的輸入-輸出電壓的波形對照圖，圖6為欠壓浪涌情形下的輸入-輸出電壓的波形對照圖，圖7為峰脈沖情形下的輸入-輸出電壓的波形對照圖，圖8為輸入-輸出電壓的之間的對應(yīng)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細描述，但不作為對本實用新型的限定。如圖2所示，本實用新型的實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置包括外殼100和設(shè)置于所述外殼100內(nèi)的電路板(圖中未不出)；圖I為本實施例的電路組成框圖，如圖I所示，所述電路板包括EMI濾波器I和浪涌抑制器串聯(lián)組成，所述EMI濾波器I的輸入端與直流電源連接，所述EMI濾波器I的輸出端經(jīng)過所述浪涌抑制器與用電設(shè)備連接。EMI濾波器I是針對設(shè)備內(nèi)部的共模和差模傳導(dǎo)干擾而進行設(shè)計的，它由差模電感、差模電容、共模電感、共模電容構(gòu)成，其中各個電容、電感量值決定了 EMI濾波器I的插入損耗、漏電流、耐壓值，EMI濾波器I的結(jié)構(gòu)組成為本領(lǐng)域的技術(shù)人員的常識，在此不再贅述。如圖I所示，具體地，本實施例中，所述浪涌抑制器包括基準源電路2、升壓電路3、升壓保護電路4、功率場效應(yīng)管5和鉗位電路6 ;所述EMI濾波器I的輸出端依次經(jīng)過所述基準源電路2、升壓電路3、升壓保護電路4和鉗位電路6的處理與用電設(shè)備連接；所述功率場效應(yīng)管5的串聯(lián)在所述EMI濾波器I的輸出端和所述用電設(shè)備的輸入端之間，并且所述功率場效應(yīng)管5的柵極與所述鉗位電路6連接。圖I中橢圓形的虛線所圈定的部件為功率場效應(yīng)管5。以上各個電路的作用和組成介紹如下基準源電路2 :根據(jù)外圍電路使其內(nèi)的穩(wěn)壓集成芯片輸出固定電壓值，從而產(chǎn)生基準電壓；升壓電路3 :通過采集基準源電路2的電壓，DC-DC升壓集成芯片結(jié)合外圍電路作用，使DC-DC升壓芯片升壓到某個固定值；升壓保護電路4 :當(dāng)升壓電路3未升壓或未達到所需要的電壓值時，關(guān)閉升壓輸出通道，當(dāng)升壓電路3達到所需電壓值時，打開升壓輸出通道；鉗位電路6 :與功率場效應(yīng)管5的柵極端相連，用來控制功率場效應(yīng)管5的開通。以上所述的基準源電路2、升壓電路3、升壓保護電路4、鉗位電路6均為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所常用的，在此不再對其具體的電路結(jié)構(gòu)進行詳細描述。
以下結(jié)合附圖說明本實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置的工作原 理I)在正常工作時，輸入電壓經(jīng)過基準源電路2后得到所需要的電壓后，通過升壓電路3升壓，若達到設(shè)定值后，升壓保護電路4打開升壓輸出通道，此時鉗位電路6開始工作，將升壓電壓鉗位在某個固定值，用來控制功率場效應(yīng)管5的柵極，從而完全導(dǎo)通功率場效應(yīng)管5,由于功率場效應(yīng)管5導(dǎo)通電阻小,保證輸入與輸出之間壓差A(yù) V小于80mV/A,這樣就減小了整體的功耗。2)在正常工作時，若輸入極性反接，基準源電路立即工作，形成電流回路，切斷輸出，確保不破壞后續(xù)電路，避免本實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置及用電設(shè)備受反壓沖擊損壞。3)在發(fā)生直流浪涌時(如達到80V/100ms)，輸入電壓經(jīng)過基準源電路后得到所需要的電壓后，通過升壓電路3升壓，若達到設(shè)定值后，升壓保護電路4打開升壓輸出通道，鉗位電路6開始工作，將升壓電壓鉗位在某個固定值，用來控制功率場效應(yīng)管5的柵極，此時功率場效應(yīng)管5的VGS保持最小導(dǎo)通壓差，使輸出電壓比柵極電壓低于最小導(dǎo)通壓差(VGS)，而瞬間的壓差能量則耗散在功率場效應(yīng)管5上，由于功率場效應(yīng)管5的開通響應(yīng)時間快，能瞬間限制高壓到安全電壓范圍，從而確保用電設(shè)備的正常工作。本實施例主要是將直流EMI濾波器和直流浪涌抑制器功能有效的融為一體，既能對系統(tǒng)電源進行濾波又能對產(chǎn)品起到浪涌保護作用。這樣做的優(yōu)點在于I)合二為一后大大縮小了模塊的體積、重量，并減少了 EMI濾波器的安裝空間；2)內(nèi)部合理的布局布線提高了電磁兼容性能和可靠性；3)較小的導(dǎo)通阻抗，使得整體的功耗較小；4)場效應(yīng)管的響應(yīng)速度快，通常為納秒級；5)抑制輸出電壓穩(wěn)定；本實用新型不僅解決了 EMC傳導(dǎo)干擾問題，還解決了普通浪涌抑制器件輸出殘壓高、響應(yīng)速度慢等問題，從而保護電子設(shè)備免遭損壞。以下結(jié)合圖3-圖8說明本實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置的優(yōu)點。把本實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置串聯(lián)在直流電源和用電設(shè)備之間。圖3所示的未采用本實用新型實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置的電路的電磁干擾測試曲線圖；圖4是采用本實用新型實施例的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置的電路的電磁干擾測試曲線圖；其測試條件均為TCASE = 25。C，VIN =+28V 土 5%，I0UT=3A。圖5為過壓浪涌情形下的輸入-輸出電壓的波形對照圖，圖6為欠壓浪涌情形下的輸入-輸出電壓的波形對照圖，圖7為峰脈沖情形下的輸入-輸出電壓的波形對照圖，圖8為輸入-輸出電壓的之間的對應(yīng)圖。對比圖3和圖4，結(jié)合圖5-圖8可以看出，本實施例具有如下優(yōu)點I)優(yōu)良的共模(CM)和差模(DM)插入損耗特性(圖3和圖4的對比可以看出，其中損耗的單位為dB)；2)如圖5所示，浪涌輸入端電壓80V/100ms，浪涌輸出端電壓箝位在36V ；3)如圖6所示，浪涌輸入端電壓8V/100ms，浪涌輸出端電壓跟隨輸入電壓；4)如圖7所示，浪涌抑制響應(yīng)時間快；
5)如圖8所示，其輸入-輸出壓差(非浪涌階段)厶￥小于801!^/^。結(jié)合以上圖3-圖8，還可以看出，本實施例還具有下述優(yōu)點電源輸入端極性反接時能自動切斷輸出，避免系統(tǒng)受反壓沖擊損壞，并具有出色的尖峰浪涌吸收能力。當(dāng)然，以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置，其特征在于，包括外殼和設(shè)置于所述外殼內(nèi)的電路板，所述電路板包括EMI濾波器和浪涌抑制器，所述EMI濾波器的輸入端與直流電源連接，所述EMI濾波器的輸出端經(jīng)過所述浪涌抑制器與用電設(shè)備連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置，其特征在于，所述浪涌抑制器包括基準源電路、升壓電路、升壓保護電路、功率場效應(yīng)管和鉗位電路；所述EMI濾波器的輸出端依次經(jīng)過所述基準源電路、升壓電路、升壓保護電路和鉗位電路的處理與用電設(shè)備連接；所述功率場效應(yīng)管的串聯(lián)在所述EMI濾波器的輸出端和所述用電設(shè)備的輸入端之間，并且所述功率場效應(yīng)管的柵極與所述鉗位電路連接。
專利摘要本實用新型公開了一種用于直流的串聯(lián)式濾波和浪涌保護裝置，包括外殼和設(shè)置于外殼內(nèi)的電路板，電路板包括EMI濾波器和浪涌抑制器，EMI濾波器的輸入端與直流電源連接，EMI濾波器的輸出端經(jīng)過浪涌抑制器與用電設(shè)備連接。本實用新型具有如下有益效果將濾波和浪涌功能二為一，縮小了整體體積、重量；提高了模塊的電磁兼容性能和可靠性；所使用的場效應(yīng)管具有較小的導(dǎo)通阻抗，使得功耗較小，響應(yīng)速度快，通常為納秒級。
文檔編號H02H9/04GK202524080SQ20122015069
公開日2012年11月7日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者朱軍 申請人:上海尊瑞電子有限公司