專利名稱：一種電源預處理電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源預處理電路。
背景技術：
隨著機載電子設備的不斷進步與發展，過壓浪涌、瞬態尖峰浪涌等“電污染”已成 為一項嚴重影響用電設備使用和損壞的重要的實現的問題，某型號任務對航空加固計算機 要求研制滿足相關要求電源，同時要具有靈活的配置，滿足安全性、散熱性、可靠性和電磁 兼容方面的要求。在某機載設備計算機中，電源模塊的主要功能是實現電源轉換，將機上一 次電源電壓轉換為計算機需要的各種直流電壓。由于該型號飛機供電情況復雜，存在傳導 噪聲、磁場輻射干擾、過壓浪涌、尖峰浪涌、欠壓浪涌等一系列問題，其中會造成電源模塊、 以及用電模塊損壞等嚴重故障的主要問題是過壓浪涌和尖峰浪涌，目前不同飛機有不同類 型的供電系統，執行的標準也不同，根據使用條件的不同，常在功率轉換功能模塊前采用預 處理技術，常用的有壓敏電阻(VSR)法和TVS法。參見圖1，壓敏電阻(VSR)法在輸出負載較輕時，可以通過在電源模塊輸入端并接 一組壓敏電阻VSR(Voltage Sensitiv resistor)，如圖1所示的方案來處理浪涌。壓敏電 阻VSR是過壓保護元件，抗沖擊電流的能力很強，通流量可達到100A 20KA ；漏電流低于 幾至幾十微安，工作穩定，電阻溫度系數低于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-半導體陶瓷元件，其電阻值隨電壓的變化而變化。參見圖2，瞬態二極管TVS (Transient Voltage Suppressor)法在輸出負載輕時， 可以在輸入端串入一個二端口網絡，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 設定電壓，浪涌功率被消耗在電阻(R)與TVS管上，達到我們的設計值。此方案主要針對小 功率輸入的情況，不但可以抑制短時間的過壓浪涌，而且可以抑制瞬態尖峰。在實際應用中，壓敏電阻(VSR)法和瞬態二極管(TVS)法，只能在輕載使用，應用 范圍比較窄；正常使用時功率損耗大；保護效果有限；也影響速度。
發明內容
為了解決現有的電源預處理電路應用范圍局限、功率損耗大、保護效果不好的技 術問題，本發明提供一種電源預處理電路。本發明的技術方案如下一種電源預處理電路，其特殊之處在于該電路包括尖峰抑制電路、保護電路、隔 離電路、控制電路；所述尖峰抑制電路并聯于供電端的供電母線上；所述保護電路與隔離 電路串聯于DC/DC轉換模塊的供電母線上；所述控制電路控制保護電路的狀態。上述電源預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單元2。上述控制電路包括依次連接的穩壓單元3和驅動單元4，所述穩壓單元3是用于根據驅動單元需要提供穩定的電壓，所述驅動單元4是用于通過自身電壓與保護電路輸出 端電壓的壓差驅動保護電路的開合；所述穩壓單元3的輸入端與輔助電源的降壓單元2連 接，所述驅動單元4的輸出端與保護電路連接。上述保護電路由場效應管5組成，所述場效應管5的D端接母線，場效應管5的S 端接隔離電路的輸入端，場效應管5的G端接控制電路。上述尖峰抑制電路由兩個反向的瞬態抑制二極管1串聯組成。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絲 7。本發明的所具有的優點1、應用范圍廣本發明在整個預處理電路中將尖峰抑制電路和保護電路結合起 來，既可以完成尖峰浪涌的處理，又可以完成過壓浪涌的處理，應用范圍廣。2、功率損耗小本發明在正常供電范圍內，尖峰抑制電路處于開路狀態，無能量損 耗；保護電路處于低阻抗導通狀態，導通阻抗為毫歐級，功率損耗很低，滿足安全性、散熱性 和可靠性方面的要求。3、保護效果好本發明鉗位電路法采用綜合分層逐級處理的方式，電壓較高、時間 較短的尖峰浪涌通過尖峰抑制電路鉗位、吸收；電壓較低、時間較長的過壓浪涌和尖峰抑制 器未吸收的尖峰電壓通過保護電路鉗位、吸收。4、響應時間比較快本發明過壓浪涌的時間是毫秒級的，鉗位電路法中的尖峰抑 制電路、保護電路的響應時間是微秒級，滿足對過壓浪涌的響應時間要求。
圖1為現有的壓敏電阻法電路示意圖；圖2為現有的瞬態二極管法的電路示意圖；圖3為本發明的電源預處理電路的示意圖；圖4為本發明的電源預處理電路原理示意圖；其中附圖標記為1-瞬態抑制二極管，2-降壓單元，3-穩壓單元，4-驅動單元， 5-場效應單元，6-隔離二極管，7-保險絲。
具體實施例方式如圖3所示，整個供電系統的結構為供電端、電源預處理電路、DC/DC轉換模塊以 及用電設備，本發明的主要涉及的是電源預處理電路，本發明的電源預處理電路包括用于 鉗位和吸收電壓較高、時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 間較長的過壓浪涌以及尖峰抑制電路未吸收的尖峰電壓的保護電路、用于隔離用電設備和 供電端故障傳遞的隔離電路、用于給保護電路提供驅動的控制電路；尖峰抑制電路并聯于 供電端的供電母線上；保護電路與隔離電路串聯于DC/DC轉換模塊端的供電母線上；控制 電路通過對供電端的母線采樣實現對保護電路狀態的控制。如圖4所示尖峰抑制電路由兩個反向的瞬態抑制二極管1串聯組成。保護電路 由場效應管7組成，場效應管5的D端接母線，場效應管5的S端接隔離電路的輸入端，場效應管5的G端接控制電路。為了電路結構簡單，便于集成本發明的電源預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單元2。控制電路包括依次連接的穩壓單元3和驅動單元4，穩壓單元3是用于根據驅動單 元需要提供穩定的電壓，驅動單元4是用于通過自身電壓與保護電路輸出端電壓的壓差驅 動保護電路的開合；穩壓單元3的輸入端與輔助電源的降壓單元2連接，驅動單元4的輸出 端與保護電路連接。當輸入為28V時，經過降壓單元2就輸出為12V，然后經過穩壓單元3 輸出為36V，通過降壓與穩壓完成給驅動單元的供電。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絲7。實施例本發明的電源預處理電路主要是針對過壓浪涌和尖峰浪涌問題，尖峰浪涌的浪涌 電壓最大為600V持續最大時間為10us，過壓浪涌的浪涌電壓最大為80V持續最大時間為 50ms。根據過壓浪涌和尖峰浪涌能量構成、形成原因，鉗位電路法采用綜合分層逐級處理的 方式。28V供電正常時，尖峰抑制電路呈現出開路狀態。當控制電路的驅動單元輸出端也就是場效應管G處的電壓與場效應管S處的電壓 壓差值在設定值的范圍之內，則控制保護電路控制保護電路處于低阻抗導通狀態，保護電 路的導通阻抗為毫歐級，功率損耗很低，對供電28V電壓幾乎無影響，可以保證正常供電。當控制電路的驅動單元輸出端也就是場效應管G處的電壓與場效應管S處的電壓 壓差值在設定值的范圍之內時，也就是場效應管S處的電壓過高時，也就是出現過壓浪涌 的情況，控制電路通過壓差驅動保護電路處于高阻的鉗位狀態，吸收高出預設定值的能量， 之后再處于低阻抗導通狀態。具體如下其中，過壓浪涌鉗位吸收原理如下在供電端出現電壓較低、時間較長的過壓浪涌 (80V/50ms)時，尖峰抑制電路呈現出開路狀態，控制電路控制保護電路，使該電路處于高阻 的鉗位狀態，吸收高出32V預設定值的能量，保護電路與受保護的用電設備是串聯關系可 得到公式1，經過變換保護電路耗散的能量P 與用電設備用電功率P 的關系可通過公式2 計算出，根據這種關系，就可以按照用電設備用電功率靈活配置保護電路中的器件參數。 尖峰浪涌鉗位吸收原理如下在供電端出現電壓較高、時間較短的尖峰浪涌(600V/10US)時，依靠前端的尖峰 抑制電路來鉗位吸收高出設定值(80V)的能量，尖峰抑制電路與受保護的用電設備是并聯 關系，尖峰抑制電路的內阻會急劇變小，將絕大部分的高壓分流掉，根據耐尖峰電壓試驗的 要求，供電電源的內阻抗為50歐姆，尖峰試驗的尖峰電壓為600V，設定將尖峰電壓抑制在80V的范圍，尖峰抑制電路此時的阻抗可以由公式3得到
經計算可得到Rtvs = 1.1 歐姆根據公式4可以計算出此時尖峰抑制電路的耗散功率Ptvs 根據設計降額原則，實際選取瞬態抑制二極管的瞬態最大功率為1500W。按照分步 鉗位吸收的原則，對于80V以下的這部分能量，則由串聯在供電回路中的保護電路來完成。本發明的原理本發明所提供的電路依據“模塊化”原則，采用綜合考慮分層逐級處理的方式，在 供電的輸入端與用電設備之間串入一個降壓二端口功能電路組件，形成一個隔離墻，對供 電線傳導進來的過壓浪涌和尖峰浪涌呈現出高阻狀態，將這部分高危能量抑制消耗掉，而 在正常供電狀態下，呈現出低阻狀態，功率損耗很小，最大損耗都控制在2%以內。
權利要求
一種電源預處理電路，其特征在于該電路包括尖峰抑制電路、保護電路、隔離電路、控制電路；所述尖峰抑制電路并聯于供電端的供電母線上；所述保護電路與隔離電路串聯于DC/DC轉換模塊的供電母線上；所述控制電路控制保護電路的狀態。
2.根據權利要求1所述的電源預處理電路，其特征在于所述電源預處理電路還包括 用于給控制電路供電的輔助電源。
3.根據權利要求1或2所述的電源預處理電路，其特征在于所述輔助電源包括降壓 單元⑵。
4.根據權利要求3所述的電源預處理電路，其特征在于所述控制電路包括依次連接 的穩壓單元(3)和驅動單元(4)，所述穩壓單元(3)是用于根據驅動單元需要提供穩定的電 壓，所述驅動單元(4)是用于通過自身電壓與保護電路輸出端電壓的壓差驅動保護電路的 開合；所述穩壓單元⑶的輸入端與輔助電源的降壓單元⑵連接，所述驅動單元⑷的輸 出端與保護電路連接。
5.根據權利要求4所述的電源預處理電路，其特征在于所述保護電路由場效應管(5) 組成，所述場效應管(5)的D端接母線，場效應管(5)的S端接隔離電路的輸入端，場效應 管(5)的G端接控制電路。
6.根據權利要求5所述的電源預處理電路，其特征在于所述尖峰抑制電路由兩個反 向的瞬態抑制二極管(1)串聯組成。
7.根據權利要求6所述的電源預處理電路，其特征在于所述隔離單元由隔離二極管 (6)組成。
8.根據權利要求7所述的電源預處理電路，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絲(7)。
全文摘要
本發明涉及一種電源預處理電路該電路包括尖峰抑制電路、保護電路、隔離電路、控制電路；所述尖峰抑制電路并聯于供電端的供電母線上；所述保護電路與隔離電路串聯于DC/DC轉換模塊的供電母線上；所述控制電路控制保護電路的狀態。本發明解決了現有的電源預處理電路應用范圍局限、功率損耗大、保護效果不好的技術問題，具有應用范圍、功率損耗小、保護效果好、響應時間比較快的優點。
文檔編號H02H9/04GK101908762SQ20101024166
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月30日 優先權日2009年12月22日
發明者王勃, 霍躍慶, 高棟 申請人:中國航空工業集團公司第六三一研究所