一种低压直流电源可靠接入装置的制作方法

本发明涉及数据通信设备通信电源技术，具体涉及一种低压直流电源可靠接入装置。

背景技术：

目前，小功率桌面型通信设备大多采用外部电源适配器供电，供电电压通常为直流12V，通过适配器的输出插头与通信设备的电源插孔对接而实现通信设备的供电。尽管这样的供电设计方案，减小了通信设备体积和重量，且通信设备内部只含安全电压，危险电压存在于电源适配器中，提高了通信设备的安全性，增加了通信设备可靠性，且便于对通信设备的维护，但这样的供电设计方案也存在以下：

(1)在电源适配器已处于工作状态的条件下，将电源插头插入通信设备电源插孔，在插头和插孔由绝缘状态切换至可靠连接状态时，会存在一个接触不稳定的中间状态，而通信设备主板电源轨上存在容性负载，二者综合作用，将导致插头插入瞬间，插头和插孔之间出现打火现象，电源上将出现不稳定的瞬态，如振铃、电压尖峰等，这个不稳定的瞬态电压可能会引发通信设备主板的工作异常，甚至造成设备损坏。

(2)由于通信设备主板电源轨上存在大容量的电解电容，在电压输入时，将形成很大的冲击电流，该冲击电流可能会引发电源适配器的过流保护、设备电源入口处的过流保护器件动作、EMI干扰等。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有供电设计方案存在电源适配器在工作状态下，将电源插头插入通信设备电源插孔出现打火现象，致使通信设备主板的工作异常，以及电压输入时，将形成大的冲击电流，引发电源适配器与设备电源入口处的过流保护动作、EMI干扰的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种低压直流电源可靠接入装置，包括定时器、触发信号模块和电源延时时间控制模块；

当适配器插头插入通信设备插孔瞬间，直流电压通过所述触发信号模块，所述触发信号模块输出持续一定时间的低电平，触发所述定时器进入稳定工作状态，所述定时器将输出端高置；所述电源延时时间控制模块通过将所述定时器输出端由高置变为低置，控制外部直流电源与通信设备由阻断到接通。

在上述方案中，所述触发信号模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、NPN型三极管T1和第三电阻R3，其中：

所述第一电容C1一端接输入电压正极，另一端接所述第一电阻R1一端；所述第一电阻R1另一端接所述第二电阻R2一端和所述NPN型三极管T1基极；所述第二电阻R2另一端和所述NPN型三极管T1发射极接输入电压负极；NPN型三极管T1集电极分别与所述定时器的低触发端和所述第三电阻R3一端连接；所述第三电阻R3另一端接输入电压正极；

当适配器插头插入通信设备插孔瞬间，外部直流电源电压通过所述第一电阻R1为所述第一电容C1充电，所述第一电容C1的充电电流流过所述第二电阻R2为所述NPN型三极管T1提供基极与发射极电压，选取适当第三电阻R3阻值，使得所述NPN型三极管T1进入饱和区，则低触发端被置为低电平；当所述第一电容C1充电至一定程度，充电电流减小，所述第二电阻R2上的电压降低，NPN三极管T1截止，所述定时器的低触发端被置为高电平，实现定时器低触发端的低电平保持，并最终被置高的过程。

在上述方案中，所述电源延时时间控制模块包括MOSFET、第四电阻R4和第四电容C4；其中：

所述MOSFET的栅极接所述定时器输出端，源极接输入电压正极，漏极接负载；所述第四电容C4一端接输入电压负极，另一端接所述定时器的放电端和高触发端以及所述第四电阻R4一端；所述第四电阻R4另一端接输入电压正极；

当低触发端上低电平，触发定时器，所述定时器将输出端置高，放电端内部开关关闭，输入电压通过所述第四电阻R4为所述第四电容C4充电，MOSFET关闭；当所述第四电容C4电压达到三分之二输入电压时，所述定时器将输出端置低，放电端内部开关导通，泄放所述第四电容上的电荷，MOSFET开通，外部直流电源与通信设备接通。

在上述方案中，还设置了浪涌电流限制模块，控制MOSFET的开启速度，抑制由于后端容性负载而导致的冲击电流。

在上述方案中，所述浪涌电流限制模块包括第五电阻R5、第六电阻R6和第六电容C6；

所述第六电阻R6与所述第六电容C6并联，一端接输入电压正极，另一端接MOSFET的栅极和所述第五电阻R5一端；

所述第五电阻R5另一端与所述定时器输出端连接。

本发明通过定时器实现电源接入延时，在电源适配器插头和设备电源插孔接通瞬间，使后端容性负载尚未接入电路，避免插头和插孔间形成电火花，确保插头和插孔有足够的时间完成连接，待插头和插孔可靠连接后，由定时器给出一个驱动信号，开启后端的MOSFET，实现通电源和通信设备的接通；另外，本发明还在驱动源和MOSFET栅极间设置有RC网络，以控制MOSFET的开启速度，从而实现对容性负载导致的冲击电流的限制，这种延时接通电路和浪涌电流限制电路的共同作用，实现了低压直流电源的可靠接入，提高电源接入的可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的一种低压直流电源可靠接入装置的结构框图；

图2为本发明提供的一种低压直流电源可靠接入装置的具体电路图。

具体实施方式

本发明安装在通信设备上，通过实现电源的延时接通，避开插头和插孔连接的过渡过程，在适配器插头和通信设备插孔已可靠连接，且振铃等不稳定现象已消除时，才会接通适配器和通信设备主板电源间的电路，避免出现打火现象，造成通信设备异常或损毁；同时本发明还采用了高效、可控的软启动电路抑制上电冲击电流，该电路线路阻抗非常小，线路压降基本可忽略不计；不存在功耗较大的器件，基本无高温安全隐患；消耗功耗几乎可以忽略不计，有利于满足节能减排的要求。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种低压直流电源可靠接入装置，包括定时器10(555定时器)、触发信号模块20和电源延时时间控制模块30；

当适配器插头插入通信设备插孔瞬间，直流电压通过触发信号模块20，触发信号模块20输出持续一定时间的低电平，触发定时器10进入稳定工作状态，并将输出高置；电源延时时间控制模块30通过将定时器10输出端由高置变为低置，控制外部直流电源与通信设备由阻断到接通，从而达到外部直流电源延时为通信设备供电的效果。

如图2所示，在本发明中，触发信号模块20包括由第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1构成的RC电路、NPN型三极管T1和第三电阻R3，其中：

第一电容C1一端接输入电压正极，另一端接第一电阻R1一端；第一电阻R1另一端接第二电阻R2一端和NPN型三极管T1基极b；第二电阻R2另一端和NPN型三极管T1发射极e接输入电压负极，NPN型三极管T1集电极c分别与定时器低触发端和第三电阻R3一端连接，第三电阻R3另一端接输入电压正极。

当适配器插头插入通信设备插孔瞬间，外部直流电源电压通过第一电阻R1为第一电容C1充电，当选取的电阻和电容值适当，第一电容C1的充电电流将流过第二电阻R2，为NPN型三极管T1提供基极与发射极电压Vbe，从而得到NPN型三极管T1的基极电流Ib和集电极电流Ic，由于NPN型三极管T1的集电极通过第三电阻R3接至输入电压正极，适当选取第三电阻R3阻值，使得NPN型三极管T1进入饱和区，则集电极与发射极电压Vce将处于低电平(约0.3V)，即集电极电压为低电平，而定时器10低触发端TRIGGER与集电极连接，则低触发端TRIGGER被置为低电平,且定时器10(555)的低触发端TRIGGER触发电压典型值为1.67V(5V输出时)和5V(15V输入时)所以该触发信号模块20可确保定时器10能被可靠触发，如果第一电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2的值选取适当，可确保低触发端输入的低电平保持在100ms内，保证定时器10进入稳定工作状态；当第一电容C1充电至一定程度，充电电流减小，第二电阻R2上的电压降低，导致NPN型三极管T1的基极与发射机电压Vbe低于门限电平而截止，此时集电极电压将与输入电压相等，为高电平，即定时器10的低触发端TRIGGER被置为高电平，这样就实现了定时器低触发端TRIGGER的低电平保持，并最终被置高的过程，完成定时器10的使能过程；当第一电容C1充电完成后，对于直流电源电压而言，第一电容C1相当于开路，且一直处于开路，第二电阻R2不再有电流流过，NPN型三极管T1的电压Vbe为零，NPN型三极管T1关闭，除非再次上电；这就保证定时器10(555)的使能只会触发一次，确保直流电源输入电路接通后，不会自行关闭。

在本发明中，电源延时时间控制模块30包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)T2、第四电阻R4和第四电容C4；其中：

MOSFET T2的栅极接定时器输出端OUTPUT，源极接输入电压正极，漏极接负载电路(通信设备)；第四电容C4一端接输入电压负极，另一端接定时器的放电端DISCHARGE和高触发端THRESHOLD以及第四电阻R4一端；第四电阻R4另一端接输入电压正极。

当低触发端TRIGGER上低电平(触发信号)，触发定时器，定时器将OUTPUT电压置高，与输入电压(直流电源电压)相等，放电端DISCHARGE内部开关关闭，输入电压开始通过第四电阻R4为第四电容C4充电，此时MOSFET T2的栅极与源极电压为零，MOSFET T2关闭；当第四电容C4电压(即高触发端THRESHOLD电压)达到三分之二输入电压时，定时器将输出端OUTPUT置低，放电端DISCHARGE内部开关导通，泄放第四电容C4上的电荷，此时MOSFET T2的栅极与源极电压为高电平，MOSFET T2将开通，实现外部直流电源为设备的供电。

555定时器工作于单次单稳态模式，设置电源接入延时时间，就是输出端OUTPUT被置为高电平的时间，也就是MOSFET T2处于关闭状态的时间，该时间能够屏蔽掉插头和插孔连接过程的不稳定状态，为本发明的关键参数，该时间可以通过调节第四电阻R4和第四电容C4取值进行调整，通常在2秒左右。

另外，本发明的定时器复位端RESET功能不使用，接高电平(输入电压正极)；控制电压端CONTROL_VOLTAGE功能不使用，通过一个第三滤波电容C3到输入电压负极，以防干扰；VCC接输入电压正极，GND接输入电压负极。

在本发明中，定时器的输出端OUTPUT被置高时，MOSFET T2的栅源电压Vgs为低电平，MOSFET T2将处于关闭状态；定时器的输出端OUTPUT被置低时，MOSFET T2的栅源电压Vgs为高电平，T2将被开启，从而接通外部直流电源和通信设备主板间的电源通道；同MOSFET T2开启速度过快时，将形成很大的冲击电流，出现浪涌电流，降低电源接入装置的可靠性，为了解决该问题，减缓MOSFET T2的开启速度，本发明还设置了浪涌电流限制模块，浪涌电流限制模块具体包括第五电阻R5、第六电阻R6和第六电容C6，第六电阻R6与第六电容C6并联，并联后一端接输入电压正极，另一端接MOSFET T2的栅极和第五电阻R5一端；第五电阻R5另一端与定时器输出端OUTPUT连接，与第六电阻R6构成分压电路，可以依据所选的MOSFET T2型号，设置栅源电压；而第五电阻R5和第六电容C6构成了RC电路，通过调节第五电阻R5与第六电容C6的值，控制MOSFET T2的开启速度，抑制由于后端容性负载而导致的冲击电流，第五电阻R5和第六电容C6构成的RC电路的时间常数越大，MOSFET T2的开启速度越慢，在实际应用中，应综合容性负载的大小、前端电源的过流保护点、MOSFET T2的安全工作区等因素，选择适当的第五电阻R5和第六电容C6取值，确保电路的可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。