电源转换装置的制作方法

本实用新型涉及电路领域，具体而言，涉及一种电源转换装置。

背景技术：

自从1999年物联网概念的提出，到现在“互联网+”概念的盛行，网关的重要性不言而喻，工业网关主芯片及电源实现方式主要有以下3种：(1)以ARM为主芯片的工业网关，整机使用AC/DC转换电源供电；(2)以ARM为主芯片的工业网关，使用直流电源(一般不高于36V)供电，但需要提供外接适配电源；(3)Quark平台的工业网关一般使用直流5V供电，需要提供外接适配电源。

从工业网关发展的趋势来看，现有的工业网关主芯片及电源实现方式存在如下不足：以ARM为主芯片的工业网关整机使用AC/DC转换电源供电，使用专业的220V转直流电源，此电源有安全防护，可提供高功率、高性能的直流电的优点，但体积较大，结构上会增加整机的体积、重量，对于器件小型化的发展趋势而言显得比较笨重；虽然高端ARM的处理能力很强大，但也需要提供专业的外接适配电源，其成本较高，而很多客户希望获得更高的性价比。

为了提高处理器的性价比，Intel推出了新架构Quark SOC x1000系列处理器，其主要针对物联网应用，拥有更高的安全性和更强的可管理性，其强大的运算能力大大提高了工业网关的信号处理能力。基于Quark处理器的Quark平台的工业网关一般使用直流电源供电，其使用的直流供电(如5V直流电源)，对网关外部条件有特定要求，如在外部没有此直流电源时，需要另外加电源适配器，会增加客户成本，且无法提供安全有效的电源安全防护。

针对相关技术中，工业网关的供电安全性较差的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种电源转换装置，以至少解决相关技术中，工业网关的供电安全性较差的技术问题。

根据本实用新型实施例，提供了一种电源转换装置，该装置包括：EMC防护模块，与交流电源连接，其中，交流电源用于提供交流电；AC/DC转换模块，与EMC防护模块连接，AC/DC转换模块用于将交流电转换为第一直流电；滤波模块，与AC/DC转换模块连接；DC/DC转换模块，分别与滤波模块和处理器连接，DC/DC转换模块用于基于第一直流电为处理器提供多个电压等级的直流电。

进一步地，EMC防护模块包括：熔断保护电路，熔断保护电路的第一端与交流电源的正极连接；防电磁干扰电路，防电磁干扰电路的第一端与熔断保护电路的第二端连接；稳压电路，稳压电路的第一端与防电磁干扰电路的第二端连接，稳压电路的第二端与AC/DC转换模块连接。

进一步地，防电磁干扰电路包括：第一安规电容，第一安规电容的第一端与熔断保护电路的第二端连接，第一安规电容的第二端与交流电源的负极连接；共模电感，共模电感的第一端与第一安规电容的第一端连接，共模电感的第二端与第一安规电容的第二端连接；第二安规电容，第二安规电容的第一端与共模电感的第三端连接，第二安规电容的第二端与共模电感的第四端连接。

进一步地，EMC防护模块还包括：放电电路，放电电路分别与熔断保护电路的第二端和交流电源的负极连接。

进一步地，放电电路包括：第一压敏电阻，第一压敏电阻的第一端与熔断保护电路的第二端连接；第二压敏电阻，第二压敏电阻的第一端与交流电源的负极连接；放电管，放电管的第一端与第一压敏电阻的第二端和第二压敏电阻的第二端连接，放电管的第二端接地。

进一步地，AC/DC转换模块包括：全波整流电路，与EMC防护模块连接；变压电路，与全波整流电路连接，用于输出第一直流电；反馈电路，与变压电路连接，用于生成对应于第一直流电的监测信号；电源管理芯片，分别与变压电路和反馈电路连接，用于基于监测信号控制变压电路。

进一步地，全波整流电路包括：全波整流桥，全波整流桥的第一端与第二安规电容的第一端连接，全波整流桥的第二端与第二安规电容的第二端连接；第一电容，第一电容的第一端与全波整流桥的第三端连接，第一电容的第二端与全波整流桥的第四端连接。

进一步地，变压电路包括：稳压子电路，稳压子电路的第一端与全波整流桥的第三端连接，稳压子电路的第二端与全波整流桥的第四端连接；变压器，变压器的初级线圈的第一端与稳压子电路的第一端连接，变压器的初级线圈的第二端与稳压子电路 的第二端连接，变压器的第一次级线圈用于输出第一直流电。

进一步地，反馈电路包括：光耦合器，光耦合器的第一端与第一次级线圈的第一端连接，光耦合器的第二端与第一次级线圈的第二端连接，光耦合器的第三端与电源管理芯片连接，光耦合器用于生成监测信号；供电电路，供电电路的第一端与变压器的第二次级线圈的第一端连接，供电电路的第二端与光耦合器的第四端连接。

进一步地，第二次级线圈的第二端与电源管理芯片连接。

在本实用新型实施例中，交流电源提供交流电，EMC防护模块与交流电源连接，以提供EMC防护；AC/DC转换模块与EMC防护模块连接，将交流电转换为第一直流电；滤波模块与AC/DC转换模块连接，对第一直流电进行滤波；DC/DC转换模块分别与滤波模块和处理器连接，将第一直流电转换为多个电压等级的直流电，以为处理供电，通过提供EMC防护，从而解决了相关技术中，工业网关的供电安全性较差的技术问题，实现了提高工业网关供电的安全防护性的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的电源转换装置的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的EMC防护模块的示意图；以及

图3是根据本实用新型实施例的交直流电源转换模块的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列电子元件或电气元件 的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些电子元件或电气元件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些系统、产品或设备固有的其它电子元件或电气元件。

首先，在对本实用新型实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语适用于如下解释：

EMC：Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性，是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

AC/DC：一般指电源的规格是交流输入直流输出，属于开关电源分类中的一种。

DC/DC：是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，也称为直流斩波器。

根据本实用新型实施例，提供了一种电源转换装置的实施例，图1是根据本实用新型实施例的电源转换装置的示意图，如图1所示，该装置包括：EMC防护模块10、AC/DC转换模块30、滤波模块50以及DC/DC转换模块70。

EMC防护模块10，与交流电源连接，其中，交流电源用于提供交流电。

AC/DC转换模块30，与EMC防护模块连接，AC/DC转换模块用于将交流电转换为第一直流电。如产生5V直流电，以供Quark平台使用。

滤波模块50，与AC/DC转换模块连接。

DC/DC转换模块70，分别与滤波模块和处理器连接，DC/DC转换模块用于基于第一直流电为处理器提供多个电压等级的直流电。如将5V直流电转换为1.5V和3.3V的直流电，以满足处理器的各个引脚的电平需求。

通过上述实施例，交流电源提供交流电，EMC防护模块与交流电源连接，以提供EMC防护；AC/DC转换模块与EMC防护模块连接，将交流电转换为第一直流电；滤波模块与AC/DC转换模块连接，对第一直流电进行滤波；DC/DC转换模块分别与滤波模块和处理器连接，将第一直流电转换为多个电压等级的直流电，以为处理供电，通过提供EMC防护，从而解决了相关技术中，工业网关的供电安全性较差的技术问题，实现了提高工业网关供电的安全防护性的技术效果。

如图2所示，EMC防护模块包括：熔断保护电路(包括开关S和熔断丝FU)，熔断保护电路的第一端与交流电源的正极连接；防电磁干扰电路(包括安规电容X和安规电容Y、共模电感L1)，防电磁干扰电路的第一端与熔断保护电路的第二端连接；稳压电路(包括TVS管)，稳压电路的第一端与防电磁干扰电路的第二端连接，稳压电路的第二端与AC/DC转换模块连接。

上述的防电磁干扰电路包括：第一安规电容X，第一安规电容的第一端与熔断保护电路的第二端连接，第一安规电容的第二端与交流电源的负极连接；共模电感L1，共模电感的第一端与第一安规电容的第一端连接，共模电感的第二端与第一安规电容的第二端连接；第二安规电容Y，第二安规电容的第一端与共模电感的第三端连接，第二安规电容的第二端与共模电感的第四端连接，第二安规电容的第三端接地。

可选地，EMC防护模块还包括：放电电路，放电电路分别与熔断保护电路的第二端和交流电源的负极连接。放电电路包括：第一压敏电阻VDR1，第一压敏电阻的第一端与熔断保护电路的第二端连接；第二压敏电阻VDR2，第二压敏电阻的第一端与交流电源的负极连接；放电管GDT，放电管的第一端与第一压敏电阻的第二端和第二压敏电阻的第二端连接，放电管的第二端接地。

本申请的EMC防护综合考虑了防护等级和体积的要求，采用两级防护，为了避免开机时产生瞬间高压，加入NTC负温度系数电阻(其一端与电源负极连接，另一端与第一安规电容的第二端连接)，避免了开机对电源模块的冲击；还加入熔断丝FU，可以消除由于各种不可预见性的过流或短路而出现的危险；防雷防浪涌则是通过压敏电阻VDR1和VDR2与放电管GDT的配合，在出现高压时，滞后放电管的反应时间，压敏电阻和放电管均打开，将危险的高压旁路到大地。

安规电容X和Y与共模电感L1形成π型滤波，对浪涌过来的残压，共模电感可阻止其突变，使得电压或电流不能够突变，π型滤波对快速脉冲群和快速瞬变均有较好的抑制作用；TVS管防护包括差模防护与共模防护，是在π型滤波后的残压依然超过了TVS管的触发电压时，TVS管将电压钳位，保证不损坏后级电压模块。

通过上述实施例，为了应付工业网关的工作环境多种多样，本申请的电源转换装置可以为Quark平台的工业网关的电源提供EMC4级防护，既保证了Quark平台的工业网关电源的EMC防护等级，也符合工业网关对于越来越小型化的发展趋势要求。

在上述实施例中，AC/DC电源转换模块，采用15W的AC/DC电源模块，其体积较小(65*45*22.5mm)，输入为85V至264V的交流电(频率为50或60Hz)；如图3所示，AC/DC转换模块包括：全波整流电路31，与EMC防护模块连接；变压电路33，与全波整流电路连接，用于输出第一直流电；反馈电路35，与变压电路连接，用于生成对应于第一直流电的监测信号；电源管理芯片37，分别与变压电路和反馈电路连接，用于基于监测信号控制变压电路。

可选地，全波整流电路31包括：全波整流桥Q，全波整流桥的第一端与第二安规电容的第一端连接，全波整流桥的第二端与第二安规电容的第二端连接；第一电容C1， 第一电容的第一端与全波整流桥的第三端连接，第一电容的第二端与全波整流桥的第四端连接。

可选地，变压电路33包括：稳压子电路(包括串联的稳压二极管VZ1和二极管VD1)，稳压子电路的第一端与全波整流桥的第三端连接，稳压子电路的第二端与全波整流桥的第四端连接；变压器T，变压器的初级线圈的第一端与稳压子电路的第一端连接，变压器的初级线圈的第二端与稳压子电路的第二端连接，变压器的第一次级线圈用于输出第一直流电。

交流电源经过熔断丝FU的保护，通过共模电感与电容的滤波之后进入电桥，全波整流将负电压转换为正电压，电源IC(即电源管理芯片37)控制着变压器初级通断，变压器次级感应产生的电流通过二极管VD2单向导通，电容C2和C3蓄能，电感L2蓄能后产生输出电压U0。

为了能得到稳定的输出电压，需要反馈进行，反馈电路35包括：光耦合器OC，光耦合器的第一端通过电阻R2与第一次级线圈的第一端连接，光耦合器的第二端通过稳压二极管VZ2与第一次级线圈的第二端连接，光耦合器的第一端与第二端之间还串接有电阻R3，光耦合器的第三端与电源管理芯片连接，光耦合器用于生成监测信号；供电电路(主要包括二极管VD3和电容C5)，供电电路的第一端与变压器的第二次级线圈的第一端连接，供电电路的第二端与光耦合器的第四端连接。反馈回路通过变压器次级感应线圈供电，光耦的采集，反馈给电源IC，电源IC通过比较反馈的结果去控制着变压器初级线圈的通断。

可选地，第二次级线圈的第二端与电源管理芯片连接，在稳压二极管VZ2的两端之间还设置有电容C4；电源管理芯片还通过电容C6与第一次级线圈的第二端连接，以对其进行监测；电阻R1和电容C7用于保护电源芯片的引脚。

需要说明的是，AC/DC电源转换模块产生的是5V直流电，为了减少电源的纹波和噪音对Quark及单板的影响，在滤波电路中添加260uf的固态电容，和1uf、0.1uf、1nf的陶瓷电容进行滤波。

在Quark的启动过程中中，电源的工作流程可分为3个阶段(由电源管理芯片控制实现)，S5阶段、S3阶段、S0阶段。上电后电源开始进入S5阶段，DC/DC电源产生3.3V和1.5V供Quark启动，当S5阶段安全通过后产生S3阶段的允许信号S3_EN；S3_EN控制电源开关启动产生S3阶段的3.3V和1.5V，当S3阶段安全通过后产生S0阶段的允许信号S0_EN；S0_EN控制电源开关启动产生S0阶段的3.3V和1.5V，进入S0阶段后产生power_good信号，进入S0阶段也既Quark开始了正常工作。

如，在S5阶段，为Quark处理器的管脚R10提供1.5V直流电，为管脚P5和P7提供3.3V直流电；在S3阶段，为管脚AT12、AT16、AT18、AT23提供1.5V直流电，为管脚K14、K16提供3.3V直流电；在S0阶段，为管脚AD5、AT28提供1.5V直流电，为管脚AA26、AB24、AD24提供3.3V直流电，为管脚AB14、AD14、V14、V16、AB18、AB20、Y18、V18、Y20、Y16、V20提供1V直流电，这些控制逻辑均由电源芯片控制产生，通过该装置，可以为Quark平台提供所需的电压，并满足其时序要求。

需要说明的是，上述DC/DC转换模块由三个子模块组成，一个是5V转3.3V的子模块，一个是5V转1.5V的子模块，一个为5V转1V的子模块。

在上述实施例中，本申请的电源转换装置可用于Quark平台的工业网关，在保证Quark平台的工业网关功率需求下，选用小封装的AC/DC电源转换模块，可以保证Quark平台的工业网关的正常工作，也符合工业网关对于越来越小型化的发展趋势要求，其功能可以达到预期要求，参数可以根据要求进行调整。可满足在满足Quark平台的供电需求的情况下，降低供电模组的体积，保证供电安全，并降低用户的投入成本。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本实用新型所要保护的电源转换装置以及构成该电源转换装置的各个模块都是一种具有确定形状、构造且占据一定空间的实体产品。例如，EMC防护模块、AC/DC转换模块、滤波模块、DC/DC转换模块等都是可以独立运行的、具有具体硬件结构的电路结构。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。