一种具有宽输入电压范围的直流电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于直流电源领域，涉及一种输入电压范围很宽的直流电源。
【背景技术】
[0002]随着电子技术的飞速发展，电源转换模块在电子设备的应用越来越广泛，而且已经逐渐形成标准化产品。但有很多特殊的应用环境，传统的标准化DC-DC模块很难满足客户的需要。比如在一些军用机载或车载设备中，24V输入电压很不稳定，有时输入电压会跌到8V甚至6V，有时输入电压会有上百伏的瞬时高压浪涌。而市场上标准的24V的DC-DC模块输入范围为9-36V，输入电压过低时，将会导致系统停机;输入电压过高时，有可能损坏电源。
[0003]授权公告号为CN203206116U的实用新型专利公开了一种宽电压输入电路，包括DC-DC降压稳压器和与所述DC-DC降压稳压器的预定电压范围相匹配的电压控制电路。该电路能够有效抑制输入端的浪涌电压从而提尚电压输入范围，其缺陷是只能提尚系统允许的最高输入电压，不能降低最低输入电压，当输入电压过低时，系统仍然会因电源供电不足而导致停机。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种宽电压输入电源。该电源可灵活应用于复杂输入环境下的场合，既能有效抑制高压浪涌，又能在输入电压明显降低时保证系统正常工作，从而大大加宽了输入电压的范围。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]—种具有宽输入电压范围的直流电源，包括DC-DC模块，还包括连接在所述DC-DC模块输入端的过压保护模块和欠压保护模块。其中，
[0007 ] 所述DC-DC模块用于输出一组或多组直流电压。
[0008]所述过压保护模块用于抑制高压浪涌电压，当所述DC-DC模块输入端出现高压浪涌时，将浪涌电压限制在允许的范围内。
[0009]所述欠压保护模块用于在输入端电压跌落时为所述DC-DC模块提供正常工作所需要的供电电压。
[0010]进一步地，所述过压保护模块包括瞬态浪涌吸收电路、浪涌能量吸收电路和电荷栗控制电路。所述瞬态浪涌吸收电路用于吸收微秒级瞬态浪涌脉冲，所述浪涌能量吸收电路由功率管组成，在所述电荷栗控制电路作用下吸收大部分浪涌能量。
[0011]更进一步地，所述瞬态浪涌吸收电路为并联在输入电源两端的压敏电阻或瞬态抑制二极管。
[0012]更进一步地，所述浪涌能量吸收电路中的功率管为场效应管Ql和Q241的漏极接输入电源正极，Ql的栅极接Q2的漏极，Q2的源极通过一电阻接地，所述电荷栗控制电路的输出端通过检波电路为Q2的栅极提供偏压。Ql的漏极出现瞬态浪涌时，Ql被偏压成源极跟随模式，大部分浪涌能量被Q2吸收，Ql的源极输出抑制浪涌后的电源至DC-DC模块。
[0013]优选地，所述电荷栗控制电路包括一脉冲振荡电路。
[0014]进一步地，所述欠压保护模块包括输入监控电路、升压电路和输出控制电路。输入电源降低到所设定的阈值时所述输入监控电路动作，控制所述升压电路工作，所述输出控制电路将所述DC-DC模块的供电电源由输入电源切换成所述升压电路的输出。
[0015]与现有技术比，本发明具有以下优点:
[0016]本发明同时采用过压保护电路和欠压保护电路，既能有效抑制高压浪涌，又能在输入电压明显降低时保证系统正常工作，从而大大加宽了输入电压的范围。
[0017]本发明采用的过压保护电路包括瞬态浪涌吸收电路和浪涌能量吸收电路，不仅能够有效消除微秒级的较窄的浪涌脉冲，通过浪涌能量吸收电路吸收大部分浪涌能量，还能有效抑制数十毫秒甚至秒级的宽浪涌电压的冲击。
【附图说明】
[0018]图1为本发明所述直流电源电路的组成示意图；
[0019]图2为实施例所涉及的过压保护模块的组成框图；
[0020]图3为实施例所涉及的欠压保护模块的组成框图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0022]—种具有宽输入电压范围的直流电源，组成框图如图1所示，包括依次相连的过压保护模块、欠压保护模块和DC-DC模块。
[0023]1.DC-DC模块
[0024]DC-DC模块用于将较低的直流输入电压转换成系统需要的较高的直流电压。通过选取多块DC-DC模块可同时提供多组直流电压为不同的电路供电。
[0025]可以根据输出电压需要，灵活选用常规的DC-DC模块。
[0026]2.过压保护模块
[0027]过压保护模块用于抑制出现在输入电源端的高压浪涌电压，当输入电源出现高压浪涌时，将浪涌电压限制在允许的范围内。
[0028]过压保护模块包括瞬态浪涌吸收电路、浪涌能量吸收电路和电荷栗控制电路。图2给出了过压保护模块的组成框图。
[0029]瞬态浪涌吸收电路为并联在输入电源两端的压敏电阻或瞬态抑制二极管，用于吸收微秒级瞬态浪涌脉冲。
[0030]浪涌能量吸收电路在电荷栗控制电路作用下吸收掉大部分浪涌能量。浪涌能量吸收电路主要由功率管组成，本实施例采用的是场效应管Ql和Q2，如图2所示，Ql的漏极接输入电源正极，Ql的栅极接Q2的漏极，Q2的源极通过一电阻接地。电荷栗控制电路的输出端通过检波电路为Q2的栅极提供偏压。Ql的漏极出现瞬态浪涌时，Ql被偏压成源极跟随模式，大部分浪涌能量被Q2吸收，Ql的源极输出抑制浪涌后的电源至DC-DC模块。
[0031]电荷栗控制电路主要由一脉冲振荡电路组成，本实施例采用的是以555芯片为核心的脉冲振荡电路，其输出脉冲经峰值检波后为Q2的栅极提供偏压。通过电荷栗控制电路的输出调整Q2栅压的大小，从而控制Q2从Qr‘抢夺”电荷的多少(吸收浪涌的多少)，“电荷栗”因此而得名。
[0032]传统的防浪涌电路，只是在输入端并联一些无源器件，比如压敏电阻或瞬态抑制二极管TVS。这些无源器件一般只能吸收宽度为微秒级的低能量的浪涌电压，当出现几毫秒或上秒的持续时间较长的浪涌时，上述无源器件可能会烧毁，从而导致烧毁后面的DC-DC模块甚至烧毁被供电的系统。本发明增加一级有源的浪涌能量吸收电路，吸收高压浪涌的大部分能量，能够实现秒级以下的浪涌保护。
[0033]3.欠压保护模块
[0034]欠压保护模块包括输入监控电路、升压电路和输出控制电路。输入电源降低到所设定的阈值时，输入监控电路动作，控制信号控制升压电路工作。同时，输出控制电路输出控制信号切断原输入电源，将输入升压电路的输出作为DC-DC模块的供电电源。
[0035]输入监控电路和输出控制电路主要由比较器电路组成。
[0036]升压电路的实现方法很多，可根据具体应用要求选择不同的升压芯片，如LT3787。
[0037]传统的欠压保护电路，一般都是增加电容或备份电池。这种设计开机时会产生很大的启动冲击电流，从而影响整个供电系统。而且保持电容电压也只能和输入电压一样，电容的放电时间会很短，从而造成电源的整体体积过大。本发明通过升压电路将电压升到最高限，可以有效地减小设备的体积。而且通过设置输入监控电路有效减小启动时产生的冲击电流。
[0038]本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种具有宽输入电压范围的直流电源，其特征在于，所述直流电源包括DC-DC模块，连接在所述DC-DC模块输入端的过压保护模块和欠压保护模块;其中， 所述DC-DC模块用于输出一组或多组直流电压； 所述过压保护模块用于当所述DC-DC模块输入端出现高压浪涌时，将浪涌电压限制在允许的范围内； 所述欠压保护模块用于在输入端电压跌落时为所述DC-DC模块提供正常工作所需要的供电电压。2.根据权利要求1所述的具有宽输入电压范围的直流电源，所述过压保护模块包括瞬态浪涌吸收电路、浪涌能量吸收电路和电荷栗控制电路;所述瞬态浪涌吸收电路用于吸收微秒级瞬态浪涌脉冲，所述浪涌能量吸收电路由功率管组成，在所述电荷栗控制电路作用下吸收大部分浪涌能量。3.根据权利要求2所述的具有宽输入电压范围的直流电源，所述瞬态浪涌吸收电路为并联在输入电源两端的压敏电阻或瞬态抑制二极管。4.根据权利要求2所述的具有宽输入电压范围的直流电源，所述浪涌能量吸收电路中的功率管为场效应管Ql和Q2;Q1的漏极接输入电源正极，Ql的栅极接Q2的漏极，Q2的源极通过一电阻接地，所述电荷栗控制电路的输出端通过检波电路为Q2的栅极提供偏压;Ql的漏极出现瞬态浪涌时，Ql被偏压成源极跟随模式，大部分浪涌能量被Q2吸收，Ql的源极输出抑制浪涌后的电源至DC-DC模块。5.根据权利要求2或4所述的具有宽输入电压范围的直流电源，所述电荷栗控制电路包括一脉冲振荡电路。6.根据权利要求1所述的具有宽输入电压范围的直流电源，所述欠压保护模块包括输入监控电路、升压电路和输出控制电路;输入电源降低到所设定的阈值时所述输入监控电路动作，控制所述升压电路工作，所述输出控制电路将所述DC-DC模块的供电电源由输入电源切换成所述升压电路的输出。
【专利摘要】本发明涉及一种具有宽输入电压范围的直流电源。所述直流电源包括DC-DC模块，连接在DC-DC模块输入端的过压保护模块和欠压保护模块。过压保护模块用于当DC-DC模块输入端出现高压浪涌时，将浪涌电压限制在允许的范围内；欠压保护模块用于在输入端电压跌落时为DC-DC模块提供正常工作所需要的供电电压。本发明同时采用过压保护电路和欠压保护电路，既能有效抑制高压浪涌，又能在输入电压明显降低时保证系统正常工作，从而大大加宽了输入电压的范围。本发明采用的过压保护电路包括瞬态浪涌吸收电路和浪涌能量吸收电路，不仅能够有效消除较窄的浪涌脉冲，还能有效抑制数十毫秒甚至秒级的宽浪涌电压的冲击。
【IPC分类】H02M3/155, H02M1/32
【公开号】CN105576968
【申请号】CN201510898072
【发明人】徐鸿
【申请人】北京英赛德佳科技有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月8日