一种电涌保护箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电涌保护箱，以解决现有产品不能同时对信号电涌和电源电涌保护造成的电涌保护效果差，可靠性低的问题。其包括箱体（1），箱体（1）内设置有信号防雷电路，信号防雷电路通过设置在箱体（1）上的信号输入插孔（3）和信号输出插孔（5）引出；箱体（1）内还设置220V电源的电涌保护模块，电涌保护模块通过设置在箱体（1）上的电源输入接口（7）和电源输出接口引出；箱体（1）内还设置有48V直流电源模块，48V直流电源模块通过设置在箱体（1）上的48V电源输出接口引出；48V直流电源模块通过电涌保护模块接电网。该电涌保护箱既能进行信号电涌保护，又能进行电源电涌防护，具有电涌保护效果好，可靠性高的特点。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用涉及通信防雷【技术领域】，涉及一种电涌保护箱。 -种电涌保护箱
【背景技术】
[0002] 雷电灾害是"联合国国际减灾十年"公布的最严重的十种自然灾害之一。最新统 计资料表明，雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。日常生活中，常常出现由于雷 电的影响而导致用电电路在瞬间出现大电流现象，从而对用电设备产生过电流现象，严重 威胁用电设备的安全正常运行。同时，雷电产生时，设备的信号线路也会因雷电感应产生很 强的电涌，雷电电涌通过信号线路使设备误动作、加速设备老化甚至使设备永久性损坏。
[0003] 防止电源系统被雷电破坏的主要方法是在电源系统前加电涌保护器进行防护。
[0004] 对于信号线路的电涌防护，常常采用安装信号电涌保护器的方法，以达到防护的 效果。
[0005] 现有技术的不足在于：现有的电涌保护箱要么只有电源系统电涌保护，要么只有 信号电涌保护。在雷电发生时，即使电源系统电涌保护起到了防护作用，但是信号线路被雷 电破坏，使设备不能正常的工作，严重时使设备永久性损坏；或者，信号电涌保护起到了防 护作用，但是电源系统被雷电破坏，同样可以使用电设备产生过流现象，致使用电设备不能 正常的工作。这种单一的电涌保护箱效果差，可靠性低。 实用新型内容
[0006] 针对现有电涌保护箱效果差，可靠性低的问题，本实用新型提供一种效果好，可靠 性高的电涌保护箱。
[0007] 本实用新型提供的一种电涌保护箱是通过以下技术方案实现的：
[0008] -种电涌保护箱，包括箱体1，其特征在于：
[0009] 箱体1内设置有信号防雷电路，信号防雷电路通过设置在箱体1上的信号输入插 孔3和信号输出插孔5引出；
[0010] 箱体1内还设置有220V电源的电涌保护模块，电涌保护模块通过设置在箱体1上 的电源输入接口 7和电源输出接口引出；
[0011] 箱体1内还设置有48V直流电源模块，48V直流电源模块通过设置在箱体1上的 48V电源输出接口引出；
[0012] 48V直流电源模块通过电涌保护模块接电网。
[0013] 上述技术方案，信号防雷电路包括防雷单元和限幅单元，
[0014] 防雷单元包括气体放电管和压敏电阻，气体放电管通过压敏电阻接信号线，
[0015] 限幅单元包括快速恢复二极管D1-D4组成的快速恢复二极管桥，快速恢复二极管 D1的阴极接快速恢复二极管D2的阳极，快速恢复二极管D2的阴极接快速恢复二极管D4的 阴极，快速恢复二极管D4的阳极接快速恢复二极管D3的阴极，快速恢复二极管D3的阳极 接快速恢复二极管D1的阳极，快速恢复二极管D1与快速恢复二极管D3的阳极接TVS管的 阳极，快速恢复二极管D2的阴极与快速恢复二极管D4的阴极接TVS管的阴极。
[0016] 上述技术方案，所述信号防雷电路还包括设置在信号线输入端与输出端之间的金 属氧化膜电阻。
[0017] 上述技术方案，电涌保护模块包括防雷电路和滤波降噪电路，
[0018] 防雷电路：包括压敏电阻M0V1-M0V3、熔断器F1-F3、气体放电管，熔断器F1、压敏 电阻M0V1、压敏电阻M0V2、熔断器F3依次串联，压敏电阻M0V1与压敏电阻M0V2的连接端 通过气体放电管接地，压敏电阻M0V3接在火线与零线之间，熔断器F3接在压敏电阻M0V3 与火线之间；
[0019] 滤波降噪电路：包括电容C1、扼流圈L11、电容C2、电容C3,电容C1、扼流圈L11、电 容C2和电容C3组成π型滤波网络。
[0020] 上述技术方案，所述8V直流电源模块包括顺序连接的整流单元、功率变换单元、 输出滤波单元，还包括对功率变换进行控制的控制电路，所述控制电路与功率变换单元通 过隔离单元连接。
[0021 ] 上述技术方案中，所述箱体面板上有电源工作的指示灯。
[0022] 上述技术方案中，所述箱体采用标准2U的箱体结构，采用多结构安装方式。在箱 体的底座上配置了四个防滑胶座，箱体面板的两侧配有用于机架上安装的固定件。
[0023] 本实用新型具有以下有益效果：
[0024] -、本实用新型电涌保护箱，箱内设置有24 口交换机信号保护模块和电源电涌保 护模块，能够同时对信号线路和电源系统进行电涌保护，使电涌保护箱的效果好，性能更加 可靠。
[0025] 二、信号电涌保护模块采用气体放电管配备快恢复二级管以及瞬态二级管构成。 具备通流量大、响应时间快、限制电压低的特性，能很好实现对交换机网络输入信号的保 护。
[0026] 三、电源电涌保护模块采用差模、共模全保护的方式，实现对电源线路的良好防 护。
[0027] 四、箱体采用多结构安装方式，在箱体的底座上配置了四个防滑胶座，箱体面板的 两侧配有用于机架上安装的固定件。使本实用新型的电涌保护箱安装方便，可以直接平放 在工作台上，也可以通过该固定件，将本电涌保护箱安装在机架上。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1电涌保护箱后视图。
[0029] 图2电涌保护箱主视图。
[0030] 图3是48V直流电源框图。
[0031] 图4为电涌保护模块接48V直流电源电路图。
[0032] 图5是信号防雷电路图。
[0033] 图中标记：1为箱体，2为信号输入插孔，3为固定件，4防滑胶座，5信号输出插孔， 6为48V电源输出接口，7为电源输入接口。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本实用新型的电涌保护箱做进一步的说明。
[0035] -种电涌保护箱，包括箱体1，箱体1内设置有信号防雷电路，信号防雷电路通过 设置在箱体1上的信号输入插孔3和信号输出插孔5引出；
[0036] 箱体1内还设置有220V电源的电涌保护模块，电涌保护模块通过设置在箱体1上 的电源输入接口 7和电源输出接口引出；
[0037] 箱体1内还设置有48V直流电源模块，48V直流电源模块通过设置在箱体1上的 48V电源输出接口引出；
[0038] 48V直流电源模块通过电涌保护模块接电网。
[0039] 上述技术方案，信号防雷电路包括防雷单元和限幅单元，
[0040] 防雷单元包括气体放电管和压敏电阻，气体放电管通过压敏电阻接信号线，
[0041] 限幅单元包括快速恢复二极管D1-D4组成的快速恢复二极管桥，快速恢复二极管 D1的阴极接快速恢复二极管D2的阳极，快速恢复二极管D2的阴极接快速恢复二极管D4的 阴极，快速恢复二极管D4的阳极接快速恢复二极管D3的阴极，快速恢复二极管D3的阳极 接快速恢复二极管D1的阳极，快速恢复二极管D1与快速恢复二极管D3的阳极接TVS管的 阳极，快速恢复二极管D2的阴极与快速恢复二极管D4的阴极接TVS管的阴极。
[0042] 上述技术方案，所述信号防雷电路还包括设置在信号线输入端与输出端之间的金 属氧化膜电阻。
[0043] 上述技术方案，电涌保护模块包括防雷电路和滤波降噪电路，
[0044] 防雷电路：包括压敏电阻M0V1-M0V3、熔断器F1-F3、气体放电管，熔断器F1、压敏 电阻M0V1、压敏电阻M0V2、熔断器F3依次串联，压敏电阻M0V1与压敏电阻M0V2的连接端 通过气体放电管接地，压敏电阻M0V3接在火线与零线之间，熔断器F3接在压敏电阻M0V3 与火线之间；
[0045] 滤波降噪电路：包括电容C1、扼流圈L11、电容C2、电容C3,电容C1、扼流圈L11、电 容C2和电容C3组成π型滤波网络。
[0046] 上述技术方案，所述8V直流电源模块包括顺序连接的整流单元、功率变换单元、 输出滤波单元，还包括对功率变换进行控制的控制电路，所述控制电路与功率变换单元通 过隔离单元连接。
[0047] UC3875软开关电源移相PWM控制集成电路，对两个半桥开关电路得相位移动控 制，实现半桥功率级的恒频PWM控制，借助开关器件得输出电容冲放电，在输出电容放电结 束的状态下完成零电压开通。相位控制得特点体现在UC3875的4个输出柱端分别驱动得 A/B，C/D两个半桥，都能进行导通延时（即死区时间）的调节控制，在该死区时间内确保下一 个导通管得输出电容放电完毕，为即将导通得开关管提供零电压开通条件。在全桥变换拓 扑下移相控制的优点得到最充分的体现，UC3875在电压模式和电流模式下均可工作，并具 有一个独立的过电流关断电路以实现故障的快速保护。
[0048] 由于震荡器的工作频率大于2MHz，所以整个电路的实际工作频率可达2MHz。该 UC3875芯片除了可以在通常的方式下工作，还可以通过Clock/Sync引脚，接受外接同步时 钟信号，同时，外部时钟频率大于芯片频率。当不同频率得多个UC3875共同作用于电路时， 通过连接引脚，使他们同步工作于最高频率。
[0049] 芯片的保护功能包括：欠电压锁定，即芯片的偏置电压在达到阈值之前，其四个输 出端均可保持低的有源输出状态；内置的1. 5V滞后使工作可靠；具有过电流保护，一旦出 现故障，该保护电路可在70ns之内关断所有输出端，故障处理可在全周期范围再启动。
[0050] 该UC3875芯片的其他性能包括：带宽超过7MHz的误差放大器；一个5V基准电压； 软启动；一个斜坡电压发生器斜率补偿电路。
[0051] 光电稱合器
[0052] 光电f禹合器是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件。它由发光源和 受光器两部分组成，把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔 离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。在光电稱合器输入端加电信号使发 光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电 效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电-光-电的转换。能有效地抑 制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小耐冲击等好处。
[0053] UC3875的输出波形驱动M0SFET管，UC3875最终的输出就是四个驱动信号： 0UTA(pinl4)，0UTB(pinl3)，0UTC(pin9)和 0UTD(pin8)，这四个输出均可提供 2A 的驱动峰 值电流，因此可以直接用于驱动M0SFET或经过隔离来驱动M0SFET，不必在加驱动电路。不 过，需要一个光电耦合器。光电耦合器在开关电源的回路中，使输入回路和输出回路进行电 气隔离。在电源中，光电稱合器一般用来传递脉冲信号，所以光电稱合器工作与开关状态。 本实用新型中采用HCPL-3100,起隔离作用。HCPL-3100具有高输出电流，高速率和很宽的 电压范围。
[0054] 保护电路的设计
[0055] 为了保证开关电源在正常和非正常使用情况下，开关电源不损坏。其控制电路的 设计中应包含保护电路的设计。保护电路应具备自保护和负载保护两方面的功能，一旦出 现故障，立即使主电路停止工作，以保证在任何情况下，自身不损坏，负载也不损坏。本电路 设计中，除了输出限流以外，开关电源还设置有输出过压、功率管过热等保护电路。保护电 路如下图3-4所示。
[0056] 在保护电路中，应用了 UC3875移相控制芯片中的电流比较器。将输出电流、输出 电压、温度等保护电路通过一定的电路转换连接到UC3875的电流检测端C/S+，实现对整个 电路的保护。
[0057] 电压与电流的保护
[0058] 芯片内有一个电流比较器，其同相端接电流检测端C/S+ (pin5)，反相端在内部接 了一个2. 5V电压。当C/S+电压超过2. 5V时，电流比较器输出高电平，是输出级全部为低电 平，同时将软启动脚的电压拉到0V。当C/S+电压低于2. 5V后，电流比较器输出低电平，软 启动电路动作，输出端的移相角从〇度慢慢增大。实际上，也可以把C/S+用作一个故障保 护电路，例如输出过压，输出过流等。当这些故障发生时，通过一定的电路转换成高于2. 5V 的电压，接到C/S+端，就可以对电路实现保护了。将检测到的电流信号整流后经过二极管D 引到UC3875的电流检测端C/S+。当原边电流过流时，检测到的电压信号超过2. 5V，UC3875 的输出全部关断。
[0059] 输出电压保护电路如图4所示，输出电压经分压后，接到比较器的正向输入端，在 正常工作时，输出电压经分压后的电压小于给定值，比较器输出低电平，二极管D6不导通。 当输出过压时，比较器输出高电平，二极管D6导通，此时，CS+端的电压信号大于门槛电压 2. 5V，过压保护动作，指示灯D3亮。D6是止逆二极管，防止其余的电路故障发生时指示灯误 动作。
[0060] 输出电流的保护电路与输出电压的保护电路基本相似。不同的仅是输出电流信号 经过电流互感器后，在由检测电阻和分压，在经过电压跟随器，接到C/S+端。电流互感器， 电流互感器是一种变换电流的互感器，其二次侧的电流一般为5A，它的主要作用有二个 ： 其一是用来使仪表、继电器等与主电路绝缘；其二是用来扩大仪表、继电器的二次设备的应 用范围。通过采用不同的变流比的电流互感器，利于测量二次的电流。电流互感器的一次 绕组匝数很少，且一次绕组导体相当粗，二次绕组匝数多，导体较细。工作时，一次绕组串联 在一次电路中，而二次绕组则与元件等串联，形成闭合回路。电流互感器的一次电流和二次 电流的关系如下：
[0061] 卜
[0062] 在保护电路中，用到了电压跟随器和电压比较器。在开关电源中，电压跟随器有较 大的电流放大能力，且输入电阻较高，输出电阻低，有很好的隔离、缓冲作用。常用的电压跟 随器是LM342。电压比较器常用的是LM339，它有宽电压范围，单电源为2-36V ;偏置电流小， 失调电压小，典型值是2mV，共模输入电压范围等于电源电压，输出饱和电压低，输出级采用 集电极开路形式，可方便灵活选用。LM339比较器多用做比较两种电压，当任选一个输入端 并加上一个固定参考电压时，输出端就会从一种状态翻转为另一种状态。LM339的输出级为 集电极开路状态，所以在使用时必须在正电源端和输出端之间跨接3-20k o的上拉电阻，以 保证输出端有可靠的电平输出。
[0063] 过热保护电路
[0064] 功率器件发热是不可避免的，所以功率器件必须固定在散热片上进行冷却，必要 时采用风扇冷却。功率器件过热时，性能会降低，使用寿命减少，严重时器件会损坏，因此有 必要对功率器件的散热情况加以监视。
[0065] 本电路中，采用两个温控开关，分两级对功率器件进行热保护。使用时温控开关和 功率器件一起安装在散热片上。其中一个温控开关选用40°C常开开关，串联在风扇供电线 路中。当散热片温度高于40°C，温控开关闭合，启动风扇散热；另一个温控开关为80°C常闭 开关。当散热片温度高于80°C，温控开关打开，UC3875的C/S+端电压大于2. 5V，UC3875封 锁输出，起到对电路的保护作用。当温度下降到40°C以下时，温控开关重新闭合，开关电源 软启动，继续工作。
[0066] 箱体内集成24 口交换机信号电涌保护模块和电源电涌保护模块，电源电涌保护 模块有直流电源电涌保护模块和三相电源电涌保护模块。
[0067] 箱体一侧设置24个信号输入线路箱体插孔、24个信号输出线路箱体插孔。所述信 号电涌保护模块通过信号输入线路与信号输入线路箱体插孔连接，信号电涌保护模块通过 信号输出线路与信号输出线路箱体插孔连接。
[0068] 信号电涌保护模块采用气体放电管配备快恢复二级管以及瞬态二级管构成。
[0069] 箱体面板上有电源工作的指示灯。
[0070] 箱体采用标准2U的箱体结构，采用多结构安装方式。在箱体的底座上配置了四个 防滑胶座，箱体面板的两侧配有用于机架上安装的固定件。
【权利要求】
1. 一种电涌保护箱，包括箱体（1)，其特征在于： 箱体（1)内设置有信号防雷电路，信号防雷电路通过设置在箱体（1)上的信号输入插 孔（3)和信号输出插孔（5)引出； 箱体（1)内还设置有220V电源的电涌保护模块，电涌保护模块通过设置在箱体（1)上 的电源输入接口（7)和电源输出接口引出； 箱体（1)内还设置有48V直流电源模块，48V直流电源模块通过设置在箱体（1)上的 48V电源输出接口引出； 48V直流电源模块通过电涌保护模块接电网。
2. 根据权利要求1所述的一种电涌保护箱，其特征在于：信号防雷电路包括防雷单元 和限幅单元， 防雷单元包括气体放电管和压敏电阻，气体放电管通过压敏电阻接信号线， 限幅单元包括快速恢复二极管D1-D4组成的快速恢复二极管桥，快速恢复二极管D1的 阴极接快速恢复二极管D2的阳极，快速恢复二极管D2的阴极接快速恢复二极管D4的阴 极，快速恢复二极管D4的阳极接快速恢复二极管D3的阴极，快速恢复二极管D3的阳极接 快速恢复二极管D1的阳极，快速恢复二极管D1与快速恢复二极管D3的阳极接TVS管的阳 极，快速恢复二极管D2的阴极与快速恢复二极管D4的阴极接TVS管的阴极。
3. 根据权利要求1或2任一所述的一种电涌保护箱，其特征在于：所述信号防雷电路 还包括设置在信号线输入端与输出端之间的金属氧化膜电阻。
4. 根据权利要求1所述的一种电涌保护箱，其特征在于：电涌保护模块包括防雷电路 和滤波降噪电路， 防雷电路：包括压敏电阻M0V1-M0V3、熔断器F1-F3、气体放电管，熔断器F1、压敏电阻 M0V1、压敏电阻M0V2、熔断器F3依次串联，压敏电阻M0V1与压敏电阻M0V2的连接端通过气 体放电管接地，压敏电阻M0V3接在火线与零线之间，熔断器F3接在压敏电阻M0V3与火线 之间； 滤波降噪电路：包括电容C1、扼流圈LI 1、电容C2、电容C3，电容C1、扼流圈LI 1、电容C2 和电容C3组成π型滤波网络。
5. 根据权利要求1所述的一种电涌保护箱，其特征在于：所述8V直流电源模块包括 顺序连接的整流单元、功率变换单元、输出滤波单元，还包括对功率变换进行控制的控制电 路，所述控制电路与功率变换单元通过隔离单元连接。
【文档编号】H02H9/04GK203895973SQ201420336804
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】窦勇 申请人:窦勇