电源输入端的隔离电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种电源输入端的隔离电路，该隔离电路包括：网络整流电路、受电保护电路和以太网供电POE功率变换电路；所述网络整流电路的输出端与所述受电保护电路的第一输入端连接；所述受电保护电路的第二输入端与外部直流电源接口连接；所述受电保护电路的输出端与所述POE功率变换电路的输入端连接；所述POE功率变换电路的输出端用于向受电设备供电。通过将网络整流电路输出的电压进行受电保护，保证低压下功率输出能够满足受电设备的要求，再通过POE功率变换电路向受电设备提供处理后的稳定的供电。
【专利说明】
电源输入端的隔离电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电路设计技术，尤其涉及一种电源输入端的隔离电路。
【背景技术】
[0002]在电路设计领域，对于任何需要供电的电路系统都需要设计隔离保护电路，用来实现电源输入范围、功率的控制以及电源反接保护等功能，特别是在电子行业的前端输入电路中，隔离保护电路尤为重要。
[0003]现有技术中，针对前端输入电路进行设计的隔离电路主要采用单芯片完成，具体包括:网络整流电路、脉宽调制控制器、以太网供电(英文:Power Over Ethernet,简称:POE)功率变压器以及反馈电路组成，网络整流电路中包括标准的网络接口、网络变压器、以太网物理层以及二极管整流桥，在进行供电时，脉宽调制控制器检测到整个隔离电路的输出端连接了受电设备之后，供电设备开始从低电压向受电设备进行供电，经过整流、调制和效率转换将电压转化为48V，向受电设备提供48V的直流电源。
[0004]但是，上述隔离电路在电源电压较低的情况下，输出功率以及电源转换效率都非常小，不能保证后级负载的正常工作。
实用新型内容
[0005]本实用新型提供一种电源输入端的隔离电路，用以克服现有技术中的隔离电路在电源电压较低的情况下，输出功率以及电源转换效率都非常小，不能保证后级负载的正常工作的问题。
[0006]本实用新型提供一种电源输入端的隔离电路，包括:
[0007]网络整流电路、受电保护电路和以太网供电POE功率变换电路；
[0008]所述网络整流电路的输出端与所述受电保护电路的第一输入端连接；所述受电保护电路的第二输入端与外部直流电源接口连接；所述受电保护电路的输出端与所述POE功率变换电路的输入端连接；
[0009]所述POE功率变换电路的输出端用于向受电设备供电。
[0010]进一步的，还包括:防反保护电路；所述防反保护电路的输入端与外部直流电源接口连接，所述防反保护电路的输出端与所述受电保护电路的第二输入端连接。
[0011]进一步的，还包括:使能开关控制电路；所述使能开关控制电路的输入端与外部直流电源接口连接；所述使能开关控制电路的输出端与所述受电保护电路的第三输入端连接。
[0012]进一步的，所述受电保护电路具体包括受电设备控制器、降压开关控制器和钳位保护电路；
[0013]所述受电设备控制器的输入端与所述网络整流电路的输出端连接；所述受电设备控制器的输出端和所述使能开关控制电路的输出端分别与所述降压开关控制器的输入端连接；所述钳位保护电路的输入端与所述防反保护电路的输出端连接；所述降压开关控制器的输出端和所述钳位保护电路的输出端均与所述POE功率变换电路的输入端连接。
[0014]进一步的，所述POE功率变换电路具体包括隔离电源模组控制器、POE功率变压器和反馈电路；
[0015]所述降压开关控制器的输出端和所述钳位保护电路的输出端均与所述隔离电源模组控制器的输入端连接；所述隔离电源模组控制器的输出端与所述POE功率变压器的输入端连接；所述POE功率变压器的输出端用于向受电设备供电；
[0016]所述反馈电路的输入端与所述POE功率变压器的输出端连接，所述反馈电路的输出端与所述隔离电源模组控制器的反馈输入端连接。
[0017]本实用新型提供的电源输入端的隔离电路，通过在网络整流电路后增加受电保护电路，以及POE功率变换电路，实现对受电设备的实时监控，根据输入的电压强度，将电压保持在一定的范围内，以克服现有技术中的隔离电路在电源电压较低的情况下，不能保证后级负载工作的问题，增加受电保护电路，具有隔离功能的POE功率变换电路，保证在输入电压时，输出的电压和功率能够满足后级负载的需求，提高输出功率的转换效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本实用新型电源输入端的隔离电路的实施例一的原理示意图；
[0020]图2为本实用新型电源输入端的隔离电路的实施例二的原理示意图；
[0021]图3为本实用新型电源输入端的隔离电路的实施例三的原理示意图；
[0022]图4为本实用新型电源输入端的隔离电路的实施例四的原理示意图。
【具体实施方式】
[0023]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]图1为本实用新型电源输入端的隔离电路的实施例一的原理示意图，如图1所述，该电源输入端的隔离电路，包括:网络整流电路11、受电保护电路12和以太网供电POE功率变换电路13。其中，所述网络整流电路11的输出端112与所述受电保护电路12的第一输入端121连接；所述受电保护电路12的第二输入端122与外部直流电源接口连接；所述受电保护电路12的输出端122与所述POE功率变换电路13的输入端131连接；所述POE功率变换电路13的输出端132用于向受电设备供电。
[0025]在本实施例中，该网络整流电路11与现有类似，包括从NET SOCKET网络接口接出的网络变压器和二极管整流桥，以及在网络变压器之后连接的以太网物理层网络变压器的输出也与二极管整流桥连接，共同组成网络整流电路，用于将网络接口中的交流电进行整流输出直流电能。
[0026]该受电保护电路在没有外部输入时，可以实时检测整个隔离电路后方是否连接受电设备，若检测到连接了受电设备后，与POE功率变换电路13对受电设备进行分类，评估该受电设备所需的功率损耗，POE功率变换电路进行对应的功率转换，为受电设备提供稳定的电压。
[0027]本实施例提供的电源输入端的隔离电路，通过在网络整流电路后增加受电保护电路，以及POE功率变换电路，实现对受电设备的实时监控，根据输入的电压强度，将电压保持在一定的范围内，以克服现有技术中的隔离电路在电源电压较低的情况下，不能保证后级负载工作的问题，增加受电保护电路，具有隔离功能的POE功率变换电路，保证在输入电压时，输出的电压和功率能够满足后级负载的需求，提高输出功率的转换效率。
[0028]图2为本实用新型电源输入端的隔离电路的实施例二的原理示意图，如图2所示，在上述图1所示的实施例的基础上，该电源输入端的隔离电路还包括:防反保护电路14 ;所述防反保护电路14的输入端141与外部直流电源接口连接，所述防反保护电路14的输出端142与所述受电保护电路12的第二输入端123连接。
[0029]在本实施例中，在受电保护电路12的第二输入端123前，还连接了防反保护电路14，外部的直流电源通过该防反保护电路14与受电保护电路12连接，该防反保护电路14一般采用金属氧化物半导体(英文:Metal Oxid Semiconductor,简称:M0S)结构的防反电路，连接在直流电源和受电保护电路12之前，利用MOS结构的开关特性，控制电路的导通或断开，由于MOS结构的内阻很小，现在选择的芯片已经能够做到毫欧级，方式电源反接对负载的冲击损坏。
[0030]具体的，可以选择常用的MOS管使用，通过S管脚和D管脚串接于直流电源接口和负载设备(受电设备)之间，电阻Rg为MOS管提供电压偏置。
[0031]本实施例提供的电源输入端的隔离电路，通过在网络整流电路后增加受电保护电路，以及POE功率变换电路，实现对受电设备的实时监控，根据输入的电压强度，将电压保持在一定的范围内，以克服现有技术中的隔离电路在电源电压较低的情况下，不能保证后级负载工作的问题，增加受电保护电路，具有隔离功能的POE功率变换电路，保证在输入电压时，输出的电压和功率能够满足后级负载的需求，提高输出功率的转换效率，并在直流电源接口和受电保护电路之间增加防反保护电路，解决了电源反接时瞬间的高压和大功率对受电设备的冲击问题，有效提高该隔离电路的安全性。
[0032]图3为本实用新型电源输入端的隔离电路的实施例三的原理示意图，如图3所示，在上述图1、图2所示的实施例的基础上，该电源输入端的隔离电路还包括:使能开关控制电路15 ;所述使能开关控制电路15的输入端151与外部直流电源接口连接；所述使能开关控制电路15的输出端152与所述受电保护电路12的第三输入端连接124。
[0033]在本实施例中，该使能开关控制电路15用于在直流电源和网络整流电路11同时输入电压时，能够通过硬件进行切换来控制使能。
[0034]本实施例提供的电源输入端的隔离电路，通过在网络整流电路后增加受电保护电路，以及POE功率变换电路，实现对受电设备的实时监控，根据输入的电压强度，将电压保持在一定的范围内，以克服现有技术中的隔离电路在电源电压较低的情况下，不能保证后级负载工作的问题，增加受电保护电路，具有隔离功能的POE功率变换电路，保证在输入电压时，输出的电压和功率能够满足后级负载的需求，提高输出功率的转换效率，并在直流电源接口和受电保护电路之间增加防反保护电路，解决了电源反接时瞬间的高压和大功率对受电设备的冲击问题，并增加使能切换开关电路，通过硬件切换供电类型，有效提高该隔离电路的安全性。
[0035]图4为本实用新型电源输入端的隔离电路的实施例四的原理示意图，如图4所示，在上述所有实施例的基础上，具体的，所述受电保护电路12具体包括受电设备控制器21、降压开关控制器22和钳位保护电路23 ;所述受电设备控制器21的输入端211与所述网络整流电路11的输出端112连接；所述受电设备控制器21的输出端212和所述使能开关控制电路15的输出端152分别与所述降压开关控制器22的输入端221连接；所述钳位保护电路23的输入端231与所述防反保护电路14的输出端142连接；所述降压开关控制器22的输出端222和所述钳位保护电路23的输出端232均与所述POE功率变换电路的输入端连接。
[0036]所述POE功率变换电路13具体包括隔离电源模组控制器31、Ρ0Ε功率变压器32和反馈电路33 ;所述降压开关控制器22的输出端222和所述钳位保护电路23的输出端232均与所述隔离电源模组控制器31的输入端311连接；所述隔离电源模组控制器31的输出端312与所述POE功率变压器32的输入端321连接；所述POE功率变压器32的输出端322用于向受电设备供电；所述反馈电路33的输入端331与所述POE功率变压器32的输出端322连接，所述反馈电路33的输出端332与所述隔离电源模组控制器31的反馈输入端313连接。
[0037]在本实施例中，钳位保护电路23选择钳位电源芯片来实现，钳位保护电路23的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上，利用钳位电源芯片的导通压降相对稳定，且数值较小的特点，来限制电路中需求点的电位。选用转换效率更高的隔离电源集成电路，保证低压下功率输出满足要求。转换效率就是电源的输出功率与输入功率的比值:即电源转换效率=电源为主机提供的即时输出功率/输入电源的即时功率X 100%，本实施例改进后的隔离电路选择高效隔离电源模组控制器，其转换效率达到90%以上，从而满足了整机的功率转换要求。
[0038]在上述各个实施例的基础上，下面特举一例说明该电源输入端的隔离电路的工作过程。
[0039]具体的，假设在某网络中布置以太网供电，供电端设备的网络接口上连接本实施例中的，以太网供电工作过程如下:
[0040]首先，供电设备在网络接口输出很小的电压，直到其检测到电源输入端的隔离电路的输出端的连接了为一个支持IEEE 802.3af标准的受电设备，供电设备根据检测的结果对受电设备进行分类，评估受电设备所需要的功率损耗。
[0041]其次，在一个可配置时间(一般小于15μ s)的启动期内，供电设备开始从低电压向受电设备供电，通过本实施例提供的隔离电路将输出的交流电进行整理，并进行功率转换，直至向受电设备提供48V的直流电源，一般情况下满足的受电设备的功率小于15.4W。
[0042]若受电设备从网络上断开时，即不需要供电后断开，该供电设备就会快速地(一般在300?400ms之内)停止为受电设备供电，并重复检测过程以检测该隔离电路的输出端是否连接需要供电的受电设备，若检测到了则重复上述步骤。
[0043]特别的，若在该电源输入端的隔离电路上接入外部的直流电源时，硬件使能会直接关闭通过以太网供电的网络电源通路，使外部接入的直流电源成为主电，保证了设备的正常运行。即不管有无POE电源输入，在有直流电源输入的情况下，都会通过硬件使能切换或者是软件切换，无条件选择直流通路。
[0044]本实施例提供的电源输入端的隔离电路，既能满足了低压电源范围的扩大，又能增加功率的输出，减少了电路中的损耗，从而提闻了转换效率，并且有效提闻了电路的安全性。
[0045]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种电源输入端的隔离电路，其特征在于，包括: 网络整流电路、受电保护电路和以太网供电POE功率变换电路； 所述网络整流电路的输出端与所述受电保护电路的第一输入端连接；所述受电保护电路的第二输入端与外部直流电源接口连接；所述受电保护电路的输出端与所述POE功率变换电路的输入端连接； 所述POE功率变换电路的输出端用于向受电设备供电。
2.根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，还包括:防反保护电路；所述防反保护电路的输入端与外部直流电源接口连接，所述防反保护电路的输出端与所述受电保护电路的第二输入端连接。
3.根据权利要求2所述的隔离电路，其特征在于，还包括:使能开关控制电路；所述使能开关控制电路的输入端与外部直流电源接口连接；所述使能开关控制电路的输出端与所述受电保护电路的第三输入端连接。
4.根据权利要求3所述的隔离电路，其特征在于，所述受电保护电路具体包括受电设备控制器、降压开关控制器和钳位保护电路； 所述受电设备控制器的输入端与所述网络整流电路的输出端连接；所述受电设备控制器的输出端和所述使能开关控制电路的输出端分别与所述降压开关控制器的输入端连接；所述钳位保护电路的输入端与所述防反保护电路的输出端连接；所述降压开关控制器的输出端和所述钳位保护电路的输出端均与所述POE功率变换电路的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的隔离电路，其特征在于，所述POE功率变换电路具体包括隔离电源模组控制器、POE功率变压器和反馈电路； 所述降压开关控制器的输出端和所述钳位保护电路的输出端均与所述隔离电源模组控制器的输入端连接；所述隔离电源模组控制器的输出端与所述POE功率变压器的输入端连接；所述POE功率变压器的输出端用于向受电设备供电； 所述反馈电路的输入端与所述POE功率变压器的输出端连接，所述反馈电路的输出端与所述隔离电源模组控制器的反馈输入端连接。
【文档编号】H02M3/22GK204168139SQ201420505608
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】郑壮志 申请人:西安合众思壮导航技术有限公司