电源模块的前端电路的制作方法

电源模块的前端电路
【技术领域】
1.本实用新型属于航空电子工程领域，特别是指航空电子设备中电源模块的前端电路。


背景技术：

2.近几年来，对于航空电子设备中电源模块的可靠性要求越来越高，不仅要求电源模块在国军标规定的不同工况下都能正常运行，同时也希望电源模块内部发生故障情况下也具有一定的自检测自保护自恢复的能力。
3.目前我们电源模块前端电路已具有上电浪涌电流抑制功能，并且增加多个共模、差模电容进行滤波，但如果电源模块前端电路主回路出现短路或过载，则只能靠外部保护设备(如保险丝)来进行保护。如果电源模块自身没有保护，可能会对自身设备中的器件造成损伤，而且会影响母线电压的稳定性，因此实有必要针对电源模块前端电路设计一种可自恢复的短路保护电路可大大提高电源模块的可靠性，减小对供电网络的影响。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种电源模块的前端电路，用以解决用现有电源模块自身没有保护，可能会对自身设备中的器件造成损伤，而且会影响母线电压的稳定性的问题。
5.为实现上述目的，实施本实用新型的电源模块的前端电路包括用以实现上电浪涌抑制功能的主电路，并且该电源模块的前端电路还包括一限流电路及短路保护电路，其中限流电路包括第十五电阻和第四npn三极管，短路保护电路包括比例放大电路与控制电路，其中比例放大电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第二运算放大器第二通道，而控制电路包括第十一电阻、第十二电阻、第二运算放大器第一通道、第十三电阻、第十四电阻、第七二极管、第六电容、第七电容、第八稳压管、第五n型场效应管以及第九二极管，其中第十五电阻的一端与第四npn三极管的发射极、输入电压负端连接，第十五电阻的另一端与第四npn三极管的基极、第七电阻的一端相连接，第七电阻的另一端与第八电阻的一端、第二运算放大器第二通道的同相输入端连接，第八电阻的另一端与输入电压负端相连接，第二运算放大器第二通道的反相输入端与第九电阻的一端、第十电阻的一端相连接，第十电阻的另一端与输入电压负端连接，第九电阻的另一端与第二运算放大器第二通道的输出端、第十二电阻的一端相连接，第十二电阻的另一端与第二运算放大器第一通道的同相输入端连接，第十一电阻的一端接参考电压，另一端与第二运算放大器第一通道的反相输入端连接，第二运算放大器第一通道的电源端外接电源，第二运算放大器第一通道的地端与输入电压负端连接，第二运算放大器第一通道的输出端与第七二极管的阳极、第十四电阻的一端相连接，第七二极管的阴极与第十三电阻的一端相连接，第十三电阻的另一端与第十四电阻的另一端、第六电容的正极、第八稳压管的阴极相连接，第八稳压管的阳极与第七电容的正极、第五n型场效应管的栅极相连接，第六电容的负极、第七电容的负极、第五n
型场效应管的漏极与输入电压负端相连接，第五n型场效应管的源极与第九二极管的阴极相连接，第九二极管的阳极与第四npn三极管的集电极及主电路中的第一电容的正极相连接。
6.依据上述主要特征，所述比例放大电路还包括一第五电容，所述第五电容连接于第八电阻的两端。
7.依据上述主要特征，第十五电阻为精密毫欧级电阻。
8.依据上述主要特征，主回路上电流的限流值等于第四npn三极管的导通电压与第十五电阻的阻值之比。
9.依据上述主要特征，比例放大电路的第七电阻与第十电阻阻值相同，第八电阻与第九电阻阻值相同，比例放大电路放大倍数为第九电阻与第十电阻的电阻值之比。
10.依据上述主要特征，维持主回路输出电流为零的时间通过调整第十四电阻的阻值与第六电容的容值实现。
11.与现有技术相比较，实施本实用新型的电源模块的前端电路通过增加设置限流电路及短路保护电路，从而能够对运行中的电源模块前端主回路所出现的过流或短路故障进行抑制和保护，并且具有自恢复性，如此可以提高设备可靠性，减小对供电电网的影响。
【附图说明】
12.图1为现有电源模块的前端电路的主电路的电路示意图。
13.图2为实施本实用新型的电源模块的前端电路的电路示意图。
【具体实施方式】
14.请参阅图1所示，为现有电源模块的前端电路的主电路的电路示意图，其中所电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6，第一电容c1、第四电容c4、第一二极管d1、第四二极管d4、第二稳压管d2、第三稳压管d3、第三pnp型三极管v3、第二npn型三极管v2及第一p型场效应管v1，用以实现上电浪涌抑制功能，其中上电浪涌抑制功能此处不再赘述，并且图1所示的电路包含现有的前端电路的大部分主要器件，此在现有技术中多有描述，此处不再详细说明。
15.请参阅图2所示，为增加了限流电路与短路保护电路的电源模块的前端电路的电路示意图，其中限流电路包括第十五电阻r15和第四npn三极管v4，短路保护电路包括比例放大电路与控制电路，其中比例放大电路包括第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10和第二运算放大器第二通道n2_b，而控制电路包括第十一电阻r11、第十二电阻r12、第二运算放大器第一通道n2_a、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第七二极管d7、第六电容c6、第七电容c7、第八稳压管d8、第五n型场效应管v5以及第九二极管d9，并且比例放大电路还包括一第五电容c5。其中第十五电阻r15的一端与第四npn三极管v4的发射极、输入电压负端连接，第十五电阻r15的另一端与第四npn三极管v4的基极、第七电阻r7的一端相连接，第七电阻r7的另一端与第八电阻r8的一端、第五电容c5的一端、第二运算放大器第二通道n2_b的同相输入端p端连接，第八电阻r8的另一端与第五电容c5的另一端、输入电压负端相连接，第二运算放大器第二通道n2_b的反相输入端n端与第九电阻r9的一端、第十电阻r10的一端相连接，第十电阻r10的另一端与输入电压负端连接，第九电阻r9的另一端与第
二运算放大器第二通道n2_b的输出端、第十二电阻r12的一端相连接，第十二电阻r12的另一端与第二运算放大器第一通道n2_a的同相输入端连接，第十一电阻r11的一端接参考电压，另一端与第二运算放大器第一通道n2_a的反相输入端连接，第二运算放大器第一通道n2_a的电源端外接电源(15v)，第二运算放大器第一通道n2_a的地端与输入电压负端连接，第二运算放大器第一通道n2_a的输出端与第七二极管d7的阳极、第十四电阻r14的一端相连接，第七二极管d7的阴极与第十三电阻r13的一端相连接，第十三电阻r13的另一端与第十四电阻r14的另一端、第六电容c6的正极、第八稳压管d8的阴极相连接，第八稳压管d8的阳极与第七电容c7的正极、第五n型场效应管v5的栅极相连接，第六电容c6的负极、第七电容c7的负极、第五n型场效应管v5的漏极与输入电压负端相连接，第五n型场效应管v5的源极与第九二极管d9的阴极相连接，第九二极管d9的阳极与第四npn三极管v4的集电极、第一电容c1的正极相连接。
16.在工作时，通过第十五电阻r15和第四npn三极管v4配合可实现限流保护功能，其中第十五电阻r15为精密毫欧级电阻，主要用于采样电源模块输入端的电流，当主回路上电流超过设定的限流值i
limit
＝0.7/r
15
时，第四npn三极管v4导通，第一电容c1两端的电压通过第四npn三极管v4快速放电，通过降低第一电容c1的电压来控制主回路的第一p型场效应管v1的导通状态，以降低输出电流。对于电源模块来说，后端接dc
‑
dc转换电路为恒功率负载，此时限流电路将控制第一p型场效应管v1不断的开通关断(打嗝)，当第四npn三极管v4导通时，第一电容c1两端的电压通过第四npn三极管v4快速放电，前端电路输出电压降低至后端dc/dc模块的关断电压，主回路上的第一p型场效应管v1关断，回路电流降为零。当主回路电流降为零以后，第四npn三极管v4关断，前端电路再次重启，电流再次超过设定的限流值i
limit
＝0.7/r
15
时，三极管再次导通，重复上述动作，直到主回路上电流不再超过限流值，主回路才自动恢复正常工作。考虑到限流电路具有快速响应的特性，需要将限流值设置较高，以避免在正常的上下电浪涌电流触发限流电路动作。
17.同样通过第十五电阻r15采样主回路上电流，然后通过比例放大电路放大第十五电阻r15两端的电压，比例放大电路包括第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10和第二运算放大器第二通道n2_b，第七电阻r7＝第十电阻r10，第八电阻r8＝第九电阻r9，放大倍数为第九电阻r9与第十电阻r10的电阻值之比，放大后的电压与基准电压v
ref
进行比较，当该电压大于基准电压v
ref
时，控制电路的第二运算放大器第一通道n2_a输出高电平，对第六电容c6与第七电容c7进行充电，当第七电容c7电压到达第五n型场效应管v5的导通电压时，第一电容c1通过第五n型场效应管v5快速放电，导致前端电路中第二npn型三极管v2及第一p型场效应管v1关断，即输出电流降为零。主回路电流降为零后，第十五电阻r15电压降为零，第二运算放大器第一通道n2_a输出电压翻转为低电平，第六电容c6与第七电容c7通过第十四电阻r14进行放电。短路保护电路也是以打嗝的方式进行保护，为区分短路保护电路和限流电路，避免短路保护电路也频繁动作，可将短路保护电路设置了短路延时时间和冷却时间，短路延时时间是指出现短路后延时一定时间后再切断前端电路输出电流，冷却时间是指维持主回路电流为零的时间。为防止短路延时时间这一段短路电流太大，可通过第四npn三极管v4限制短路时的电流，短路时，输出电压约为0，等效为阻性负载，第四npn三极管v4的加入可使得前端电路输出电流稳定为限流值i
limit
，输出电压vo降低为0v。
18.i
limit
＝u
be
/r
15
19.其中u
be
为第四npn三极管v4的导通电压，r
15
为第十五电阻r15的阻值。
20.短路延时时间和冷却时间主要通过配置合适的电阻、电容值实现，具体延时过程如下：
21.另外，比例放大电路还包括第五电容c5，用以延时滤波功能，同时当第二运算放大器第一通道n2_a输出高电平后，第十三电阻r13、第六电容c6、第八稳压管d8、第七电容c7配置的rc充电电路可提供延时关断的作用，即当第七电容c7充到第五n型场效应管v5的导通电压时，第一电容c1才开始放电，主回路输出电流才被切断，主回路电流降为零，第十五电阻r15上的电压也降为零，第二运算放大器第一通道n2_a输出低电平。考虑到主回路pmos的安全工作区，短路延时时间应尽可能短，可设置延时10ms左右，则第十三电阻r13电阻阻值应较小。
22.切断主回路输出后，主回路电流降为零，第十五电阻r15上的电压也降为零，第二运算放大器第一通道n2_a输出低电平，此时第六电容c6开始通过第十四电阻r14进行放电，第六电容c6放电一定时间后，第七电容c7才开始放电，即当第七电容c7两端的电压高于第六电容c6两端的电压使得第八稳压管d8能够正向导通(第八稳压管d8正向导通电压约为0.7v，即v
c7
‑
v
c6
＝0.7v)时，第七电容c7才开始放电。第七电容c7电压低于第五n型场效应管v5的阈值电压前这段时间可使得第五n型场效应管v5保持导通，即维持主回路输出电流为零，这段时间为冷却时间，可通过配置较大阻值的第十四电阻r14和较大容值的第六电容c6以及第八稳压管d8来延长冷却时间。
23.与现有技术相比较，实施本实用新型的电源模块的前端电路通过增加设置限流电路及短路保护电路，从而能够对运行中的电源模块前端主回路所出现的过流或短路故障进行抑制和保护，能有效的检测到短路故障，并以打嗝的形式进行保护，当故障消失时，前端电路自动恢复正常运行，保证了电子设备工作可靠性和供电兼容性，减小对供电电网的影响，可以使产品满足航电设备高可靠性供电的相关要求。
24.可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。