一种高耐压低残压浪涌防护电路的制作方法

1.本实用新型涉及浪涌防护电路技术领域，具体地说，涉及一种高耐压低残压浪涌防护电路。


背景技术：

2.ac220v电源经常与ac/dc开关电源等设备相连，ac/dc开关电源在工业控制电源、网络通信电源、led驱动电源等供电场合应用广泛，ac/dc开关电源具有体积小，重量轻，效率高，输出电压宽，环保等诸多优点，因ac/dc电源直接市电供电网相连，或直接暴露在室外，容易引入雷电瞬变过压引起的浪涌骚扰，在ac/dc电源电路交流输入端，经常会增加1颗压敏电阻来抑制来自ac220v电源输入端瞬态浪涌过电压侵入骚扰。
3.但公共供电网一直暂态过电压(含工频电压和谐振过电压)，为了提高电源的暂态过电压，不得不提高与ac/dc电源电路交流输入并联的器件的耐压值，提高压敏电阻交流耐压值，必然会提高压敏电阻的压敏电压值，然而提高压敏电压值则会提高压敏电阻的残压值，如此可能会损怀后级ac/dc开关电源电路。
4.因压敏电阻抑制瞬态过电压和耐受暂态过电压矛盾一直长期存在，导致ac/dc开关电源瞬态过电压能力得不到有效提高，不仅困扰广大开关电源研发工程师，且电源实际使用中经常出现因瞬态过电压导致ad/dc电源损坏(通常表现为开关器件mos管较多)，因为电源的损坏引发各类电子设备供电故障，虽然提高mos管的耐压是一种解决该问题的方法，但高耐压的mos管造价昂贵，导致ad/dc开关电源成本居高不下。
5.因此提出一种性价比高，经济上可行且可靠实用的高耐压低残压的浪涌防护电路。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种高耐压低残压浪涌防护电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供一种高耐压低残压浪涌防护电路，包括防护模块和后级模块，所述后级模块包括整流单元和转换单元，所述防护模块接所述整流单元，所述整流单元接所述转换单元，其中，所述防护模块用于连接市电对瞬态过浪涌电压进行钳位，所述整流单元用于对输入的电流进行滤波整流，所述转换单元用于对输入的电流进行电压转换。
8.作为本技术方案的进一步改进，所述防护模块包括压敏电阻vr1、vr2、vr3和电阻r1、r2，其中，
9.所述压敏电阻vr1一端接所述电阻r1并接市电输入l线，所述压敏电阻vr1另一端接所述电阻r2并接所述压敏电阻vr2，所述压敏电阻vr2接所述压敏电阻vr3并接所述电阻r1另一端，所述压敏电阻vr3接所述电阻r2另一端并接市电输入n线。
10.作为本技术方案的进一步改进，所述压敏电阻vr1、vr2均为压敏电压，范围为
580v-650v的14d751k型压敏电阻。
11.作为本技术方案的进一步改进，所述电阻r1、r2均为功率1w的绕线电阻。
12.作为本技术方案的进一步改进，所述整流单元包括第一共模电感cmc1和整流桥b1，其中，
13.所述第一共模电感cmc1接电容c1两端并接所述电阻r1另一端和所述电阻r2，所述第一共模电感cmc1另一端接压敏电阻vr4两端、电容c2两端并接所述整流桥b1；
14.所述整流桥b1接第二共模电感l1，所述整流桥b1另一端接地。
15.作为本技术方案的进一步改进，所述转换单元包括变压器t1，其中，
16.所述变压器t1主绕组一端接电容c3、c4、电阻r3、瞬态二极管tvs1并接所述第二共模电感l1另一端，所述变压器t1主绕组另一端接开关器件st并接二极管d1，所述二极管d1接所述电容c4另一端、所述电阻r3另一端和所述瞬态二极管tvs1另一端，所述电容c3接地，所述开关器件st的d极接电阻r5，所述电阻r5接地；
17.所述变压器t1的副绕组一端接二极管d2，所述二极管d2接电容c5并接第三共模电感l2，所述第三共模电感l2接电容c6、瞬态二极管tvs2并接vd端，所述变压器t1的副绕组另一端接所述电容c5另一端、所述电容c6另一端、所述瞬态二极管tvs1另一端并接dc gnd端。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
19.该高耐压低残压浪涌防护电路中，通过在市电输入端并联压敏电阻，并在l线串联耐浪涌电阻，再并联同样的压敏电阻，同时在n线输入串联耐浪涌电阻，最后在经过耐浪涌电阻的l线和n线输入端再并联一颗压敏电阻，能够有效提高暂态过电压耐受能力，又能降低瞬态浪涌过压冲击后的残压水平。
附图说明
20.图1为本实用新型的整体结构示意图；
21.图2为本实用新型的防护模块电路图；
22.图3为本实用新型的整流单元电路图；
23.图4为本实用新型的转换单元电路图。
具体实施方式
24.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，都属于本实用新型保护的范围。
25.实施例1
26.请参阅图1-图4所示，本实施例提供一种高耐压低残压浪涌防护电路，包括防护模块和后级模块，后级模块包括整流单元和转换单元，防护模块接整流单元，整流单元接转换单元，其中，防护模块用于连接市电对瞬态过浪涌电压进行钳位，以保护后级模块不被过流损坏，整流单元用于对输入的电流进行滤波整流，转换单元用于对输入的电流进行电压转换。
27.原理：市电输入端产生的差模瞬态浪涌过电压经防护模块，其浪涌电流回流至市
电输入端，且浪涌电压经过时，防护模块的电阻元件会对瞬态过浪涌电压进行钳位，降低浪涌冲击电流，实现较低电压保护水平以保护后级模块不被过流损坏。
28.为了实现对后级模块的浪涌防护，防护模块包括压敏电阻vr1、vr2、vr3和电阻r1、r2，其中，
29.压敏电阻vr1一端接电阻r1并接市电输入l线，压敏电阻vr1另一端接电阻r2并接压敏电阻vr2，压敏电阻vr2接压敏电阻vr3并接电阻r1另一端，压敏电阻vr3接电阻r2另一端并接市电输入n线。
30.本电路中，电阻r1、r2因其电阻特性阻碍了因瞬态浪涌过电压形成的浪涌电流，所以整体浪涌冲击电流会变小，因为冲击电流穿过压敏电阻，冲击电流变小也会减轻对压敏电阻冲击，从而能够压敏电阻承受更多次数的浪涌冲击而不至于过流损坏。
31.压敏电阻vr1、vr2均为压敏电压，范围为580v-650v的14d751k型压敏电阻。
32.传统选择方法为解决压敏电阻ac工频440v，压敏电压必须选择750v(751k)的14d751k压敏电阻，经过瞬态浪涌过电压冲击的残压即电压保护水平等级值很高，为了进一步降低电压保护水平等级值，压敏电阻的压敏电压高低同时决定了ac工频耐受高低，通过测试发现当压敏电阻压敏电压大于580v时可以实现耐受ac工频440v下不烧不裂不发热不短路，同时为了尽可能低的降低压敏电阻瞬态因浪涌过电压冲击电压保护水平等级值，将压敏电阻压敏电压上限限制为650v，故压敏电阻vr1、vr2选型为压敏电压范围为580v-650v的14d751k型压敏电阻。
33.电阻r1、r2均为功率1w的绕线电阻。
34.考虑到电阻r1、r2会承受瞬态浪涌过电压产生的浪涌大电流冲击，因此将电阻r1、r2设置为功率1w的绕线电阻。
35.整流单元包括第一共模电感cmc1和整流桥b1，其中，
36.第一共模电感cmc1接电容c1两端并接电阻r1另一端和电阻r2，第一共模电感cmc1另一端接压敏电阻vr4两端、电容c2两端并接整流桥b1；
37.整流桥b1接第二共模电感l1，整流桥b1另一端接地。
38.本电路中，通过设置第一共模电感cmc1、l1能够对电路中共模电流起到抑制作用，而整流桥b1通过其二极体的单向导通特性将电平在零点上下浮动的交流电转换为单向的直流电。
39.转换单元包括变压器t1，其中，
40.变压器t1主绕组一端接电容c3、c4、电阻r3、瞬态二极管tvs1并接电感l1另一端，变压器t1主绕组另一端接开关器件st并接二极管d1，二极管d1接电容c4另一端、电阻r3另一端和瞬态二极管tvs1另一端，电容c3接地，开关器件st的d极接电阻r5，电阻r5接地；
41.变压器t1的副绕组一端接二极管d2，二极管d2接电容c5并接第三共模电感l2，第三共模电感l2接电容c6、瞬态二极管tvs2并接vd端，变压器t1的副绕组另一端接电容c5另一端、电容c6另一端、瞬态二极管tvs1另一端并接dc gnd端。
42.本电路中，通过变压器t1实现电流电压的转换，并且通过设置瞬态二极管tvs1、tvs2吸收浪涌过滤，当瞬态二极管两极受到反向瞬态高能量冲击时，其能将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。
43.市电输入l线与市电输入n线之间的差模瞬态浪涌输入过电压为4kv/2ka，参考国家标准gb/t 17626.5标准中1.2/50us-8/20us组合波，当电路承受4kv/2ka组合波浪涌冲击后，浪涌防护电路抑的残留电压，即电压保护水平等级值小于850v。市电输入l线与市电输入l线线之间暂态过电压为ac工频440v，当市电输入l线与市电输入l线之间出现ac工频440v暂态过电压后，电路不出现器件烧裂、器件发热、电路短路等失效情况。
44.本实施例的一种高耐压低残压浪涌防护电路，在具体使用时，外界输入整体的瞬态电压从ac220v峰值开始在市电输入l线迅速上升，当电压上升时，压敏电阻vr1率先动作击穿，浪涌电流通过压敏电阻vr2回流至市电输入n线，同时迅速上升的瞬态浪涌电压传导经过电阻r1到达压敏电阻vr3，通过击穿压敏电阻vr3，浪涌电流也回流至市电输入n线，因浪涌电压传导经过电阻r1时，电阻r1形成调波电阻作用，浪涌过电压波形持续时间从50us被拉宽至几百us，压敏电阻是一种对电压敏感型的器件，外部过瞬态电压持续时间越长压敏电阻的钳位效果越好，因此压敏电阻vr2进一步更好的对瞬态过浪涌电压进行钳位，从而实现更低电压保护水平等级，有效提高暂态过电压耐受能力，又能降低瞬态浪涌过压冲击后的残压水平。
45.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种高耐压低残压浪涌防护电路，其特征在于：包括防护模块和后级模块，所述后级模块包括整流单元和转换单元，所述防护模块接所述整流单元，所述整流单元接所述转换单元，其中，所述防护模块用于连接市电对瞬态过浪涌电压进行钳位，所述整流单元用于对输入的电流进行滤波整流，所述转换单元用于对输入的电流进行电压转换。2.根据权利要求1所述的高耐压低残压浪涌防护电路，其特征在于：所述防护模块包括压敏电阻vr1、vr2、vr3和电阻r1、r2，其中，所述压敏电阻vr1一端接所述电阻r1并接市电输入l线，所述压敏电阻vr1另一端接所述电阻r2并接所述压敏电阻vr2，所述压敏电阻vr2接所述压敏电阻vr3并接所述电阻r1另一端，所述压敏电阻vr3接所述电阻r2另一端并接市电输入n线。3.根据权利要求2所述的高耐压低残压浪涌防护电路，其特征在于：所述压敏电阻vr1、vr2均为压敏电压，范围为580v-650v的14d751k型压敏电阻。4.根据权利要求2所述的高耐压低残压浪涌防护电路，其特征在于：所述电阻r1、r2均为功率1w的绕线电阻。5.根据权利要求2所述的高耐压低残压浪涌防护电路，其特征在于：所述整流单元包括第一共模电感cmc1和整流桥b1，其中，所述第一共模电感cmc1接电容c1两端并接所述电阻r1另一端和所述电阻r2，所述第一共模电感cmc1另一端接压敏电阻vr4两端、电容c2两端并接所述整流桥b1；所述整流桥b1接第二共模电感l1，所述整流桥b1另一端接地。6.根据权利要求5所述的高耐压低残压浪涌防护电路，其特征在于：所述转换单元包括变压器t1，其中，所述变压器t1主绕组一端接电容c3、c4、电阻r3、瞬态二极管tvs1并接所述第二共模电感l1另一端，所述变压器t1主绕组另一端接开关器件st并接二极管d1，所述二极管d1接所述电容c4另一端、所述电阻r3另一端和所述瞬态二极管tvs1另一端，所述电容c3接地，所述开关器件st的d极接电阻r5，所述电阻r5接地；所述变压器t1的副绕组一端接二极管d2，所述二极管d2接电容c5并接第三共模电感l2，所述第三共模电感l2接电容c6、瞬态二极管tvs2并接vd端，所述变压器t1的副绕组另一端接所述电容c5另一端、所述电容c6另一端、所述瞬态二极管tvs1另一端并接dc gnd端。

技术总结
本实用新型涉及浪涌防护电路技术领域，具体地说，涉及一种高耐压低残压浪涌防护电路，包括防护模块和后级模块，所述后级模块包括整流单元和转换单元，所述防护模块接所述整流单元，所述整流单元接所述转换单元，其中，所述防护模块用于连接市电对瞬态过浪涌电压进行钳位，所述整流单元用于对输入的电流进行滤波整流，所述转换单元用于对输入的电流进行电压转换。本实用新型通过在市电输入端并联压敏电阻，并在L线串联耐浪涌电阻，再并联同样的压敏电阻，同时在N线输入串联耐浪涌电阻，最后在经过耐浪涌电阻的L线和N线输入端再并联一颗压敏电阻，能够有效提高暂态过电压耐受能力，又能降低瞬态浪涌过压冲击后的残压水平。能降低瞬态浪涌过压冲击后的残压水平。能降低瞬态浪涌过压冲击后的残压水平。


技术研发人员：王恒 周学诚 段宗辉
受保护的技术使用者：武汉全稳科技有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/9/1