一種浪湧保護電路及AC‑DC開關電源的製作方法
2023-06-11 20:55:42 1
本實用新型涉及開關電源技術領域，尤其涉及一種浪湧保護電路及 AC-DC開關電源。
背景技術：
開關電源由於在體積、重量和效率等多方面的優勢，已經越來越廣泛地應用在通信、航天航空、軍工兵器、發電變電等領域。在AC-DC開關電源電路的輸入端經整流後都接有一定容量的濾波電容。電源上電瞬間濾波電容上的電壓將由零伏起充，因此使得整流濾波端近似短路狀態，並且在交流電1-2 個波形時間內會產生巨大的峰值電流，這個由電容充電引起的峰值電流被稱為浪湧電流。浪湧電流會造成：電源輸入熔斷器「熔斷」、機械開關或斷路器觸點「粘連」失效、插入插座時引起「打火」、電源前端接入的整流橋「擊穿」易損壞、電網波形瞬間下跌等現象，這些現象會給電源廠商和用戶帶來很多麻煩，尤其是在需要高可靠性和安全性的場合，為避免這類現象發生，必須採取行之有效的限制浪湧電流的措施。另外，在當今AC-DC設計中，還需要考慮到實際產品應用中發生的突發現象，如遭遇雷擊，產品在啟停瞬間出現的瞬時大電流以及產品自身短路時對自身的保護等問題。
針對上述這些情況，在現有技術中通常會採用以下三種措施：(1)利用保險過流熔斷的特性應對自身短路；(2)利用壓敏電阻在電路承受過壓時進行電壓鉗位，吸收多餘的電流以保護敏感器件避免雷擊；(3)利用熱敏電阻自身過流而發熱進而使自身阻值變化來抑制瞬時電流。典型電路如圖1所示，其中， J1為交流市電輸入，F1為保險絲，R6為負溫度係數熱敏電阻，R7為壓敏電阻。
圖1所示的典型電路在進行浪湧測試時，2000V往往都可以通過。但是，當產品安全等級要求高時，比如4000V浪湧，保險絲及熱敏電阻經常會發生不可恢復性損壞。
技術實現要素：
本實用新型提供的一種浪湧保護電路及AC-DC開關電源，以提高產品的抗浪湧性能，降低成本。
為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：
一種浪湧保護電路，包括：壓敏電阻，所述壓敏電阻的一端與市電火線輸入端相連並連接保險絲的一端，所述壓敏電阻的另一端與市電零線輸入端相連並連接熱敏電阻的一端；所述保險絲的另一端與所述壓敏電阻的另一端作為所述浪湧保護電路的輸出端連接後級電路。
優選地，在所述壓敏電阻的一端與市電火線輸入端之間還設置有過流保護單元，用於在所述壓敏電阻短路失效的情況下，輸入電流大於設定值時，切斷交流電源。
優選地，所述過流保護單元為PCB板上所述壓敏電阻的一端與市電火線輸入端之間的全部或部分布線。
優選地，所述過流保護單元為自恢復性保險絲。
優選地，所述壓敏電阻為負溫度係數壓敏電阻。
優選地，所述保險絲為自恢復性保險絲。
一種AC-DC開關電源，包括所述的浪湧保護電路，所述浪湧保護電路設置在AC-DC開關電源交流市電輸入端，所述浪湧保護電路的輸出端連接所述 AC-DC開關電源的整流電路的輸入端。
本實用新型實施例提供的浪湧保護電路及AC-DC開關電源，將壓敏電阻設置在輸入電路的前端，利用壓敏電阻的非線性特性，當浪湧電壓出現在壓敏電阻的兩端時，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而吸收多餘的電流，實現對後級電路的保護。
進一步地，在壓敏電阻與電源輸入端之間設置有過流保護單元，在壓敏電阻短路失效的情況下，輸入電流大於設定值時，過流保護單元能夠切斷交流電源，有效地保證了後級電路的安全，避免了採用大功率器件增加產品成本的問題，並避免了器件封裝對產品集成化的影響。
附圖說明
圖1是現有技術中典型的AC-DC開關電源保護電路的示意圖；
圖2是本實用新型實施例浪湧保護電路的一種示意圖；
圖3是本實用新型實施例浪湧保護電路的另一種示意圖；
圖4是本實用新型浪湧保護電路應用於AC-DC開關電源的一種示意圖。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型實施例的方案，下面結合附圖和實施方式對本實用新型實施例作進一步的詳細說明。
針對現有技術存在的上述問題，本實用新型實施例提供一種浪湧保護電路，可以有效地提高產品對浪湧電壓的抵抗能力，進而提高產品的安全性。
如圖2所示，是本實用新型實施例浪湧保護電路的一種示意圖。
在該實施例中，所述浪湧保護電路包括：壓敏電阻R2、熱敏電阻R1及保險絲F1。其中，壓敏電阻R2的一端與市電火線輸入端L相連並連接保險絲 F1的一端，壓敏電阻R2的另一端與市電零線輸入端N相連並連接熱敏電阻 R1的一端；保險絲F1的另一端與壓敏電阻R2的另一端作為所述浪湧保護電路的輸出端連接後級電路。
熱敏電阻R1為負溫度係數熱敏電阻，在電路電源接通瞬間，電路中會產生比正常工作時高出許多倍的浪湧電流，而NTC熱敏電阻的初始阻值較大，可以抑制電路中過大的電流，從而保護其電源電路及負載。當電路進入正常工作狀態時，熱敏電阻R1由於通過電流而引起阻體溫度上升，電阻值下降至很小，不會影響電路的正常工作。
保險絲F1在電流異常升高到一定的高度和熱度的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。在實際應用中，所述保險絲F1可選用電流保險絲，其形狀可以是貼片保險絲、微型保險絲、插片保險絲、管狀保險絲等。所述保險絲F1可採用自恢復性保險絲。
由於壓敏電阻的非線性特性，當過電壓出現在壓敏電阻R2的兩端時，壓敏電阻R2可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而吸收多餘的電流，實現對後級電路的保護。
需要說明的是，上述各器件的具體參數、型號等可以根據實際應用需要來確定，比如，在一種具體應用中，可選擇以下型號的相關器件：壓敏電阻R2：TVR14561KSABV；熱敏電阻R1；SCK10054MFY；保險絲F1： KRL2400040SBY。
本實用新型實施例提供的浪湧保護電路，將壓敏電阻設置在輸入電路的前端，利用壓敏電阻的非線性特性，當浪湧電壓出現在壓敏電阻的兩端時，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個相對固定的電壓值，從而吸收多餘的電流，實現對後級電路的保護。
本實用新型實施例的浪湧保護電路可以應用在AC-DC開關電源中，設置在AC-DC開關電源交流市電輸入端，所述浪湧保護電路的輸出端連接所述 AC-DC開關電源的整流電路的輸入端。該浪湧保護電路可與開關電源的後續電路共同組成開關電源產品，該浪湧保護電路還可以作為一個模塊用於其它需要抵抗浪湧電壓的產品上。
FMEA(Failure Mode and Effect Analysis，失效模式和效果分析)是在產品設計中的一個重要環節，通過對產品各組成單元潛在的各種故障模式及其對產品功能的影響進行分析，提出可能採取的預防改進措施，以提高產品的可靠性。例如，開關電源主要有輸入電路、變換電路、控制電路、輸出電路這四部分組成，在對開關電源進行FMEA時，就是利用開關電源的組成原理，定性分析開關電源各部分潛在的各種故障、原因和影響因素。
在對應用該浪湧保護電路的開關電源產品進行FMEA時，需要對壓敏電阻R7進行短路測試，此時，產品自身便缺少了壓敏電阻R7的限壓保護，就會降低產品的抗浪湧能力。
針對這種情況，在實際應用中，可以根據需要增加相關器件的功率、耐壓及過流能力。比如，產品在抵抗4000V浪湧測試時，利用高規格的自恢復性保險絲及熱敏電阻。
為了進一步降低產品成本，避免器件的過大封裝對產品集成化的影響，如圖3所示，在本實用新型浪湧保護電路的另一實施例中，還包括過流保護單元 RX，過流保護單元RX設置在壓敏電阻R2的一端與市電火線輸入端L之間，用於在壓敏電阻R2短路失效的情況下，輸入電流大於設定值時，切斷交流電源。
需要說明的是，在實際應用中，所述過流保護單元RX可以是自恢復保險絲。當然，為了進一步減少浪湧保護電路中器件對產品內部空間的佔用，所述過流保護單元RX優選為PCB板上壓敏電阻R2的一端與市電火線輸入端之間的全部或部分布線，也就是說，將所述布線的一部分或全部作為電路的薄弱點，所述布線的寬度根據所述AC-DC開關電源的額定功率值(比如額定功率值的 110％至150％)及所述過流保護單元允許通過的最大電流設計，以確保產品正常工作時，線路可承受電流通過；在壓敏電阻R2短路失效時，線路中流過的電流將急劇增加，當電流增大到薄弱點的上限電流值時，薄弱點將會炸開，導致產品供電不能形成完整的迴路，使得產品本身有自保能力。
可見，本實用新型實施例的浪湧保護電路，將壓敏電阻設置在輸入電路的前端，實現對後級電路的保護，而且，通過在壓敏電阻與電源輸入端之間設置過流保護單元，在壓敏電阻短路失效的情況下，輸入電流大於設定值時，過流保護單元能夠切斷交流電源，有效地保證了後級電路的安全，避免了採用大功率器件增加產品成本的問題，並避免了器件封裝對產品集成化的影響。
相應地，本實用新型實施例還提供一種AC-DC開關電源，包括上述的浪湧保護電路，所述浪湧保護電路設置在AC-DC開關電源交流市電輸入端，所述浪湧保護電路的輸出端連接所述AC-DC開關電源的整流電路的輸入端。
如圖4所示，是本實用新型浪湧保護電路應用於AC-DC開關電源的一種示意圖。
其中，J1為交流市電輸入，(RX，R7，F1，R16)組成電源保護電路，(C11， L1)組成一階的抑制EMC問題的LC電路，(D7，C24)組成整流電路。在這種設計中，浪湧電壓從L端介入，以最短的路徑通過壓敏電阻R7洩放到N端，起到保護後端電路的作用。
以上對本實用新型實施例進行了詳細介紹，本文中應用了具體實施方式對本實用新型進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法和系統；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。