通用的电源模块前级控制电路和方法 |
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申请号 | CN202410210092.X | 申请日 | 2024-02-26 | 公开(公告)号 | CN118041035A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
申请人 | 深圳市北测检测技术有限公司; | 发明人 | 田永盛; 周业华; 廖武名; 苏国亮; 李永贵; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及一种通用的电源模 块 前级控制 电路 ,所述前级控制电路包括:滤波模块电路和缓启动模块电路;所述滤波模块电路包括一级共模抑制电路和二级共模抑制电路,一级共模抑制电路与直流电源连接,二级共模抑制电路与一级共模抑制电路连接,一级共模抑制电路用于将直流电源的输入的 电流 进行滤波抑制后输出至二级共模抑制电路,二级共模抑制用于将一级共模抑制电路输入的电流进行抑制处理后输出至所述缓启动模块电路中;所述缓启动模块电路与二级共模抑制电路连接,所述缓启动模块电路用于接收所述二级共模抑制电路传输的电流,将接收的电流的 浪涌电流 效应进行抑制,并输出至电源电路中。本发明能够能解决其他滤波电路通用性不好的问题,以及缓 启动电路 功耗偏大的问题,并降低成本。 | ||||||
权利要求 | 1.一种通用的电源模块前级控制电路,其特征在于,前级控制电路与电源电路连接,所述前级控制电路包括: |
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说明书全文 | 通用的电源模块前级控制电路和方法技术领域[0001] 本发明涉及通用电源的前级电路技术领域,特别涉及一种通用的电源模块前级控制电路和方法。 背景技术[0002] DC/DC电源是通讯系统的动力之源,它的作用是将直流电源总线中的电压,变换成各种单板或器件所需的电压,它的作用非常广泛。生产电源电路的厂家非常的多,各自采用的拓扑和技术都不一样,工作频率也不相同。如果针对每一款DC/DC电源电路都设计一种前级电路,则会大大增加产品的开发周期。同时,传统的缓启动电路一般采用在电源供电回路里串接一个MOSFET。这种缓启动电路存在的问题是:当电源的供电电压较低时,MOSFET可能无法完全导通,导致消耗在MOSFET上的功耗较大。 发明内容[0003] 本发明的主要目的为提供一种通用的电源模块前级控制电路和方法,通过缓启动模块电路和滤波模块电路,能解决缓启动电路功耗偏大的问题,并且对市面上的大部分DC/DC电源电路,具有较好的EMC指标提升效果,能避免重复设计和减少选用材料型号,并且还能降低整个电路的成本较低。 [0004] 为实现上述目的,本发明提供一种通用的电源模块前级控制电路,包括:滤波模块电路和缓启动模块电路; 所述滤波模块电路包括一级共模抑制电路和二级共模抑制电路,一级共模抑制电 路与直流电源连接,二级共模抑制电路与一级共模抑制电路连接,一级共模抑制电路用于将直流电源的输入的电流进行滤波抑制后输出至二级共模抑制电路,二级共模抑制电路用于将一级共模抑制电路输入的电流进行抑制处理后输出至所述缓启动模块电路中; 所述缓启动模块电路与二级共模抑制电路连接,所述缓启动模块电路用于接收所 述二级共模抑制电路传输的电流,将接收的电流的浪涌电流效应进行抑制,并输出至电源电路中。 [0005] 进一步地,所述一级共模抑制电路包括:第一瞬态抑制二极管(VD1)、第二瞬态抑制二极管(VD2)、第三瞬态抑制二极管 (VD3)、第一电阻(R1)、第一共模电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第十电容(C10)和第十一电容(C11); 所述第一瞬态抑制二极管(VD1)的一端分别与所述第二瞬态抑制二极管(VD2)的 一端、所述第一电阻(R1)的一端和所述直流电源的正极连接, 所述第一瞬态抑制二极管(VD1)的另一端分别与所述第三瞬态抑制二极管(VD3) 的一端、所述第一电阻(R1)的另一端和所述直流电源的负极连接,所述第一电容(C1)的一端分别与所述第一电阻(R1)的一端和所述第一共模电感(L1)的第一端连接,所述第一电容(C1)的另一端分别与所述第一电阻(R1)的另一端和所述第一共模电感(L1)的第二端连接,所述第七电容(C7)的一端分别与所述第六电容(C6)的一端和所述第二瞬态抑制二极管(VD2)的另一端连接,所述第七电容(C7)的另一端分别与所述第六电容(C6)的另一端、所述第二电容(C2)的一端和所述第一共模电感(L1)的第四端连接,所述第十电容(C10)的一端分别与所述第十一电容(C11)的一端和所述第三瞬态抑制二极管(VD3)的另一端连接,所述第十电容(C10)的另一端分别与所述第十一电容(C11)的另一端、所述第二电容(C2)的另一端和所述第一共模电感(L1)的第三端连接。 [0006] 进一步地,所述二级共模抑制电路包括:第二共模电感(L2)、第三电容(C3)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第十二电容(C12)和第十三电容(C13); 所述第二共模电感(L2)的第一端与所述第七电容(C7)的另一端连接,所述第二共 模电感(L2)的第二端与所述第十一电容(C11)的另一端连接,所述第八电容(C8)的一端分别与所述第七电容(C7)的一端和所述第九电容(C9)的一端连接,所述第八电容(C8)的另一端分别与所述第二共模电感(L2)的第四端、所述第三电容(C3)的一端和所述第九电容(C9)的另一端连接,所述第十二电容(C12)的一端分别与所述第十一电容(C11)的一端和所述第十三电容(C13)的一端连接,所述第十二电容(C12)的另一端分别与所述第二共模电感(L2)的第三端、所述第三电容(C3)的另一端和所述第十三电容(C13)的另一端连接,所述第九电容(C9)的另一端与所述缓启动模块电路连接,所述第十三电容(C13)的另一端与所述缓启动模块电路连接。 [0007] 进一步地,所述缓启动模块电路包括:第四电容(C4)、第五电容(C5)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第三电感(L3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、场效应管(NMOS)和第一滤波电容(Cfliter); 所述第四电阻(R4)的一端分别与所述第一二极管(D1)的一端和所述第四电容 (C4)的一端连接,所述第四电阻(R4)的另一端分别与所述第九电容(C9)的另一端、所述第二电阻(R2)的另一端和所述第三电感(L3)的另一端连接,所述第二二极管(D2)的一端分别与所述第十三电容(C13)的另一端、所述第四电容(C4)的另一端、所述场效应管(NMOS)的源极和所述电源电路连接,所述第二二极管(D2)的另一端分别与所述第一二极管(D1)的另一端、所述第五电容(C5)的一端和所述场效应管(NMOS)的栅极连接,所述第三电阻(R3)的一端分别与所述第二电阻(R2)的一端和所述第五电容(C5)的另一端连接,所述第一滤波电容(Cfliter)的一端分别与所述第三电感(L3)的一端和所述电源电路连接,所述第一滤波电容(Cfliter)的另一端分别与所述第三电阻(R3)的另一端和所述场效应管(NMOS)的漏极连接。 [0008] 本发明还提供一种通用的电源模块前级控制方法,应用于上述通用的电源模块前级控制电路,包括:当直流电源接入滤波模块电路时,所述滤波模块电路的一级共模抑制电路对接入 的直流电源进行防反接保护和防雷保护,一级共模抑制电路接收到直流电源输入的电流后,对输入的电流进行低频段的噪声抑制处理,并输入至所述滤波模块电路的二级共模抑制电路, 二级共模抑制电路接收到电流后,对输入的电流进行高频段的噪声抑制处理,将 经过抑制处理的电流输出至缓启动模块电路中,一级共模抑制电路中的第一共模电感(L1)的两对线圈做到不完全对称,二级共模抑制电路中的第二共模电感(L2)的两对线圈也做到不完全对称,使得第一共模电感(L1)、和第二共模电感(L2)中的两对线圈的电感量不相等,电感的差值构成了差模滤波电感,感值分别约为第一共模电感(L1)和第二共模电感(L2)的 1%。差模滤波电感又与第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3)构成了π型的低通滤波器,用来抑制电源线上的差模干扰,对直流电源产生的差模信号进行抑制处理; 缓启动模块电路接收到所述二级共模抑制电路传输的电流后,缓启动模块电路的 场效应管缓慢开启导通,对电流进行浪涌电流效应抑制处理,场效应管的电阻值随场效应管导通的程度下降,当场效应管完全导通后,场效应管的电阻值忽略不计,并且所述电流不经过场效应管直接输出至电源电路中。 [0009] 进一步地,所述直流电源接入滤波模块电路步骤之前,包括:所述一级共模抑制电路的一级共模电感的谐振频点为1MHz,所述二级共模抑制电 路的二级共模电感的感值在20uH~30uH,二级共模电感的谐振频点的范围值包括40MHz~ 50 MHz和100 MHz~200 MHz。 [0010] 将共模电感的两个输入端和两个输出端短接,分别通过一个50欧的电阻,与网络分析仪的两个端品相连接,通过测试插入损耗,可以得到共模电感的谐振频点和频带。可以通过测试筛选出符合上面要求的共模电感。也可以使用类似的方法来测试差模电感的插入损耗值。 [0011] 本发明提供的一种通用的电源模块前级控制电路和方法,具有以下有益效果:本发明通过缓启动模块和滤波模块,场效应管在启动过程中和完全导通后,缓启 动电路的功耗都大大降低,从而能解决缓启动电路功耗偏大的问题,并且对市面上的大部分DC/DC电源电路,具有较好的EMC指标提升效果,同时能避免重复设计和减少选用材料型号并且整个电路的成本较低。 附图说明 [0012] 图1是本发明的一种通用的电源模块前级控制电路图;图2是本发明的一种通用的电源模块前级控制电路的滤波模块电路图; 图3是本发明的一种通用的电源模块前级控制电路的缓启动模块电路图。 [0013] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。 具体实施方式[0014] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。 [0015] 下面,结合附图以及具体实施方式,对本发明做进一步描述。 [0016] 参照图1所示,本发明提出一种通用的电源模块前级控制电路,包括:滤波模块电路和缓启动模块电路; 滤波模块电路包括一级共模抑制电路和二级共模抑制电路,一级共模抑制电路与 直流电源连接,二级共模抑制电路与一级共模抑制电路连接,一级共模抑制电路用于将直流电源的输入的电流进行滤波抑制后输出至二级共模抑制电路,二级共模抑制电路用于将一级共模抑制电路输入的电流进行抑制处理后输出至缓启动模块电路中; 缓启动模块电路与二级共模抑制电路连接,缓启动模块电路用于接收二级共模抑 制电路传输的电流,将接收的电流的浪涌电流效应进行抑制,并输出至电源电路中。 [0017] 本发明通过一级共模抑制电路和二级共模抑制电路,能有效地抑制直流电源输入电流中的共模干扰信号,减少对后续电路的干扰影响,提高系统的稳定性和可靠性,通过滤波模块电路的两个次级电路的抑制处理,能减少电源输入端的噪声和干扰,提供更稳定和纯净的电源信号。通过缓启动模块电路对接收的电流的浪涌电流效应进行抑制,能有效地降低电源模块启动时的电流冲击,减少对电源电路和负载的压力,从而解决缓启动电路功耗偏大的问题,延长设备的使用寿命。并且本发明能对市面上的大部分DC/DC电源电路,具有较好的EMC指标提升效果。 [0018] 参照图1和图2所示,在一个实施例中,一级共模抑制电路包括:第一瞬态抑制二极管(VD1)、第二瞬态抑制二极管(VD2)、第三瞬态抑制二极管 (VD3)、第一电阻(R1)、第一共模电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第十电容(C10)和第十一电容(C11); 第一瞬态抑制二极管(VD1)的一端分别与第二瞬态抑制二极管(VD2)的一端、第一 电阻(R1)的一端和直流电源的正极连接, 第一瞬态抑制二极管(VD1)的另一端分别与第三瞬态抑制二极管(VD3)的一端、第 一电阻(R1)的另一端和直流电源的负极连接,第一电容(C1)的一端分别与第一电阻(R1)的一端和第一共模电感(L1)的第一端连接,第一电容(C1)的另一端分别与第一电阻(R1)的另一端和第一共模电感(L1)的第二端连接,第七电容(C7)的一端分别与第六电容(C6)的一端和第二瞬态抑制二极管(VD2)的另一端连接,第七电容(C7)的另一端分别与第六电容(C6)的另一端、第二电容(C2)的一端和第一共模电感(L1)的第四端连接,第十电容(C10)的一端分别与第十一电容(C11)的一端和第三瞬态抑制二极管(VD3)的另一端连接,第十电容(C10)的另一端分别与第十一电容(C11)的另一端、第二电容(C2)的另一端和第一共模电感(L1)的第三端连接。 [0019] 在本实施例提供的一种一级共模抑制电路中,当一级共模抑制电路与直流电源连接时,一级共模抑制电路的第一瞬态抑制二极管(VD1)、第二瞬态抑制二极管(VD2)和第三瞬态抑制二极管(VD3)起到防雷的作用,第一瞬态抑制二极管(VD1)还起到防反接的作用;当接收到直流电源输入的电流后,通过第一电阻(R1)、第一共模电感(L1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第六电容(C6)、第七电容(C7)、第十电容(C10)和第十一电容(C11)对直流电源输入的电流进行低频段的噪声抑制处理,并将抑制处理完成后的电流输入至二级共模抑制电路,从而能提供稳定和纯净的电流,并且能适应大部分的DC/DC电源电路,确保电子设备正常工作。 [0020] 参照图1和图2所示,在一个实施例中,二级共模抑制电路包括:第二共模电感(L2)、第三电容(C3)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第十二电容(C12)和第十三电容(C13); 第二共模电感(L2)的第一端与第七电容(C7)的另一端连接,第二共模电感(L2)的第二端与第十一电容(C11)的另一端连接,第八电容(C8)的一端分别与第七电容(C7)的一端和第九电容(C9)的一端连接,第八电容(C8)的另一端分别与第二共模电感(L2)的第四端、第三电容(C3)的一端和第九电容(C9)的另一端连接,第十二电容(C12)的一端分别与第十一电容(C11)的一端和第十三电容(C13)的一端连接,第十二电容(C12)的另一端分别与第二共模电感(L2)的第三端、第三电容(C3)的另一端和第十三电容(C13)的另一端连接,第九电容(C9)的另一端与缓启动模块电路连接,第十三电容(C13)的另一端与缓启动模块电路连接。 [0021] 在本实施例提供的一种二级共模抑制电路中,当二级共模抑制电路接收到一级共模抑制电路输入的电流后,通过第二共模电感(L2)、第三电容(C3)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第十二电容(C12)和第十三电容(C13)对输入的电流进行高频段的噪声抑制处理,从而能提供更纯净和稳定的电流,并将抑制处理完成的电流输入至缓启动电路中,实现平稳而稳定的电源启动过程,减少电压突变对后续电路的冲击,同时二级共模抑制电路在接收到输入的电流后,与一级共模抑制电流构成低通滤波器,对直流电源散发的差模信号进行抑制,能提高系统的抗干扰能力和稳定性。 [0022] 参照图1和图3所示,在一个实施例中,缓启动模块电路包括:第四电容(C4)、第五电容(C5)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第三电感(L3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、场效应管(NMOS)和第一滤波电容(Cfliter); 第四电阻(R4)的一端分别与第一二极管(D1)的一端和第四电容(C4)的一端连接,第四电阻(R4)的另一端分别与第九电容(C9)的另一端、第二电阻(R2)的另一端和第三电感(L3)的另一端连接,第二二极管(D2)的一端分别与第十三电容(C13)的另一端、第四电容(C4)的另一端、场效应管(NMOS)的源极和电源电路连接,第二二极管(D2)的另一端分别与第一二极管(D1)的另一端、第五电容(C5)的一端和场效应管(NMOS)的栅极连接,第三电阻(R3)的一端分别与第二电阻(R2)的一端和第五电容(C5)的另一端连接,第一滤波电容(Cfliter)的一端分别与第三电感(L3)的一端和电源电路连接,第一滤波电容(Cfliter)的另一端分别与第三电阻(R3)的另一端和场效应管(NMOS)的漏极连接,其中,第一滤波电容(Cfliter)与场效应管(NMOS)串联。 [0023] 在本实施例提供的一种缓启动模块电路中,当缓启动模块电路接收到二级共模抑制输入的电流后,电流通过第四电容(C4)、第五电容(C5)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)后,输入场效应管(NMOS),场效应管(NMOS)缓慢开启,电流经过第一滤波电容(Cfliter)后输出至电源电流中,当场效应管(NMOS)完全开启后,场效应管(NMOS)阻值降低到忽略不计,电流不再流过场效应管(NMOS),直接输出至电源电路中,其中第三电感(L3)起到平缓电流波形,减少电磁干扰的作用。 [0024] 本发明还提供一种通用的电源模块前级控制方法,应用于上述通用的电源模块前级控制电路,包括:当直流电源接入滤波模块电路时,滤波模块电路的一级共模抑制电路对接入的直 流电源进行防反接保护和防雷保护,一级共模抑制电路接收到直流电源输入的电流后,对输入的电流进行低频段的噪声抑制处理,并输入至滤波模块电路的二级共模抑制电路,二级共模抑制电路接收到电流后,对输入的电流进行高频段的噪声抑制处理,将 经过抑制处理的电流输出至缓启动模块电路中,一级共模抑制电路中的共模电感L1的两对线圈做到不完全对称,二级共模抑制电路中的共模电感L2的两对线圈也做到不完全对称,使得共模电感L1、L2中的两对线圈的电感量不相等,电感的差值构成了差模滤波电感,感值分别约为第一共模电感(L1)和第二共模电感(L2)的1%。差模滤波电感又与第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3)构成了π型的低通滤波器,用来抑制电源线上的差模干扰,对直流电源产生的差模信号进行抑制处理; 缓启动模块电路接收到二级共模抑制电路传输的电流后,缓启动模块电路的场效 应管缓慢开启导通,对电流进行浪涌电流效应抑制处理,场效应管的电阻值随场效应管导通的程度下降,当场效应管完全导通后,场效应管的电阻值忽略不计,并且电流不经过场效应管直接输出至电源电路中。 [0025] 本发明通过一级共模抑制电路对接入的直流电源进行防反接保护和防雷保护,有效防止直流电源的误接和外部雷击等情况对电源模块造成的损坏。同时通过一级共模抑制电路对直流电源输入的电流进行低频段的噪声抑制处理,有助于滤除输入电流中的低频噪声成分,提供更稳定、纯净的电源信号。 [0026] 通过二级共模抑制电路对输入的电流进行高频段的噪声抑制处理,滤除输入电流中的高频噪声成分,进一步提高电源信号的质量。当二级共模抑制电路与一级共模抑制电路结合形成低通滤波器,能对直流电源产生的差模信号进行抑制处理,从而有助于减少共模干扰信号对电源模块的影响,提高系统的抗干扰能力和稳定性。最后缓启动模块电路通过场效应管缓慢开启导通,对电流进行浪涌电流效应抑制处理,能避免电流突变对后续电路的冲击,保护电源模块和其他电路的正常运行。并且当场效应管完全导通后,电流不经过场效应管直接输出至电源电路中,从而减少电源模块的能量损耗,提高输出效率。 [0027] 在一个实施例中,直流电源接入滤波模块电路步骤之前,包括:所述一级共模抑制电路的一级共模电感的谐振频点为1MHz,所述二级共模抑制电 路的二级共模电感的感值在20uH~30uH,二级共模电感的谐振频点的范围值包括40MHz~ 50 MHz和100 MHz~200 MHz。 [0028] 将共模电感的两个输入端和两个输出端短接,分别通过一个50欧的电阻,与网络分析仪的两个端品相连接,通过测试插入损耗,可以得到共模电感的谐振频点和频带。可以通过测试筛选出符合上面要求的共模电感。也可以使用类似的方法来测试差模电感的插入损耗值。 [0029] 本实施例通过网络分析仪器对一级共模抑制电路和二级共模抑制电路进行测试,有助于验证电路设计的正确性,检测是否存在任何问题或改进的空间。同时,通过测试能确保在特定频率范围内获得所需的共模抑制效果,并且能对一级共模抑制电路和二级共模抑制电路进行优化和调整,提高电路的可靠性和稳定性。 |