一種功能安全產(chǎn)品用電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功能安全產(chǎn)品用電源，屬于工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)功能安全產(chǎn)品用電源領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前針對功能安全電源的設(shè)計結(jié)合IEC61508要求需要如下:
[0003]1、過電壓保護與安全切斷或切換到備用電源。
[0004]2、電壓控制與安全關(guān)閉或切換到備用電源單元(次級)。
[0005]3、帶安全斷電或切換到備用電源單元。
[0006]4、防止電壓擊穿、電壓波動、過壓、低壓的保護措施。
[0007]5、分開電力線和信息線。
[0008]6、抗物理環(huán)境(如溫度，濕度，水，振動，灰塵，腐蝕物)的措施。
[0009]7、電磁兼容滿足ffiC 61326-3-1要求。
[0010]8、抗溫升措施。
[0011]9、除此之外一般要求有低紋波，低噪聲，響應(yīng)時間快等。
[0012]目前傳統(tǒng)小功率開關(guān)電源是大多以單端反激電路實現(xiàn)。使用的隔離方式還是以變壓器隔離為主。隔離變壓器大多數(shù)采用繞線方式。單端反激式開關(guān)電源以主開關(guān)管的周期性導(dǎo)通和關(guān)斷為主要特征。開關(guān)管導(dǎo)通時，變壓器一次側(cè)線圈內(nèi)儲存能量；而開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器將一次側(cè)線圈內(nèi)儲存的電能通過變壓器輸出給負載供電，直到下一個脈沖到來，開始新的周期。
[0013]開關(guān)電源中的變壓器起著非常重要的作用:一是實現(xiàn)電場-磁場-電場能量的轉(zhuǎn)換，為負載提供穩(wěn)定的電能；二是實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。通過改變變壓器的初級繞組和多個次級繞組匝比得到多路不同的電壓值；三是實現(xiàn)絕緣耐壓隔離，保證用戶端的安全和阻斷和削弱高壓或靜電的串擾。
[0014]這種方式以其電路簡單，而得到廣泛使用。但該方式存在如下缺點和問題:
[0015]1、磁芯利用率很低，變壓器的體積大
[0016]單端反激電源變壓磁芯工作在磁滯回線的第一象限，磁芯利用率低。
[0017]2、開關(guān)管承受的電壓高
[0018]變壓器的輸出電壓由反激時輸出，同時變壓器不可避免有漏感存在，導(dǎo)致在傳輸電能時開關(guān)管承受的電壓更高。
[0019]3、共模噪聲大
[0020]開關(guān)管的反激電壓高是共模噪聲大的主要原因。在小信號的測量場合，噪聲問題會變得十分的敏感，甚至有可能是致命問題。
[0021]4、輸出電壓的瞬態(tài)控制特性比較差
[0022]由于反激式開關(guān)電源僅在控制開關(guān)關(guān)斷期間才向負載提供能量輸出，當負載電流出現(xiàn)變化時，開關(guān)電源不能立刻對輸出電壓或電流產(chǎn)生反應(yīng)，而需要等到下個工作周期時，通過輸出電壓取樣和調(diào)寬控制電路的作用，開關(guān)電源才開始對已經(jīng)過去了的事件進行反應(yīng)(即改變占空比)。因此，反激式開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來說比較差。
[0023]5、容易磁飽和
[0024]反激式開關(guān)電源變壓器的磁心一般都需要留一定的氣隙，就是防止輸出功率大時出現(xiàn)磁飽和；當磁飽和發(fā)生后電源就可能出現(xiàn)致命問題。
[0025]6、需要負載取樣電路或負載取樣繞組以跟蹤輸出電壓的變化。
[0026]7、安全間距達不到本安與非本安間的絕緣距離要求，更不符合功能安全設(shè)計要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027]發(fā)明目的:本發(fā)明提出一種功能安全電源，解決了隔離變壓器容易磁飽和的問題。
[0028]技術(shù)方案:本發(fā)明提出一種功能安全產(chǎn)品用電源，包括隔離變壓器，輸入電壓依次經(jīng)過第一 EMC電路、限壓限流保護電路、DC/DC芯片和全橋過載保護驅(qū)動電路后輸入隔離變壓器的初級線圈；隔離變壓器具有兩個工作時輪流導(dǎo)通的次級線圈，分別與第二十五整流橋和第二十九整流橋連接，再分別由第一濾波電路和第二濾波電路濾波后輸出。
[0029]優(yōu)選地，所述全橋過載保護驅(qū)動電路包括全橋芯片，該全橋芯片輸出端并聯(lián)了 RC吸收電路。
[0030]優(yōu)選地，所述RC吸收電路包括兩條并聯(lián)的RC支路，分別包括了相互串聯(lián)的第四十八電阻和第六十二電容，以及串聯(lián)的第七十五電阻和第四十三電容，其中六十二電容和四十三電容的另一端接地。
[0031]優(yōu)選地，所述限壓限流保護電路，其包括保險絲、與保險絲串聯(lián)的第七二極管，第二十三管，第六十三電阻，第七穩(wěn)壓二極管，第四十電容，第六二極管。
[0032]優(yōu)選地，所述全橋過載保護驅(qū)動電路，該全橋過載保護驅(qū)動電路包括全橋芯片和第六十六電阻。
[0033]有益效果:本發(fā)明用全橋(H橋)驅(qū)動平面變壓器。全橋方式是指采用兩組對角線開關(guān)管輪流同時導(dǎo)通驅(qū)動平面變壓器的線圈，使得變壓器的初級線圈輪流出現(xiàn)正向電流和反向電流，即輪流產(chǎn)生近似的對稱的正向電場、正向磁場和反向電場和反向磁場；這樣使得磁芯工作在1、3象限，磁芯利用率大大提高，也就使得變壓器的的體積可大大縮小。又由于初級線圈只有一組線圈。這樣，極大地減少了變壓器的體積，節(jié)省了平面變壓器的繞組及匝數(shù)，從而使平板變壓器能透過用PCB板來實現(xiàn)，方便了數(shù)字化制造和自動化生產(chǎn)。
[0034]也正由于采用的平面PCB走線技術(shù)，使線圈之間距離可控，變壓器參數(shù)一致性得到了保障。
[0035]在噪聲方面，由于電源的交流峰峰值僅與電源電壓相同，產(chǎn)生的共模噪聲大大降低。給小信號的測量和處理帶來了十分的便利。
[0036]在方案中還包含了過壓、欠壓、過流、過熱保護和輸出過載保護，這些故障避免模式為產(chǎn)品的功能安全提供了基礎(chǔ)。同時滿足功能安全提出的多項EMC技術(shù)指標。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為本發(fā)明的晶體管級電路圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等同形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0040]如圖1所示，第一 EMC電路包括串聯(lián)的第二共模電感L2和第三共模電感L3，以及并聯(lián)在第二、第三共模電感輸出端的第三i^一電容C31、第三十三電容C33。這些共模電感和電容一方面濾除信號線上共模電磁干擾，另一方面又抑制電源本身向外發(fā)出的電磁干擾，避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。在輸入端Vin還并聯(lián)第三壓敏電阻RV3和第四壓敏電阻RV4進行差模浪涌的保護。
[0041]在第一 EMC電路之后是限壓限流保護電路，其包括保險絲F3、與保險絲F3串聯(lián)的第七二極管D7，第二十三管Q23，第六十三電阻R63，第七穩(wěn)壓二極管Z7，第四十電容C40，第六二極管D6ο當輸入端口反接時，第七二極管D7阻斷電流，起到防反接保護的作用，其反向擊穿電壓達100V。第