通信系统中二次供电电路的滤波保护电路和慢启动电路

作者:希文      发布时间:2021-04-16      浏览量:0
现代集成电路技术已进入亚微米阶段,数字信
现代集成电路技术已进入亚微米阶段,数字信号的升降时间一般为亚纳秒,这给高速数字系统的设计带来了巨大的挑战。晶体管的尺寸越来越小,使其工作电压越来越低,同时时钟频率越来越高,微处理器(CPU)和各种专用芯片(ASIC)的集成功能越来越强,功耗也越来越大,这对供电系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。在通信系统设备中,电源的设计通常分为一次供电和二次供电两部分。一次供电系统的输入电压为50 Hz交流,电压分别为220 V和110 V,输出电压一般为-48V。二次电源通常是指从-48V或-24V到低压的转换,如5V、3.3V和从低压到低压的转换。

在集中供电的二次供电系统中,当卡插入主机时,主机已处于稳定工作状态,所有电容负载均已充电。插卡不充电,卡上电容式负载不充电,在热插入过程中,卡上的电容要立即充电。充电过程在插入时会从系统电源中吸收大量的电流,从而导致系统电压的瞬时下降,从而影响其它卡的正常运行。在电源线接触时刻,系统电源的输出电阻和插入卡的电容构成RC充电通道。由于电源输出电阻很小,所以浪涌电流很大。在拔出卡的过程中,卡上的旁路电容放电,与背面之间形成的低阻通道,也会产生瞬时大电流。浪涌电流携带大量能量,破坏接口设备、连接器和金属连接。为了防止上述情况的发生,有必要对供电系统进行必要的保护设计。

滤波器保护

对于以-48V输入电压供电的系统,每个单板输入电路的滤波器和保护电路的设计一般遵循以下原则:为了满足相关可靠性和电磁兼容性技术标准的要求,相应的标准可以参考公司的技术标准和国际公认的标准。通常采用图1所示的电路。

图1典型的48V电源输入滤波器保护电路

输入保护电路一般分为防雷保护和输入电压反向保护,D1为单极瞬态抑制二极管,推荐的插件封装模型为1.5KE68A,D2为输入电压反反向二极管,推荐的插件封装模型为SB 560,D2也可由熔断器代替,当单板总功率大于50W时,考虑D2的功耗,建议采用熔断器。

滤波器电路由一阶π型滤波器和一阶共模滤波器组成.C2和C3是电压大于100 V的铝电解电容器。建议10 5℃的工作范围为47~4 70μF,C1和C4为高频滤波电容器。推荐采用X7R陶瓷电容器或聚酯薄膜电容器,容量为0.47~1.5μF,耐压大于63V。L_1的电感在100μH~300μH之间,工作电流由单板的总功率决定。考虑到电感的饱和因子,宜将电感降低50%,L2的电感在100μH~300μH之间,应在导线间缠绕以减小导线间的电容。电流与L1相同,C6是辐射噪声的抑制电容。选择时,电压电阻大于500 V,容量大于1000 pF。C7和C8为输出滤波电容器,C7为钽电容器,输出5V时选用10V电压,输出3.3V时选用6.3V电压,容量在220μF以上,C8建议选用高频陶瓷电容器,容量在10μF~22μF之间,当输出电压

图2和图3的输出电压为3.3 V和1时,电阻一般大于6.3 V。5V时,电源纹波大小分别为48.8mV和41.2mV。由此可见,功率输入滤波器保护电路的效果是明显的。

图2

的原理。从公式i=cdv/dt中可以看出,通电时间直接决定了浪涌电流,在一般的带电断电过程中,充电电压相当于阶跃激励,dv/dt很大。我们知道我们在用它。在

RC充电电路中,通过改变R和C值,可以简单地设置电容充电时间。如果用渐变电压来控制MOS管在一定电压下开启,则可以非常有效地减小浪涌电流的值,从而将带电插入式的负面影响降到最低。

2。2慢启动保护电路

详细介绍了慢启动电路的工作原理和电路中关键元件参数之间的关系,为不同场合的实际应用提供参考。图4显示了在实践中经常使用的集成慢启动电路。熔断器F1限制最大电流,一般采用慢速熔断器,其额定电流为卡最大工作电流的2≤3倍。R1,R2,C4和R3,R4和C5构成两个RC充电电路,为P沟道MOS管IRF 7410提供栅极电压。两种不同的RC充电电路具有不同的RC充电时间,以满足单片不同功率序列的需要。R1、R2和R3、R4的功能是通过具有接地电阻的部分电压直接向MOS管的栅级提供一个开路电压,从而缩短MOS管达到开路电压的时间。R2上的并联电容C3使两个慢速电路既避免了MOS管的开路电压,又降低了单板的开关噪声。

图。43.3V电源慢启动保护电路

L1和L2电感滤波电源,并通过MOS管提供给单板。滤波器电感的数目和IRF 7410的数目取决于3.3V单板电源的电流。为了保持单板电路系统的稳定性,必须将滤波电感和慢启动电路引入的电压降控制在0.1V左右,其中电感的直流电阻为10mΩ,IRF 7410的导通电阻为8mΩ。以单板功耗为3.3V的单板为例,电流达到10A,开关电阻控制在10mΩ以内。考虑到器件的离散性,在留有足够的裕度后,使用了2个电感和3个≤4电感,在实际应用中可以通过具体的调试确定其比容量,在电感前放置一个连续电流二极管D1,在系统功率不足时由电感L_1和L_2产生感应电势放电电路。0.1μF陶瓷片电容和1μF瓷片电容C1,C2降低单板的开关噪声干扰。当单板负荷很大时,电容器的数量可以适当地增加。C6,C7和C8,C9再次过滤输出电源,使单板最终得到平稳稳定的电源。

2.3慢启动保护电路的理论计算和实验结果

2.3理论计算和实验结果

2.3图4中Q1和Q4的栅源电压

的开关电压VGS如图5和图6所示,慢启动回路1的慢启动时间T1为T1≤1.36ms,慢启动电路2的慢启动时间T2为31.2μs,理论计算与实际测量之间的误差主要是由于忽略了电容C3、电阻值和IRF 7410的电压误差,但不影响实际电路的使用。图7显示了单板拔出时的输出电压波形。可见,由于RC放电电路的存在,IRF 7410管不能立即停止工作,单板不会立即断电,这对保护单板电路也有一定的作用。

图5 3.3VOut1慢速启动过程

图6 3.3VOut2慢速启动过程

图7。3VOut1电源下降过程

在实际使用过程中,根据单板供电电压、电源顺序和按时间要求,灵活选择不同的RC电路电阻、电容和MOS管,在RC电路中设置不同的部分电压比,达到减缓单板供电的目的。结论

安全、稳定、可靠的供电系统在通信系统中起着重要作用。本文给出了通信系统中二次电源电路DC/DC模块前面的滤波器保护电路,并给出了集中供电方式下各单板对输入电源的慢启动电路。本文阐述了在实际设计和使用中应注意的问题,实际测量结果与预期目标一致。上述电路在通信系统中具有广泛的应用价值,

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