本实用新型涉及电源技术领域，特别是涉及一种防雷电源。
背景技术：
随着社会信息化进程，以及工业自动化进程的加快，微电子产品在社会的各个领域广泛地使用。许多电子设备都需要电源供电，而电源在雷雨天气，容易遭受到雷击。
在工业自动化设备、仪表中，通常要求采用低压直流电源供电，例如12V或24V。现有的低压防雷电源技术，主要通过采用电涌保护器(Surge Protective Device，SPD)并联在电源线路上。图1为现有技术的防雷电源的结构示意图。如图1所示，该防雷电源包括SPD元件和整流电源，通过SPD元件分别连接整流电源的零线和火线然后接地，进行防雷。
发明人在研究现有技术的过程中发现，现有技术的防雷电源中的SPD对冲击接地电阻要求较高，SPD的线路前必须装置有熔断器或微型断路器作为SPD的后备保护；并且SPD动作后，接地线中流过的泄放电流在周围空间会产生很强的变化的磁场，这个磁场会在自动化设备中感应很高的电压，从而使自动化设备损坏，不能有效地实现电源防雷。
技术实现要素：
本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种防雷电源，能够有效地实现电源防雷。
为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：
提供一种防雷电源，包括过流保护电路、工频隔离变压器、整流滤波电路、过压保护电路和稳压电路，所述过流保护电路与所述工频隔离变压器连接，所述工频隔离变压器与所述整流滤波电路连接，所述整流滤波电路与所述过压保护电路连接，所述过压保护电路与所述稳压电路连接。
其中，所述工频隔离变压器的额定工作点位于所述工频隔离变压器的磁化曲线的饱和段。
其中，所述工频隔离变压器包括：原边输入端，与所述过流保护电路连接；副边输出端，与所述整流滤波电路连接，所述副边输出端的一端接地；变压器芯，分别与所述原边输入端和所述副边输出端连接，用于隔离所述原边输入端和所述副边输出端。
其中，所述变压器芯包括初级线圈、次级线圈和磁芯；所述初级线圈和所述次级线圈分别绕设于所述磁芯，所述初级线圈与所述原边输入端连接，所述次级线圈与所述副边输出端连接，所述次级线圈通过互感接收所述初级线圈发射的电磁场，并转换为电能输出。
其中，所述过流保护电路包括两个可恢复保险丝，两个所述可恢复保险丝的输出端分别与所述原边输入端的两端连接。
其中，所述防雷电源还包括输入端，所述输入端包括火线端和零线端，所述火线端、所述零线端分别与两个所述可恢复保险丝的输入端连接。
其中，所述过压保护电路包括：瞬态二极管，与所述整流滤波电路并联连接；双向稳压管，与所述瞬态二极管并联连接；所述稳压电路与所述双向稳压管并联连接。
其中，所述整流滤波电路包括：整流单元，与所述副边输出端连接，用于使所述副边输出端输出的交流电转换为脉动的直流电；滤波单元，分别与所述整流单元、所述过压保护电路连接，用于将所述脉动的直流电转换为平滑的直流电。
其中，所述稳压电路包括第一电容、第一电感、开关管、第二电容、第二电感、二极管和第三电容；所述第一电容与所述过压保护电路并联，所述第一电感的输入端与所述第一电容的输入端连接，所述开关管的漏极与所述第一电感的输出端连接，所述开关管的源极与所述第一电容的输出端连接，所述第二电容的输入端与所述开关管的漏极连接；所述第二电感的输入端与所述第二电容的输出端连接，所述第二电感的输出端与所述开关管的源极连接，所述二极管的正极与所述第二电感的输出端连接，所述第三电容的输入端与所述二极管的负极连接，所述第三电容的输出端与所述第二电感的输出端连接。
其中，所述稳压电路还包括驱动器，所述驱动器与所述开关管的栅极连接，所述驱动器用于驱动所述开关管工作。
本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例的防雷电源通过设置工频隔离变压器，将电源的输入侧和输出侧隔离，不会产生泄放电流，克服了传统SPD防雷的缺陷，并且，在工频隔离变压器的两端设置过流保护电路和过压保护电路，提高了防雷电源的安全性，从而能够有效地实现电源防雷。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为现有技术的防雷电源的结构示意图；
图2为本实用新型其中一实施例提供的防雷电源的结构示意图；
图3为图2的防雷电源的结构示意图；
图4为图3的防雷电源的变压器芯的结构示意图；
图5为图3的防雷电源的稳压电路的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。
本实施例中的防雷电源，可以整合成一个功能模块进行使用，不会产生泄放电流，能够克服传统SPD防雷的缺陷，并且对接地电子的要求比较低，还能有效防止电源中的干扰信号对设备的干扰，并且成本低，线路简单。
具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。
图2为本实用新型其中一实施例提供的防雷电源的结构示意图。如图2所示，该防雷电源100包括输入端10、过流保护电路20、工频隔离变压器30、整流滤波电路40、过压保护电路50和稳压电路60。其中，输入端10与过流保护电路20连接，过流保护电路20与工频隔离变压器30连接，工频隔离变压器30与整流滤波电路40连接，整流滤波电路40与过压保护电路50连接，过压保护电路50与稳压电路60连接。
具体地，请一并参阅图3，输入端10包括火线端11和零线端12，火线端11、零线端12分别与过流保护电路20连接。输入端10用于接入防雷电源100的输入电路，从而提供输入电压。输入端10可以与交流电220V进行连接，用于作为AC电流输入端。当然，在一些其他实施例中，输入端10可以与其他等级的交流电连接。本实施例中以输入220V交流电为例举例说明。
可以理解的是，在一些其他实施例中，输入端10可以省略，交流电可以直接与过流保护电路20连接。
过流保护电路20用于对工频隔离变压器30的输入侧进行过流保护，从而防止输入侧的电流过大损坏防雷电源100。
其中，过流保护电路20包括两个可恢复保险丝(Positive Temperature Coefficient，PTC)，分别为第一可恢复保险丝21和第二可恢复保险丝22。第一可恢复保险丝21的输入端与火线端11连接，第一可恢复保险丝21的输出端与工频隔离变压器30连接；第二可恢复保险丝22的输入端与零线端12连接，第二可恢复保险丝22的输出端与工频隔离变压器30连接。其中，当线路发生短路或过载时，流经可恢复保险丝的大电流产生的热量使可恢复保险丝，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。
可以理解的是，在一些其他实施例中，可恢复保险丝可以用其他元器件代替，例如采样快速电流继电器保护、自动空气断路器保护和电子回路保护等，只要能实现过流保护的目的即可。
工频隔离变压器30的输入侧的频率为50Hz，其额定工作点位于工频隔离变压器30的磁化曲线的饱和段，保证工频隔离变压器30对交流电源的过电压进行有效地抑制，并兼顾工频隔离变压器30的励磁电流，以保证工频隔离变压器30的较高的效率。其中，磁化曲线的饱和段为磁化曲线的饱和点的左右的区间段，其范围可以根据实际使用需求自由设置。
其中，工频隔离变压器30包括原边输入端31、副边输出端32、变压器芯33。原边输入端31与过流保护电路20连接，具体地，原边输入端31的一端与第一可恢复保险丝21的输出端连接，原边输入端31的另一端与第二可恢复保险丝22的输出端连接。副边输出端32与整流滤波电路40连接，并且副边输出端32的一端接地。变压器芯33分别与原边输入端31和副边输出端32连接，用于隔离原边输入端31和副边输出端32，使得防雷电源100的输入侧和输出侧隔离，从而能够有效地实现电源防雷。
其中，请一并参阅图4，变压器芯33包括初级线圈331、次级线圈332和磁芯333。初级线圈331和次级线圈332分别绕设于磁芯333的两端，初级线圈331与原边输入端31连接，次级线圈332与副边输出端32连接，次级线圈332通过互感接收初级线圈31发射的电磁场，并转换为电能输出。
可选地，初级线圈331的匝数大于次级线圈332的匝数，从而使工频隔离变压器30在隔离的同时，还能够降低电压，从而使后续在整流滤波电路40中的电压较低，便于处理，从而能够获得低压直流电。
可选地，变压器芯33的耐压参数为：原边/副边25kV，1.2/50μs；原边/地25kV，1.2/50μs；副边/地25kV，1.2/50μs，使工频隔离变压器30的雷电耐受在10kV 1.2/50μs以上。
整流滤波电路40用于将防雷电源100输入的交流电转换为直流电输出。整流滤波电路40包括整流单元41和滤波单元42，整流单元41与滤波单元42连接。其中，整流单元41可以为全桥整流或半波整流，整流单元41的输入端两端分别与副边输出端32的两端连接，用于使副边输出端32输出的交流电转换为脉动的直流电。滤波单元42为LC滤波单元，包括互相串联的一个电感和一个电容。滤波单元42的一侧与整流单元41的输出端两端并联连接，滤波单元42的另一侧与过压保护电路50并联连接。滤波单元42用于将脉动的直流电转换为平滑的直流电。通过设置整流单元41，能够防止防雷电源100输出侧的雷电电涌入侵而损坏工频隔离变压器30，同时能够将交流电转换为直流电对设备进行供电；通过设置滤波单元42，能够防止雷电电涌入侵而损坏整流单元41，同时能够得到平滑的直流电，有效防止电源中的干扰信号(诸如谐波等)对用电设备的干扰。
过压保护电路50用于当雷电从防雷电源100的用电设备端入侵时，防止雷电电涌损坏整流滤波电路40。过压保护电路50包括瞬态二极管51和双向稳压管52。瞬态二极管51(Transient Voltage Suppressor，TVS)是一种二极管形式的高效能保护器件，当TVS的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能迅速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。瞬态二极管51与整流滤波电路40的滤波单元42并联连接，从而吸收从防雷电源100的用电设备端入侵的雷电电涌。双向稳压管52的一侧与瞬态二极管51并联连接，双向稳压管52的另一侧与稳压电压60并联连接。双向稳压管52的正反两个方向都有稳压作用，其两端不论哪个方向达到稳定电压的反向击穿电压，都可使其两端的电压基本保持不变，从而进行有效防雷。在本实施例中，当雷电从防雷电源100的用电设备端入侵时，使得过压保护电路50两端的雷电电涌超过双向稳压管52的反向击穿电压时，双向稳压管52被击穿，同时瞬态二极管51吸收雷电电涌，从而进行有效防雷。
可以理解的是，在一些其他实施例中，双向稳压管52可以用两个反向串联的稳压二极管代替。
稳压电路60的输入端与过压保护电路50的输出端连接。稳压电路60可以为线性稳压电路或开关电源电路，线性稳压电路的成本较低，但电源效率也较低；开关电源电路的成本较高，但电源效率也较高，可以根据实际生产成本及性能要求进行选择。
在本实施例中，稳压电路60为非隔离的开关电源。请一并参阅图5，稳压电路60包括第一电容61、第一电感62、开关管63、第二电容64、第二电感65、二极管66和第三电容67。第一电容61与过压保护电路50的双向稳压管52并联，第一电感62的输入端与第一电容62的输入端连接，开关管63的漏极与第一电感62的输出端连接，开关管63的源极与第一电容61的输出端连接，第二电容64的输入端与开关管63的漏极连接，第二电感65的输入端与第二电容64的输出端连接，第二电感65的输出端与开关管63的源极连接，二极管66的正极与第二电感64的输出端连接，第三电容67的输入端与二极管66的负极连接，第三电容67的输出端与第二电感65的输出端连接。在本实施例中，若采用隔离开关电源作为稳压电路时，在防雷中，输入的220V交流电与防雷电源100的输出之间、工频电压器30的输出与防雷电源100的输出之间可能会被放电击穿，从而会损坏防雷电源；当采用非隔离开关电源时，输入的220V交流电与工频电压器30的输出的电位相等，在防雷中，雷电电压将被工频电压器30承担，从而有效保护防雷电源。
其中，稳压电路60还包括驱动器(图未示)，驱动器可以为PWM驱动器或控制芯片等等。驱动器与开关管63的栅极连接，驱动器用于驱动开关管63工作。在本实施例中，通过驱动器与开关管63的栅极连接，驱动器控制驱动开关管63的占空比率来控制开关管63在开关阶段的时长，当输出电压比预设输出电压大时，调节开关管63的占空比率，使得开关管64的开的阶段变短，从而使输出电压降低到预设输出电压，以达到稳定电压的目的。
在本实施例中，防雷电源100的工作过程大致为：当防雷电源100接入220V交流电时，交流电从火线端11和零线端12接入，经过过流保护电路20后，在工频隔离变压器30中进行隔离和降压；工频隔离变压器30通过设置初级线圈331和次级线圈332匝数比，控制交流电的降压，并且输出降压后的交流电；降压后的交流电经过整流滤波电路40，转换成低压直流电；低压直流电经过过压保护电路50、稳压电路60后输出，得到稳定的低压直流电，从而给用电设备供电。
在本实施例中，防雷电源100的防雷过程大致为：当雷电从220V交流电侧入侵时，过流保护电路20熔断形成高阻状态，从而保护工频隔离变压器30，同时雷电电涌由于工频隔离变压器30与输出侧隔离，防止用电设备被雷电损坏；当雷电从防雷电源100的用电设备端入侵时，过压保护电路50防止雷电电涌进入而损坏整流滤波电路40，从而防止220V交流电侧被雷电损坏，从而有效地实现电源防雷。
本实施例中防雷电源100通过设置工频隔离变压器30，将防雷电源100的输入侧和输出侧隔离，不会产生泄放电流，克服了传统SPD防雷的缺陷，并且，在工频隔离变压器30的两端设置过流保护电路20和过压保护电路30，提高了防雷电源的安全性，从而能够有效地实现电源防雷。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。