CN103762835B - 一种开机浪涌电流抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开机浪涌电流抑制电路，包括限流电阻器、电磁式继电器和控制电路，限流电阻器串联于整流电路的正极输出端与滤波电容的一端之间，整流电路的负极输出端与滤波电容的另一端连接；所述开机浪涌电流抑制电路还包括预滤波电路，预滤波电路连接于整流电路的输出端。由于预滤波电路的作用，同样的开机延时时间之后，本抑制电路的输入电压即整流电路的输出电压与滤波电容电压之间的压差会比传统抑制电路小很多，导致在电磁式继电器的触点闭合瞬间，回路产生的二次浪涌电流大大减小，保护了电磁式继电器的触点，延长了电磁式继电器和整个开机浪涌电流抑制电路的工作寿命。

Description

一种开机浪涌电流抑制电路

技术领域

本发明涉及一种开机浪涌电流抑制电路，尤其涉及一种采用电磁式继电器和限流电阻的开机浪涌电流抑制电路。

背景技术

电源的输入电路大都采用整流加电容滤波电路。在电路合闸瞬间，由于电容器上的初始电压为零，会形成很大的瞬时浪涌电流，特别是大功率电源，由于采用较大容量的滤波电容器，其浪涌电流更大，往往会导致输入熔断器烧断，有时甚至将合闸开关的触点烧坏，轻者也会使空气开关合不上闸。为此几乎所有的电源都设置了抑制开机浪涌电流的软启动电路，以保证电源正常而可靠的运行。

常用的抑制开机浪涌电流的方法是用电阻限制开机瞬时浪涌电流，正常工作时用电磁式继电器或固态继电器将此电阻短接。固态继电器导通损耗较高，需要添加必要的冷却装置,这不仅增加费用，加大了设备的体积，而且维护也不方便，传统电磁式继电器由于价格低，坚固耐用及技术成熟等优点，依然在高压大电流的大功率电源中占据主导地位。

传统的开机浪涌电流抑制电路如图1所示，图1中虚线框内的电路即为开机浪涌电流抑制电路，设置于单相或三相整流电路200与直流母线滤波电容400之间，其工作原理为：在整流电路200与滤波电容400之间串联限流电阻器600，电磁式继电器500常开触点与限流电阻器600并联后接入直流母线。合闸后，输入电压经过限流电阻器600向滤波电容400充电，当滤波电容400充电完成后，一般延时0.3～0.5秒，控制电路300发出指令让电磁式继电器500常开触点闭合，限流电阻被短接，完成开机浪涌电流抑制。上述传统开机浪涌电流抑制电路的缺陷在于：如图2和图3所示，其中图3是图2中A的放大示意图，如果在限流电阻器600被短接的瞬间，滤波电容400的正极一端401的电压小于整流电路200的正极输出端201的电压，电磁式继电器500靠近滤波电容400的一端501会产生较大的瞬时浪涌电流。如果这个二次浪涌电流超过电磁式继电器500触点的额定容量，将严重缩短电磁式继电器500的寿命。所以，传统开机浪涌电流抑制电路可以较好的抑制一次浪涌电流，却不能很好地抑制二次浪涌电流。图1中还示出了单相或三相电源100和控制电路300的输出端301，图2中示出了与图1对应的整流电路200的正极输出端201的电压、控制电路300的输出端301的电压、滤波电容400的正极一端401的电压、电磁式继电器500靠近滤波电容400的一端501的电流。

电弧侵蚀一直是困扰电磁式继电器500使用寿命的主要问题。电弧是电磁式继电器500接通与分断电路电流过程中必然出现的现象，电磁式继电器500闭合的瞬间，触点的距离在减小，当距离足够近时，即便是很低的电压，也会产生火花。研究表明：随着电压的升高，电磁式继电器500闭合时间与分断时间均相应增长；闭合弹跳对闭合时间影响很大。电磁式继电器500的触点在闭合和分断过程中均有可能出现弹跳现象，当发生触点弹跳时，一方面电磁式继电器500的接通与分断时间将被延长，较长时间的燃弧加重了触点材料的侵蚀，另一方面触点弹跳引起的电弧容易使触点发生熔焊故障。传统开机浪涌电流抑制电路中，电磁式继电器500的触点闭合时刻是随机的，很难保证触点总是在最低的触点压差下闭合，如果电磁式继电器500的触点闭合时，触点压差恰好在峰值处，那么将产生很大的瞬时浪涌电流，如果超过电磁式继电器500的触点的负荷，将严重烧蚀触点。另外，电磁式继电器500的触点在闭合操作时经常会出现明显的弹跳现象，高的触点电压差增强了弹跳后触点间隙的电弧放电能量，延长了电弧放电时间。对于这个问题，传统解决方法是适当地延长限流电阻器600的工作时间，这样会减小二次浪涌电流的幅值，有利于保护电磁式继电器500的触点。但是随着滤波电容400电压的上升，充电变慢，而且负载电路可能会开始运行，又会加速滤波电容400的放电，因此延后电磁式继电器500的常开触点闭合时间的方法作用有限。而且延长限流电阻器600的工作时间意味着提高了对该电阻功率的要求，体积、成本都会增加。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够限制二次浪涌电流的开机浪涌电流抑制电路。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种开机浪涌电流抑制电路，包括限流电阻器、电磁式继电器和控制电路，所述限流电阻器串联于整流电路的正极输出端与滤波电容的一端之间，所述整流电路的负极输出端与所述滤波电容的另一端连接，所述电磁式继电器的常开触点的两端分别与所述限流电阻器的两端连接，所述控制电路的输出端与所述电磁式继电器的输入端连接；所述开机浪涌电流抑制电路还包括预滤波电路，所述预滤波电路连接于所述整流电路的正极输出端和负极输出端之间。

应用时，限流电阻器用于抑制开机瞬间的一次浪涌电流；预滤波电路用于抑制在电磁式继电器触点闭合瞬间由回路产生的二次浪涌电流。

具体地，所述预滤波电路为预滤波电容，所述预滤波电容的两端分别与所述整流电路的正极输出端和负极输出端连接。

另外，所述预滤波电路也可以为预滤波电容和电感，所述电感的一端与所述整流电路的正极输出端连接，所述电感的另一端分别与所述限流电阻器的一端和所述预滤波电容的一端连接，所述预滤波电容的另一端与所述整流电路的负极输出端连接。

本发明的有益效果在于：

由于预滤波电路的作用，同样的开机延时时间之后，本抑制电路的输入电压即整流电路的输出电压与滤波电容电压之间的压差会比传统抑制电路小很多，导致在电磁式继电器的触点闭合瞬间，回路产生的二次浪涌电流大大减小，保护了电磁式继电器的触点，延长了电磁式继电器和整个开机浪涌电流抑制电路的工作寿命。

附图说明

图1是传统开机浪涌电流抑制电路的电路结构示意图；

图2是传统开机浪涌电流抑制电路的各测试点的电压/电流波形示意图；

图3是图2中的“A”部分波形放大后的示意图；

图4是本发明所述开机浪涌电流抑制电路的整体电路结构示意图；

图5是本发明所述开机浪涌电流抑制电路的具体电路结构示意图之一；

图6是本发明所述开机浪涌电流抑制电路的具体电路结构示意图之二；

图7是本发明所述开机浪涌电流抑制电路的各测试点的电压/电流波形示意图；

图8是图7中的“B”部分波形放大后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图4所示，本发明所述开机浪涌电流抑制电路包括限流电阻器600、电磁式继电器500、控制电路300和预滤波电路700，限流电阻器600串联于整流电路200的正极输出端与滤波电容400的一端之间，整流电路200的负极输出端与滤波电容400的另一端连接，电磁式继电器500的常开触点的两端分别与限流电阻器600的两端连接，控制电路300的输出端与电磁式继电器500的输入端连接，预滤波电路700连接于整流电路200的正极输出端和负极输出端之间。

如图5所示，预滤波电路700可以为预滤波电容C，预滤波电容C的两端分别与整流电路200的正极输出端和负极输出端连接；如图6所示，预滤波电路700可以为预滤波电容C和电感L，电感L的一端与整流电路200的正极输出端连接，电感L的另一端分别与限流电阻器600的一端和预滤波电容C的一端连接，预滤波电容C的另一端与整流电路200的负极输出端连接。图5所示的预滤波电路700与图6所示的预滤波电路700之间的差别在于，前者为单电容一阶滤波，后者为电容与电感组成的二阶低通滤波。

如图4、图5和图6所示，本抑制电路的工作原理为：电源100(单相或三相)的开关闭合后，输入电压通过限流电阻器600给滤波电容400充电，从而限制了滤波电容400的最大充电电流，抑制了上电瞬间的一次浪涌电流；输入电压同时也向预滤波电容C充电，在整流电路200的二极管关断期间，预滤波电容C通过限流电阻器600向滤波电容400继续充电，预滤波电容C储存的电场能向滤波电容400转移。正是由于预滤波电路700的作用，同样的开机延时时间之后，本抑制电路的输入电压即整流电路200的输出电压与滤波电容400的电压之间的压差会比传统抑制电路小很多，导致在电磁式继电器500的触点闭合瞬间，回路产生的二次浪涌电流大大减小，保护了电磁式继电器500的触点，延长了电磁式继电器500和整个开机浪涌电流抑制电路的工作寿命。

图7示出了本发明所述抑制电路的各测试点的电压/电流波形，其电压/电流包括与图4-图6对应的整流电路200的正极输出端201的电压与滤波电容400的正极一端401的电压的电压差、控制电路300的输出端301的电压、滤波电容400的正极一端401的电压、电磁式继电器500靠近滤波电容400的一端501的电流，图8主要示出了电磁式继电器500靠近滤波电容400的一端501的电流波形，将图7与图2、图8与图3进行比较可以看出，本发明所述抑制电路中的电磁式继电器500靠近滤波电容400的一端501的电流较小，持续时间较短，而传统抑制电路中的电磁式继电器500靠近滤波电容400的一端501的电流较大，持续时间较长。具体对比如下：传统抑制电路中的电磁式继电器500靠近滤波电容400的一端501测得的的最大电流峰值幅度为12.3A，本发明所述抑制电路中的电磁式继电器500靠近滤波电容400的一端501测得的的最大电流峰值幅度为7.3A，触点闭合时的瞬时浪涌电流幅度得以减小；传统抑制电路中的电磁式继电器500靠近滤波电容400的一端501测得的电流脉宽为1.28ms，本发明所述抑制电路中的电磁式继电器500靠近滤波电容400的一端501测得的电流脉宽为0.52ms，电流有效值减小，继电器触点在闭合时的发热得以减小。所以可以得出结论，本发明所述抑制电路的电磁式继电器500能够得到更好的保护，其寿命必然延长。

具体应用中，限流电阻器600的阻值选择条件如下：限流电阻器600的阻值大小决定了充电时间常数，限流电阻器600的阻值太小起不到限制一次浪涌电流的作用，太大则导致充电过慢；限流电阻器600在限流过程中吸收能量，该能量最终转化成热量耗散掉。限流电阻器600在限流过程中吸收的能量不能超过自身允许的额定峰值耗散能量，限流电阻器600的电阻值与滤波电容400的电容值、本抑制电路的输入电压即整流电路200的输出电压和开机延时控制电路300的延迟时间等参数需要匹配。因此要根据具体电路进行选择。

预滤波电路C的容量选择条件如下：通过合理的选择预滤波电路C的参数，使预滤波电路C在电源100开关闭合瞬间的充电电流焦耳积分值远小于电源100的开关、整流电路200的二极管所能承受的最大电流焦耳积分值，保证整个系统正常启动；同时保证预滤波电路C能储存足够的能量，以便在整流电路200的二极管关断期间，预滤波电路C能持续向滤波电路400充电。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，比如：预滤波电路700还可以为其它结构的滤波电路，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (3)

1.一种开机浪涌电流抑制电路，包括限流电阻器、电磁式继电器和控制电路，所述限流电阻器串联于整流电路的正极输出端与滤波电容的一端之间，所述整流电路的负极输出端与所述滤波电容的另一端连接，所述电磁式继电器的常开触点的两端分别与所述限流电阻器的两端连接，所述控制电路的输出端与所述电磁式继电器的输入端连接；其特征在于：还包括预滤波电路，所述预滤波电路连接于所述整流电路的正极输出端和负极输出端之间。

2.根据权利要求1所述的开机浪涌电流抑制电路，其特征在于：所述预滤波电路为预滤波电容，所述预滤波电容的两端分别与所述整流电路的正极输出端和负极输出端连接。

3.根据权利要求1所述的开机浪涌电流抑制电路，其特征在于：所述预滤波电路为预滤波电容和电感，所述电感的一端与所述整流电路的正极输出端连接，所述电感的另一端分别与所述限流电阻器的一端和所述预滤波电容的一端连接，所述预滤波电容的另一端与所述整流电路的负极输出端连接。