CN104426339B - 一种抑制上电冲击电流的整流滤波装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种抑制上电冲击电流的整流滤波装置，包括第一整流电路、继电器、滤波电容以及用于检测交流电的过零点并对继电器进行控制的过零导通控制电路；继电器包括线圈和触点；第一整流电路的第一端与触点的一端连接，触点的另一端与滤波电容的一端连接，滤波电容的另一端及第一整流电路的第二端接地；线圈的两端分别与过零导通控制电路的两端连接，过零导通控制电路的另两端接交流电的两端，过零导通控制电路的另两端还分别连接第一整流电路的第三端和第四端。本发明还涉及一种利用上述装置的方法。实施本发明的抑制上电冲击电流的整流滤波装置及方法，具有以下有益效果：能完全消除冲击电流的出现、降低硬件成本。

Description

一种抑制上电冲击电流的整流滤波装置及方法

技术领域

本发明涉及整流滤波领域，特别涉及一种抑制上电冲击电流的整流滤波装置及方法。

背景技术

目前，在一般的桥式整流滤波电路中，都会有一个较大容量的电解电容（见图1中的E），在接通电源的瞬间，由于这个电解电容上的初始电压为零，就相当于电解电容是处在一种“短路”状态，这时在电路上就会产生一个很大的瞬间冲击电流（有时会达上百安培，参见图7中b），电解电容的容量越大，上电瞬间的电压越大，冲击电流就越大。这样就会对电网以及电网上的其它用电设备产生很大的影响，对自身电流回路上的电子元件（如：电容器、限流元件、整流桥等）也会产生很大的影响，存在对器件产生损坏的隐患。所以，一般会在电路回路里面串接一个限流电阻（见图2中R1），来限制上电瞬间可能产生的冲击电流的幅度，这样增加了硬件成本。

这种方法虽然可以在一定程度上限制冲击电流的幅度，但却不能完全消除冲击电流的出现，另外在上电完成以后，又需要用一只继电器来使这个限流电阻短路，用以解除由于这个限流电阻带来的增加电路功耗等其它负面影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不能完全消除冲击电流的出现、增加硬件成本的缺陷，提供一种能完全消除冲击电流的出现、降低硬件成本的抑制上电冲击电流的整流滤波装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种抑制上电冲击电流的整流滤波装置，包括第一整流电路、继电器、滤波电容以及用于检测交流电的过零点并对所述继电器进行控制的过零导通控制电路；所述继电器包括线圈和触点；所述第一整流电路的第一端与所述触点的一端连接，所述触点的另一端与所述滤波电容的一端连接，所述滤波电容的另一端及所述第一整流电路的第二端接地；所述线圈的两端分别与所述过零导通控制电路的两端连接，所述过零导通控制电路的另两端接交流电的两端，所述过零导通控制电路的另两端还分别连接所述第一整流电路的第三端和第四端。

在本发明所述的抑制上电冲击电流的整流滤波装置中，所述过零导通控制电路包括过零检测及控制单元以及与所述过零检测及控制单元连接、用于对所述过零检测及控制单元进行供电的电源单元。

在本发明所述的抑制上电冲击电流的整流滤波装置中，所述过零检测及控制单元包括控制芯片和用于驱动所述继电器的驱动电路，所述控制芯片的第六引脚依次通过第七电阻和第六电阻接交流电的一端，所述控制芯片的第十二引脚与所述驱动电路连接。

在本发明所述的抑制上电冲击电流的整流滤波装置中，所述控制芯片检测到所述交流电出现第一次电压过零时，计算所述继电器的启动时间并启动所述继电器，致使所述触点在所述交流电出现第二次电压过零时闭合。

在本发明所述的抑制上电冲击电流的整流滤波装置中，所述电源单元包括第二整流电路，所述交流电经过所述第二整流电路后转换成用于给所述驱动电路供电的第一电源和用于给所述控制芯片供电的第二电源。

本发明还涉及一种利用上述抑制上电冲击电流的整流滤波装置的方法，包括如下步骤：

A）系统上电开始工作；

B）检测交流电是否出现过零点，如是，开始计时并执行步骤C）；否则，继续进行本步骤的检测；

C）将所述交流电的过零时间间隔减去所述继电器的动作时间，得到所述继电器的启动时间；

D）经过所述启动时间后使所述线圈得电；

E）经过所述动作时间后使所述触点闭合。

在本发明所述的利用上述抑制上电冲击电流的整流滤波装置的方法中，在所述步骤A）之前还包括预处理步骤：

A0）事先将所述交流电的过零时间间隔及所述继电器的动作时间进行存储。

在本发明所述的利用上述抑制上电冲击电流的整流滤波装置的方法中，所述触点闭合的时刻与所述交流电出现下一个电压过零点的时刻相同。

实施本发明的抑制上电冲击电流的整流滤波装置及方法，具有以下有益效果: 由于使用继电器和过零导通控制电路，其中过零导通控制电路用于检测交流电的过零点并对继电器进行控制，利用在交流电电压过零时刻，接通继电器的触点，使滤波电路在零电压条件下得电，由于此刻电源电压为零，所以在滤波电容上不会出现上电冲击电流，所以其能完全消除冲击电流的出现；同时由于省去了限流电阻，所以其降低了硬件成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为是现有技术中常规的整流滤波电路图；

图2为是现有技术中防止上电瞬间冲击电流的电路框图；

图3为本发明抑制上电冲击电流的整流滤波装置及方法一个实施例中装置的结构示意图；

图4是所述实施例中装置的电路原理图；

图5是所述实施例中方法的流程图；

图6是所述实施例中交流电的过零变化和时间控制分析图；

图7是在交流电峰值时刻上电产生的冲击电流波形图；

图8是所述实施例中在交流电过零时刻接通触点所产生的电流波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明抑制上电冲击电流的整流滤波装置及方法实施例中，其装置的结构示意图如图3所示。图3中， 该抑制上电冲击电流的整流滤波装置包括第一整流电路BD1、继电器KA1、滤波电容E1以及过零导通控制电路；其中，用于检测交流电的过零点并对继电器KA1进行控制；继电器KA1包括线圈和触点；本实施例中，第一整流电路为桥式整流电路，为了方便描述，将第一整流电路的四个端分别称为第一端、第二端、第三端和第四端；第一整流电路BD1的第一端与触点的一端连接，触点的另一端与滤波电容E1的一端连接，滤波电容E1的另一端及第一整流电路BD1的第二端接地；线圈的两端分别与过零导通控制电路的两端连接，过零导通控制电路的另两端接交流电的两端，过零导通控制电路的另两端还分别连接第一整流电路BD1的第三端和第四端。值得一提的是，本实施例中，滤波电容E1为电解电容。具体来讲，滤波电容E1的正极与触点的另一端连接，滤波电容E1的负极接地。这样就可利用在交流电电压过零时刻，接通继电器的触点，使滤波电路在零电压条件下得电，由于此刻电源电压为零，所以在滤波电容上不会出现上电冲击电流，所以其能完全消除冲击电流的出现；同时由于省去了限流电阻，所以其降低了硬件成本。

图4是本实施例中装置的电路原理图。图4中，过零导通控制电路包括过零检测及控制单元11以及电源单元12，其中，电源单元12与过零检测及控制单元11连接、用于对过零检测及控制单元11进行供电。过零检测及控制单元11包括控制芯片U2和用于驱动继电器KA1的驱动电路，控制芯片U2的第六引脚依次通过第七电阻R107和第六电阻R106接交流电的一端L，控制芯片U2的第十二引脚与驱动电路连接。值得一提的是，本实施例中，控制芯片U2就是一个单片机。当然，在本实施例的一下情况下，上述控制芯片U2的结构可以发生变化，也即控制芯片U2可以有不同的结构，但前提是这些结构能实现本实施例中的所需功能。

本实施例中，驱动单元包括第一电阻R101、第二电阻R100、三极管Q51和二极管D50；控制芯片U2的第十二引脚通过第二电阻R100与三极管Q51的基极连接，第一电阻R101并联在三极管Q51的基极和发射极之间，线圈与二极管D50并联，其并联的一端与三极管Q51的集电极连接，具体就是线圈与二极管的阳极并联的一端与三极管Q51的集电极连接。控制芯片U2检测到交流电出现第一次电压过零时，计算继电器KA1的启动时间并启动继电器KA1，致使触点在交流电出现第二次电压过零时闭合。本实施例中，第六引脚的电平发生跳变的时刻，就是交流电的过零时刻。具体地，控制芯片U2检测到其第六引脚的电平发生第一次跳变时(这时交流电出现第一次电压过零)，开始计时，并开始计算继电器的启动时间，并在启动时间过后使线圈得电，这时就启动了继电器KA1，然后在控制使触点在第六引脚的电平发生第二次跳变时(这时交流电出现第二次电压过零)闭合，也就是触点闭合时正好第六引脚的电平发生第二次跳变。这样，由于在电压过零点接通触点，理论上接通瞬间的冲击电流为零。所以对于大容量的电解电容，本发明都能实现上电瞬间无冲击电流。此外，本发明将原来用的一个限流电阻和一只继电器简化为只有一只继电器，由于省掉了一颗限流电阻，所以节省了器件，降低了硬件成本。

本实施例中，电源单元12包括第二整流电路DB2，交流电经过第二整流电路DB2后转换成第一电源VD1和第二电源VD2，第一电源VD1用于给驱动电路供电，第二电源VD2用于给控制芯片U2供电。具体是，控制芯片U2的第一引脚与第二电源VD2连接，第十四引脚通过电容C50与第二电源VD2连接，二极管D50的阴极与第一电源VD1连接。

本实施例还涉及一种利用上述抑制上电冲击电流的整流滤波装置的方法，其流程图如图5所示。图5中，该方法包括如下步骤：

步骤S01 系统上电开始工作：本步骤中，一切准备就绪，系统上电开始工作。

步骤S02检测交流电是否出现过零点：本步骤中，检测交流电的变化情况，并检测交流电是否出现过零点，过零点是交流电的正负极性发生变化的点，在过零点上交流电的电压值为零。本步骤中，如果检测到交流电第一次出现过零点，则执行步骤S03；如果未检测到过零点，则继续重复本步骤的检测。

步骤S03 开始计时：本步骤中，开始进行计时，也即在交流电的电压的过零点时间开始计时。

步骤S04 将交流电的过零时间间隔减去继电器的动作时间，得到继电器的启动时间：过零时间间隔是相邻两个过零点之间的时间间隔，继电器的动作时间是线圈得电后到触点接通之间的时间间隔，本步骤中，将交流电的过零时间间隔与继电器的动作时间进行相减，这样就得到继电器的启动时间。为了方便理解，可参见图6，图6是实施例中交流电的过零变化和时间控制分析图，其中a是交流电峰值点， t0是交流电的过零时间间隔，t1是继电器的启动时间，t2是继电器的动作时间，根据交流电的过零时间间隔t0、继电器的动作时间t2，可计算出继电器的启动时间t1。

步骤S05 经过启动时间后使线圈得电：本步骤中，在经过启动时间t1后，使线圈得电。如图6，t11是交流电过零时刻，t12是线圈得电时刻，从t11开始计时，在经过启动时间t1后，使线圈在t12时刻得电。

步骤S06经过动作时间后使触点闭合：本步骤中，从线圈得电时刻t12开始，经过动作时间t2后，使触点闭合。如图6，t13是触点闭合时刻，经过动作时间t2后，刚好是下一个过零点到来的时刻，这时使触点在t13时刻闭合。也就是说触点闭合的时刻t13与交流电出现下一个相邻过零点(即下一个电压过零点)的时刻相同。

本实施例中，通过对交流电电压变化的检测和对继电器的触点动作时间的计算及控制，按照计算出来的启动时间t1启动继电器。这样，经过继电器的动作时间t2后，继电器的触点就会接通。这时交流电压刚好出现在下一个过零点时刻，由于电压为零，所以将不会有冲击电流出现，这样就完成了无冲击电流的上电过程，从而使电容器上电时刻的冲击电流达到最小。

值得一提的是，在本实施例中，在步骤S01之前还包括预处理步骤，预处理步骤如下：

事先将交流电的过零时间间隔及继电器的动作时间进行存储：在上电工作之前，要预先将继电器的动作时间t2预存于控制程序中，以便后续计算继电器的启动时间时调用。

图7是在交流电峰值时刻上电产生的冲击电流波形图，图7中，b是尖峰电流，t20是交流电峰值时刻，如果在交流电的峰值时刻上电，将会产生较大的冲击电流（尖峰电流）。为了消除这个冲击电流，本实施例中，采用在交流电过零时刻接通继电器的触点，如图8所示。图8是本实施例中在交流电过零时刻接通触点所产生的电流波形图，图8中，t30是交流电过零时刻，触点在t30接通，这时电流波形c没有出现尖峰电流，所以其消除了上电冲击电流的影响。

总之，在本实施例中，根据继电器的动作时间t2和交流电的过零时间间隔t0，计算出继电器的启动时间t1，并控制继电器的触点在交流电的下一个过零点时刻接通，实现了在交流电压为零时接通继电器，消除了上电瞬间的大电流冲击。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种抑制上电冲击电流的整流滤波装置，其特征在于，包括第一整流电路、继电器、滤波电容以及用于检测交流电的过零点并对所述继电器进行控制的过零导通控制电路；所述继电器包括线圈和触点；所述第一整流电路的第一端与所述触点的一端连接，所述触点的另一端与所述滤波电容的一端连接，所述滤波电容的另一端及所述第一整流电路的第二端接地；所述线圈的两端分别与所述过零导通控制电路的两端连接，所述过零导通控制电路的另两端接交流电的两端，所述过零导通控制电路的另两端还分别连接所述第一整流电路的第三端和第四端；

所述过零导通控制电路包括过零检测及控制单元以及与所述过零检测及控制单元连接、用于对所述过零检测及控制单元进行供电的电源单元；

所述过零检测及控制单元包括控制芯片和用于驱动所述继电器的驱动电路，所述控制芯片的第五引脚依次通过第七电阻和第六电阻接交流电的一端，所述控制芯片的第十二引脚与所述驱动电路连接；所述驱动电路包括第一电阻、第二电阻、三极管和二极管；所述控制芯片的第十二引脚通过所述第二电阻与所述三极管的基极连接，所述第一电阻并联在所述三极管的基极和发射极之间，所述线圈与所述二极管并联，其并联的一端与所述三极管的集电极连接；

所述控制芯片检测到其第五引脚的电平发生第一次跳变时，开始计时，并开始计算所述继电器的启动时间，并在启动时间过后使所述线圈得电，这时就启动了所述继电器，然后再控制使所述触点在第五引脚的电平发生第二次跳变时闭合，也就是所述触点闭合时正好第五引脚的电平发生第二次跳变。

2.权利要求1所述的抑制上电冲击电流的整流滤波装置，其特征在于，所述控制芯片检测到所述交流电出现第一次电压过零时，计算所述继电器的启动时间并启动所述继电器，致使所述触点在所述交流电出现第二次电压过零时闭合。

3.根据权利要求2所述的抑制上电冲击电流的整流滤波装置，其特征在于，所述电源单元包括第二整流电路，所述交流电经过所述第二整流电路后转换成用于给所述驱动电路供电的第一电源和用于给所述控制芯片供电的第二电源。

4.一种利用如权利要求1所述抑制上电冲击电流的整流滤波装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)系统上电开始工作；

B)检测交流电是否出现过零点，如是，开始计时并执行步骤C)；否则，继续进行本步骤的检测；

C)将所述交流电的过零时间间隔减去所述继电器的动作时间，得到所述继电器的启动时间；

D)经过所述启动时间后使所述线圈得电；

E)经过所述动作时间后使所述触点闭合；

在所述步骤A)之前还包括预处理步骤：

A0)事先将所述交流电的过零时间间隔及所述继电器的动作时间进行存储。

5.根据权利要求4所述的利用所述抑制上电冲击电流的整流滤波装置的方法，其特征在于，所述触点闭合的时刻与所述交流电出现下一个电压过零点的时刻相同。