CN104953809A - 一种开机浪涌电流抑制电路及具有该电路的电源 - Google Patents

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倪新
张鹏飞
徐亚军
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Abstract

本发明公开了一种开机浪涌电流抑制电路及具有该电路的电源，其中，所述开机浪涌电流抑制电路包括：分压支路，积分支路和开关支路；所述分压支路用于将电源Vcc的电压依次通过所述积分支路、开关支路接入到后级电路中；所述积分支路用于根据所述分压支路的分压状态控制，确定所述开关支路的开关时间；所述开关支路用于根据所述积分支路确定的开关时间，打开或者断开开关。本发明通过所述积分支路根据所述分压支路的分压状态控制，确定所述开关支路的开关时间，从而降低一次电源加电瞬间所引入的瞬时大电流造成的损失。

Description

一种开机浪涌电流抑制电路及具有该电路的电源
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种开机浪涌电流抑制电路及具有该电路的电源。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展，电源产品的设计也不断的更新。在大部分电源产品的设计中，输入滤波器的设计是电感和电容的组合，为降低电磁干扰(Electromagnetic Interference，简称EMI)以及必要的降额设计，设计者通常使用很大的滤波电容。随着制造工艺的快速发展，电容的等效串联电阻(Equivalent Series Resistance简称ESR)越来越低，使得电容在加电瞬间近似短路，由于容性负载的存在，在一次电源加电瞬间将引入很大的瞬时电流，可能会远超一些器件的额定值，从而使器件受损甚至失效，还会对挂接在同一供电母线上的其他用电设备产生较大的瞬时干扰。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种开机浪涌电流抑制电路，包括：分压支路，积分支路和开关支路；
所述分压支路用于将电源Vcc的电压依次通过所述积分支路、开关支路接入到后级电路中；
所述积分支路用于根据所述分压支路的分压状态控制，确定所述开关支路的开关时间；
所述开关支路用于根据所述积分支路确定的开关时间，打开或者断开开关。
优选地，所述分压支路包括：第一电阻R1和第二电阻R2；
所述第一电阻R1一端接负载及信号输入端Vin，另一端分别接所述第二电阻R2，述积分支路以及所述电源Vcc；
所述第二电阻R2另一端接地。
优选地，所述积分支路包括：第一电容C1；
所述第一电容C1一端接所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的连接端，另一端接地。
优选地，所述开关支路包括：第一开关管Q1；
所述第一开关管Q1管脚G接所述所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的连接端；
所述第一开关管Q1管脚D接所述负载；
所述第一开关管Q1管脚S接地。
优选地，所述第一电阻，所述第二电阻R2为表贴电阻或者薄膜电阻；
所述第一电容C1为表贴电容或者薄膜电容。
优选地，所述薄膜电阻和所述薄膜电容的薄膜材料采用氮化钽材料。
优选地，所述第一开关管Q1采用增强型N沟道MOSFET管。
优选地，所述第一开关管采用增强型N沟道MOSFET管IRHNA67260系列。
优选地，所述积分支路确定所述开关管导通电压通过以下一阶电路的零状态响应，调整所述第二电阻R2和所述第一电容C1来控制实现；
u c = U S × ( 1 - e t τ )
所述US为分压后电压,时间常数τ＝R2*C1，UC为三极管导通电压；
公式中，电阻单位为欧姆(Ω)、电压单位为福特(V)、电流单位为安培(A)。
另一方面，本发明提供了一种电源，其特征在于，包括：如上所述开机浪涌电流抑制电路。
本发明的技术方案通过所述积分支路根据所述分压支路的分压状态控制，确定所述开关支路的开关时间，从而降低一次电源加电瞬间所引入的瞬时大电流造成的损失，且采用本发明的可以使得整个系统开关速度快、开关损耗小、驱动方式简单、可靠性、安全性高，且本发明采用兼容设计，可以将不同输入电压转换成符合需求的电压值，满足不同的供电平台。通过积分支路，可对电路的开机浪涌电流进行高精度控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种开机浪涌电流抑制电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种开机浪涌电流抑制电路图；
图3为本发明实施例提供的一种电源结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1为所示为本发明实施例提供的一种开机浪涌电流抑制电路结构示意图；该电路包括：分压支路101，积分支路102和开关支路103；
所述分压支路101用于将电源Vcc将所述电源电压依次通过所述积分支路102、开关支路103接入到后级电路中；
所述积分支路102用于根据所述分压支路102的分压状态控制，确定所述开关支路103的开关时间；
所述开关支路103用于根据所述积分支路102确定的开关时间，打开或者断开开关。
需要说明的是，所述分压支路101包括：第一电阻R1和第二电阻R2；
所述第一电阻R1一端接负载及信号输入端Vin，另一端分别接所述第二电阻R2，述积分支路以及所述电源Vcc；
所述第二电阻R2另一端接地。
还需要说明的是，所述积分支路102包括：第一电容C1；
所述第一电容C1一端接所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的连接端，另一端接地。
还需要说明的是，所述开关支路103包括：第一开关管Q1；
所述第一开关管Q1管脚G接所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的连接端；
所述第一开关管Q1管脚D接所述负载；
所述第一开关管Q1管脚S接地。
基于以上实施例，如图2所示，为本发明实施例提供的一种开机浪涌电流抑制电路图；该电路包括：分压支路，积分支路和开关支路；其中，所述分压支路包括：第一电阻R1和第二电阻R2；所述积分支路包括：第一电容C1；所述开关支路包括：第一开关管Q1；
所述第一电阻R1一端接负载及信号输入端Vin，另一端分别接所述第二电阻R2，第一电容C1一端以及所述电源Vcc，所述第一开关管Q1管脚G；
所述第二电阻R2另一端接地；
所述第一电容C1另一端接地。
所述第一开关管Q1管脚D接所述负载；
所述第一开关管Q1管脚S接地。
需要说明的是，所述第一电阻，所述第二电阻R2为表贴电阻或者薄膜电阻；所述第一电容C1为表贴电容或者薄膜电容。所述薄膜电阻和所述薄膜电容的薄膜材料采用氮化钽材料。
还需要说明的是，所述第一开关管Q1采用增强型N沟道MOSFET管,更加优选的可以采用IRHNA67260系列。
基于以上电路，对本发明工作原理进行详细说明；
设本发明开机浪涌电流抑制电路的分压支路的第一电阻R1和第二电阻R2采用表贴电阻，积分支路的第一电容C1采用表贴电容、开关支路第一开关管Q1采用三极管IRHNA67260；
供电电源Vcc的电压经分压电阻R1和R2分压至开关三极管的Vgs处，通过积分支路的第一电容CI控制开关三极管Q1到达导通电压的时间，分压支路的计算公式为U2＝((R2/(R1+R2))*U1，其中U1为系统供电电压Vcc，U2为三极管IRHNA67260的导通电压Vgs。积分支路的计算公式为：
u c = U S × ( 1 - e t τ ) ,
其中，US为分压后电压,时间常数τ＝R2*C1，UC为三极管导通电压；公式中，电阻单位为欧姆、电压单位为福特、电流单位为安培。
以下设通过一个具体事例，对电路原理进行分析；例如设供电电压Vcc为28V，要求启动电流限制在其稳态电流的1.5倍以内，即稳态电流为2.6A；浪涌持续时间不大于10ms，电流上升斜率不大于106A/s。
所述开机浪涌电流抑制电路图中选用的第一开关管Q1为增强型N沟道MOSFET管IRHNA67260，其导通电压为2～4V，RDS(ON)为0.028Ω，电路中第一电阻R1和第二电阻R2取330K，第一电容C1取0.1μ。
其中，US＝14V,时间常数τ＝RC＝82.5K×0.1μ，
由于所述第一开关管Q1采用的MOSFET的开启电压为2～4V，所以计算当UC分别到达2～4V的临界数值时，即当UC上升到2V时，t＝1.27ms；当UC上升到4V时，t＝2.78ms。
所述第一开关管Q1采用的MOSFET的漏极电压线性下降的斜率由时间常数τ确定，该斜率决定浪涌电流的最大幅值，经本发明提供的开机浪涌电流抑制电路后浪涌电流最高为3.72A，小于1.5倍稳态电流，浪涌持续时间为8.06ms，电流上升斜率小于106A/s，满足指标要求。
本发明开机浪涌电流抑制电路，采用表贴电阻作为分压支路，表贴电容作为积分支路，仅通过调整电阻阻值以及电容容值就可以实现浪涌电流的抑制，使得开关速度快≤40ns，开关损耗小，电路简单，可靠性高。
如图3所示，为本发明实施例提供的一种电源结构示意图；该电源包括：如上任一所述开机浪涌电流抑制电路。
本发明的技术方案通过所述积分支路根据所述分压支路的分压状态控制，确定所述开关支路的开关时间，从而降低一次电源加电瞬间所引入的瞬时大电流造成的损失，且采用本发明的可以使得整个系统开关速度快、开关损耗小、驱动方式简单、可靠性、安全性高，且本发明采用兼容设计，可以将不同输入电压转换成符合需求的电压值，满足不同的供电平台。通过积分支路，可对电路的开机浪涌电流进行高精度控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种开机浪涌电流抑制电路，其特征在于，包括：分压支路，积分支路和开关支路；
所述分压支路用于将电源Vcc的电压依次通过所述积分支路、开关支路接入到后级电路中；
所述积分支路用于根据所述分压支路的分压状态控制，确定所述开关支路的开关时间；
所述开关支路用于根据所述积分支路确定的开关时间，打开或者断开开关。
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，所述分压支路包括：第一电阻R1和第二电阻R2；
所述第一电阻R1一端接负载及信号输入端Vin，另一端分别接所述第二电阻R2，所述积分支路以及所述电源Vcc；
所述第二电阻R2另一端接地。
3.根据权利要求2所述的开机浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述积分支路包括：第一电容C1；
所述第一电容C1一端接所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的连接端，另一端接地。
4.根据权利要求3所述的开机浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述开关支路包括：第一开关管Q1；
所述第一开关管Q1管脚G接所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的连接端；
所述第一开关管Q1管脚D接所述负载；
所述第一开关管Q1管脚S接地。
5.根据权利要求4所述的开机浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述第一电阻，所述第二电阻R2为表贴电阻或者薄膜电阻；
所述第一电容C1为表贴电容或者薄膜电容。
6.根据权利要求5所述的开机浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述薄膜电阻和所述薄膜电容的薄膜材料采用氮化钽材料。
7.根据权利要求4至6中任意一项所述的开机浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述第一开关管Q1采用增强型N沟道MOSFET管。
8.根据权利要求7所述的开机浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述第一开关管采用增强型N沟道MOSFET管IRHNA67260系列。
9.根据权利要求8所述的开机浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述积分支路确定所述开关管导通电压通过以下一阶电路的零状态响应，调整所述第二电阻R2和所述第一电容C1来控制实现；
u c = U S × ( 1 - e - t τ )
所述US为分压后电压,时间常数τ＝R2*C1，UC为三极管导通电压；
公式中，电阻单位为欧姆(Ω)、电压单位为福特(V)、电流单位为安培(A)。
10.一种电源，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任意一项所述开机浪涌电流抑制电路。
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