CN108377144A - 多功能延时导通装置及具有其的延迟电路和电池预充系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能延时导通装置及具有其的延迟电路和电池预充系统，所述延时导通装置包括分压支路单元、电容器、MOS管、第一调节支路单元，分压支路单元的一端与电容器的正极串联连接，第一调节支路单元与电容器并联连接，MOS管的栅极与电容器的正极连接，MOS管的源极与电容器的负极连接；分压支路单元的另一端引出所述延时导通装置的第一外接端子，电容器的负极引出所述延时导通装置的第二外接端子，MOS管的漏极引出所述延时导通装置的第三外接端子。本发明的延时导通装置结构简单、成本可控、扩展性强，可应用于电池预充系统或用作延迟启动器，有效防止电源刚启动时电压未升到目标电压负载就开始运行的安全隐患。

Description

多功能延时导通装置及具有其的延迟电路和电池预充系统

技术领域

本发明涉及压缩机领域，特别涉及一种多功能延时导通装置及具有其的延迟电路和电池预充系统。

背景技术

在新能源汽车电子行业，由于大部分功率组件由原来的燃油驱动改成了高压电驱动，将汽车内部的主要部件进行了革命性的转换，新能源汽车内部的高压组件主要有轮轴驱动器，压缩机，BMS电池管理系统等，这些器件都是属于大电流组件。通常这些组件的输入端都会接入一根熔断值在额定工作电流1.5倍的保险丝。起到保护整车高压线路的作用。但是由于大电流组件存在一个共性，即输入端的滤波电容容值通常达到几百甚至上千微法，这些大容量的电容在高压上电的瞬间会产生与高压近似相等的冲击电流。假设输入电压为500V，冲击电流可以近似达到500A。虽然持续时间非常短(大约几百微秒)，但已经足够对保险丝产生非常强大的冲击，久而久之，保险丝会加速老化而出现质量问题，有时候一个保险丝分管不同的组件，这样的话责任无法明确，问题无法及时纠正，对整车质量造成了严重的影响。

目前市场上解决此问题的方法由如下几种：电压采样法、延迟启动法、电感限制法等。其中，电压采样法是目前使用比较广泛的方法，如图1所示，主要原理是利用单片机对目前电压进行实时采样，并默认在母线中串联一个大功率电阻，当检测到高压时，经过一段延时，将大电阻断开，致使高压回路导通，但是此方法存在几个缺点：1)占用CPU口线资源并依赖软件检测，在CPU资源紧缺时变的不方便，依赖软件检测存在延时误差；2)对于上电主回路就工作的组件来说，当主回路工作时，CPU还未来得及开启MOS管，此方法变成了不可取。

延迟启动法是利用延迟继电器来完成上述功能，如图2所示，当高压上电时利用延时继电器的延时特性，先将大电阻串联于高压回路中，当继电器开启后，高压回路导通。此方法存在几个缺点：1)必须增加DCDC电路浪费器件，浪费成本；2)延时继电器价格昂贵，浪费成本；3)对于上电主回路就工作的组件来说，当主回路工作时，CPU还未来得及开启MOS管，此方法变成了不可取。

电感串联法虽然器件变的很少，但是由于电感的限制量有限，并且体积很大，占空间等缺点，已不是主流方法。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种多功能延时导通装置及具有其的延迟电路和电池预充系统，有效防止电源刚启动时电压未升到目标电压负载就开始运行的安全隐患，所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种多功能延时导通装置，所述延时导通装置包括分压支路单元、电容器、MOS管、第一调节支路单元，所述分压支路单元的一端与电容器的正极串联连接，所述第一调节支路单元与电容器并联连接，所述MOS管的栅极与电容器的正极连接，所述MOS管的源极与电容器的负极连接；

所述分压支路单元的另一端引出所述延时导通装置的第一外接端子，所述电容器的负极引出所述延时导通装置的第二外接端子，所述MOS管的漏极引出所述延时导通装置的第三外接端子。

进一步地，所述延时导通装置还包括第二调节支路单元，所述第二调节支路单元与所述分压支路单元并联连接。

进一步地，所述延时导通装置还包括稳压二级管，所述稳压二级管的正极与电容器的负极连接，所述稳压二级管的负极与电容器的正极连接。

进一步地，所述第一调节支路单元包括第一电位器，所述第二调节支路单元包括第二电位器，所述分压支路单元包括分压电阻。

进一步地，所述延时导通装置还包括用于封装所述延时导通装置的壳体，所述第一电位器和第二电位器的调节开关均延伸至所述壳体的外部。

进一步地，所述MOS管包括寄生二极管。

另一方面，本发明提供了一种延迟电路，包括第一电源、第一负载及如上所述的延时导通装置，所述第一电源的正极和第一负载的一端均与所述第一外接端子连接，所述第一电源的负极与所述第二外接端子连接，所述第一负载的另一端与所述第三外接端子连接。

进一步地，所述第一负载为压缩机，所述电容器的电容容值范围为8-12μF，所述分压支路单元的分压电阻的阻值范围为150-250KΩ，所述第一调节支路单元的调节最大限值范围为15-25KΩ，所述第二调节支路单元的调节最大限值范围为300-500KΩ。

再一方面，本发明提供了一种电池预充系统，包括第二电源、第二负载、大功率电阻及如上所述的延时导通装置，所述第二电源的正极和第二负载的一端均与所述第一外接端子连接，所述第二电源的负极和大功率电阻的一端均与所述第二外接端子连接，所述第二负载的另一端和大功率电阻的另一端均与所述第三外接端子连接。

进一步地，所述第二电源为高压电源，所述第二负载包括可充电电池或电容。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.结构简单、成本可控；

b.扩展性强，可应用于电池预充系统或用作延迟启动器，起到防反接功能；

c.有效防止电源刚启动时电压未升到目标电压负载就开始运行的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中电压采样法的实施示意图；

图2是现有技术中延迟启动法的实施示意图；

图3是本发明实施例提供的多功能延时导通装置的电路图；

图4是本发明实施例提供的多功能延时导通装置用作延迟启动器的电路图；

图5是本发明实施例提供的多功能延时导通装置所在的电池预充系统的结构框图；

图6是本发明实施例提供的多功能延时导通装置所在的电池预充系统的电路图。

其中，附图标记包括：1-电容器，2-MOS管，21-寄生二极管，31-第一电源，32-第二电源，41-第一负载，42-第二负载，5-稳压二级管，6-第一电位器，7-第二电位器，8-分压电阻，9-大功率电阻。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的技术方案中，利用MOS管、电位器、贴片电阻(分压电阻)和电容器组成一个电路，并且串联进高压回路中，当高压上电时，MOS管的栅极处有一个电解电容正在充电，利用电容充电时短路的特性，此时MOS管无法开启，当电容充满电后，MOS管栅极获得开启电压后完全导通，此电路可封装在一个塑壳内，形成延时导通模块。此模块具有如下优点：

1、成本低廉，全套材料只有一个MOS管少量可调电阻，少量贴片电阻；

2、形式简单，体积小，安装方便；

3、延迟时间可调，根据不同产品调节不同的延迟时间；

4、可扩展性强，使用者可以根据本模块特性搭建外围电路形成不同的使用方法；

5、输入电压可调，可以根据使用环境换成不同的输入范围。

参见图3，所述延时导通装置包括分压支路单元、电容器1、MOS管2、第一调节支路单元，所述分压支路单元包括分压电阻8，所述分压支路单元的一端与电容器1的正极串联连接，所述第一调节支路单元与电容器1并联连接，所述MOS管2的栅极与电容器1的正极连接，所述MOS管2的源极与电容器1的负极连接；

所述分压支路单元的另一端引出所述延时导通装置的第一外接端子，所述电容器1的负极引出所述延时导通装置的第二外接端子，所述MOS管2的漏极引出所述延时导通装置的第三外接端子。

为了实现对延迟启动时间的调节，在本发明的一个优选实施例中，在所述分压支路单元上并联设置第二调节支路单元，以压缩机负载为例，根据压缩机工作特性，输入电压范围从100-600V不等，所以分压电阻设计为150-250KΩ，第一调节支路单元的调节最大限值范围为15-25KΩ，所述第二调节支路单元的调节最大限值范围为300-500KΩ，这样最长延时时间为2秒，最低可以趋近为0。综上所述，此模块拥有输入电压100-600V的可选范围，并且延时时间为2秒以内可调的特性。

由图3可以看出，模块内还设有一个稳压二级管5，所述稳压二级管5的正极与电容器1的负极连接，所述稳压二级管5的负极与电容器1的正极连接，所述稳压二级管5主要保护MOS管2不受干扰击穿；同时，所述MOS管2上设置有寄生二极管21，为MOS管2提供保护作用。

上述的第一调节支路单元中包括第一电位器6，所述第二调节支路单元中包括第二电位器7，所述第一电位器6和第二电位器7的调节开关均延伸至用于封装所述延时导通装置的壳体的外部，使得外壳上有两个手动调节点，对应于第二电位器7的手动调节点用于调节延时时间，对应于第一电位器6的手动调节点用于调节MOS管2的导通电压，确保所述MOS管2的栅极电压不超过20V，起到在分压电阻8设置不当的情况下防止MOS管2被打坏。

此模块还拥有扩展性亮点，比如在本发明的一个实施例中，可以配合外部电路搭建做成延时启动器，所述延时导通模块设置在电源3与负载4之间，形成一种延迟电路，参见图4，所述延迟电路包括第一电源31、第一负载41及如上所述的延时导通装置，使得第一电源31与第一负载41之间具有延迟导通功能，其与所述延时导通模块的连接关系如下：所述第一电源31的正极和第一负载41的一端均与所述第一外接端子连接，所述第一电源31的负极与所述第二外接端子连接，所述第一负载41的另一端与所述第三外接端子连接。

由图4的电路图可以看出，第一电源31刚接通的瞬间，电容器1充电的原因，使得电容器1相当于被短路，此时电流的流向为第一电源31的正极到分压电阻8，在经过电容器1后回到第一电源31的负极，而此时由于MOS管2还没有导通，因此，第一负载41与第一电源31的负极之间因为MOS管2而断开，此时第一电源31无法为第一负载41供电；当电容器1充电完成之后，所述电容器1的正极存在一定电压，由于所述MOS管2的栅极与所述电容器1的正极连接，因此，此时电容器1为所述MOS管2的栅极提供导通电压，MOS管2导通，此时，电流从第一电源31的正极流向第一负载41，并通过所述MOS管2流回第一电源31的负极。

其中，第一电位器6的大小决定电容器1的充电电压，即MOS管2的栅极电压，而一般市面上的MOS管2的栅极导通电压不能超过20V，否则会造成MOS管2的损坏，因此，第一电位器6的作用是控制MOS管2的导通电压不超过20V；而第二电位器7的大小决定电容器1的充电速度，具体为第二电位器7的阻值越大，则电容器1的充电速度越慢，而重点速度越慢，则所述MOS管2的导通越慢，即延时时间越长。

在本发明的一个优选实施例中，以压缩机负载为例(所述第一负载41为压缩机)，根据压缩机工作特性，输入电压范围从100-600V不等，所以分压电阻8设计为200KΩ，第一电位器6为20KΩ可调，电容器1容值是10UF。第二电位器为400KΩ，这样最长延时时间为2秒，最低可以趋近为0。综上所述，此模块拥有输入电压100-600V的可选范围，并且延时时间为2秒以内可调的特性。

从图4可以看出，高压电源的输出接到延迟模块，然后经延迟后到达高压负载，理论上高压负载和电源之间必须都有这个安全保护装置，其中有如下亮点：

1)将本模块高压负极的输入输出反接，即高压负极输出接电源，高压负极输入接负载，这样同样完成了延迟启动功能，而且依靠MOS管的特性，当高压被反接时无法与下面电路导通，起到了防反接功能；

2)将高压电压和高压负载之间放入本模块可以有效防止电源刚启动时电压未升到目标电压负载就开始运行的安全隐患。

除了以上延迟电路的扩展应用，所述延时导通装置还可以拓展应用在电池预充系统中，在本发明的一个实施例中，提供了一种电池预充系统，参见图5，包括高压输入模块、多功能延时模块、主板单元和大功率电阻，具体的连接电路图参见图6，所述电池预充系统包括第二电源32、第二负载42、大功率电阻9及如上所述的延时导通装置，所述第二电源32的正极和第二负载42的一端均与所述第一外接端子连接，所述第二电源32的负极和大功率电阻9的一端均与所述第二外接端子连接，所述第二负载42的另一端和大功率电阻9的另一端均与所述第三外接端子连接。

其中，所述第二电源32为高压电源，所述第二负载42包括可充电电池或电容。一般高压电源为可充电电池(电平或大电容)充电的第一瞬间，大电流会对电池造成不可逆的冲击，有可能超过电池的承受范围即会造成电池的损毁，还可能造成更大的损失，为了解决这一技术问题，本实施例提供了上述电池预充系统，如图6所示，所述第二电源32刚接通的瞬间，所述第二电源32、第二负载42与大功率电阻9形成回路，由于大功率电阻9的分担作用，降低了通过第二负载42的电流，另一条回路同上述实施例，电容器1充电的原因，使得电容器1相当于被短路，此时电流的流向为第二电源32的正极到分压电阻8，在经过电容器1后回到第二电源32的负极，而此时由于MOS管2还没有导通，因此，第一负载41与第一电源31的负极之间因为MOS管2而断开；当电容器1充电完成之后，所述电容器1的正极存在一定电压，由于所述MOS管2的栅极与所述电容器1的正极连接，因此，此时电容器1为所述MOS管2的栅极提供导通电压，MOS管2导通，此时，电流从第二电源32的正极流向第二负载42，并通过所述MOS管2流回第二电源32的负极，而所述MOS管2与所述大功率电阻9并联连接，在所述MOS管2导通以后，所述大功率电阻9几乎被短路(没有完全被短路的原因是MOS管2本身存在很小的阻值，可忽略不计)。

综上，本发明实施例中高压电源接通的顺接，由大功率电阻为待充电电池分担电压，减小通路电流，实现电池预充功能，在延迟一段时间后，待MOS管2导通后，电池进行正常充电阶段。

本发明的延时导通装置为高压电源接通瞬间给负载带来的大电流的风险提供了安全保障，可拓展性强，适用范围广泛。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (10)

1.一种多功能延时导通装置，其特征在于，包括分压支路单元、电容器(1)、MOS管(2)、第一调节支路单元，所述分压支路单元的一端与电容器(1)的正极串联连接，所述第一调节支路单元与电容器(1)并联连接，所述MOS管(2)的栅极与电容器(1)的正极连接，所述MOS管(2)的源极与电容器(1)的负极连接；

所述分压支路单元的另一端引出所述延时导通装置的第一外接端子，所述电容器(1)的负极引出所述延时导通装置的第二外接端子，所述MOS管(2)的漏极引出所述延时导通装置的第三外接端子。

2.根据权利要求1所述的延时导通装置，其特征在于，还包括第二调节支路单元，所述第二调节支路单元与所述分压支路单元并联连接。

3.根据权利要求1所述的延时导通装置，其特征在于，还包括稳压二级管(5)，所述稳压二级管(5)的正极与电容器(1)的负极连接，所述稳压二级管(5)的负极与电容器(1)的正极连接。

4.根据权利要求2所述的延时导通装置，其特征在于，所述第一调节支路单元包括第一电位器(6)，所述第二调节支路单元包括第二电位器(7)，所述分压支路单元包括分压电阻(8)。

5.根据权利要求4所述的延时导通装置，其特征在于，还包括用于封装所述延时导通装置的壳体，所述第一电位器(6)和第二电位器(7)的调节开关均延伸至所述壳体的外部。

6.根据权利要求1所述的延时导通装置，其特征在于，所述MOS管(2)包括寄生二极管(21)。

7.一种延迟电路，其特征在于，包括第一电源(31)、第一负载(41)及如权利要求1-6中任意一项所述的延时导通装置，所述第一电源(31)的正极和第一负载(41)的一端均与所述第一外接端子连接，所述第一电源(31)的负极与所述第二外接端子连接，所述第一负载(41)的另一端与所述第三外接端子连接。

8.根据权利要求7所述的延迟电路，其特征在于，所述第一负载(41)为压缩机，所述电容器(1)的电容容值范围为8-12μF，所述分压支路单元的分压电阻(8)的阻值范围为150-250KΩ，所述第一调节支路单元的调节最大限值范围为15-25KΩ。

9.一种电池预充系统，其特征在于，包括第二电源(32)、第二负载(42)、大功率电阻(9)及如权利要求1-6中任意一项所述的延时导通装置，所述第二电源(32)的正极和第二负载(42)的一端均与所述第一外接端子连接，所述第二电源(32)的负极和大功率电阻(9)的一端均与所述第二外接端子连接，所述第二负载(42)的另一端和大功率电阻(9)的另一端均与所述第三外接端子连接。

10.根据权利要求9所述的电池预充系统，其特征在于，所述第二电源(32)为高压电源，所述第二负载(42)包括可充电电池或电容。