CN109391137A - 抑制电源浪涌的软启动电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抑制电源浪涌的软启动电路及方法，所述软启动电路使输入电源由0上升至额定电压值的过程中，利用设置的电容与分压电阻，及信号开关的配合，使电源开关延缓导通，并使输出电压逐渐上升至额定电压值。本发明以电容为蓄流器件，并配合分压电阻与信号开关的功能来延缓电源开关的导通时间；适于在现有电机电源的基础上进行改进，从而确保电机免受大电流冲击。

Description

抑制电源浪涌的软启动电路及方法

技术领域

本发明涉及电源软启动技术领域，尤其涉及一种抑制电源浪涌的软启动电路及方法。

背景技术

随着工业机器人的蓬勃发展，各种各样的机器人被快速地研发出来。这些工业机器人以多轴机械臂为主，其多轴的运动轨迹都是在对电机的驱动和控制下完成的。

在大电压和高容性负载的电机电源电路中，电源上电瞬间易产生浪涌似的瞬间大电流，所述瞬间大电流比正常工作状态的电流可高出2-3倍，对电源及负载中的敏感器件危害比较大。因此，通常以软启动的方式启动电机电源，以减少电机受到的大电流冲击。

目前的软启动方法多采用多组高功率电阻并联的方法分流大电流的量值，高功率电阻的应用会产生大量的功耗及热量；另外还可以在电路中采用软启动器，然而软启动器在增加功耗和大量成本的同时还造成电路的体积增加。

因此，针对以上不足，需要提供一种软启动电源电路，以有效地抑制浪涌电流，并不会附加产生大量的功耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中抑制浪涌电流通过高功率电阻分压或采用软启动器的方式，会额外产生大量功耗的缺陷，提供一种抑制电源浪涌的软启动电路及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抑制电源浪涌的软启动电路，

所述软启动电路使输入电源由0上升至额定电压值的过程中，利用设置的电容与分压电阻，及信号开关的配合，使电源开关延缓导通，并使输出电压逐渐上升至额定电压值。

在根据本发明所述的抑制电源浪涌的软启动电路中，所述软启动电路包括电容C1、一号分压电阻R1、电源开关Q1、反向稳压管、二号分压电阻R2、限流电阻R3和信号开关Q2,

所述电容C1的正极连接输入电源的正极，电容C1与一号分压电阻R1并联，电容C1的正极连接电源开关Q1的输入端，电源开关Q1的控制端连接电容C1的负极，电源开关Q1的输出端引出为电源输出端；电源开关Q1的输入端与输出端之间连接反向稳压管；

电容C1的负极与信号开关Q2的输入端之间连接二号分压电阻R2，信号开关Q2的输出端接地，信号开关Q2的信号端连接限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端作为信号输入端。

在根据本发明所述的抑制电源浪涌的软启动电路中，所述电源开关Q1为PMOS管，

PMOS管的源极连接电容C1的正极，PMOS管的栅极连接电容C1的负极，PMOS管的漏极引出为电源输出端；PMOS管的漏极连接反向稳压管的阳极，PMOS管的源极连接反向稳压管的阴极。

在根据本发明所述的抑制电源浪涌的软启动电路中，所述信号开关Q2为NMOS管，

NMOS管的漏极与电容C1的负极之间连接二号分压电阻R2，NMOS管的源极接地，NMOS管的栅极连接限流电阻R3的一端。

在根据本发明所述的抑制电源浪涌的软启动电路中，所述信号开关Q2为NPN型三极管，

NPN型三极管的集电极与电容C1的负极之间连接二号分压电阻R2，NPN型三极管的发射极接地，NPN型三极管的基极连接限流电阻R3的一端。

本发明还提供了一种抑制电源浪涌的软启动方法，基于上述任一项所述的抑制电源浪涌的软启动电路实现，所述软启动方法包括：

使输入电源由0上升至额定电压值Vin的过程中，先给电容器充电，并通过分压电阻使电源开关处于关断状态，输出电压为0；

当输入电源稳定至Vin时，输入开关信号使信号开关导通，信号开关的导通使分压电阻的电压发生变化，从而使电源开关逐渐进入导通状态，输出电压由0逐渐上升至Vout＝Vin。

实施本发明的抑制电源浪涌的软启动电路及方法，具有以下有益效果：本发明设置电容作为蓄流器件，并配合分压电阻与信号开关的功能来延缓电源开关的导通时间。它采用简单的电子元件相配合实现电源的软启动，功耗低，体积小，并且性价比高，可靠性强，适于在现有电机电源的基础上进行改进，从而确保电机免受大电流冲击，更好的实现对机械臂的驱动。

附图说明

图1为根据本发明的抑制电源浪涌的软启动电路的示例性框图；

图2为根据本发明的抑制电源浪涌的软启动电路的一个实施例的示例性原理图；

图3为根据本发明的抑制电源浪涌的软启动电路的另一个实施例的示例性原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

具体实施方式一、本发明的第一方面，提供了一种抑制电源浪涌的软启动电路，结合图1所示，所述软启动电路使输入电源由0上升至额定电压值的过程中，利用设置的电容与分压电阻，及信号开关的配合，使电源开关延缓导通，并使输出电压逐渐上升至额定电压值。

在大容性负载的电源电路中，利用公式I＝C*(du/dt)，可以知道为了减小浪涌电流I，可以通过两种方式实现：1.降低电路中的容性负载的容性值C。2.增大电压的上升时间t。本实施方式的软启动电路采用第二种方法，增加电压的上升时间t，即使du/dt的值降低。

本实施方式通过对输入电源电压值变化过程的控制，来减缓容性负载产生的浪涌电流。它利用电源开关的导通阻抗随栅极与源极之间导通电压变化的特性，实现对电源开关导通速度的控制，能使输出电压由0缓慢上升至与输入电源电压值相同，由此可减小对输入电源的影响，大大减小浪涌电流的峰值。

作为示例，结合图2和图3所示，所述软启动电路包括电容C1、一号分压电阻R1、电源开关Q1、反向稳压管、二号分压电阻R2、限流电阻R3和信号开关Q2,

所述电容C1的正极连接输入电源的正极，电容C1与一号分压电阻R1并联，电容C1的正极连接电源开关Q1的输入端，电源开关Q1的控制端连接电容C1的负极，电源开关Q1的输出端引出为电源输出端；电源开关Q1的输入端与输出端之间连接反向稳压管；

电容C1的负极与信号开关Q2的输入端之间连接二号分压电阻R2，信号开关Q2的输出端接地，信号开关Q2的信号端连接限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端作为信号输入端。

本实施方式中的信号开关，一方面可以限制分压电阻的分压时间，另一方面可以对电容C1进行快速放电。

进一步，选择所述电源开关Q1为PMOS管，结合图2和图3所示，

PMOS管的源极连接电容C1的正极，PMOS管的栅极连接电容C1的负极，PMOS管的漏极引出为电源输出端；PMOS管的漏极连接反向稳压管的阳极，PMOS管的源极连接反向稳压管的阴极。

所述PMOS管可以为大功率P型晶体管。

本实施方式中，信号开关Q2可以为N型晶体管，也可以是N型三极管。

作为示例，结合图2所示，所述信号开关Q2为NMOS管，

NMOS管的漏极与电容C1的负极之间连接二号分压电阻R2，NMOS管的源极接地，NMOS管的栅极连接限流电阻R3的一端。

工作原理：对所述电源开关Q1和信号开关Q2进行上述选择后的具体实施电路如图2所示，当输入电源从0开始上升的过程中，首先给电容C1充电，充电完成后，由于一号分压电阻R1和二号分压电阻R2的共同作用，使电源开关Q1始终处于关断状态；此时信号开关Q2也呈关断状态，所以输出电压Vout为0。

电容C1充电完成后，输入电源处于稳定状态，电压值为Vin，此时电源开关Q1和信号开关Q2都处于关断状态。输入开关信号Vf给信号开关Q2的栅极，使信号开关Q2导通，由于信号开关Q2的导通，一号分压电阻R1和二号分压电阻R2之间的电压发生变化，电源开关Q1的栅极G点的电压也随之发生变化，在G点电压慢慢下降的时候，Q1的栅极G与源极S之间的电压Vgs进入导通条件，使电源开关Q1慢慢进入导通状态。

电源开关Q1慢慢导通的过程中，输出电压Vout开始从0慢慢上升，当Q1全部打开以后，Vout电压上升到Vin，然后输出电压Vout稳定于额定电压值Vin，从而实现了电源的稳定输出。

当断开输入电源后，电容C1立即开始放电，它通过二号分压电阻R2和信号开关Q2快速放电，在整个电路完全断电之前，电容C1放空电荷，为下次供电过程做准备，保证下次供电软启动正常工作。

另外作为示例，结合图3所示，所述信号开关Q2也可以为NPN型三极管，

NPN型三极管的集电极与电容C1的负极之间连接二号分压电阻R2，NPN型三极管的发射极接地，NPN型三极管的基极连接限流电阻R3的一端。开关信号Vf通过限流电阻R3传递给NPN型三极管的基极。

信号开关Q2采用NPN型三极管与信号开关Q2采用NMOS管时，上述电路的工作原理相同。

本实施方式中，电容C1可以选择为100uF，63V。

具体实施方式二、本发明的另一方面还提供了一种抑制电源浪涌的软启动方法，基于任一项所述的抑制电源浪涌的软启动电路实现，所述软启动方法包括：

使输入电源由0上升至额定电压值Vin的过程中，先给电容器充电，并通过分压电阻使电源开关处于关断状态，输出电压为0；

当输入电源稳定至Vin时，输入开关信号使信号开关导通，信号开关的导通使分压电阻的电压发生变化，从而使电源开关逐渐进入导通状态，输出电压由0逐渐上升至Vout＝Vin。

下面对信号开关Q2如何限制分压电阻的分压时间进行说明：结合图2和图3所示，当输入电源Vin稳定输入的时候，输入电容C1处于充电完成状态，信号开关Q2处于完全关断状态，这个时候的S点电压和G点电压都等于Vin，电源开关Q1的栅极G与源极S之间的电压Vgs＝0，电源开关Q1处于关断状态。当信号开关Q2打开之后，电路中的地接通，一号分压电阻R1到二号分压电阻R2到信号开关Q2到地产生通路，一号分压电阻R1和二号分压电阻R2之间的电压，即Q1的栅极G点电压开始发生变化，变化的方式是电压由Vin开始缓慢下降，下降到V＝(Vin*R2)/(R1+R2)，这个电压V＝Vgs满足电源开关Q2的打开条件，电源开关Q2进入打开状态。G点电压由Vin值下降到Vgs的时间T由输入电容C1的容值和一号分压电阻R1的阻值决定。所以为了放慢电源开关Q1的打开速度可以1.增大输入电容C1的容值，增加蓄流电量；2.增大分压电阻R2阻值，减小放电速度。

综上所述，本发明使用了简单的电阻、电容及晶体管器件，电路原理简单，可靠性强，可以很好的完成软启动功能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种抑制电源浪涌的软启动电路，其特征在于：

所述软启动电路使输入电源由0上升至额定电压值的过程中，利用设置的电容与分压电阻，及信号开关的配合，使电源开关延缓导通，并使输出电压逐渐上升至额定电压值。

2.根据权利要求1所述的抑制电源浪涌的软启动电路，其特征在于，所述软启动电路包括电容C1、一号分压电阻R1、电源开关Q1、反向稳压管、二号分压电阻R2、限流电阻R3和信号开关Q2,

所述电容C1的正极连接输入电源的正极，电容C1与一号分压电阻R1并联，电容C1的正极连接电源开关Q1的输入端，电源开关Q1的控制端连接电容C1的负极，电源开关Q1的输出端引出为电源输出端；电源开关Q1的输入端与输出端之间连接反向稳压管；

电容C1的负极与信号开关Q2的输入端之间连接二号分压电阻R2，信号开关Q2的输出端接地，信号开关Q2的信号端连接限流电阻R3的一端，限流电阻R3的另一端作为信号输入端。

3.根据权利要求2所述的抑制电源浪涌的软启动电路，其特征在于，所述电源开关Q1为PMOS管，

PMOS管的源极连接电容C1的正极，PMOS管的栅极连接电容C1的负极，PMOS管的漏极引出为电源输出端；PMOS管的漏极连接反向稳压管的阳极，PMOS管的源极连接反向稳压管的阴极。

4.根据权利要求3所述的抑制电源浪涌的软启动电路，其特征在于，所述信号开关Q2为NMOS管，

NMOS管的漏极与电容C1的负极之间连接二号分压电阻R2，NMOS管的源极接地，NMOS管的栅极连接限流电阻R3的一端。

5.根据权利要求3所述的抑制电源浪涌的软启动电路，其特征在于，所述信号开关Q2为NPN型三极管，

NPN型三极管的集电极与电容C1的负极之间连接二号分压电阻R2，NPN型三极管的发射极接地，NPN型三极管的基极连接限流电阻R3的一端。

6.一种抑制电源浪涌的软启动方法，其特征在于，基于权利要求1至5中任一项所述的抑制电源浪涌的软启动电路实现，所述软启动方法包括：

使输入电源由0上升至额定电压值Vin的过程中，先给电容器充电，并通过分压电阻使电源开关处于关断状态，输出电压为0；

当输入电源稳定至Vin时，输入开关信号使信号开关导通，信号开关的导通使分压电阻的电压发生变化，从而使电源开关逐渐进入导通状态，输出电压由0逐渐上升至Vout＝Vin。