CN109861518A - 一种限流启动电路和电源转换电路 - Google Patents

Abstract

一种限流启动电路，包括接入输入电压的输入端口、提供输出电压的输出端口、储能电容、与储能电容串接的限流电阻、与所述限流电阻并联可控开关；以及输入电压检测模块，用于检测所述输入电压，并输出第一检测信号；以及开关电压检测模块，用于检测所述可控开关的两端电压，并输出第二检测信号；用于根据所述第一检测信号和所述第二检测信号进行逻辑运算后，输出用于控制所述可控开关导通和关断的所述控制信号通过检测输入电压和与输入侧储能电容串联的可控开关电压，控制可控开关导通和关断，可以在输入电压和储能电容产生的浪涌电流过大时并接限流电阻以限制电源开机产生的浪涌电流，避免输出侧的电路或负载损坏，提高电源和负载的寿命。

Description

一种限流启动电路和电源转换电路

技术领域

本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种限流启动电路和电源转换电路。

背景技术

AC-DC电源和DC-DC电源的输入侧中通常有一个或多个大容量储能电容，该储能电容可以减低电源内部输入高频/低频纹波电压，改善电源的动态负载性能，提高电源抗输入浪涌能量、浪涌电压的冲击能力和满足电源负载保持时间的要求。

但是电源开机启动时，该储能电容也会产生的大浪涌电流，传统的电源电路中该大容量储能电容一般采用一个或多个铝电解电容串/并联，铝电解电容具有很大寄生电阻和寄生电感，大浪涌电流会损坏电源电路的半导体器件并造成铝电解电容过温和过压，降低电源的寿命，因此需要设计一种限制电源开机产生的浪涌电流的电路。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种限流启动电路，旨在解决电源启动时输入侧的储能电容产生的大浪涌电流问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种限流启动电路，包括接入输入电压的输入端口、提供输出电压的输出端口及储能电容，所述限流启动电路还包括：

限流电阻，所述储能电容一端与所述限流电阻一端串接，所述储能电容的另一端连接所述输出端口，所述限流电阻的另一端接地；

可控开关，所述可控开关与所述限流电阻并联；

输入电压检测模块，用于检测所述输入电压，并输出第一检测信号；所述输入电压检测模块的输入端连接所述输入电压，输出端连接所述第一检测信号；

开关电压检测模块，用于检测所述可控开关的两端电压，并输出第二检测信号；所述开关电压检测模块的输入端连接所述可控开关与所述储能电容连接的公共端，输出端连接所述第二检测信号；

控制模块，用于根据所述第一检测信号和所述第二检测信号进行逻辑运算后，输出用于控制所述可控开关导通和关断的所述控制信号；所述控制模块的第一输入端连接所述第一检测信号，第二输入端连接所述第二检测信号，输出端连接所述控制信号，并连接到所述可控开关的控制端。

本发明实施例的第二方面提供了一种电源转换电路，包括如上所述的限流启动电路。

上述的限流启动电路通过检测输入电压和与输入侧储能电容串联的可控开关电压，根据检测信号进行逻辑运算后，控制可控开关导通和关断，可以在输入电压和储能电容产生的浪涌电流过大时并接限流电阻以限制电源开机产生的浪涌电流，避免输出侧的电路或负载损坏，提高电源和负载的寿命。

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为本发明实施例提供的限流启动电路结构示意图；

图2为图1所示的限流启动电路中输入电压检测模块的结构示意图；

图3为图1所示的限流启动电路中开关电压检测模块的结构示意图；

图4为图2或图3所示的检测模块中电压检测单元的第一实施例的示例电路原理图；

图5为图2或图3所示的检测模块中电压检测单元的第二实施例的示例电路原理图；

图6为图2或图3所示的检测模块中基准电压单元的示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供的限流启动电路包括接入输入电压Vin的输入端口11、提供输出电压Vout的输出端口12、储能电容13、限流电阻14、可控开关15、输入电压检测模块16、开关电压检测模块17及控制模块18。其中，输入电压Vin可以为直流电压也可以为交流电压；输出电压Vout为输入电压Vin通过整流后得到。

限流启动电路中，储能电容13一端与限流电阻14一端串接，储能电容13的另一连接输出端口12，限流电阻14的另一端接地；可控开关15与限流电阻14并联；输入电压检测模块16用于检测输入电压Vin，并输出第一检测信号；输入电压检测模块16的输入端连接输入电压Vin，输出端连接第一检测信号；开关电压检测模块17用于检测可控开关15的两端电压Vs，并输出第二检测信号；开关电压检测模块17的输入端连接可控开关15与储能电容13连接的公共端，输出端连接第二检测信号；控制模块18用于根据第一检测信号和第二检测信号进行逻辑运算后，输出用于控制可控开关15导通和关断的控制信号；控制模块18的第一输入端连接第一检测信号，第二输入端连接第二检测信号，输出端连接控制信号，并连接到可控开关15的控制端。

通过检测输入电压Vin和可控开关15两个电压，可以在输入电压Vin和储能电容13产生浪涌电流过大时并接限流电阻14以限制电源开机产生的浪涌电流，避免输出侧的电路或负载损坏，提高电源和负载的寿命。

控制模块18，用于根据预设规则，对第一检测信号和第二检测信号进行逻辑运算，根据两个信号是否符合预设规则来输出高或低电平的控制信号。因此，在一个实施例中，逻辑运算具体为：状态1：当输入电压Vin在最低预设电压以上时，且可控开关15的两端电压Vs小于预设电压时，控制信号控制可控开关15导通；状态2：当输入电压Vin低于最低预设电压时，或可控开关15的两端电压Vs大于预设电压时，控制信号控制可控开关15断开。

可选地，还为输入电压Vin设置最高预设电压，那么逻辑运算具体为：状态1：当输入电压Vin在最低预设电压和最高预设电压范围内时，且可控开关15的两端电压Vs小于预设电压时，控制信号控制可控开关15导通；状态2：当输入电压Vin不在最低预设电压和最高预设电压范围内时，或可控开关15的两端电压Vs大于预设电压时，控制信号控制可控开关15断开。

具体地，上述最低预设电压映射为在第一基准电压，最高预设电压映射为第二基准电压，预设电压映射为第三基准电压。

对于是否需要为输入电压Vin设置最高预设电压，视具体情况而定，在一些情况下，输入电压Vin高于最高预设电压时，可控开关15的两端电压Vs早已超过预设电压，此时则可以省略输入电压Vin与最高预设电压的比对步骤，直接用可控开关15的两端电压Vs的判断可以同时替代输入电压Vin与最高预设电压的比对；即是说，可以省去提供第二基准电压和将第二基准电压与输入电压Vin比较的相关电路。

本实施例中，可控开关15为N沟道MOS管，其源极和漏极与限流电阻14并联，MOS管的栅极为可控开关15的控制端。当控制信号为高电平时，N沟道MOS管导通，限流电阻14被短路。当控制信号为低电平时，N沟道MOS管关断，限流电阻14被接入电路与储能电容13串联以限制电流。在其他实施例中，可控开关15可以为其他开关管、继电器或接触器等，连接方式或控制信号的高低电平可以根据不同器件的工作原理做出变形。

请参阅图2和图6，在一个实施例中，输入电压检测模块16包括：第一电压检测单元161、第一基准电压单元162和第一比较单元163。第一电压检测单元161包括采样模块164，用于根据输入电压Vin，获得第一检测电压；第一基准电压单元162包括基准电压芯片165，用于提供第一基准电压，或同时提供第二基准电压；第一比较单元163包括比较器，用于将第一检测电压与第一基准电压进行比较，或同时和第二基准电压进行比较，根据比较结果输出不同状态的第一检测信号。

请参阅图3，在一个实施例中，开关电压检测模块17包括第二电压检测单元171、第二基准电压单元172及第二比较单元173。第二电压检测单元171用于根据可控开关15的两端电压Vs，获得第二检测电压；第二基准电压单元172，用于提供第三基准电压；第二比较单元173用于将第二检测电压和第三基准电压进行比较，根据比较结果输出不同状态的第二检测信号。

可选的，第二电压检测单元171和第一电压检测单元161的电路拓扑相同，第二基准电压单元172和第一基准电压单元162的电路拓扑相同，第二比较单元173和第一比较单元163的电路拓扑相同。而具体电路原理差异在于，第一基准电压单元162中的基准电压芯片165用作提供两个基准电压，第二基准电压单元172的基准电压芯片165用作提供一个基准电压。第一比较单元163中的比较器数量和第二比较单元173的比较器数量应该不同，第一比较单元163至少提供两个比较器分别将第一检测电压与第一基准电压和第二基准电压比较，第二比较单元173提供一个比较器将第二检测电压与第三基准电压比较。

可选地，第一基准电压、第二基准电压和第三基准电压都设置有回差电压。如，当输入电压Vin>75v时，即在额定输入范围内，因第一检测电压的电压不稳定，会波动，导致第一检测电压可能刚开始的阶段波动到低于75v，但此时不希望电路切换到状态2，因此只有当第一检测电压<70v时，电路才会切换到状态2，而70v--75v的值即为第一检测电压的低压基准回差值。反之，当第一检测电压<70v时，电路进入状态2，第一检测电压刚开始也会波动，只有当第一检测电压>75v时，电路才会切换到状态1。将基准设置回差值，会有效避免因输入电压Vin或可控开关15两端电压Vs的微小波动，而导致的电路频繁切换，本实施例中，回差电压的差值为5至10v。

请参阅图4，在一个实施例中，输入电压Vin为直流电压时，第一电压检测单元161和第二电压检测单元171中的采样模块164包括串接在输入电压Vin或可控开关15的两端电压Vs与地之间的两个电阻R1、R2，两个电阻R1、R2连接的公共端作为第一、第二检测电压。进一步地，接地的电阻R2还并联一个电容C1用作对第一、第二检测电压滤波。请参阅图5，输入电压Vin为交流电压时，第一电压检测单元161还包括单向导通器件，单向导通器件连接在输入电压Vin和采样模块164之间。单向导通器件比如为二极管，用于对交流电压进行整流后输出到采样模块164。本实施例中，二极管为两个，其中一个二极管的阳极连接输入电压Vin的正极，另一个二极管的阳极连接输入电压Vin的负极，两个二极管的阴极连接采样模块164。

请参阅图6，在一个实施例中，第一基准电压单元162还包括输入端的直流电源电路166和输出端的直流电源电路167，输入端的直流电源电路166用于根据输入电压Vin获取直流电压vcc；输出端的直流电源电路167用于根据输出电压Vout获取直流电压vcc，具体地，输出电压Vout经过后级电路转换后得到供电电压Vout1，所述输出端的直流电源电路167，用于接入供电电压Vout1，输出直流电压vcc；所述输入端的直流电源电路166的输出端和所述输出端的直流电源电路167的输出端都连接在基准电压芯片165的电源引脚上。第二基准电压单元167可以使用与第一基准电压单元162相同的电路原理。

基准电压芯片165有3个引脚：电源引脚、地引脚、采样引脚。其中，采样引脚接串联连接的在电源引脚和地引脚之间电阻Ra、Rb的公共端，电阻Ra、Rb的公共端电压反馈到基准电压芯片165中。电源引脚既是输入又是输出，可直接输出第一基准信号和第二基准信号，又通过限流电阻R3接收外部直流电压vcc，基准电压可以通过电阻Ra、Rb的阻值调整。

输入端的直流电源电路166包括稳压器件，稳压器件接入输入电压Vin输出直流电压vcc。当输入电压Vin为交流电时，输入端的直流电源电路166还包括整流器件/单相导通器件，如二极管，将输入电压Vin整流后输入到稳压器件。

输出端的直流电源电路167的输入为供电电压Vout1，供电电压Vout1可以来自后级电路中非隔离式开关电源的输出端口，或后级电路中的电压变换芯片输出端口，或者是隔离式开关电源电路的次级辅助线圈。

具体地，当可控开关15导通时，即电路进入正常工作模式，基准电压芯片165从输出端的直流电源电路166获取电压；当可控开关15断开时，即电路处于启动模式，基准电压芯片165从输入端的直流电源电路167获取电压。

在一个实施例中，限流启动电路还包括驱动电路19，驱动电路19连接在控制模块18的输出端和可控开关15的控制端之间，驱动电路19用于为控制信号提供驱动。

此外，还提供了一种包括上述限流启动电路的电源转换电路。该电源转换电路可以为开关电源电路或逆变电路，开关电源电路可以是隔离式或非隔离式，逆变电路可以是单相或三相逆变电路。

以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种限流启动电路，包括接入输入电压的输入端口、提供输出电压的输出端口及储能电容，其特征在于，所述限流启动电路还包括：

限流电阻，所述储能电容一端与所述限流电阻一端串接，所述储能电容的另一端连接所述输出端口，所述限流电阻的另一端接地；

可控开关，所述可控开关与所述限流电阻并联；

输入电压检测模块，用于检测所述输入电压，并输出第一检测信号；

开关电压检测模块，用于检测所述可控开关的两端电压，并输出第二检测信号；

控制模块，用于根据所述第一检测信号和所述第二检测信号进行逻辑运算后，输出用于控制所述可控开关导通和关断的所述控制信号。

2.如权利要求1所述的限流启动电路，其特征在于，所述逻辑运算具体为：当所述输入电压在最低预设电压以上时，且所述可控开关的两端电压小于预设电压时，所述控制信号控制所述可控开关导通；当所述输入电压小于最低预设电压时，或所述可控开关的两端电压大于预设电压时，所述控制信号控制所述可控开关断开。

3.如权利要求2所述的限流启动电路，其特征在于，所述逻辑运算具体为：当所述输入电压在最低预设电压和最高预设电压范围内时，且所述可控开关的两端电压小于预设电压时，所述控制信号控制所述可控开关导通；当所述输入电压不在最低预设电压和最高预设电压范围内时，或所述可控开关的两端电压大于预设电压时，所述控制信号控制所述可控开关断开。

4.如权利要求3所述的限流启动电路，其特征在于，所述最低预设电压映射为第一基准电压，所述最高预设电压映射为第二基准电压；所述预设电压映射为第三基准电压。

5.如权利要求4所述的限流启动电路，其特征在于，所述第一基准电压、第二基准电压和第三基准电压都设置有回差电压。

6.如权利要求5所述的限流启动电路，其特征在于，所述回差电压的差值为5至10v。

7.如权利要求1至6任意一项所述的限流启动电路，其特征在于，所述输入电压检测模块包括：

第一电压检测单元，包括采样模块，用于根据所述输入电压，获得第一检测电压；

第一基准电压单元，包括基准电压芯片，用于提供基准电压；

第一比较单元，包括比较器，用于将所述第一检测电压与所述基准电压进行比较，根据比较结果输出不同状态的第一检测信号。

8.如权利要求7所述的限流启动电路，其特征在于，所述采样模块包括串接在所述输入电压与地之间的两个电阻，所述两个电阻连接的公共端作为所述第一检测电压。

9.如权利要求7所述的限流启动电路，其特征在于，所述第一电压检测单元还包括单向导通器件，所述单向导通器件连接在所述输入电压和所述采样模块之间。

10.如权利要求7所述的限流启动电路，其特征在于，所述第一基准电压单元还包括：

输入端的直流电源电路，用于根据所述输入电压获取直流电压；

输出端的直流电源电路，用于根据所述输出电压获取直流电压；

所述输入端的直流电源电路的输出端和所述输入端的直流电源电路的输出端都连接在所述基准电压芯片的电源引脚上。

11.如权利要求10所述的限流启动电路，其特征在于，当所述可控开关导通时，所述基准电压芯片从所述输出端的直流电源电路获取电压；当所述可控开关断开时，所述基准电压芯片从所述输入端的直流电源电路获取电压。

12.如权利要求7所述的限流启动电路，其特征在于，所述开关电压检测模块包括：

第二电压检测单元，用于根据所述可控开关的两端电压，获得第二检测电压；

第二基准电压单元，用于提供基准电压；

第二比较单元，用于将所述第二检测电压和基准电压进行比较，根据比较结果输出不同状态的第二检测信号。

13.如权利要求1所述的限流启动电路，其特征在于，还包括：

驱动电路，用于为所述控制信号提供驱动。

14.一种电源转换电路，其特征在于，包括如权利要求1-13任意一项所述的限流启动电路。