CN110581541A - 一种隔离控制的浪涌电流抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离控制的浪涌电流抑制电路，应用于供电网络，所述供电网络包括供电电源、输入电容和负载，所述隔离控制的浪涌电流抑制电路，包括隔离控制单元、浪涌抑制单元、驱动与保护单元和反馈单元，所述浪涌抑制单元包括功率电阻和MOSFET晶体管，通过功率电阻给输入电容充电，结合负载端的反馈单元提供反馈信号，驱动隔离控制单元工作，从而将MOSFET晶体管打开，将功率电阻短接。本发明实现隔离后端负载与浪涌抑制的联动控制，避免前后工作不一致导致器件损坏，在有效进行浪涌电流抑制的同时，提高了电路的稳定性和安全性。

Description

一种隔离控制的浪涌电流抑制电路

技术领域

本发明属于电源浪涌电流抑制技术领域，尤其涉及一种隔离控制的浪涌电流抑制电路。

背景技术

近年来，电子设备越来越多，功率也越来越大，但其电源的特性却未有突破性改进，特别是启动浪涌冲击电流，导致对供电网络的压力剧增，在移动供电网络中(例如汽车、飞机等)已经表现得非常严峻。浪涌电流是由于上电瞬间给输入电容充电，而输入电容充电之前的阻抗ESR很小，接近0Ω，因此浪涌电流一般能达到设备正常工作电流的10-100倍。设备在上电瞬间如此大的浪涌电流，往往会导致供电系统过流跳闸、设备开关触点损坏，以及引起同一供电网络的其它用电设备因供电能量不足瞬时掉电，更有甚者导致整个供电网络损坏。

传统浪涌电流抑制方法是在供电系统母线上串入负温度系数的热敏电阻器(NTC)，但是这种简单的方法具有很多的缺点：NTC电阻器受温度影响非常大，因此在高温环境下会导致浪涌电流抑制失效；在低温环境下会导致NTC电阻器上损耗增加，导致电源效率降低；同时由于NTC电阻器温度不能突变，因此在连续的开关设备时会导致其功能失效。

市场上较为流行的浪涌电流抑制方案，是通过继电器或可控硅和限流电阻方案，通过限流电阻给电容充电，再通过继电器或可控硅将限流电阻短接，降低限流电阻的无用损耗。但该方案也有很多不足，继电器体积大、振动性能差、导通电流小，并且在继电器触电闭合时会产生二次浪涌电流；而可控硅需要复杂的驱动电路，同时无法实现隔离转换电路后端的隔离控制，导致限流电阻上流经大电流而损坏，并存在抗电强度的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种隔离控制的浪涌电流抑制电路，用以避免上述背景技术中提出的几种浪涌电流抑制电路所带来的技术问题，能实现连续开关机设备并每次都能抑制启动浪涌电流，能避免二次浪涌电流的产生，并能够大幅度的抑制启动浪涌电，将启动浪涌电流将至2.7A以下。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种隔离控制的浪涌电流抑制电路，应用于供电网络，所述供电网络包括供电电源、输入电容和负载，所述隔离控制的浪涌电流抑制电路，包括隔离控制单元、浪涌抑制单元、驱动与保护单元和反馈单元，其中：

所述浪涌抑制单元包括功率电阻和MOSFET晶体管，MOSFET晶体管的源极与供电电源回线相连，漏极与输入电容的负端相连，栅极接入到隔离控制单元，功率电阻并联在MOSFET晶体管的漏极和源极间；

所述驱动与保护单元跨接在供电电源输入与供电电源回线间，输出接入隔离控制单元，为MOSFET晶体管栅极提供开启电压；

所述反馈单元与负载并联，反馈单元的输出接入到隔离控制单元；

所述隔离控制单元分别接入浪涌抑制单元和驱动与保护单元，所述隔离控制单元在反馈单元反馈信号的驱动下工作，将MOSFET晶体管打开，从而将功率电阻短接。

本发明的一种实现方式，所述隔离控制单元包括光耦合器，所述光耦合器的正极连接在反馈单元的输出端，光耦合器的负极接地，光耦合器的发射极与MOSFET晶体管的栅极相连，光耦合器的集电极连接到所述驱动与保护单元的输出。

本发明的另一种实现方式，所述隔离控制单元包括固态继电器，所述固态继电器的开关端分别与MOSFET晶体管的栅极相连和所述驱动与保护单元的输出相连，所述固态继电器的输入端连接反馈单元的输出端。

进一步地，所述驱动与保护单元包括分压电阻R2、R3和稳压二极管，所述分压电阻R2、R3接在供电电源输入和回线间，所述稳压二极管正极接供电电源回线，负极连接到分压电阻的分压位置，作为驱动与保护单元的输出接到隔离控制单元。

进一步地，所述反馈单元包括两个反馈电阻，两个电阻之间作为反馈单元的输出。

进一步地，所述MOSFET晶体管的栅极和供电电源回线间还并联有滤波电容。

本发明提出的一种隔离控制的浪涌电流抑制电路，采用MOSFET晶体管和功率电阻的方案，通过功率电阻给输入电容充电，结合负载端的反馈单元提供反馈信号，驱动隔离控制单元工作，从而将MOSFET晶体管打开，将功率电阻短接。本发明实现隔离后端负载与浪涌抑制的联动控制，避免前后工作不一致导致器件损坏，能满足隔离电源的使用，满足安规设计要求。可以通过调节功率电阻阻值和隔离转换电路后端的采用电阻阻值，来调节输入启动浪涌电流的大小。采用N沟道MOSFET管控制功率电阻，结构简单、体积小、寿命长、成本低、损耗小，能适应高温低温不同温度的工作环境和振动指标，能实现连续开关机设备并每次都能抑制启动浪涌电流，能避免二次浪涌电流的产生，能适应大功率系统使用。在有效进行浪涌电流抑制的同时，提高了电路的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明隔离控制的浪涌电流抑制电路的原理框图；

图2为本发明隔离控制的浪涌电流抑制电路的一种实施例；

图3为本发明隔离控制的浪涌电流抑制电路的另一种实施例。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。

如图1所示，本技术方案一种隔离控制的浪涌电流抑制电路，应用于供电网络，所述供电网络包括供电电源、输入电容4和负载6，以及位于负载6与供电电源之间的隔离转换电路5。本技术方案一种隔离控制的浪涌电流抑制电路，包括隔离控制单元1、浪涌抑制单元2、驱动与保护单元3和反馈单元7，其中：

浪涌抑制单元2包括功率电阻R1和MOSFET晶体管Q1，MOSFET晶体管Q1的源极与供电电源回线相连，漏极与输入电容的负端相连，栅极接入到隔离控制单元1，功率电阻R1并联在MOSFET晶体管Q1的漏极和源极间；

驱动与保护单元3跨接在供电电源输入与供电电源回线间，输出接入隔离控制单元1，为MOSFET晶体管Q1栅极提供开启电压；

反馈单元7与负载并联，反馈单元7的输出接入到隔离控制单元1；

隔离控制单元1分别接入浪涌抑制单元2和驱动与保护单元3，所述隔离控制单元1在反馈单元7反馈信号的驱动下工作，将MOSFET晶体管Q1打开，从而将功率电阻R1短接。

在本技术方案中，将电子设备抽象为一供电网络，该供电网络包括供电电源、输入电容4和负载6，以及位于负载与供电电源之间的隔离转换电路5。其中供电电源可以是交流电源或直流电源，在图1中，用A表示供电电源的输入，用B表示供电电源的回线。负载6通常是电子设备的应用电路，而隔离转换电路5可以是变压器或其他的电源管理模块。关于供电网络，是对现有技术电子设备的一种描述和模拟，这里不再赘述。

以下通过两个实施例来阐述本技术方案一种隔离控制的浪涌电流抑制电路的工作原理：

实施例1、

本实施例具体实现电路如图2所示，其中：

浪涌抑制单元2包括功率电阻R1和MOSFET晶体管Q1，MOSFET晶体管Q1的源极与供电电源回线相连，漏极与输入电容C1的负端相连，栅极接入到隔离控制单元1，功率电阻R1并联在MOSFET晶体管Q1的漏极和源极间。

驱动与保护单元3包括分压电阻R2、R3，以及稳压二极管D1。分压电阻R2、R3串联接在供电电源输入和回线间，稳压二极管D1并联在其中一个分压电阻R3上，其中稳压二极管D1正极接供电电源回线，稳压二极管D1负极(驱动与保护单元的输出)接到隔离控制单元1。容易理解的是，分压电阻也可以是滑动变阻器，稳压二极管D1负极连接到该滑动变阻器的分压位置。

隔离控制单元1包括光耦合器U1，光耦合器U1的正极(1脚)连接在反馈单元7的输出端，光耦合器U1的负极(2脚)接地，光耦合器U1的发射极(3脚)与MOSFET晶体管Q1的栅极相连，光耦合器U1的集电极(4脚)连接在稳压二极管D1的负极(驱动与保护单元的输出)。

反馈单元7包括两个反馈电阻R5和R6，两个电阻之间作为反馈单元7的输出。同样地，反馈电阻也可以是滑动变阻器，反馈单元7的输出位于滑动变阻器的分压位置。

上电瞬间，浪涌抑制单元2的MOSFET晶体管Q1未打开，供电电源通过功率电阻R1向输入电容C1充电，可以通过调节功率电阻R1的阻值，来控制浪涌电流的大小。同时通过驱动和保护单元3的分压电阻R1、R2以及稳压二极管D1，为MOSFET晶体管Q1栅极提供开启电压。

当输入电容C1充电值逐渐达到负载电路工作电压时，反馈单元7驱动光耦合器U1工作，驱动和保护单元3的输出作用在MOSFET晶体管Q1，从而将MOSFET晶体管Q1打开。MOSFET晶体管Q1打开后，将功率电阻R1短接，使供电电源回到正常工作状态。

本实施例优选地，在MOSFET晶体管Q1的栅极和供电电源回线间还并联滤波电容C2，通过滤波电容C2的充放电，能够实现MOSFET晶体管Q1的缓慢打开(即软启动)，也就是Q1的栅极电压不会突变，实现防抖和滤波的作用。

本实施例优选地，在稳压二极管D1负极与光耦合器U1的集电极之间还串接有电阻R4，提供稳定的开启电压。

实施例2、

如图3所示，本实施例与实施例1相比，不同之处在于：将隔离控制单元1中的光耦合器U1换成了固态继电器，固态继电器的开关端分别与MOSFET晶体管Q1的栅极相连和通过电阻R4连接在稳压二极管的负极相连，固态继电器的输入端连接反馈单元7的输出端。

上电瞬间，浪涌抑制单元2的MOSFET晶体管Q1未打开，供电电源通过功率电阻R1向输入电容C1充电，可以通过调节功率电阻R1的阻值，来控制浪涌电流的大小。同时通过驱动和保护单元3的分压电阻R1、R2以及稳压二极管D1，为MOSFET晶体管Q1栅极提供开启电压。

当输入电容C1充电值逐渐达到负载电路工作电压时，反馈单元7驱动固态继电器工作，驱动和保护单元3的输出作用在MOSFET晶体管Q1，从而将MOSFET晶体管Q1打开。MOSFET晶体管Q1打开后，将功率电阻R1短接，使供电电源回到正常工作状态。

本技术方案通过负载端的反馈单元7提供反馈信号，驱动隔离控制单元1工作，从而将MOSFET晶体管Q1打开，将功率电阻R1短接，使供电电源回到正常工作状态。

本技术方案避免了现有技术中通过延时电路控制MOSFET晶体管开启，将限流电阻短接时，由于无法实现隔离转换电路后端负载与前端浪涌电流抑制的联动控制，导致隔离转换电路后端负载已经大功率工作，而MOSFET晶体管还没导通，使限流电阻上流经大电流而损坏的问题，大大提高了电路的稳定性和安全性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种隔离控制的浪涌电流抑制电路，应用于供电网络，所述供电网络包括供电电源、输入电容和负载，其特征在于，所述隔离控制的浪涌电流抑制电路，包括隔离控制单元、浪涌抑制单元、驱动与保护单元和反馈单元，其中：

所述浪涌抑制单元包括功率电阻(R1)和MOSFET晶体管(Q1)，MOSFET晶体管(Q1)的源极与供电电源回线相连，漏极与输入电容的负端相连，栅极接入到隔离控制单元，功率电阻(R1)并联在MOSFET晶体管(Q1)的漏极和源极间；

所述驱动与保护单元跨接在供电电源输入与供电电源回线间，输出接入隔离控制单元，为MOSFET晶体管(Q1)栅极提供开启电压；

所述反馈单元与负载并联，反馈单元的输出接入到隔离控制单元；

所述隔离控制单元分别接入浪涌抑制单元和驱动与保护单元，所述隔离控制单元在反馈单元反馈信号的驱动下工作，将MOSFET晶体管(Q1)打开，从而将功率电阻(R1)短接。

2.如权利要求1所述的隔离控制的浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述隔离控制单元包括光耦合器(U1)，所述光耦合器(U1)的正极连接在反馈单元的输出端，光耦合器(U1)的负极接地，光耦合器(U1)的发射极与MOSFET晶体管(Q1)的栅极相连，光耦合器(U1)的集电极连接到所述驱动与保护单元的输出。

3.如权利要求1所述的隔离控制的浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述隔离控制单元包括固态继电器，所述固态继电器的开关端分别与MOSFET晶体管(Q1)的栅极相连和所述驱动与保护单元的输出相连，所述固态继电器的输入端连接反馈单元的输出端。

4.如权利要求1所述的隔离控制的浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述驱动与保护单元包括分压电阻(R2、R3)和稳压二极管(D1)，所述分压电阻(R2、R3)接在供电电源输入和回线间，所述稳压二极管(D1)正极接供电电源回线，负极连接到分压电阻的分压位置，作为驱动与保护单元的输出接到隔离控制单元。

5.如权利要求1所述的隔离控制的浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述反馈单元包括两个反馈电阻，两个电阻之间作为反馈单元的输出。

6.如权利要求1所述的隔离控制的浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述MOSFET晶体管(Q1)的栅极和供电电源回线间还并联有滤波电容(C2)。