CN111293738A - 预充电控制电路及预充电控制方法 - Google Patents

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CN111293738A CN201811505002.0A CN201811505002A CN111293738A CN 111293738 A CN111293738 A CN 111293738A CN 201811505002 A CN201811505002 A CN 201811505002A CN 111293738 A CN111293738 A CN 111293738A
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices

Abstract

公开了一种预充电控制电路和预充电控制方法，所述预充电控制电路包括：滤波器，其第一端与外部电源的第一端连接以接收输入电压；充电控制开关，其第一端与滤波器的第二端连接，并且其第二端与外部容性负载电路连接；以及控制单元，与所述充电控制开关的控制端连接，并且被配置来通过控制所述充电控制开关的导通和断开来控制对所述外部容性负载电路进行预充电的充电电流，其中，在预充电时段，在所述充电控制开关导通时，滤波器的第二端连接到外部容性负载电路对所述外部容性负载电路进行预充电。通过控制预充电期间充电控制开关的导通和断开，可简单高效地实现在预充电过程中对充电电流的限制。

Description

预充电控制电路及预充电控制方法
技术领域
本公开涉及电路领域，更具体地涉及一种预充电控制电路及预充电控制方法。
背景技术
随着驱动控制技术的发展，其在电机控制、电动汽车控制、变频控制等领域起到日益重要的作用。在这些领域中，作为驱动目标的负载一般具有大容量的负载电容。而且，在驱动电路中，通常将作为驱动目标的负载通过开关或继电器与供电电源连接，即形成了开关或继电器与大容量的负载电容直接串联的电路结构，在该开关或继电器闭合时，该负载电容的初始状态相当于短路，使得开关或继电器上瞬间流过的电流很大，可能烧坏开关或继电器触点，或使得其寿命下降。
因此，需要一种能够对充电过程进行有效控制的预充电控制电路及预充电控制方法。
发明内容
针对以上问题，本公开提供了一种预充电控制电路及预充电控制方法。利用本公开提供的预充电控制电路可以在实现预充电过程中电流限制的基础上，有效减少上电期间的功率消耗，灵活控制充电过程，且该预充电控制电路具有较低的制造成本。
根据本公开的一方面，提供了一种预充电控制电路，包括：滤波器，其第一端与外部电源的第一端连接以接收输入电压；充电控制开关，其第一端与滤波器的第二端连接，并且其第二端与外部容性负载电路连接；以及控制单元，与所述充电控制开关的控制端连接，并且被配置来通过控制所述充电控制开关的导通和断开来控制对所述外部容性负载电路进行预充电的充电电流，其中，在预充电时段，在所述充电控制开关导通时，滤波器的第二端连接到外部容性负载电路对所述外部容性负载电路进行预充电。
在一些实施例中，所述滤波器包括：滤波器电感，其第一端作为所述滤波器的第一端与所述外部电源连接，其第二端作为所述滤波器的第二端与所述充电控制开关连接；以及二极管，其阳极与滤波器电感的第二端连接，其阴极与滤波器电感的第一端连接。
在一些实施例中，所述控制单元向充电控制开关输出具有预设占空比的开关控制信号，以控制所述充电控制开关在所述开关控制信号的有效电平期间导通。
在一些实施例中，所述控制单元包括：检测子单元，用于确定所述外部容性负载电路的充电电流；以及控制子单元，用于基于预设控制策略，根据所确定的所述充电电流生成开关控制信号，所述开关控制信号控制所述充电控制开关处于导通或断开状态。
在一些实施例中，所述检测子单元进一步包括：电压检测子单元，其用于检测所述外部容性负载电路上的负载电压；以及电流确定子单元，其用于基于所述负载电压确定所述外部容性负载电路的充电电流。
在一些实施例中，所述控制子单元包括：比较子单元，其被配置为将所确定的充电电流与预设参考信号进行比较，输出调制控制信号；以及控制信号生成子单元，其被配置为利用所述调制控制信号对预设载波信号进行调制，生成占空比可变的所述开关控制信号。
在一些实施例中，所述滤波器还包括：第一滤波器电容，其第一端与所述滤波器电感的第一端连接，其第二端作为所述滤波器的第三端与外部电源的第二端连接。
在一些实施例中，所述滤波器还包括：第二滤波器电容，其第一端作为所述滤波器的第四端与所述开关的第二端连接，其第二端与所述第一滤波器电容的第二端连接。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于如上所述的预充电控制电路的预充电方法，包括：在预充电时段，通过控制单元控制所述充电控制开关的导通和断开来控制对所述外部容性负载电路进行预充电的充电电流。
在一些实施例中，所述控制单元向充电控制开关输出具有预设占空比的开关控制信号，以控制所述充电控制开关在所述开关控制信号的有效电平期间导通。
在一些实施例中，所述控制单元包括检测子单元和控制子单元，其中，在预充电时段：通过检测子单元确定所述外部容性负载电路的充电电流；以及通过控制子单元基于预设控制策略，根据所确定的所述充电电流生成开关控制信号，所述开关控制信号控制所述充电控制开关处于导通或断开状态。
在一些实施例中，所述检测子单元包括电压检测子单元和电流确定子单元，其中，通过检测子单元确定所述外部容性负载电路的充电电流包括：通过电压检测子单元检测所述外部容性负载电路上的负载电压；以及通过电流确定子单元基于所述负载电压确定所述负载电路的充电电流。
在一些实施例中，所述控制子单元包括比较子单元和控制信号生成子单元，其中，通过控制子单元基于预设控制策略，根据所确定的所述充电电流生成开关控制信号包括：通过比较子单元将所确定的充电电流与预设参考信号进行比较，输出调制控制信号；以及通过控制信号生成子单元利用所述调制控制信号对预设载波信号进行调制，生成占空比可变的开关控制信号。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，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公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在没有做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。以下附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制，重点在于示出本公开的主旨。
图1示出了一种预充电控制电路的示意图；
图2示出了另一种预充电控制电路的示意图；
图3示出了根据本公开实施例的预充电控制电路100的示意图；
图4示出了根据本公开实施例的包括具有预设占空比的开关控制信号的控制单元的预充电控制电路100的示意图；
图5A示出了根据本公开实施例的控制单元120的示意性的框图；
图5B示出了根据本公开实施例的控制单元120的一种变体的示意性的框图；
图5C示出了根据本公开实施例的控制单元120的另一种变体的示意性的框图；
图6示出了根据本公开实施例的预充电控制电路100的变体的示意图；
图7A示出了根据本公开实施例的预充电控制方法200的流程图；
图7B示出了根据本公开实施例的预充电控制方法300的流程图；
图8示出了根据本公开实施例的一种预充电控制电路100’的示意图；
图9示出了根据本公开实施例的预充电控制方法900的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，所描述的实施例仅仅是本公开的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开实施例，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，也属于本公开保护的范围。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
虽然本申请对根据本申请的实施例的系统中的某些模块做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在用户终端和/或服务器上。所述模块仅是说明性的，并且所述系统和方法的不同方面可以使用不同模块。
本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
图1示出了一种预充电控制电路，其通过将功率电阻器Rlim与开关器件S并联设置，来实现限流目的。
如图1所示，功率电阻器Rlim与负载电容C形成RC充电电路。在连接电源Vb时，开关S初始地处于断开状态，经由功率电阻器Rlim提供充电电流为该负载电容C充电。当该负载电容C两端的电压升高至一定数值后，再使开关S闭合以经由开关S向该负载电容C提供充电电流。然而，在使用功率电阻器限流时，需要将功率电阻器的物理尺寸设置得较大，这不仅会在功率电阻器上产生大量功耗，而且还存在功率电阻器被烧毁的风险。
图2示出了另一种预充电控制电路，其通过将线性电流限制电路与开关器件S并联设置，来实现限流目的。
如图2所示，线性电流限制电路与开关器件并联，通过线性电流限制电路确保初始连接电源Vb期间的电流恒定，待负载电容的电压升高至一定数值后再使开关S闭合。该线性电流限制电路通常由工作在线性区域中的晶体管或场效应管(MOSFET)构成，该晶体管或MOSFET管仍需设置为具有较大尺寸，这扩大了预充电控制电路的布局尺寸，不适于紧凑型设计的要求。而且，线性电流限制电路还需要与电流感测反馈网络(current sensefeedback network)配合操作，这进一步增加了预充电控制电路的制造成本。
图3示出了根据本公开实施例的预充电控制电路100的示意图。
如图3所示，本公开中的预充电控制电路100可位于外部电源Vb与外部容性负载电路之间，且该预充电控制电路100包括滤波器110、充电控制开关S和控制单元120。
所述外部容性负载电路可包含容性负载，其可以是纯电容负载，或者也可以是电容与其他负载采取并联或串联的连接方式以形成的容性负载。本公开实施例不受容性负载的组成方式及结构的限制。其例如可以为电容C、或者也可以是如图3所示的电容C与电阻Rc串联后与电阻R并联所形成的容性负载。
如图3所示，其中滤波器110的第一端t1与外部电源的第一端o1连接，用于接收输入电压。充电控制开关S的第一端s1与滤波器的第二端t2连接，充电控制开关S的第二端s2与外部容性负载电路连接。此外，控制单元120与该充电控制开关S的控制端s3连接，并且被配置来通过控制该充电控制开关S的导通和断开来控制对所述外部容性负载电路进行预充电的充电电流。其中，在预充电时段，在所述充电控制开关S导通时，滤波器的第二端连接到外部容性负载电路对所述外部容性负载电路进行预充电。
进一步地，如图3所示，该滤波器110包括滤波器电感L和二极管D1。其中，所述滤波器电感L具有第一端和第二端。其中，滤波器电感L的第一端作为滤波器110的第一端t1与外部电源连接，滤波器电感L的第二端作为滤波器110的第二端t2与所述充电控制开关S连接。并且该滤波器电感可以包括内部电阻、寄生电阻、或串联电阻。
所述二极管D1与该滤波器电感L反向并联，具体地，该二极管D1的阳极与滤波器电感L的第二端相连接，该二极管D1阴极与滤波器电感L的第一端连接，使得该二极管D1在充电控制开关S导通时处于反向偏置的状态。
其中，该二极管D1为单向导通、具有整流作用的二极管。其例如可为锗二极管、硅二极管、或者可以为点触型二极管、平面型二极管等。本公开实施例不受所选取的二极管的类型的限制。
此外，可以理解，上述实施例中所述滤波器电感L的第一端、第二端仅用于标识设备或装置的不同端以说明其连接组成关系，其并非旨在对于所述滤波器电感做出任何限制。
在本公开实施例中，所述滤波器110为含有滤波电感的无源滤波器，并且其可以是高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器或带阻滤波器，本公开实施例不受所选取的滤波器的类型的限制。例如其可为电磁干扰滤波器(EMI)，或者其也可为巴特沃斯滤波器。
此外，可以理解，上述实施例中所述滤波器的第一端、第二端，充电控制开关的第一端、第二端仅用于标识设备或装置的不同端以说明其连接组成关系，其并非旨在对于所述滤波器110或充电控制开关S做出任何限制。
在一些实施例中，如图4所示，所述控制单元120提供开关控制信号Vdrive该开关控制信号Vdrive可以具有预设占空比，在所述控制单元120中可以预先存储该预设占空比。可选地，该开关控制信号Vdrive还可以具有预设周期，在所述控制单元120中可以预先存储该预设周期。应了解，在所述控制单元120中可以存储预设高电平时间、预设低电平时间、预设周期、预设占空比中的至少两个，以使得所述控制单元120能够输出具有预设占空比的开关控制信号。所述控制单元120通过向充电控制开关S的控制端s3输出该开关控制信号Vdrive，控制充电控制开关S在所述开关控制信号Vdrive的有效电平期间导通。
其中，所述有效电平可为高电平状态或低电平状态或预设电平状态，本公开实施例不受所设置的有效电平的类型的限制。例如其可设置超过1V的高电平为有效电平，在高电平期间控制开关S处于导通状态，在低电平期间控制开关S处于断开状态；或者其也可以设置低于0.3V的低电平为有效电平，在低电平期间控制开关S处于导通状态，在高电平期间控制开关S处于断开状态。
此外，该开关控制信号Vdrive的预设占空比表征在一个周期内处于开关处于导通状态所占全部周期的比例，该预设占空比可被设置为0.3，或者被设置为0.6，本公开实施例不受所设置的占空比的比例的限制。例如，可设置占空比为0.1，即在一个周期内，90％的时间开关处于断开状态，10％的时间处于闭合状态。
图5A示出了根据本公开实施例的控制单元120的示意性的框图，图5B示出了根据本公开实施例的控制单元120的一种变体的示意性的框图，图5C示出了根据本公开实施例的控制单元120的另一种变体的示意性的框图。接下来将参照图5A至5C对于本公开进行进一步说明。
在一些实施例中，如图5A所示，该控制单元120进一步包括检测子单元130和控制子单元140。其中，该检测子单元130用于确定外部容性负载电路的充电电流Io，且该控制子单元140用于基于预设控制策略，根据所确定的所述充电电流Io生成开关控制信号Vdrive，所述开关控制信号Vdrive控制所述充电控制开关S处于导通或断开状态。
其中，所述检测子单元130确定外部容性负载电路中的电流可通过在充电过程中对于电路进行实时电流采样，或者可利用检测到的电压，基于计算得到当前电路中的充电电流。
在一些实施例中，如图5B所示，所述检测子单元130可进一步包括电压检测子单元131和电流确定子单元132。
其中，电压检测子单元131被配置为检测所述外部容性负载电路上的负载电压Vo。其中，该负载电压Vo例如可为检测负载电路中的整体负载电压，即，例如可将电压检测子单元连接至外部容性负载电路的两端来获得外部容性负载电路中的整体负载电压；该负载电压Vo或者也可以为负载电路中的部分电压，即，电压检测子单元131也可以仅连接至外部容性负载电路中的部分负载，获得部分负载上的部分负载电压。
电流确定子单元132被配置为基于所述负载电压Vo确定所述外部容性负载电路的充电电流Io的值。其中，当所获取的负载电压Vo为整体负载电压时，电流确定子单元132例如可通过微分电路或比例微分电路基于整体负载电压得到相应的电流；当所获取的负载电压Vo为电路中的部分电压时，电流确定子单元132例如可基于电压及电阻关系，计算得到相应的电流值。
在一些实施方式中，如图5C所示，所述控制子单元140可进一步包括比较子单元141和控制信号生成子单元142。其中，比较子单元141被配置为将所确定的充电电流Io与预设参考信号Viref进行比较以输出调制控制信号Vcontrol。控制信号生成子单元142被配置为利用所述调制控制信号Vcontrol对预设载波信号Vramp进行调制，生成占空比可变的开关控制信号Vdrive。
其中，所述预设参考信号Viref可为时变信号或者为非时变信号、正弦信号或非正弦信号。本公开的实施例不受所选取的预设参考信号的限制。例如预设参考信号可以是斜坡信号，或者也可以是方波信号。
此外，所述预设载波信号Vramp可以选取正弦波或非正弦波作为预设载波信号，本公开的实施例不受所选取的预设载波信号的限制。例如预设载波信号可以是三角波、锯齿波信号。
应该了解，图5A、5B、5C中所示的各子单元的组成结构可以组合，例如，控制单元120可包括检测子单元130和比较控制子单元140，其中检测子单元包括电压检测子单元131和电流确定子单元132，比较控制子单元包括比较子单元141和控制信号生成子单元142。
在一些实施例中，参照图6所示，滤波器110还可以包括第一滤波器电容RC1，其中，该第一滤波器电容RC1的第一端与滤波器电感L的第一端连接，该第一滤波器电容RC1的第二端作为滤波器110的第三端t3与外部电源的第二端o2连接。其中，该第一滤波器电容RC1可以包括内部电阻、寄生电阻、或串联电阻。
可以理解，上述实施例中所述第一滤波器电容RC1的第一端、第二端仅用于标识设备或装置的不同端以说明其连接组成关系，其并非旨在对于所述第一滤波器电容RC1做出任何限制。
在一些实施例中，参照图6，滤波器110还可以包括第二滤波器电容RC2，该第二滤波器电容RC2的第一端作为所述滤波器110的第四端t4与充电控制开关S的第二端s2连接，且第二滤波器电容RC2的第二端与该第一滤波器电容RC1的第二端连接。其中，该第二滤波器电容RC1可以包括内部电阻、寄生电阻、或串联电阻。
在一些实施例中，该控制单元120可利用电路中现有的中央处理器、现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件来实现，其进一步地减少了制造成本和空间布局。
尽管在上述附图中，滤波器110、充电控制开关S、控制单元120及其各子单元被呈现为单独的模块，本领域技术人员可以理解，上述设备模块可以被实现为单独的硬件设备，也可以被集成为一个或多个硬件设备。只要能够实现本公开描述的原理，不同的硬件设备的具体实现方式不应作为限制本公开保护范围的因素。
根据本公开的另一方面，还提供了一种用于如前所述的预充电控制电路100的预充电方法200。该方法包括在预充电时段，通过控制单元120控制所述充电控制开关S的导通和断开来控制对所述外部容性负载电路进行预充电的充电电流Io。
图7A示出了根据本公开实施例的预充电控制方法200的流程图。
在一些实施例中，参照图7A，首先，在步骤S201，所述控制单元120向充电控制开关S输出具有预设占空比的开关控制信号Vdrive，在步骤S202中，该开关控制信号Vdrive控制所述充电控制开关S在所述开关控制信号Vdrive的有效电平期间导通。
其中，所述有效电平可为高电平状态或低电平状态或预设电平状态，本公开实施例不受所设置的有效电平的类型的限制。例如其可设置超过1V的高电平为有效电平，在高电平期间控制开关S处于导通状态，在低电平期间控制开关S处于断开状态；或者其也可以设置低于0.3V的低电平为有效电平，在低电平期间控制开关S处于导通状态，在高电平期间控制开关S处于断开状态。
此外，该开关控制信号Vdrive的预设占空比表征在一个周期内，开关处于导通状态所占全部周期的比例，该预设占空比可被设置为0.3，或者被设置为0.6，本公开实施例不受所设置的占空比的比例的限制。例如，可设置占空比为0.1，即在一个周期内，90％的时间开关处于断开状态，10％的时间处于导通状态。
图7B示出了根据本公开实施例的预充电控制方法300的流程图。
在一些实施例中，参照图7B，其中，所述控制单元包括检测子单元130和控制子单元140。在预充电时段，首先在步骤S301中，通过检测子单元130确定所述外部容性负载电路的充电电流Io，其后，在步骤S302中，通过控制子单元140基于预设控制策略，根据所确定的所述充电电流生成开关控制信号Vdrive，所述开关控制信号Vdrive控制所述充电控制开关处于导通或断开状态。
在一些实施例中，所述检测子单元130确定外部容性负载电路中的电流可通过在充电过程中对于电路进行实时电流采样，或者可利用检测到的电压，基于计算得到当前电路中的充电电流。
图8示出了根据本公开实施例的一种预充电控制电路100’的示意图。
参照图8，上述预充电电路中各单元可以更具体地描述。如图8所示，外部电源V1例如选取为12V，外部电路中的负载由电容C1和与该电容并联的电阻R组成。
参照图8，预充电控制电路100包括滤波器110、充电控制开关S及控制单元120，其连接关系如附图8所示。其中滤波器110例如包括滤波器电感L1和与之反向并联的二极管D1。
其中，控制单元120包括检测子单元130和控制子单元140，且检测子单元进一步地包括电压检测子单元131和电流确定子单元132。参照图8，其中电压检测子单元131的第一端连接至电容C1处，用于获取电容C1两端的电压Vo，其第二端连接至电流确定子单元132的输入端。进一步地，电流确定子单元132为包括运算放大器的微分电路，其输出端与控制子单元140的输入端连接。
参照图8，控制子单元140包括比较子单元141和控制信号生成子单元142。其中比较子单元141例如为包括运算放大器的比例积分电路，其中其反向输入端与检测子单元的输出连接，其非反向输入端输入预设参考信号Viref，其输出信号为调制控制信号Vcontrol。在该电路中，为了实现电压软启动，所选择的预设参考信号为斜坡信号。进一步地，控制信号生成子单元142例如可为比较器，其输入端为调制控制信号Vcontrol和载波信号Vramp，输出信号为具有可变占空比的开关控制信号Vdrive。
图9示出了根据本公开实施例的预充电控制方法900的流程图。
结合图8及图9，在一些实施例中，所述检测子单元130可包括电压检测子单元131和电流确定子单元132，其中，在步骤S9011中，通过电压检测子单元131检测所述外部容性负载电路上的负载电压Vo，进一步地，在步骤S9012中，通过电流确定子单元132基于所述负载电压Vo确定所述外部容性负载电路的充电电流Io。
其中，电压检测子单元131被配置为检测所述外部容性负载电路上的负载电压Vo。其中，该负载电压Vo例如可为检测负载电路中的整体负载电压，即，例如可将电压检测子单元连接至外部容性负载电路的两端来获得外部容性负载电路中的整体负载电压；该负载电压Vo或者也可以为负载电路中的部分电压，即，电压检测子单元131也可以仅连接至外部容性负载电路中的部分负载，获得部分负载上的部分负载电压。
电流确定子单元132被配置为基于所述负载电压Vo确定所述外部容性负载电路的充电电流Io的值。其中，当所获取的负载电压Vo为整体负载电压时，电流确定子单元132例如可通过微分电路或比例微分电路基于整体负载电压得到相应的电流；当所获取的负载电压Vo为电路中的部分电压时，电流确定子单元132例如可基于电压及电阻关系，计算得到相应的电流值。
此外，参照图8，控制子单元140可包括比较子单元141和控制信号生成子单元142，则进一步地，在步骤S9021中，通过比较子单元将所确定的充电电流与预设参考信号进行比较，输出调制控制信号Vcontrol；在步骤S9022中，通过控制信号生成子单元142利用所述调制控制信号Vcontrol对预设载波信号进行调制，生成占空比可变的开关控制信号Vdrive。
其中，所述预设参考信号Viref可为时变信号或者为非时变信号、正弦信号或非正弦信号。本公开的实施例不受所选取的预设参考信号的限制。例如预设参考信号可以是斜坡信号，或者也可以是方波信号。
此外，所述预设载波信号Vramp可以选取正弦波或非正弦波作为预设载波信号，本公开的实施例不受所选取的预设载波信号的限制。例如预设载波信号可以是三角波、锯齿波信号，或者也可以是方波信号。
基于上述电路，在一次充电过程中，首先，在步骤S9011中，通过电压检测子单元131检测外部容性负载电路上的负载电压，即，通过连接至电容C1端的电路线路，得到当前外部容性负载电路的负载电压Vo，并将该负载电压值Vo传送至电流确定子单元132中运算放大器的输入端。
进一步地，在步骤S9012中，通过电流确定子单元基于负载电压确定外部容性负载电路的充电电流，其中，通过由运算放大器、电阻组成的积分电路，基于输入的负载电压Vo，在运算放大器的输出端得到与外部容性负载电路的充电电流Io成比例的检测电流信号Vifb。
其中，与充电电流Io成比例的检测电流信号Vifb例如可为充电电流的预定倍数或为充电电流基于积分或微分运算关系解算所得到的数值，本公开实施例不受表征充电电流Io的检测电流信号Vifb与充电电流Io的比例关系的限制。
确定外部容性负载电路的充电电流后，进一步地，在步骤S9021中，通过比较子单元142将所确定的充电电流与预设参考信号进行比较，输出调制控制信号。参照图8，其中，在由运算放大器组成的比例积分电路中，确定的检测电流信号Vifb以及预设参考信号Viref将分别作为比例积分电路的输入，积分电路将对于检测电流信号Vifb以及预设参考信号Viref进行比较，并基于其二者的偏差生成调制控制信号Vcontrol。
具体而言，例如选择斜坡信号为预设参考信号Viref，在充电过程中，当检测电流信号Vifb小于预设参考信号Viref时，生成的调制控制信号Vcontrol的电平逐渐升高；当检测电流信号Vifb大于预设参考信号Viref时，生成的调制控制信号Vcontrol的电平逐渐降低。
在完成调制控制信号Vcontrol的生成后，进一步地，在步骤S9022中，通过控制信号生成子单元142，利用调制控制信号Vcontrol对预设载波信号Vramp进行调制，生成占空比可变的开关控制信号Vdrive。具体而言，在比较器中，例如可选取锯齿波信号作为预设载波信号Vramp，采用当前得到的控制信号对于其进行调制，生成脉冲宽度调制(PWM)波信号。
其中，例如设定在开关控制信号Vdrive处于高电平时为有效电平，其控制充电控制开关S处于导通状态。当载波信号小于调制控制信号时，比较器中所生成的开关控制信号Vdrive为高电平信号，此时控制开关处于导通状态；当载波信号大于控制信号时，比较器中所生成的开关控制信号Vdrive为低电平信号，此时控制开关处于断开状态。
基于上述，采用本公开的方法，可在进行外部容性负载电路预充电的过程中，通过实时检测外部容性负载电路中的充电电流Io，可以根据充电电流Io实时地调整开关控制信号Vdrive，以控制充电控制开关S的导通和断开，即，通过控制充电过程中的有效充电时间，实现在充电过程中对于外部容性负载电路中的充电电流Io进行限流。
作为示例，在外部容性负载电路的负载电压Vo由0V充电至外部电源V1的12V时，可将流经充电电路的充电电流限制在20A以内，其远小于充电控制开关的安全电流阈值，例如100A左右，可以良好地保护电路中的器件。而且，整个充电过程仅需不到30ms，相比于采用传统的充电方法所需要的200ms以上的充电时间，其具有更短的充电时间和更高的充电效率。
基于图8可以看到，在外部容性负载电路中，除电容C1之外还包括电阻R，本公开的实施例不受电阻R阻值的影响，在电阻R为大电阻或小电阻时，都可以实现在预充电过程中，使得充电电流小于安全电流阈值。
基于该良好的限流效果，可有效地实现电路保护，且使得充电过程具有更灵活控制策略。
在一些实施例中，该控制单元120可利用电路中现有的中央处理器、现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件来实现，其进一步地减少了制造成本和空间布局。
在一些实施例中，参照图8，该滤波器110可包括滤波器电感L1和二极管D1。其中，所述滤波器电感L1具有第一端和第二端。其中，滤波器电感L1的第一端作为滤波器110的第一端t1与外部电源连接，滤波器电感L1的第二端作为所述滤波器的第二端t2与所述充电控制开关连接。
所述二极管D1与该滤波器电感L1反向并联，具体地，该二极管D1的阳极与滤波器电感L1的第二端相连接，该二极管D1阴极与滤波器电感L1的第一端连接，使得该二极管D1在充电控制开关S导通时处于反向偏置的状态。
其中，该二极管D1为单向导通、具有整流作用的二极管。其例如可为锗二极管、硅二极管、或者可以为点触型二极管、平面型二极管等。本公开实施例不受所选取的二极管的类型的限制。
此外，可以理解，上述实施例中所述滤波器电感的第一端、第二端仅用于标识设备或装置的不同端以说明其连接组成关系，其并非旨在对于所述滤波器电感做出任何限制。
参照图8，上述过程可具体地描述，在外部容性负载电路的充电过程中，若充电控制开关S处于导通状态，则二极管D1处于反向偏置状态，二极管D1所在电路为断路，不会影响充电过程；若充电控制开关S处于断开状态，由于此时滤波器电感L1中仍存在电流且此时二极管D1处于正向偏置状态，滤波器中的滤波器电感L1可以通过二极管D1组成的回路续流，压制电感L1产生的感生电动势，减少了充电控制开关在导通断开状态下切换时电路的能量损失，并保护后续的器件。
本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“第一/第二实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。
除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
上面是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。

Claims (13)

1.一种预充电控制电路，包括：
滤波器，其第一端与外部电源的第一端连接以接收输入电压；
充电控制开关，其第一端与滤波器的第二端连接，并且其第二端与外部容性负载电路连接；以及
控制单元，与所述充电控制开关的控制端连接，并且被配置来通过控制所述充电控制开关的导通和断开来控制对所述外部容性负载电路进行预充电的充电电流；
其中，在预充电时段，在所述充电控制开关导通时，滤波器的第二端连接到外部容性负载电路对所述外部容性负载电路进行预充电。
2.如权利要求1所述的预充电控制电路，其中，所述滤波器包括：
滤波器电感，其第一端作为所述滤波器的第一端与所述外部电源连接，其第二端作为所述滤波器的第二端与所述充电控制开关连接；以及
二极管，其阳极与滤波器电感的第二端连接，其阴极与滤波器电感的第一端连接。
3.如权利要求1所述的预充电控制电路，其中，所述控制单元向充电控制开关输出具有预设占空比的开关控制信号，以控制所述充电控制开关在所述开关控制信号的有效电平期间导通。
4.如权利要求1所述的预充电控制电路，其中，所述控制单元包括：
检测子单元，用于确定所述外部容性负载电路的充电电流；以及
控制子单元，用于基于预设控制策略，根据所确定的所述充电电流生成开关控制信号，所述开关控制信号控制所述充电控制开关处于导通或断开状态。
5.如权利要求4所述的预充电控制电路，其中，所述检测子单元进一步包括：
电压检测子单元，其用于检测所述外部容性负载电路上的负载电压；以及
电流确定子单元，其用于基于所述负载电压确定所述外部容性负载电路的充电电流。
6.如权利要求4或5所述的预充电控制电路，其中，所述控制子单元包括：
比较子单元，其被配置为将所确定的充电电流与预设参考信号进行比较，输出调制控制信号；以及
控制信号生成子单元，其被配置为利用所述调制控制信号对预设载波信号进行调制，生成占空比可变的所述开关控制信号。
7.如权利要求1所述的预充电控制电路，其中，所述滤波器还包括：
第一滤波器电容，其第一端与所述滤波器电感的第一端连接，其第二端作为所述滤波器的第三端与外部电源的第二端连接。
8.如权利要求7所述的预充电控制电路，其中，所述滤波器还包括：
第二滤波器电容，其第一端作为所述滤波器的第四端与所述开关的第二端连接，其第二端与所述第一滤波器电容的第二端连接。
9.一种用于如权利要求1所述的预充电控制电路的预充电方法，包括：
在预充电时段，通过控制单元控制所述充电控制开关的导通和断开来控制对所述外部容性负载电路进行预充电的充电电流。
10.如权利要求9所述的预充电方法，其中，
所述控制单元向充电控制开关输出具有预设占空比的开关控制信号，以控制所述充电控制开关在所述开关控制信号的有效电平期间导通。
11.如权利要求9所述的预充电方法，其中，所述控制单元包括检测子单元和控制子单元，其中，在预充电时段：
通过检测子单元确定所述外部容性负载电路的充电电流；以及
通过控制子单元基于预设控制策略，根据所确定的所述充电电流生成开关控制信号，所述开关控制信号控制所述充电控制开关处于导通或断开状态。
12.如权利要求11所述的预充电方法，其中，所述检测子单元包括电压检测子单元和电流确定子单元，其中，通过检测子单元确定所述外部容性负载电路的充电电流包括：
通过电压检测子单元检测所述外部容性负载电路上的负载电压；以及
通过电流确定子单元基于所述负载电压确定所述外部容性负载电路的充电电流。
13.如权利要求11或12所述的预充电方法，其中，所述控制子单元包括比较子单元和控制信号生成子单元，其中，通过控制子单元基于预设控制策略，根据所确定的所述充电电流生成开关控制信号包括：
通过比较子单元将所确定的充电电流与预设参考信号进行比较，输出调制控制信号；以及
通过控制信号生成子单元利用所述调制控制信号对预设载波信号进行调制，生成占空比可变的开关控制信号。
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