CN111725780A - 一种防止电流倒流电路及其应用 - Google Patents

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龚晶晶
骆廷亮
刘理想
任强
郭建章
刘凯
张超群
杨俊�
韦跃武
文仁俊
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Abstract

本发明公开了一种防止电流倒流电路及其应用，其中防止电流倒流电路包括在加载控制信号后导通使负载通电的可控开关V，以及用于驱动可控开关V导通/关断的驱动电路，可控开关V的输出端作为整个电路的输出端，用于连接负载。该防止电流倒流电路利用可控开关和驱动电路的配合，实现了防电流倒流现象，以免容性负载中的电流倒流电流对电源或负载自身正常工作造成影响。

Description

一种防止电流倒流电路及其应用
技术领域
本发明涉及一种防止电流倒流电路及其应用。
背景技术
容性负载一般包括电容，其带电容参数的负载，即符合电压滞后电流特性的负载。容性负载充放电时，电压不能突变，其对应的功率因数为负值。对容性负载加载工作电压使其工作时，由于容性负载中的电容具有储存电压的作用，当断开工作电压电源时，容性负载中的电容上所存储的电压将会通过电路进行放电，产生电流倒流现象，对电源或负载自身造成影响。
为了解决容性负载断电后的电流倒流现象，目前采用直流固体继电器S1和二极管D1构成防电流倒流电路，其电路结构如图1所示。常用的直流固体继电器输出电路包括以下几种：
1、如图2所示，用MOSFET作为输出器件的直流固体继电器，二极管D为MOSFET自身的二极管；
2、如图3所示，用晶体三极管作为输出器件的直流固体继电器，为了防止固体继电器输出端流过反向电流时损坏固体继电器，一般在其输出端并联续流二极管D；
3、如图4所示，用IGBT管作为输出器件的直流固体继电器，为了防止固体继电器输出端流过反向电流时损坏固体继电器，一般在其输出端并联续流二极管D。
为负载提供工作电压的电源E加载于直流固体继电器S1上，当直流固体继电器S1接通时，二极管D1正偏导通，负载正常工作；当直流固体继电器S1关断后，电源E停止工作，输出电压下降，电路利用二极管D1的单向导电性阻断负载电容对电源的放电电流，起到防止电流倒流的作用。在此假如负载电流I＝10A，在该电流下，二极管D1的正向导通压降VF一般在0.7V～1.2V，则该二极管导通期间消耗的功率为：
PD＝I×VF＝10×(0.7～1.2)＝7W～12W (1)
发明内容
本发明在此的目的在于提供一种能够在容性负载电源断开时防止容性负载中的电流倒流，以免容性负载中的电流倒流电流对电源或负载自身正常工作造成影响的防止电流倒流电路。
为实现本发明的目的，在此提供的防止电流倒流电路包括以下两种结构：
第一种，包括：
可控开关，在加载控制信号后导通使负载通电；以及
驱动电路，用于驱动所述可控开关导通/关断。
第二种，包括：
可控开关，在加载控制信号后导通使负载通电；
驱动电路，用于驱动所述可控开关导通/关断；以及
电源开关S，用于控制加载于所述可控开关和所述驱动电路上的电源的通断。
为了降低可控开关导通期间消耗的功率，本技术方案在此的改进是将可控开关设计为场效应晶体管。由于场效应管的导通电阻低，故在负载电流相同的情况下，场效应管导通期间消耗的功率比目前利用二极管作为开关时的功率低。
本发明提供的防止电流倒流电路可以用于驱动任何一种容性负载，当利用本发明所提供的第一种结构时，可以直接配合直流固体继电器使用，利用直流固体继电器作为电源开关实现电源的接通与关断；当利用本发明所提供的第二种结构时，无需配合其它辅助开关接通与关断电源，利用第二种结构中的电源开关即可实现电源的接通与关断。
本发明的有益效果是：利用可控开关和驱动电路的配合，实现了防电流倒流现象，以免容性负载中的电流倒流电流对电源或负载自身正常工作造成影响。
采用场效应管作为可控开关，由于场效应管的导通电阻低，故在负载电流相同的情况下，场效应管导通期间消耗的功率比目前利用二极管作为开关时的功率低，减小了电路的功耗。
附图说明
图1为现有的防电流倒流电路的电路结构；
图2为用MOSFET作为输出器件的直流固体继电器的输出电路；
图3为用晶体三极管作为输出器件的直流固体继电器的输出电路；
图4为IGBT作为输出器件的直流固体继电器的输出电路；
图5为本发明所提供的防电流倒流电路的一种电路结构；
图6为本发明所提供的防电流倒流电路的另一种电路结构。
具体实施方式
为了更好地说明本发明所要求保护的技术方案，在此结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
本发明为了解决容性负载断电时其内的电流倒流对电源或其自身造成影响的问题，在此提供了一种能够防止电流倒流的电路，该电路包括两种电路结构，分别如图5和图6所示。
图5所示的结构包括了在加载控制信号后导通使负载通电的可控开关V，以及用于驱动可控开关V导通/关断的驱动电路，可控开关V的输出端作为整个电路的输出端，用于连接负载。
图6所示的结构包括了在加载控制信号后导通使负载通电的可控开关V，用于驱动可控开关V导通/关断的驱动电路，以及用于控制加载于可控开关V和驱动电路上的电源的通断的电源开关；可控开关的输出端作为整个电路的输出端，用于连接负载。此结构中，电源开关可以采用现有的任何一种开关，在此采用直流固体继电器S1。
以上两种结构中的可控开关V可以采用现有的任何一种可控元器件，如可控硅、二极管、晶体三极管、场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，在此采用导通电阻小的场效应晶体管作为可控开关，由于场效应晶体管的导通电阻小，最小可为5mΩ，故降低了场效应晶体管导通期间的功耗，同样以负载电流I＝10A，场效应晶体管的导通电阻Ron＝10mΩ(实际的场效应晶体管的导通电阻小于10mΩ，在此考虑到其它因素对场效应晶体管导通电阻的影响，故取场效应晶体管的导通电阻Ron＝10mΩ)为例，则本发明中可控开关导通期间消耗的功率为：
PD＝I2×Ron＝102×10×10-3＝1W (2)
图5和图6中的D为场效应晶体管的体二极管，当采用晶体三极管或绝缘栅双极型晶体管时，需外接二极管，如图3和图4所示。
以上两种结构中的驱动电路可以采用现有的任何一种能够驱动可控开关V导通的电路，在此提供一种结构简单、可靠性高，具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力的驱动电路，其包括了比较器A1和光耦合器B1，比较器A1的负极输入端与可控开关的电源端连接，并作为驱动电路的一路输入端用于接电源正极；比较器A1的正极输入端与可控开关V的输出端连接，并作为驱动电路的另一路输入端，用于接电源负极；比较器A1的输出端与光耦合器B1的输入端连接，光耦合器B1的电源端接工作电压，光耦合器B1的输出端与可控开关V的控制端连接。其中比较器A1为电压比较器，当负极输入端的电压高于正极输入端时，电压比较器输出低电平，使光耦合器B1工作输出信号使可控开关V导通；当负极输入端的电压低于正极输入端时，电压比较器输出高电平，光耦合器的输入发光二极管因激励电压不足而不发光，光耦合器B1的光伏器件因无光照而输出电压为0，此时可控开关截止。
为了能够使比较器A1能够稳定的工作，在此驱动电路还包括用于限流的电阻R1，光耦合器B1的工作电压经电阻R1接入。
为了能够及时地使可控开关V截止，更好地防止了电流倒流，在此所提供的驱动电路中还包括了连接于可控开关V电源端和控制端之间的电阻R2。
本发明在此提供的防止电流倒流电路可以用于驱动任何一种容性负载，当利用本发明图5所示的电路结构时，可以直接配合直流固体继电器使用，利用直流固体继电器作为电源开关实现电源的接通与关断，配合直流固体继电器后的电路结构如图6所示；电源E接入，当直流固体继电器闭合后，比较器A1的负极输入端的电压高于正极输入端，比较器A1输出低电平，使光耦合器B1工作输出信号使可控开关V导通，将电源E加载于负载上，使负载工作；当直流固体继电器断开后，比较器A1的负极输入端的电压低于正极输入端，比较器A1输出高电平，光耦合器B1的输入发光二极管因激励电压不足而不发光，光耦合器B1的光伏器件因无光照而输出电压为0，此时可控开关V截止，切断加载于负载上电源；由于可控开关V截止，故容性负载中的电容对电源E的放电回路被阻断，起到了防止电流倒流作用。
当利用本发明图6所示的电路结构驱动容性负载时，直接按照图6所示的电路结构连接电源和负载，其原理与利用本发明图5所示的电路结构时一样。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的修改或等同替换，只要不脱离本发明的技术方案的精神和范围，均涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种防止电流倒流电路，其特征在于，包括：
可控开关，在加载控制信号后导通使负载通电；以及
驱动电路，用于驱动所述可控开关导通/关断。
2.一种防止电流倒流电路，其特征在于，包括：
可控开关，在加载控制信号后导通使负载通电；
驱动电路，用于驱动所述可控开关导通/关断；以及
电源开关S，用于控制加载于所述可控开关和所述驱动电路上的电源的通断。
3.根据权利要求2所述的防止电流倒流电路，其特征在于：所述电源开关S为直流固体继电器。
4.根据权利要求1或2或3所述的防止电流倒流电路，其特征在于：所述可控开关为场效应晶体管。
5.根据权利要求1或2或3所述的防止电流倒流电路，其特征在于：所述驱动电路包括比较器A1和光耦合器B1，所述比较器A1的负极输入端与所述可控开关的电源端连接，并作为驱动电路的一路输入端；所述比较器A1的正极输入端与所述可控开关的输出端连接，并作为驱动电路的另一路输入端；所述比较器A1的输出端与所述光耦合器B1的输入端连接，所述光耦合器B1的输出端与所述可控开关的控制端连接。
6.根据权利要求5所述的防止电流倒流电路，其特征在于：所述驱动电路还包括电阻R1，所述光耦合器B1的工作电压经所述电阻R1接入。
7.根据权利要求5所述的防止电流倒流电路，其特征在于：所述驱动电路还包括连接于所述可控开关电源端和控制端之间的电阻R2。
8.权利要求1-7任意一项所述的防止电流倒流电路在容性负载的开关控制的应用。
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