CN112104216A - 预充电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预充电路，预充电路包括功率回路和控制模块，功率回路包括由第一电源、第一金属氧化物半导体场效应晶体管MOS管和电容组成的回路。其中，第一电源的负极与第一MOS管的源极电连接，第一MOS管的漏极与电容的第一端电连接，电容的第二端与第一电源的正极电连接。控制模块的第一端与第一MOS管的栅极电连接，用于控制第一MOS管截止或导通。本发明实施例通过控制模块控制第一MOS管快速截止或导通，可以实现以斩波的方式来限制上电瞬间功率回路中的冲击电流过大，从而取消了预充电路中功率电阻的使用，有效的解决了预充电路中选用体积大、散热性能好的功率电阻来限制冲击电流过大，使得预充电路成本高的问题。

Description

预充电路

技术领域

本发明涉及电路应用领域，尤其涉及一种预充电路。

背景技术

目前大多数电机控制系统中，都需要在电机控制器的主回路上并联大容量电容以提供足够的纹波电流。为了克服容性负载电容在上电瞬间产生大电流冲击，需要增加预充电路。

目前最常用的预充电路是在回路里串联功率电阻以构成RC网络，来限制上电瞬间的冲击电流过大，但是，功率电阻需要选择体积大，散热性能好的电阻，使得预充电路的成本高。

发明内容

本发明实施例提供一种预充电路，解决了预充电路中选用体积大、散热性能好的功率电阻来限制冲击电流过大，使得预充电路成本高的问题。

为达到上述目的，本发明实施例一种预充电路，所述预充电路包括功率回路和控制模块，所述功率回路包括由第一电源、第一MOS管和电容组成的回路。其中，所述第一电源的负极与所述第一MOS管的源极电连接，所述第一MOS管的漏极与所述电容的第一端电连接，所述电容的第二端与所述第一电源的正极电连接，所述控制模块的第一端与所述第一MOS管的栅极电连接，用于控制所述第一MOS管截止或导通。

可选的，所述功率回路还包括第二MOS管，所述第一MOS管通过所述第二MOS管与所述电容的第一端电连接。其中，所述第二MOS管的漏极与所述第一MOS管漏极电连接，所述第二MOS管的源极与所述电容的第一端电连接，所述第二MOS管的栅极与所述控制模块的第二端电连接。

可选的，所述控制模块包括第二电源、第三MOS管和驱动芯片，所述驱动芯片的第一端与所述第三MOS管栅极电连接，所述第三MOS管漏极与所述第二电源电连接，所述第三MOS管源极接地，所述第三MOS管的漏极与所述第一MOS管的栅极电连接，用于控制所述第一MOS管截止或导通。

可选的，所述控制模块还包括过流保护电路，所述过流保护电路的第一端与所述第一电源的负极电连接，所述过流保护电路的第二端与所述第一MOS管的栅极电连接。

可选的，所述过流保护电路包括分流器、放大电路、驱动芯片和第四MOS管，所述分流器的第一端与所述第一电源的负极电连接，所述分流器的第二端分别与所述第一MOS管的源极和所述放大电路的输入端电连接，所述放大电路输出端与所述驱动芯片的第二端电连接，所述驱动芯片的第三端与所述第四MOS管的栅极电连接，所述第四MOS管的源极接地，所述第四MOS管的漏极与所述第二电源电连接，所述第四MOS管的漏极还与所述第一MOS管的栅极电连接，用于控制所述第一MOS管截止或导通。

可选的，所述放大电路为双电源供电的放大电路。

可选的，所述驱动芯片的第一端的输出信号为脉冲宽度调制PWM波。

本发明实施例中的预充电路包括功率回路和控制模块，功率回路包括由第一电源、第一MOS管和电容组成的回路。其中，第一电源的负极与第一MOS管的源极电连接，第一MOS管的漏极与电容的第一端电连接，电容的第二端与第一电源的正极电连接。控制模块的第一端与第一MOS管的栅极电连接，用于控制第一MOS管截止或导通。本发明实施例通过控制模块控制第一MOS管快速截止或导通，可以实现以斩波的方式来限制上电瞬间功率回路中的冲击电流过大，从而取消了预充电路中功率电阻的使用，有效的解决了预充电路中选用体积大、散热性能好的功率电阻来限制冲击电流过大，使得预充电路成本高的问题。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，现对说明书附图作如下说明，显而易见地，下述附图仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据所列附图获得其他附图。

图1是本发明实施例提供的预充电路的电路图；

图2是本发明实施例提供的过流保护电路的结构图；

图3是本发明实施例提供的控制模块的电路图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明中的实施例的基础上，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，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图3，本发明实施例提供一种预充电路，预充电路包括功率回路和控制模块，功率回路包括由第一电源V1、第一金属氧化物半导体场效应晶体管MOS管Q1和电容组成的回路。其中，第一电源V1的负极与第一MOS管Q1的源极电连接，第一MOS管Q1的漏极与电容的第一端电连接，电容的第二端与第一电源V1的正极电连接，控制模块的第一端与第一MOS管Q1的栅极电连接，用于控制第一MOS管Q1截止或导通。

第一电源V1可以为直流电源，控制模块可以为驱动芯片U2。驱动芯片U2的输出端与第一MOS管Q1的栅极电连接，驱动芯片U2的输出端可以输出脉冲宽度调制PWM波信号控制第一MOS管Q1截止或导通。

具体的，PWM波信号为占空比可变的脉冲波形，在给定的任何时刻，PWM波信号为高电平或低电平中一种。当PWM信号输出为高电平时，第一MOS管Q1的栅源电压大于第一MOS管Q1的开启电压，使第一MOS管Q1导通且工作在恒流区，从而使该功率回路导通，功率回路中有电流，电源通过第一MOS管Q1对电容充电；当PWM波信号输出为低电平时，第一MOS管Q1的栅源电压小于第一MOS管Q1的开启电压，使第一MOS管Q1截止，从而使该功率回路断开，功率回路中无电流，此时，电源停止对电容充电，功率回路中电流为零。PWM波信号的高低电平转换速率极快如每1微秒转换一次，从而可以控制第一MOS管Q1在导通和截止这两种状态间快速转换，在一段时间如1秒时间内取电流平均值，由此，实现了以斩波的方式来限制上电瞬间功率回路中的冲击电流过大的目的。

占空比是指在一个PWM波信号的脉冲循环中，所述功率回路通电时间相对于总时间所占的比例，可以根据实际需要设置占空比的大小以实现控制冲击电流的大小的目的。

本发明实施例中的预充电路包括功率回路和控制模块，功率回路包括由第一电源V1、第一MOS管Q1和电容组成的回路。其中，第一电源V1的负极与第一MOS管Q1的源极电连接，第一MOS管Q1的漏极与电容的第一端电连接，电容的第二端与第一电源V1的正极电连接。控制模块的第一端与第一MOS管Q1的栅极电连接，用于控制第一MOS管Q1截止或导通。本发明实施例通过控制模块控制第一MOS管Q1快速截止或导通，可以实现以斩波的方式来限制上电瞬间功率回路中的冲击电流过大。上述预充电路结构简单，且不包括功率电阻，可降低预充电路的成本，同时，由于不包括功率电阻，也避免了功率电阻造成的热量损耗以及功率电阻体积大使集成度低的问题。

可选的，功率回路还包括第二MOS管Q2，第一MOS管Q1通过第二MOS管Q2与电容的第一端电连接。其中，第二MOS管Q2的漏极与第一MOS管Q1漏极电连接，第二MOS管Q2的源极与电容的第一端电连接，第二MOS管Q2的栅极与控制模块的第二端电连接。

具体的，如图1和图3所示，控制模块的第二端与第二MOS管Q2的栅极电连接，控制所述第二MOS管Q2的导通与截止。所述控制模块可以为驱动芯片U2如单片机。驱动芯片U2的第四端通过电阻R10与第五MOS管Q5的栅极电连接，第五MOS管Q5的栅极通过电阻R11接地，第五MOS管Q5的源极直接接地，第五MOS管Q5的漏极通过电阻R12与第一电源V3电连接。第一电源V3可以为直流电源，电源电压为12V。

应理解，驱动芯片U2的第四端输出高电平时，通过R10和R11使第五MOS管Q5导通，第五MOS管Q5导通后，第五MOS管Q5的漏极电压为0V，即CHG信号被拉低为0V，因CHG信号为第二MOS管Q2的栅极的输入信号，所以第二MOS管Q2截止；当驱动芯片U2的第四端输出低电平时，第五MOS管Q5截止，即CHG信号保持高电压，因CHG信号为第二MOS管Q2的栅极的输入信号，所以第二MOS管Q2导通。

预充阶段，第一MOS管Q1处于导通状态。通过驱动芯片U2控制第二MOS管Q2导通，使功率回路导通，回路中有电流流过，对电容充电。在第一MOS管Q1和第二MOS管Q2均不导通的情况下，因第一MOS管Q1的自带的体二极管负极与第二MOS管Q2自带的体二极管负极相连接，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2可以互为对方起到电流防反的作用，从而提高了系统的可控性。

可选的，控制模块包括第一电源V2、第三MOS管Q3和驱动芯片U2，驱动芯片U2的第一端与第三MOS管Q3栅极电连接，第三MOS管Q3漏极与第一电源V2电连接，第三MOS管Q3源极接地，第三MOS管Q3的漏极与第一MOS管Q1的栅极电连接，用于控制第一MOS管Q1截止或导通。

具体的，如图3所示，驱动芯片U2可以为单片机，驱动芯片U2的第一端通过电阻R5与第三MOS管Q3的栅极电连接，第三MOS管Q3的栅极通过电阻R6接地，第三MOS管Q3的源极直接接地，第三MOS管Q3的漏极通过电阻R7与第一电源V2电连接。第三MOS管Q3的漏极与第一MOS管Q1的栅极电连接，输出放电DSG信号，用于控制第一MOS管Q1截止或导通。第一电源V2可以为直流电源，电源电压为12V。

驱动芯片U2的第一端可以输出PWM波信号来控制第三MOS管Q3导通或截止。当驱动芯片U2的第一端输出高电平时，驱动芯片U2的第一端输出的高电平通过电阻R5、电阻R6使第三MOS管Q3导通，第三MOS管Q3导通后，第三MOS管Q3的漏极电压为0V，即DSG信号被拉低为0V，因DSG信号为第一MOS管Q1的栅极的输入信号，所以第一MOS管Q1截止；当驱动芯片U2的第一端输出低电平时，驱动芯片U2的第一端输出的低电平通过电阻R5、电阻R6使第三MOS管Q3截止，即DSG信号保持高电压，因DSG信号为第一MOS管Q1的栅极的输入信号，所以第一MOS管Q1导通。

本发明实施例中，通过使用驱动芯片U2输出PWM波信号控制第三MOS管Q3导通或截止，进而控制第一MOS管Q1导通或截止。第三MOS管Q3、第一电源V2、电阻R6和电阻R7组成的电路起到拉高驱动芯片U2输出电压，使其能达到第一MOS管Q1导通时所需电压的作用，进而降低了驱动芯片U2的选型要求，无需选择高成本的可直接输出能达到第一MOS管Q1导通时所需电压的驱动芯片U2，而选择可以输出PWM波信号，且成本低的驱动芯片U2，第一MOS管Q1导通所需的较高电压可以通过外接第三MOS管Q3、第一电源V2、电阻R6和电阻R7组成的电路将较低的电压转换为较高电压，进而降低了预充电路的成本。

可选的，控制模块还包括过流保护电路，过流保护电路的第一端与第一电源V1的负极电连接，过流保护电路的第二端与第一MOS管Q1的栅极电连接。

具体的，过流保护电路包括电流采样电阻和判断模块，过流保护电路的第二端可以为判断模块的输出端。该电流采样电阻的一端与第一电源V1的负极电连接，该电流采样电阻的另一端分别与第一MOS管Q1的源极和过流保护电路判断模块的输入端电连接。电流采样电阻采样得到的采样电流值经判断模块的输入端输入判断模块。判断模块内置预设电流值，判断模块将预设电流值和经电流采样电阻采样得到的采样电流值进行比较，若采样电流值大于等于预设电流值，则判断模块输出低电平，因过流保护电路的第二端可以为判断模块的输出端，过流保护电路的第二端与第一MOS管Q1的栅极电连接，则当判断模块输出低电平时，第一MOS管Q1截止，功率回路断开，回路中电流为0，从而实现了当功率回路中电流过大时，通过控制第一MOS管Q1截止使功率回路断开，进一步实现了对功率回路的保护，避免了因电流过大损坏功率回路的情况发生。若采样电流值小于预设电流值，则判断模块输出低电平，此时第一MOS管Q1导通，功率回路导通，恢复正常充电。

应理解，判断模块可以根据实际需要设置预设电流值与保护时间段，在保护时间段内对功率回路中的电流进行判断，从而控制功率回路的导通或断开。

应理解，判断模块还可以包括放大电路U1，用以放大采样电流值后再进行判断，使判断结果更准确，所述判断模块可以为具有逻辑判断功能的元器件组成电路。

可选的，所述过流保护电路包括分流器、放大电路U1、驱动芯片U2和第四MOS管Q4，所述分流器的第一端与所述第一电源V1的负极电连接，所述分流器的第二端分别与所述第一MOS管Q1的源极和所述放大电路U1的输入端电连接，所述放大电路U1输出端与所述驱动芯片U2的第二端电连接，所述驱动芯片U2的第三端与所述第四MOS管Q4的栅极电连接，所述第四MOS管Q4的源极接地，所述第四MOS管Q4的漏极与所述第一电源V2电连接，所述第四MOS管Q4的漏极还与所述第一MOS管Q1的栅极电连接，用于控制所述第一MOS管Q1截止或导通。

具体的，分流器可以为电流采样电阻，放大电路U1可以为同相放大电路U1，驱动芯片U2可以为单片机。分流器的一端与第一电源V1的负极电连接，分流器的另一端分别与第一MOS管Q1的源极和同相放大电路U1的同相输入端电连接。采样电流值输入同相放大电路U1，经放大电路U1放大后的采样电流值由放大电路U1输出端输出，输入到驱动芯片U2进行判断。

具体的，如图1和图3所示，分流器的另一端通过电阻R2与放大电路U1的同相输入端电连接，放大电路U1的反相输入端分别通过电阻R1接地，和通过电阻R3与放大电路U1的输出端电连接，放大电路U1的输出端通过电阻R4与驱动芯片U2的第二端电连接。驱动芯片U2的第三端通过电阻R9与第四MOS管Q4的栅极电连接，第四MOS管Q4的栅极通过电阻R8接地，第四MOS管Q4的源极直接接地，第四MOS管Q4的漏极通过电阻R7与第一电源V2电连接，第四MOS管Q4的漏极第四MOS管Q4的漏极与与第一MOS管Q1的栅极电连接，用于控制第一MOS管Q1截止或导通。

驱动芯片U2具有逻辑判断功能，内置预设电流值。若采样电流值大于等于预设电流值，则驱动芯片U2的第四端输出高电平，驱动芯片U2的第四端输出的高电平通过电阻R8、电阻R9使第四MOS管Q4导通，第四MOS管Q4导通后，第四MOS管Q4的漏极电压为0V，即DSG信号被拉低为0V，因DSG信号为第一MOS管Q1的栅极的输入信号，所以第一MOS管Q1截止，功率回路断开，此时功率回路中电流为。从而实现了当功率回路中电流过大时，通过控制第一MOS管Q1截止使功率回路断开，进一步实现了对功率回路的保护，避免了因电流过大损坏功率回路的情况发生。当驱动芯片U2的第四端输出低电平时，驱动芯片U2的第四端输出的低电平通过电阻R8、电阻R9使第四MOS管Q4截止，即DSG信号保持高电压，因DSG信号为第一MOS管Q1的栅极的输入信号，所以第一MOS管Q1导通，功率回路导通，恢复正常充电。

本发明实施例中，通过使用驱动芯片U2输出信号控制第四MOS管Q4导通或截止，进而控制第一MOS管Q1导通或截止。第四MOS管Q4、第一电源V2、电阻R8和电阻R9组成的电路起到拉高驱动芯片U2输出电压，使其能达到第一MOS管Q1导通时所需电压的作用，进而降低了驱动芯片U2的选型要求，无需选择高成本的可直接输出能达到第一MOS管Q1导通时所需电压的驱动芯片U2，而选择可以进行逻辑判断，且成本低的驱动芯片U2，第一MOS管Q1导通电压的要求可以通过外接第四MOS管Q4、第一电源V2、电阻R8和电阻R9组成的电路满足，进而降低了预充电路的成本。

可选的，放大电路U1为双电源供电的放大电路U1。

应理解，放大电路U1可以采用双电源供电或单电源供电，本发明实施例采用双电源供电，双电源的总动态范围、输出电压/电流、精度、负载抗干扰性优于单电源运放，双电源可以以零点为中心正负输出，用示波器好测量，还可不加隔直电容，低频特性更好。

可选的，驱动芯片U2的第一端的输出信号为PWM波。

应理解，驱动芯片U2的第一端输出信号只要可以满足使第一MOS管Q1在导通和截止这两种状态间快速转换，在一段时间如1秒时间内取电流平均值，实现了以斩波的方式来限制上电瞬间功率回路中的冲击电流过大的目的即可。具体的信号形式可以不作限制。选用周期重复的PWM波可以降低控制驱动芯片U2的编程难度，从而降低人工成本。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种预充电路，其特征在于，所述预充电路包括功率回路和控制模块，所述功率回路包括由第一电源、第一金属氧化物半导体场效应晶体管MOS管和电容组成的回路；

其中，所述第一电源的负极与所述第一MOS管的源极电连接，所述第一MOS管的漏极与所述电容的第一端电连接，所述电容的第二端与所述第一电源的正极电连接；

所述控制模块的第一端与所述第一MOS管的栅极电连接，用于控制所述第一MOS管截止或导通。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述功率回路还包括第二MOS管，所述第一MOS管通过所述第二MOS管与所述电容的第一端电连接；

其中，所述第二MOS管的漏极与所述第一MOS管漏极电连接，所述第二MOS管的源极与所述电容的第一端电连接，所述第二MOS管的栅极与所述控制模块的第二端电连接。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制模块包括第二电源、第三MOS管和驱动芯片，所述驱动芯片的第一端与所述第三MOS管栅极电连接，所述第三MOS管漏极与所述第二电源电连接，所述第三MOS管源极接地，所述第三MOS管的漏极与所述第一MOS管的栅极电连接，用于控制所述第一MOS管截止或导通。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述控制模块还包括过流保护电路，所述过流保护电路的第一端与所述第一电源的负极电连接，所述过流保护电路的第二端与所述第一MOS管的栅极电连接。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述过流保护电路包括分流器、放大电路、驱动芯片和第四MOS管，所述分流器的第一端与所述第一电源的负极电连接，所述分流器的第二端分别与所述第一MOS管的源极和所述放大电路的输入端电连接，所述放大电路输出端与所述驱动芯片的第二端电连接，所述驱动芯片的第三端与所述第四MOS管的栅极电连接，所述第四MOS管的源极接地，所述第四MOS管的漏极与所述第二电源电连接，所述第四MOS管的漏极还与所述第一MOS管的栅极电连接，用于控制所述第一MOS管截止或导通。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述放大电路为双电源供电的放大电路。

7.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述驱动芯片的第一端的输出信号为脉冲宽度调制PWM波。

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