CN112187035B - 一种基于mcu的软启动模块及电子设备 - Google Patents

一种基于mcu的软启动模块及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MCU的软启动模块及电子设备，包括限流分档模块和MCU控制模块；限流分档模块包括多条限流支路，限流分档模块通过连通不同的限流支路实现不同程度的限流，MCU控制模块产生控制信号并发送至限流分档模块，限流分档模块根据控制信号连通不同的限流支路，本发明中，限流分档模块通过控制多条限流支路的连通实现多档限流，显著提高了启动电流的抑制效果。

Description

一种基于MCU的软启动模块及电子设备
技术领域
本发明涉及电源领域，尤其涉及一种基于MCU的软启动模块及电子设备。
背景技术
煤炭是我国生产发展不可或缺的重要能源之一，我国煤炭生产和消费水平居世界前列，并且在一次性能源生成和消费中占的比重最大，达到六成左右。目前，煤炭依然作为主要能源在生产中使用。然而，矿山开采条件非常恶劣，煤矿井下存在易燃、易爆气体、液体、粉尘，稍有不慎就会发生爆炸事故，是事故频发的高风险行业。当煤矿井下电气设备发生开路或短路这类电气故障时，即使微小的能量也能引起易燃、易爆气体发生爆炸，严重影响了生产、生活，并且有可能造成重大的事故和损失。为了安全起见，煤炭、石油、天然气等易燃、易爆等危险场所使用的电气设备必须采取一些保护措施。据有关资料表明，出现故障的电路中约有70％是由供电电源造成的。由此可见，提高矿井下本质安全(本安)电源的质量具有重要意义。
本质安全(本安)系统中一台本安电源通常给一台设备或多台设备供电，启动电流会叠加，这种情况在本质安全电路中是特别常见的，由于本安电源有最大输出电流限制，若用电设备启动电流过大超出本安电源的输出上限，将触发本安电源的过流保护动作造成启动失败，特别是多台设备同时启动电流叠加的情况下，影响更为严重。目前的软启动是采用NTC(负温度系数温敏电阻)、压控软启动电路实现的。NTC有电流抑制效果有限、稳定工作后存在压降等问题；压控软启动电流具有不错的启动电流抑制效果，但启动电流仍比较大。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种，其目的在于基于MCU的程控欠压、过流、短路保护的软启动装置，明显提高了启动电流的抑制效果。
第一方面，一种基于MCU的软启动模块，包括限流分档模块和MCU控制模块；所述限流分档模块包括N条限流支路，所述限流分档模块通过连通不同的限流支路实现不同程度的限流，其中，N为大于或等于2的自然数；所述MCU控制模块产生控制信号并发送至所述限流分档模块，所述限流分档模块根据控制信号连通不同的限流支路。本发明中，限流分档模块通过控制多条限流支路的连通实现多档限流，提高了电流抑制效果。
优选地，所述MCU控制模块产生控制信号并发送至所述限流分档模块，限流分档模块根据所述控制信号连通不同的限流支路包括以下步骤：MCU控制模块发送第一连通信号至限流分档模块，所述限流分档模块根据第一连通信号连通第一限流支路；经过第一预设延迟时间后，MCU控制模块发送第二连通信号至限流分档模块，所述限流分档模块根据第二连通信号连通第二限流支路；依次进行，经过第N-1预设延迟时间后，MCU控制模块发送第N连通信号至限流分档模块，所述限流分档模块根据第N连通信号连通第N限流支路。
优选地，所述MCU控制模块产生控制信号并发送至所述限流分档模块之前，还包括电流错峰控制步骤，所述电流错峰控制步骤包括：MCU控制模块产生一个预设范围内的随机数，所述MCU控制模块根据所述随机数生成对应的延迟时间。
优选地，还包括电流检测模块，电流检测模块用于检测线路上的电流信号；
当第一限流支路处于连通状态的情况下，电流检测模块发送第一电流信号至MCU控制模块；所述MCU控制模块判断所述电流信号是否大于第一预设电流阈值，若是，MCU控制模块发送短路保护中断信号至限流分档模块，限流分档模块根据短路保护中断信号永久断开所有限流支路。
优选地，还包括电压检测模块，电压检测模块用于检测线路上的电压信号；所述MCU控制模块产生控制信号并发送至所述限流分档模块之前，还包括初始化步骤，所述初始化步骤包括：
MCU控制模块发送第一断开信号至限流分档模块，所述限流分档模块根据第一断开信号断开所有限流支路；电压检测模块发送第一电压信号至MCU控制模块，MCU控制模块判断所述第一电压信号是否小于预设电压阈值。
优选地，所述限流分档模块根据所述控制信号连通不同的限流支路之后，电压检测模块发送第二电压信号至MCU控制模块，MCU控制模块判断第二电压信号是否小于预设电压阈值；
当第二电压信号大于或等于预设电压阈值的情况下，电流检测模块发送第二电流信号至MCU控制模块，MCU控制模块判断第二电流信号是否大于第二预设电流阈值，若是，MCU控制模块发送过流保护中断信号至限流分档模块，限流分档模块根据过流保护中断信号永久断开所有限流支路；若否，MCU控制模块进入休眠状态。
优选地，当MCU控制模块处于休眠状态的情况下，MCU控制模块启动定时唤醒程序；当MCU控制模块处于唤醒状态的情况下，MCU控制模块发送第N连通信号至限流分档模块，所述限流分档模块根据第N连通信号连通第N限流支路。
优选地，所述多条限流支路中，各条限流支路均具有不同的阻抗特性。
优选地，还包括过压保护模块，过压保护模块包括双向瞬变抑制二极管，双向瞬变抑制二极管的两端分别与电源的正极、负极连接。
第二方面，一种电子设备，包括第一方面所述的一种基于MCU的软启动模块。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为实施例1的逻辑框图；
图2为实施例1中的过压保护模块、限流分档模块和电流检测模块的电路原理图；
图3为实施例1的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1、图2所示，实施例1提供了一种基于MCU的软启动模块，包括限流分档模块和MCU控制模块。其中，限流分档模块包括多条限流支路，限流分档模块通过连通不同的限流支路实现不同程度的限流。MCU控制模块产生控制信号并发送至限流分档模块，限流分档模块根据控制信号连通不同的限流支路。其中，多条限流支路为N条，N为大于或等于2的自然数。本实施例中，限流分档模块包括4条限流支路，第一、第二、第三、第四限流支路中分别包括MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，MOS管用于控制所在线路的通断。第一、第二、第三限流支路还分别包括电阻值依次降低的电阻R1、R5、R9，电阻R1、R5、R9的阻值为可调节/不可调节。
图3为实施例1的流程图，具体包括如下步骤：
步骤一：MCU控制模块发送第一断开信号至限流分档模块，限流分档模块根据第一断开信号断开所有限流支路。电压检测模块发送第一电压信号至MCU控制模块，MCU控制模块判断第一电压信号是否小于预设电压阈值即是否欠压；若处于欠压状态，保持所有限流支路处于断开状态；若不处于欠压状态，进入步骤二；
步骤二：MCU控制模块产生一个预设范围内的随机数，MCU控制模块根据随机数生成对应的延迟时间，经过对应的延迟时间后，进入步骤三；
本实施例中，随机延时间隔为100ms，随机数的预设范围为1～48，对应的延迟时间为100～4800ms，当软启动模块的数量多于1个的情况下，各个软启动模块均随机延迟一段时间进入步骤三，可实现电流错峰控制，减小了启动电流。
步骤三：MCU控制模块发送第一连通信号至限流分档模块，限流分档模块根据第一连通信号连通MOS管Q1，即连通包含大限流电阻的第一限流支路；
经过第一预设延迟时间后，MCU控制模块发送第二连通信号至限流分档模块，限流分档模块根据第二连通信号连通MOS管Q2，即连通包含中限流电阻的第二限流支路；
经过第二预设延迟时间后，MCU控制模块发送第三连通信号至限流分档模块，限流分档模块根据第三连通信号连通MOS管Q3，即连通包含小限流电阻的第三限流支路；
经过第三预设延迟时间后，MCU控制模块发送第四连通信号至限流分档模块，限流分档模块根据第四连通信号连通MOS管Q4，即连通不包含电阻的第四限流支路。其中，第一预设延迟时间、第二预设延迟时间和第三预设延迟时间相同/不相同。四条限流支路全部连通后，进入步骤四；
另外，第一限流电路连通后，电流检测模块U2发送第一电流信号至MCU控制模块，MCU控制模块判断第一电流信号是否大于第一预设电流阈值，若是，MCU控制模块发送短路保护中断信号至限流分档模块，限流分档模块根据短路保护中断信号永久断开所有限流支路。
步骤四：电压检测模块发送第二电压信号至MCU控制模块，MCU控制模块判断第二电压信号是否小于预设电压阈值；
若第二电压信号大于或等于预设电压阈值，电流检测模块发送第二电流信号至MCU控制模块，MCU控制模块判断第二电流信号是否大于第二预设电流阈值，若是，MCU控制模块发送过流保护中断信号至限流分档模块，限流分档模块根据过流保护中断信号永久断开所有限流支路；若否，MCU控制模块进入休眠状态，进入步骤五；若第二电压信号小于预设电压阈值，进入步骤一；
步骤五：当MCU控制模块处于休眠状态的情况下，MCU控制模块启动定时唤醒程序；当MCU控制模块处于唤醒状态的情况下，MCU控制模块发送第四连通信号至限流分档模块，限流分档模块根据第四连通信号连通第四限流支路，进入步骤四。
本实施例中，每条限流支路均具有不同的阻抗特性。
本实施例还包括过压保护模块和第一限流模块，过压保护模块包括双向瞬变抑制二极管D1，双向瞬变抑制二极管D1的两端分别与电源的正极、负极连接；第一限流模块的输入端与电源正极连接，输出端与MCU控制模块的供电输入端连接。
基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括以上所述的一种基于MCU的软启动模块。
对无软启动、压控软启动、和本实施例(仅包含一个软启动模块)进行仿真，仿真结果显示，无软启动状态下，启动电流峰值为13A，包含压控软启动模块的状态下，启动电流峰值为700mA，包含本实施例实现的一种基于MCU的软启动模块的状态下，启动电流峰值为200mA，本实施例明显改善了启动电流的抑制效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种基于MCU的软启动模块，其特征在于：包括：限流分档模块和MCU控制模块；
所述限流分档模块包括N条限流支路，所述限流分档模块通过连通不同的限流支路实现不同程度的限流，其中，N为大于或等于2的自然数；
所述MCU控制模块产生控制信号并发送至所述限流分档模块，所述限流分档模块根据控制信号连通不同的限流支路；
所述MCU控制模块产生控制信号并发送至所述限流分档模块，限流分档模块根据所述控制信号连通不同的限流支路包括以下步骤：
MCU控制模块发送第一连通信号至限流分档模块，所述限流分档模块根据第一连通信号连通第一限流支路；
经过第一预设延迟时间后，MCU控制模块发送第二连通信号至限流分档模块，所述限流分档模块根据第二连通信号连通第二限流支路；
依次进行，经过第N-1预设延迟时间后，MCU控制模块发送第N连通信号至限流分档模块，所述限流分档模块根据第N连通信号连通第N限流支路。
2.根据权利要求1所述的一种基于MCU的软启动模块，其特征在于：
所述MCU控制模块产生控制信号并发送至所述限流分档模块之前，还包括电流错峰控制步骤，所述电流错峰控制步骤包括：
MCU控制模块产生一个预设范围内的随机数，所述MCU控制模块根据所述随机数生成对应的延迟时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于MCU的软启动模块，其特征在于：还包括电流检测模块，电流检测模块用于检测线路上的电流信号；
当第一限流支路处于连通状态的情况下，电流检测模块发送第一电流信号至MCU控制模块；所述MCU控制模块判断所述第一电流信号是否大于第一预设电流阈值，若是，MCU控制模块发送短路保护中断信号至限流分档模块，限流分档模块根据短路保护中断信号永久断开所有限流支路。
4.根据权利要求3所述的一种基于MCU的软启动模块，其特征在于：还包括电压检测模块，电压检测模块用于检测线路上的电压信号；
所述MCU控制模块产生控制信号并发送至所述限流分档模块之前，还包括初始化步骤，所述初始化步骤包括：
MCU控制模块发送第一断开信号至限流分档模块，所述限流分档模块根据第一断开信号断开所有限流支路；
电压检测模块发送第一电压信号至MCU控制模块，MCU控制模块判断所述第一电压信号是否小于预设电压阈值。
5.根据权利要求4所述的一种基于MCU的软启动模块，其特征在于：所述限流分档模块根据所述控制信号连通不同的限流支路之后，电压检测模块发送第二电压信号至MCU控制模块，MCU控制模块判断第二电压信号是否小于预设电压阈值；
当第二电压信号大于或等于预设电压阈值的情况下，电流检测模块发送第二电流信号至MCU控制模块，MCU控制模块判断第二电流信号是否大于第二预设电流阈值，若是，MCU控制模块发送过流保护中断信号至限流分档模块，限流分档模块根据过流保护中断信号永久断开所有限流支路；若否，MCU控制模块进入休眠状态。
6.根据权利要求5所述的一种基于MCU的软启动模块，其特征在于：当MCU控制模块处于休眠状态的情况下，MCU控制模块启动定时唤醒程序；当MCU控制模块处于唤醒状态的情况下，MCU控制模块发送第N连通信号至限流分档模块，所述限流分档模块根据第N连通信号连通第N限流支路。
7.根据权利要求1所述的一种基于MCU的软启动模块，其特征在于：所述N条限流支路中，每条限流支路均具有不同的阻抗特性。
8.根据权利要求1所述的一种基于MCU的软启动模块，其特征在于：还包括过压保护模块，过压保护模块包括双向瞬变抑制二极管，双向瞬变抑制二极管的两端分别与电源的正极、负极连接。
9.一种电子设备，其特征在于：包括权利要求1-8中任一项所述的一种基于MCU的软启动模块。
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