CN112564078A - 一种供电系统、缓启动电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种供电系统，包括：母线电容的第一端连接电源的第一端，母线电容的第二端连接半导体开关器件的第二端；半导体开关器件的第一端连接电源的第二端；功率变换电路的输入端连接母线电容；电阻的两端分别连接半导体开关器件的第一端和第二端；电源在半导体开关器件断开时通过电阻给母线电容供电；母线电容上的电压大于第一预设电压时，辅助电源上电，半导体开关器件断开；母线电容上的电压大于第二预设电压，控制器控制半导体开关器件闭合，第二预设电压大于第一预设电压；半导体开关器件闭合后电源通过半导体开关器件给母线电容供电。该方案利于选择体积较小的半导体开关器件，缩小整个缓启动电路的体积，进而缩小供电系统的体积。

Description

一种供电系统、缓启动电路及控制方法

技术领域

本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种供电系统、缓启动电路及控制方法。

背景技术

目前，对于电源系统中的电源模块或者单板均采用热插拔的方式，由于热插拔时存在瞬间的电流冲击，因此一般都设有缓启动电路。缓启动电路可以避免电源模块或单板在热插拔时遭受较大的电流冲击。

但是，现有技术提供的缓启动电路一般利用继电器来实现。继电器的尺寸一般比较大，影响整个缓启动电路所占的尺寸。而且功率越高，继电器的尺寸越大。另外，继电器的高度也较高，针对高度为1U的电源，由于继电器的尺寸较高，会影响电源的散热。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本申请提供一种供电系统、缓启动电路及控制方法，能够起到缓启动的作用，而且减小所占的尺寸。

本申请实施例提供一种供电系统，包括：辅助电源，用于给控制器供电；母线电容的第一端连接电源的第一端，母线电容的第二端连接半导体开关器件的第二端；半导体开关器件的第一端连接电源的第二端；功率变换电路的第一输入端连接母线电容的第一端；功率变换电路的第二输入端连接母线电容的第二端；功率变换电路可以为整流电路也可以为逆变电路，本申请实施例中不做具体限定。电阻的两端分别连接半导体开关器件的第一端和第二端；电源在半导体开关器件断开时通过电阻给母线电容供电；即通过电阻的限流作用，可以抑制电源上电瞬间带来的较大电流脉冲，降低对母线电容的冲击。母线电容上的电压大于第一预设电压时，辅助电源上电，半导体开关器件断开；控制器，在母线电容上的电压大于第二预设电压时，即此时母线电容上已经有一定的电压，与电源的电压差降低了，因此，此时半导体开关器件闭合时，电流冲击降低，控制半导体开关器件闭合，半导体开关器件闭合后将电阻旁路，半导体开关器件闭合后电源通过半导体开关器件给母线电容供电。其中，第二预设电压大于第一预设电压。本申请实施例不具体限定半导体器件的类型，例如可以选择金属氧化物半导体场效应晶体管MOS。

本申请实施例为了降低电源模块或单板的缓启动电路的体积，提供了一种缓启动电路不包括继电器，而是包括半导体开关器件。由于半导体开关器件的尺寸较小，而且本申请实施例通过精准控制半导体开关器件的导通，可以有效控制半导体开关器件在线性区的工作时间，使其尽快越过线性区，从而降低在线性区导通的功耗。而且在线性区导通的时间越短，则可以选型体积较小的半导体开关器件，进而进一步缩小整个缓启动电路的体积。

在一种可能的实现方式中，还包括：驱动模块；驱动模块的第一端连接控制器，驱动模块的第二端连接半导体开关器件的控制端；辅助电源上电时，用于给驱动模块供电，以使驱动模块驱动半导体开关器件断开。驱动模块可以由模拟电路来搭建，也可以选择集成的芯片，本申请实施例中不做具体限定。

在一种可能的实现方式中，控制器在母线电容上的电压大于第二预设电压，向驱动模块发送第一驱动信号；驱动模块，用于根据第一驱动信号控制半导体开关器件闭合。例如第一驱动信号可以为高电平信号。

在一种可能的实现方式中，还包括：隔离器件；隔离器件连接在控制器与驱动模块之间。在一种可能的实现方式中，隔离器件为光耦合器；控制器，具体用于在母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制光耦合器闭合，反之控制光耦合器断开。光耦合器可以实现电气信号的隔离，以避免光耦合器输入侧的干扰信号传递到光耦合器的输出侧，从而避免干扰后级电路。

在一种可能的实现方式中，控制器，还用于在半导体开关器件闭合后，控制功率变换电路上电。等缓启动过后，才控制功率变换电路上电，可以保护功率变换电路不受尖峰电流的冲击。

在一种可能的实现方式中，控制器，还用于在电源的电压低于第三预设电压时，控制功率变换电路关机。等电源下电时，为了保护功率变换电路，需要先控制功率变换电路关机，停止工作。

在一种可能的实现方式中，控制器，还用于在电源的电压或母线电压低于第四预设电压时，向驱动模块发送第二驱动信号，驱动模块根据第二驱动信号控制半导体开关器件断开，第四预设电压小于第三预设电压。第二驱动信号可以为低电平信号。

在一种可能的实现方式中，电源的电压或母线电压低于第五预设电压时辅助电源关机，第五预设电压小于第四预设电压。

在一种可能的实现方式中，半导体开关器件包括以下任意一项：场效应管、晶体管和三极管。

本申请实施例还提供一种缓启动电路，包括：半导体开关器件、电阻、辅助电源和控制器；辅助电源，用于给控制器供电；半导体开关器件的第二端连接母线电容的第二端；半导体开关器件的第一端连接电源的第二端；母线电容的第一端连接电源的第一端；电阻的两端分别连接半导体开关器件的第一端和第二端；电源在半导体开关器件断开时通过电阻给母线电容供电；母线电容上的电压大于第一预设电压时，辅助电源上电，半导体开关器件断开；控制器，用于在母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制半导体开关器件闭合，第二预设电压大于第一预设电压；半导体开关器件闭合后电源通过半导体开关器件给母线电容供电。

在一种可能的实现方式中，还包括：驱动模块；驱动模块的第一端连接控制器，驱动模块的第二端连接半导体开关器件的控制端；辅助电源上电时给驱动模块供电，以使驱动模块驱动半导体开关器件断开。

在一种可能的实现方式中，控制器，具体用于在母线电容上的电压大于第二预设电压时，向驱动模块发送第一驱动信号；驱动模块，用于根据第一驱动信号控制半导体开关器件闭合。

在一种可能的实现方式中，还包括连接在控制器与驱动模块之间的光耦合器；控制器，具体用于在母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制光耦合器闭合，反之控制光耦合器断开。

在一种可能的实现方式中，控制器，还用于在电源的电压或母线电容上的电压低于第四预设电压时，向驱动模块发送第二驱动信号，驱动模块根据第二驱动信号控制半导体开关器件断开。

本申请实施例还提供一种缓启动电路的控制方法，缓启动电路包括：半导体开关器件、电阻和控制器；半导体开关器件的第二端连接母线电容的第二端；半导体开关器件的第一端连接电源的第二端；母线电容的第一端连接电源的第一端；电阻的两端分别连接半导体开关器件的第一端和第二端；电源在半导体开关器件断开时通过电阻给母线电容供电；该方法包括：母线电容上的电压大于第一预设电压时，辅助电源上电，半导体开关器件断开；在母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制半导体开关器件闭合，第二预设电压大于第一预设电压；半导体开关器件闭合后电源通过半导体开关器件给母线电容供电。

在一种可能的实现方式中，缓启动电路还包括：驱动模块；在母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制半导体开关器件闭合，具体包括：在母线电容上的电压大于第二预设电压时，向驱动模块发送第一驱动信号，使驱动模块根据第一驱动信号控制半导体开关器件闭合。

在一种可能的实现方式中，还包括：在电源的电压或母线电容上的电压低于第四预设电压时，向驱动模块发送第二驱动信号，驱动模块根据第二驱动信号控制半导体开关器件断开。

与现有技术相比，本申请实施例提供的技术方案具有以下优点：

本申请实施例提供的供电系统中的缓启动电路包括半导体开关器件，通过半导体开关器件来实现缓启动，而不通过继电器来实现缓启动，由于半导体开关器件与继电器相比，体积较小，因此可以降低整个缓启动电路的体积，进而降低电源模块和单板的体积。另外，本申请实施例提供的技术方案，控制器在母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制半导体开关器件导通。即控制器精准控制半导体开关器件的导通时间，使其尽快越过线性区，进入开关导通状态，降低其在线性区的损耗。另外，例如半导体开关器件采用MOS管，在线性区停留的时间越短，则对于MOS管来说则选型越容易，可以选择SOA较小的管子，SOA较小时对应的MOS管的尺寸越小，而且对应的MOS管的Rdson越小，进而可以降低导通损耗，提高电源的效率。本实施例提供的技术方案在实现缓启动的基础上，可以降低电路的尺寸，缩小整个供电系统的体积。

附图说明

图1A为一种单板的示意图；

图1B为利用继电器实现缓启动的电路示意图；

图2为本申请实施例提供的一种供电系统的示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种供电系统的示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种供电系统的示意图；

图5为本申请实施例提供的隔离器件为光耦合器的示意图；

图6为本申请实施例提供的功率变换电路为直流/直流变换电路的示意图；

图7为本申请实施例提供的功率变换电路为直流/交流变换电路的示意图；

图8为本申请实施例提供的一种缓启动电路的示意图；

图9为本申请实施例提供的一种缓启动电路的控制方法的流程图；

图10为本申请实施例提供的另一种缓启动电路的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语可以包括但不限于相对附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语可以是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件附图所放置的方位的变化而相应地发生变化。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“耦接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。“耦接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接电性连接。

在供电系统中，凡是热插拔的电源模块和单板，例如AI或数据中心供电的机柜等，机柜内部的电源模块和单板很多都是采用热插拔模式的设计，对于热插拔的模块均存在接通瞬间电流冲击的问题，因此，需要为热插拔的电源模块或单板设计缓启动电路。

例如，单板的输入电压的范围一般为-36V～-72V，输出电压通常为直流53.5V或者直流12V或者更低。目前网络用电的大部分框式单板和部分直流电源采用-48V供电。

参见图1A，该图为一种单板的示意图。

单板采用直流/直流DC/DC模块2000将-48V电源转换为所需要的5V、3.3V、2.5V等电源。为了降低单板插接上电时的电流冲击，在DC/DC模块2000之前连接有缓启动电路1000。

由于输入电压和输出电压之间的压差较高，电路中又存在用于滤波和防止瞬间掉电的大电容，存在充放电，在单板或者电源模块插入上电时，会对-48V电源造成冲击，瞬时的大电流将造成-48V电源的电压出现跌落，可能影响到其它单板的正常工作。同时，由于瞬时大电流的原因，单板插入时在接插件上会产生明显的打火现象，引起电磁干扰，并对接插件造成腐蚀。因此，为了解决上述技术问题，单板需要控制-48V电源的上电速率，即需要增加缓启动电路1000，当热插拔时，缓启动电路1000可以使电源缓慢上电，从而降低对DC/DC模块2000的电流冲击。

参见图1B，该图为利用继电器实现缓启动的电路示意图。

缓启动电路包括继电器10和电阻20。

母线电容C并联在缓启动电路的输出端。

其中继电器10串联在供电通路中，电阻20和继电器10并联。

当输入端连接电源时，继电器10断开，电源通过电阻20给后级供电，由于电阻20一般的阻值较大，因此可以限制冲击电流的大小，避免电源上电时给后级电路造成较大的电流冲击。

当母线电容C上的电压达到一定程度时，继电器10闭合，电源通过闭合的继电器10给后级供电。从而完成缓启动的过程。

图1B中介绍的缓启动电路包括继电器，利用继电器和电阻来实现缓启动。但是，继电器的尺寸太大，而且高度太高，影响电源模块或单板的体积。

因此，本申请实施例为了降低电源模块或单板的缓启动电路的体积，提供了一种缓启动电路不包括继电器，而是包括半导体开关器件。由于半导体开关器件的尺寸较小，而且本申请实施例通过精准控制半导体开关器件的导通，可以有效控制半导体开关器件在线性区的工作时间，使其尽快越过线性区，从而降低在线性区导通的功耗。而且在线性区导通的时间越短，则可以选型体积较小的半导体开关器件，进而进一步缩小整个缓启动电路的体积。

需要说明的是，继电器不属于半导体开关器件。

本申请实施例不具体限定半导体功率器件的类型，例如可以为以下任意一种：

场效应管、晶体管和三极管。

其中场效应管即金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)，简称MOS管，MOS管的类型包括PMOS和NMOS。

为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面的实施例中以MOS管为例进行介绍。

本申请实施例提供的供电系统，通过控制器精确控制MOS管的导通状态，如果MOS管的开通和关断不被控制，而是依靠栅源电压的大小来实现自动导通，则容易使MOS管进入安全工作区(SOA，Safe Operating Area)，而SOA为线性区，当MOS管长期在线性区工作时，就需要MOS管的SOA能力足够强大。但是，MOS管的SOA能力越大，则对应MOS管的导通电阻Rdson也会较大，通常SOA性能较好的MOS管，Rdson通常会增加一倍。Rdson越大，则MOS管工作时的功耗也越大。

本申请实施例提供的供电系统，控制器对MOS管的导通进行精准控制，使其尽快越过线性区，从而缩短MOS管在线性区的工作时间，这样MOS管可以选择较小SOA的器件，对应MOS管的Rdson也较小，从而降低MOS管的导通损耗。而且SOA较小的MOS管的封装尺寸也较小。

本申请实施例通过控制器精准控制MOS管的导通时间，进而控制MOS管在线性区的时间，尽快越过线性区，从而可以选择SOA较小的MOS管，进而可以选择Rdson较低的MOS管，降低缓启动电路的损耗。从而降低MOS管的尺寸，减小电路板的尺寸，从而缩小整个缓启动电路的体积，降低供电系统的体积。

供电系统实施例一：

为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面结合附图对其工作原理进行详细介绍。

参见图2，该图为本申请实施例提供的一种供电系统的示意图。

本实施例提供的供电系统包括缓启动电路，其中缓启动电路包括半导体开关器件，而不是包括继电器。

本实施例提供的供电系统包括：半导体开关器件100、电阻200、控制器300、母线电容C、辅助电源400和功率变换电路500。辅助电源400，用于给所述控制器供电；

所述母线电容C的第一端连接电源的第一端，所述母线电容C的第二端连接所述半导体开关器件100的第二端；所述半导体开关器件100的第一端连接所述电源的第二端；

本申请实施例不具体限定母线电容C的大小，母线电容C可以根据电源的电压等级来进行选择。母线电容可以为一个电容，也可以为多个电容串联在一起来实现，均不作具体限定。

如图2所示，电源的第一端为A，电源的第二端为B，一般A端的电压高于B端的电压。本申请实施例具体不限定电源的电压等级，也不限定电源的正负，例如可以为正电压，也可以为负电压，例如当电源为负电压电源时，A为0伏，B为-48V。

功率变换电路500的第一输入端连接所述母线电容C的第一端；所述功率变换电路500的第二输入端连接所述母线电容C的第二端。

功率变换电路可以由控制器来控制，即功率变换电路和缓启动电路共用同一个控制器。另外，功率变换电路也可以由其他处理器来控制，即功率变换电路和缓启动电路可以分别由不同的控制器来控制。

本申请实施例不限定功率变换电路的具体实现形式，例如可以为直流/直流变换电路，即DC/DC变换电路；另外也可以为直流/交流变换电路，即DC/AC变换电路。

电阻200的两端分别连接所述半导体开关器件100的第一端和第二端。电源在半导体开关器件断开时通过电阻200给母线电容C供电；

本申请实施例不具体限定电阻200的具体形式，也不具体限定电阻200的阻值，具体阻值可以根据电源电压的大小来选择。例如，一种可能的实现形式，电阻200可以选择水泥电阻。

母线电容C上的电压大于第一预设电压时，辅助电源400上电，半导体开关器件断开；

控制器300，在母线电容C上的电压大于第二预设电压时，控制所述半导体开关器件100闭合。第二预设电压大于第一预设电压；半导体开关器件100闭合后电源通过半导体开关器件100给母线电容C供电。

第二预设电压可以根据A端和B端连接的电压等级来选择，例如当B端为-48V时，第二预设电压可以选择30V，即当母线电容C上的电压大于30V时，控制器300控制半导体开关器件100导通。

可以理解的是，半导体开关器件100为三端器件，改变其控制端的驱动信号，可以改变其开关状态，例如对于MOS管来说，栅极为其控制端，控制器300可以通过向MOS管的栅极发送驱动信号而实现对MOS管的控制。具体实现时，控制器300改变半导体开关器件100的驱动信号，使半导体开关器件尽快越过线性区而进入导通的开关状态。

具体地，控制器300可以控制MOS管的栅源间的电容快速充电进而使MOS管饱和导通。相对于不控制的MOS管来说，本申请实施例提供的技术方案中的MOS管的栅源间的电容可以选择容值较小的电容，进而可以使MOS管快速越过线性区。而对于不控制的MOS管的栅源间的电容的容值一般比较大，这样在快速开关机时，可能使MOS管长时间处于线性区，而导致MOS管的SOA能力很强才不被损坏。

需要说明的是，在电源未上电之前，半导体开关器件100是默认关断的状态，因为电源未插入时，即A和B未连接前级电源时，母线电容C的电压较低，低于或等于第二预设电压时，半导体开关器件100为默认关断的状态，例如以半导体开关器件为MOS管为例，MOS管的栅源极电压为拉低，即MOS管为关断的状态。

当MOS管关断时，A端和B端连接的电源经过电阻200为母线电容C充电，由于电阻200与MOS管相比，电阻200的阻值较大，因此可以限制母线电容C的充电电流大小，进而避免连接电源时的大电流瞬间冲击，控制上电速率，实现电路的缓启动。

只有当母线电容C的电压大于第二预设电压时，控制器300才控制半导体开关器件100闭合，此时说明母线电容C上的电压足够大，此时闭合半导体开关器件100，不会对后级电路造成大电流冲击，从而实现了电源的缓启动。当半导体开关器件100闭合时，电阻200相当于被旁路，即B端的电源通过半导体开关器件100供给后级电路。

本实施例提供的供电系统中的缓启动电路包括半导体开关器件，而不是包括继电器，由于半导体开关器件与继电器相比，体积较小，因此可以降低整个缓启动电路的体积，进而降低电源模块和单板的体积。另外，本申请实施例提供的技术方案，控制器精准控制半导体开关器件的导通时间，使其尽快越过线性区，进入开关导通状态，降低其在线性区的损耗。另外，在线性区停留的时间越短，则对于MOS管来说则选型越容易，可以选择SOA较小的管子，SOA较小时对应的MOS管的尺寸越小，而且对应的MOS管的Rdson越小，进而可以降低导通损坏。本实施例提供的技术方案在实现缓启动的基础上，可以降低电路的尺寸，缩小整个供电系统的体积。可以适用于针对高度为1U的电源，也不影响散热。

供电系统实施例二

参见图3，该图为本申请实施例提供的另一种供电系统的示意图。

本实施例提供的供电系统与图2对应的供电系统的区别是增加了：驱动模块600。

驱动模块600的第一端连接控制器300，用于接收控制器300发送的驱动信号，驱动模块600的第二端连接半导体开关器件100的控制端。驱动模块600的电源端连接辅助电源400。

辅助电源400用于给控制器300和驱动模块600供电；例如，B端连接-48V的情况下，辅助电源400提供给控制器300的电压可以为3V，辅助电源400提供给驱动模块600的电压可以为12V。

母线电容C上的电压大于第一预设电压时，辅助电源400上电，此时所述半导体开关器件100默认断开；所述第二预设电压大于所述第一预设电压。例如对于B端连接-48V时，第二预设电压为30V时，第一预设电压为23V。由于母线电容C上的电压相对于输入电压有所滞后，因此，当母线电容C上的电压达到30V时，输入电压可能已经达到36V作用。即在缓启动过程中，A端和B端之间的输入电压比母线电容C上的电压大。以上电压数值仅是举例说明，也可以选择其他数值的预设电压。

控制器300，具体用于在所述母线电容C上的电压大于所述第二预设电压时，向驱动模块600发送第一驱动信号；

驱动模块600，用于根据所述第一驱动信号控制所述半导体开关器件100闭合。

下面以半导体开关器件100为MOS管为例进行介绍，控制器300发送第一驱动信号给驱动模块600。驱动模块600在控制器300的控制下，选择将辅助电源400提供的电压施加到MOS管的栅极，还是选择将MOS管的栅极拉低。

例如第一驱动信号为高电平信号，驱动模块600将辅助电源400提供的电源施加到MOS管的栅极，从而使MOS管导通。相反地，当控制器300不发生第一驱动信号给驱动模块600时，驱动模块600不会选择将辅助电源400提供的电源施加到MOS管的栅极，MOS管的栅极的电压被拉低，因此MOS管可以保持断开的状态，而无法导通。

本申请实施例不具体限定驱动模块600的具体实现形式，例如可以利用三极管以及外围电路形成的驱动电路。

供电系统实施例三

参见图4，该图为本申请实施例提供的又一种供电系统的示意图。

本实施例提供的供电系统，还可以包括：隔离器件700。

隔离器件700连接在控制器300与驱动模块600之间。

具体地，隔离器件700可以选择光耦合器来实现，也可以选择其他实现电气信号隔离的器件。如图5所示，隔离器件为光耦合器700。

下面以隔离器件700为光耦合器为例进行介绍。光耦合器可以实现电气信号的隔离，以避免光耦合器输入侧的干扰信号传递到光耦合器的输出侧，从而避免干扰后级电路。

控制器300，具体用于在母线电容C上的电压大于第二预设电压时，即当母线电容C被充电到一定程度时，才控制光耦合器700闭合，进而控制MOS管导通；反之控制光耦合器700断开，即MOS管不导通。当光耦合器700闭合时，驱动模块600将辅助电源400提供的电源施加到MOS管的栅极，进而使MOS管导通，即闭合。

控制器300，还用于在半导体开关器件100闭合后，控制功率变换电路500上电。当功率变换电路500上电后，整个供电系统开始正常工作。

参见图6，该图为本申请实施例提供的功率变换电路为直流/直流变换电路的示意图。

如图6所示，以半导体开关器件为NMOS管为例，并且功率变换电路为直流/直流变换电路500a为例。例如，该直流/直流变换电路将输入的直流电压-48V转换为后级电路需要的直流电压，例如转换为直流12V。

图6中以控制器为MCU300为例进行介绍，可以理解的是，控制器除了使用MCU以外，还可以使用其他处理器来实现，只要能够控制缓启动电路工作即可。

参见图7，该图为本申请实施例提供的功率变换电路为直流/交流变换电路的示意图。

如图7所示，功率变换电路还可以为直流/交流变换电路500b，直流/交流变换电路500b将直流电压转换为交流电压提供给后级电路。

需要说明的是，以上各个实施例中还包括电压检测电路，即检测母线电容C两端的电压，另外，电压检测电路还可以检测电源的电压，电压检测电路将检测的母线电容C上的电压和检测的电源的电压均发送给控制器，由控制器根据电压检测电路发送的电压进行下一步的控制。图中未示出电压检测电路，由于检测电压的电路技术比较成熟，在此不再赘述。

需要说明的是，本申请实施例各个图画的仅是示意图，在实际应用中，可以根据功率等级，选择半导体开关器件的数量，例如，当功率较高时，可以选择多个半导体开关器件并联，即控制器控制多个并联的半导体开关器件同时动作。例如控制多个并联的NMOS管同时闭合，同时断开。

需要说明的是，以上实施例中，辅助电源400为控制器300、驱动模块600和隔离器件700提供工作电源。

以上实施例介绍的是控制器控制半导体开关器件导通的过程，即开机上电时控制缓启动电路的工作，下面结合附图介绍电源下电即关机时的工作过程。

供电系统实施例四

继续参见图5，控制器300，还用于在所述电源的电压或母线电容上的电压低于第三预设电压时，控制所述功率变换电路500关机。可以理解的是，当半导体开关器件闭合时，电源的电压与母线电容上的电压理论上相等，因此，可以检测电源的电压与第三预设电压比较，也可以检测母线电容上的电压与第三预设电压进行比较。

继续以B端连接-48V电压为例，第三预设电压可以设置为34V。需要说明的是，当电源下电时，需要先关闭功率变换电路，再关闭半导体开关器件。

电源的输入电压继续下降，控制器300，还用于在电源的电压或母线电容上的电压低于第四预设电压时，向所述驱动模块600发送第二驱动信号，所述驱动模块600根据所述第二驱动信号控制所述半导体开关器件100断开。例如，第四预设电压设置小于第三预设电压，可以设置为32V。

可以理解的是，第一驱动信号与以上介绍的第二驱动信号相反，例如第一驱动信号为高电平时，第二驱动信号为低电平，或者控制器300不输出信号时默认状态就是第二驱动信号，输出信号时输出高电平代表第一驱动信号。本实施例中以控制器300关闭第一驱动信号的输出，即对应输出第二驱动信号为例进行介绍。当驱动模块600没有收到第一驱动信号时，则快速拉低MOS管的栅源间的电压，关断MOS管。

电源的电压或母线电容上的电压低于第五预设电压时所述辅助电源400关机，例如，第五预设电压可以设置为20V。

需要说明的是，辅助电源400的上电和关机(下电)是自动实现的，不需要控制，当输入电压达到一定程度时，辅助电源400上电，当输入电压下降到一定程度后，辅助电源400下电。当辅助电源400下电后，MOS管的栅源电压继续被拉低，即MOS管保持断开的状态。

以上实施例介绍的是供电系统，下面介绍本申请实施例提供的一种缓启动电路，可以理解的是，以上实施例介绍的供电系统已经包括了该缓启动电路，因此，缓启动电路的具体工作原理和实现方式可以参见供电系统的实施例，在此不再赘述，仅做简要描述。

参见图8，该图为本申请实施例提供的一种缓启动电路的示意图。

本实施例提供的缓启动电路包括：半导体开关器件100、电阻200、控制器300和辅助电源400；

半导体开关器件100的第二端连接母线电容C的第二端；所述半导体开关器件100的第一端连接电源的第二端；所述母线电容C的第一端连接所述电源的第一端；

电阻200的两端分别连接所述半导体开关器件100的第一端和第二端；电源在半导体开关器件100断开时通过电阻200给母线电容供电；母线电容上的电压大于第一预设电压时，辅助电源上电，半导体开关器件断开；

控制器300，用于在所述母线电容C上的电压大于第二预设电压时，控制所述半导体开关器件100闭合。第二预设电压大于所述第一预设电压；半导体开关器件闭合后所述电源通过半导体开关器件给母线电容供电。

该缓启动电路还可以包括：驱动模块；具体的工作原来可以参见以上供电系统的实施例，下面仅做简要阐述。

驱动模块的第一端连接所述控制器，所述驱动模块的第二端连接所述半导体开关器件的控制端；所述辅助电源，用于给驱动模块供电；

母线电容上的电压大于所述第一预设电压时，所述辅助电源上电，所述半导体开关器件断开；所述第二预设电压大于所述第一预设电压。

控制器，具体用于在母线电容上的电压大于所述第二预设电压时，向所述驱动模块发送第一驱动信号；

驱动模块，用于根据所述第一驱动信号控制半导体开关器件闭合。

该缓启动电路还可以包括连接在所述控制器与所述驱动模块之间的隔离器件，该隔离器件可以为光耦合器；

控制器，具体用于在所述母线电容上的电压大于所述第二预设电压时，控制所述光耦合器闭合，反之控制所述光耦合器断开。

在输入电压下电时，即关机时，控制器，还用于在所述电源的电压低于第四预设电压时，向所述驱动模块发送第二驱动信号，所述驱动模块根据所述第二驱动信号控制所述半导体开关器件断开，可以理解的是，控制器实际工作时，可以不发送第一驱动信号给驱动模块，可以等价于发送了第二驱动信号给驱动模块。例如第一驱动信号为高电平，当控制器停止发送高电平给驱动模块时，就相当于发送了低电平给驱动模块。

本申请实施例提供的缓启动电路可以应用于需要缓启动的任何场合，本申请实施例中不作具体限定，例如可以应用于电源的供电系统中的单板或者电源模块，在热插拔时为了避免瞬间的大电流冲击，需要该缓启动电路进行缓启动。由于该缓启动电路中的半导体开关器件体积相对于继电器来说较小，因此可以缩小整个缓启动电路的体积。另外，该缓启动电路的控制器可以根据电压来精确控制半导体开关器件的开关状态，进而使半导体开关器件尽快越过线性区，进入饱和导通，从而降低导通损耗。而且在线性区工作时间越短，则半导体开关器件可以选型尺寸较小的器件，进一步降低整个缓启动电路的尺寸。

以输入功率为2200W为例进行介绍，对于继电器和电阻的缓启动电路，占PCB板的面积大约为3000平方毫米，对于不受控制的MOS和电阻的缓启动电路，占PCB板的面积大约为2000平方毫米，而对于本申请实施例提供的受控制的MOS和电阻的缓启动电路，占PCB板的面积大约为1000平方毫米，显然，本实施例提供的缓启动电路的面积得以大幅下降，从而可以缩小整个电路的尺寸。

基于以上实施例提供的一种缓启动电路，本申请实施例还提供一种控制方法，下面结合附图进行详细介绍。

方法实施例一：

参见图9，该图为本申请实施例提供的一种缓启动电路的控制方法的流程图。

本实施例提供的缓启动电路的控制方法，缓启动电路包括：半导体开关器件、电阻和控制器；所述半导体开关器件的第二端连接母线电容的第二端；所述半导体开关器件的第一端连接电源的第二端；所述母线电容的第一端连接所述电源的第一端；所述电阻的两端分别连接所述半导体开关器件的第一端和第二端；所述电源在所述半导体开关器件断开时通过所述电阻给所述母线电容供电；

该方法包括：

所述母线电容上的电压大于第一预设电压时，所述辅助电源上电，所述半导体开关器件断开；

在所述母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制所述半导体开关器件闭合。

缓启动电路还包括：驱动模块；

所述在所述母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制所述半导体开关器件闭合，具体包括：

在所述母线电容上的电压大于所述第二预设电压时，向所述驱动模块发送第一驱动信号，使所述驱动模块根据所述第一驱动信号控制所述半导体开关器件闭合。所述第二预设电压大于所述第一预设电压；所述半导体开关器件闭合后所述电源通过所述半导体开关器件给所述母线电容供电。

下面结合流程图来介绍完整的电源上电时的缓启动控制方法。

S901：输入电源上电，缓启动电路通过电阻给母线电容充电。

其中电阻可以选择水泥电阻等，本申请实施例不做具体限定。由于电阻可以实现限流的作用，因此可以抑制输入电源上电时带来的大电流的冲击。

S902：母线电容上的电压是否大于第一预设电压，如果是，执行S903；反之继续执行S902；随着充电时间的加长，母线电容上的电压逐渐升高。

S903：辅助电源上电，MOS管的栅源电压被拉低；

S904：判断母线电容上的电压是否大于第二预设电压，如果是，执行S905；反之执行S901；其中，第二预设电压大于第一预设电压。

S905：控制器发送第一驱动信号给驱动模块，驱动模块给MOS管的栅源电容快速充电；即通过控制器控制，实现MOS管的快速导通，尽快越过线性区，降低功耗，降低对于MOS管的SOA的性能要求。

S906：MOS管饱和导通；

S907：功率变换电路上电。MOS管导通后，后级的功率变换电路才上电。

本实施例提供的缓启动电路的控制方法，实现对缓启动电路的控制，由于该缓启动电路中的半导体开关器件体积相对于继电器来说较小，因此可以缩小整个缓启动电路的体积。该缓启动电路的控制方法可以根据母线电容上的电压来精确控制半导体开关器件的开关状态，即精准控制半导体开关器件的导通时间节点，进而使半导体开关器件尽快越过线性区，进入饱和导通，从而降低半导体开关器件的导通损耗。而且半导体开关器件在线性区的工作时间越短，则半导体开关器件可以选型尺寸更小的器件，进一步降低整个缓启动电路的尺寸。因此，该方法由于可以精准控制缓启动电路中半导体开关器件的导通时间节点，因此，可以降低电路尺寸，降低功耗，提高电源的供电效率。

以上介绍的是电源上电时的控制流程，下面介绍电源下电对应的控制流程。

方法实施例二：

参见图10，该图为本申请实施例提供的另一种缓启动电路的控制方法的流程图。

还包括：

在电源的电压低于第四预设电压时，向所述驱动模块发送第二驱动信号，所述驱动模块根据所述第二驱动信号控制所述半导体开关器件断开，所述第四预设电压大于所述第二预设电压。

电源的电压是指A端和B端之间的输入电压。

S1001：电源的电压或母线电容上的电压是否低于第三预设电压，如果是，执行S1002；反之执行S1001；因为当MOS管闭合时，电源的电压与母线电容上的电压几乎相等，因此，可以根据电源的电压来与第三预设电压进行比较，也可以利用母线电容上的电压与第三预设电压进行比较，本申请实施例中不作具体限定。

S1002：功率变换电路关机。

功率变换电路关机可以由控制器来控制，也可以由其他处理器来控制。

S1003：电源的电压或母线电容上的电压是否低于第四预设电压，如果是，执行S1004，反之执行S1003；

S1004：控制器发第二驱动信号给驱动模块，驱动模块拉低MOS管的栅源极的电压，MOS管关断；

S1005：电源的电压或母线电容上的电压是否低于第五预设电压，如果是，执行S1006，反之执行S1005；

S1006：辅助电源关机，MOS管保持断开状态。

一般情况下，当关机时，需要功率变换电路先关机，然后MOS管才关断。与开机时的先后顺序相反。

需要说明的是，本申请实施例提供的控制方法既适用于以上实施例介绍的供电系统，又适用于以上实施例介绍的缓启动电路。各个预设电压的取值本申请实施例中不做限定，一种可能的实现方式可以参见以上实施例的描述，在此不再赘述。另外，也可以根据实际需要选择其他的大小关系和电压数值。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (18)

1.一种供电系统，其特征在于，包括：半导体开关器件、电阻、控制器、母线电容、辅助电源和功率变换电路；所述辅助电源，用于给所述控制器供电；

所述母线电容的第一端连接电源的第一端，所述母线电容的第二端连接所述半导体开关器件的第二端；所述半导体开关器件的第一端连接所述电源的第二端；

所述功率变换电路的第一输入端连接所述母线电容的第一端；所述功率变换电路的第二输入端连接所述母线电容的第二端；

所述电阻的两端分别连接所述半导体开关器件的第一端和第二端；所述电源在所述半导体开关器件断开时通过所述电阻给所述母线电容供电；

所述母线电容上的电压大于第一预设电压时，所述辅助电源上电，所述半导体开关器件断开；

所述控制器，在所述母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制所述半导体开关器件闭合，所述第二预设电压大于所述第一预设电压；所述半导体开关器件闭合后所述电源通过所述半导体开关器件给所述母线电容供电。

2.根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，还包括：驱动模块；

所述驱动模块的第一端连接所述控制器，所述驱动模块的第二端连接所述半导体开关器件的控制端；所述辅助电源上电时，用于给所述驱动模块供电，以使所述驱动模块驱动所述半导体开关器件断开。

3.根据权利要求2所述的供电系统，其特征在于，所述控制器，具体用于在所述母线电容上的电压大于所述第二预设电压时，向所述驱动模块发送第一驱动信号；

所述驱动模块，用于根据所述第一驱动信号控制所述半导体开关器件闭合。

4.根据权利要求2或3所述的供电系统，其特征在于，还包括：隔离器件；

所述隔离器件连接在所述控制器与所述驱动模块之间。

5.根据权利要求4所述的供电系统，其特征在于，所述隔离器件为光耦合器；

所述控制器，具体用于在所述母线电容上的电压大于所述第二预设电压时，控制所述光耦合器闭合，反之控制所述光耦合器断开。

6.根据权利要求1-5任一项所述的供电系统，其特征在于，所述控制器，还用于在所述半导体开关器件闭合后，控制所述功率变换电路上电。

7.根据权利要求2-6任一项所述的供电系统，其特征在于，所述控制器，还用于在所述电源的电压低于第三预设电压时，控制所述功率变换电路关机。

8.根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于，所述控制器，还用于在所述电源的电压或母线电压低于第四预设电压时，向所述驱动模块发送第二驱动信号，所述驱动模块根据所述第二驱动信号控制所述半导体开关器件断开，所述第四预设电压小于所述第三预设电压。

9.根据权利要求8所述的供电系统，其特征在于，所述电源的电压或母线电压低于第五预设电压时所述辅助电源关机，所述第五预设电压小于所述第四预设电压。

10.根据权利要求1-9任一项所述的供电系统，其特征在于，所述半导体开关器件包括以下任意一项：

场效应管、晶体管和三极管。

11.一种缓启动电路，其特征在于，包括：半导体开关器件、电阻、辅助电源和控制器；所述辅助电源，用于给所述控制器供电；

所述半导体开关器件的第二端连接母线电容的第二端；所述半导体开关器件的第一端连接电源的第二端；所述母线电容的第一端连接所述电源的第一端；

所述电阻的两端分别连接所述半导体开关器件的第一端和第二端；所述电源在所述半导体开关器件断开时通过所述电阻给所述母线电容供电；

所述母线电容上的电压大于第一预设电压时，所述辅助电源上电，所述半导体开关器件断开；

所述控制器，用于在所述母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制所述半导体开关器件闭合，所述第二预设电压大于所述第一预设电压；所述半导体开关器件闭合后所述电源通过所述半导体开关器件给所述母线电容供电。

12.根据权利要求11所述的电路，其特征在于，还包括：驱动模块；

所述驱动模块的第一端连接所述控制器，所述驱动模块的第二端连接所述半导体开关器件的控制端；所述辅助电源上电时给所述驱动模块供电，以使所述驱动模块驱动所述半导体开关器件断开。

13.根据权利要求12所述的电路，其特征在于，所述控制器，具体用于在所述母线电容上的电压大于所述第二预设电压时，向所述驱动模块发送第一驱动信号；

所述驱动模块，用于根据所述第一驱动信号控制所述半导体开关器件闭合。

14.根据权利要求13所述的供电系统，其特征在于，还包括连接在所述控制器与所述驱动模块之间的光耦合器；

所述控制器，具体用于在所述母线电容上的电压大于所述第二预设电压时，控制所述光耦合器闭合，反之控制所述光耦合器断开。

15.根据权利要求12-14任一项所述控制器，其特征在于，所述控制器，还用于在所述电源的电压或所述母线电容上的电压低于第四预设电压时，向所述驱动模块发送第二驱动信号，所述驱动模块根据所述第二驱动信号控制所述半导体开关器件断开。

16.一种缓启动电路的控制方法，其特征在于，所述缓启动电路包括：半导体开关器件、电阻和控制器；所述半导体开关器件的第二端连接母线电容的第二端；所述半导体开关器件的第一端连接电源的第二端；所述母线电容的第一端连接所述电源的第一端；所述电阻的两端分别连接所述半导体开关器件的第一端和第二端；所述电源在所述半导体开关器件断开时通过所述电阻给所述母线电容供电；

该方法包括：

所述母线电容上的电压大于第一预设电压时，所述辅助电源上电，所述半导体开关器件断开；

在所述母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制所述半导体开关器件闭合，所述第二预设电压大于所述第一预设电压；所述半导体开关器件闭合后所述电源通过所述半导体开关器件给所述母线电容供电。

17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述缓启动电路还包括：驱动模块；

所述在所述母线电容上的电压大于第二预设电压时，控制所述半导体开关器件闭合，具体包括：

在所述母线电容上的电压大于所述第二预设电压时，向所述驱动模块发送第一驱动信号，使所述驱动模块根据所述第一驱动信号控制所述半导体开关器件闭合。

18.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，还包括：

在所述电源的电压或所述母线电容上的电压低于第四预设电压时，向所述驱动模块发送第二驱动信号，所述驱动模块根据所述第二驱动信号控制所述半导体开关器件断开。

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