CN112713630A - 双向软启动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向软启动电路，包括：双向开关，双向开关设置于电路的电源侧与负载侧之间；第一采样电路，第一采样电路对应电源侧设置，第一采样电路用于采集电源侧的电压；第二采样电路，第二采样电路对应负载侧设置，第二采样电路用于采集负载侧的电压；驱动电路，驱动电路与双向开关相连；控制模块，控制模块分别与第一采样电路、第二采样电路和驱动电路相连，控制模块根据电源侧电压和负载侧电压生成开关控制指令，以控制驱动电路生成相应的驱动信号来闭合或断开双向开关，以实现电源侧到负载侧的软启动或负载侧到电源侧的软启动。本发明能够在电路充放电时提供有效的启动保护，具有更加广泛的适用性。

Description

双向软启动电路

技术领域

本发明涉及电路控制技术领域，具体涉及一种双向软启动电路。

背景技术

在储能系统或者PCS逆变器的直流侧，一般为避免电路在启动时产生极大的冲击电流，造成产品故障，通常在电路中设置软启动电路以降低或消除冲击电流对产品的损坏。但是，目前的软启动电路一般只在储能系统放电时进行启动保护，而难以在储能系统充电时提供有效的启动保护。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种双向软启动电路，能够在电路充放电时提供有效的启动保护，具有更加广泛的适用性。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种双向软启动电路，包括：双向开关，所述双向开关设置于所述电路的电源侧与负载侧之间；第一采样电路，所述第一采样电路对应所述电源侧设置，所述第一采样电路用于采集所述电源侧的电压；第二采样电路，所述第二采样电路对应所述负载侧设置，所述第二采样电路用于采集所述负载侧的电压；驱动电路，所述驱动电路与所述双向开关相连；控制模块，所述控制模块分别与所述第一采样电路、所述第二采样电路和所述驱动电路相连，所述控制模块根据所述电源侧电压和所述负载侧电压生成开关控制指令，以控制所述驱动电路生成相应的驱动信号来闭合或断开所述双向开关，以完成所述电源侧到所述负载侧的软启动或所述负载侧到所述电源侧的软启动。

根据本发明实施例提出的双向软启动电路，通过第一采样电路采集电源侧的电压，通过第二采样电路采集负载侧的电压，通过控制模块根据电源电压和负载侧电压生成控制指令，通过驱动电路根据控制指令生成相应的驱动指令来驱动双向开关导通，从而实现电源侧和负载侧之间双向导通，由此，能够在电路充放电时提供有效的启动保护，具有更加广泛的适用性。

另外，根据本发明上述实施例提出的双向软启动电路还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述双向开关包括：第一开关功率器件，所述第一开关功率器件的栅极通过第一电阻连接到所述驱动电路；第二开关功率器件，所述第二开关功率器件的栅极通过第二电阻连接到所述驱动电路，并且所述第二开关功率器件的源极与所述第一开关功率器件的漏极相连，所述第二开关功率器件的漏极与所述第一开关功率器件的源极相连。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块具体用于判断所述电源侧电压和所述负载侧电压是否相等，其中，若所述电源侧电压和所述负载侧电压相等，且处于所述电源侧向所述负载侧放电输出状态，则生成第一开关闭合指令，以控制所述驱动电路生成第一开关驱动信号来导通所述第一开关功率器件，以完成所述电源侧到所述负载侧的软启动；若所述电源侧电压和所述负载侧电压相等，且处于所述负载侧向所述电源侧放电输出状态，则生成第二开关闭合指令，以控制所述驱动电路生成第二开关驱动信号来导通所述第二开关功率器件，以完成所述负载侧到所述电压侧的软启动。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块根据所述电源侧电压计算得到所述第一开关驱动信号，所述控制模块根据所述负载侧电压计算得到所述第二开关驱动信号。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块还用于判断所述电源侧电压和/或所述负载侧电压是否超过故障阈值，若所述电源侧电压和/或所述负载侧电压超过所述故障阈值，则生成开关断开指令以控制所述第一开关功率器件或所述第二开关功率器件断开。

根据本发明的一个实施例，所述第一采样电路中设有第一隔离芯片，所述第二采样电路中设有第二隔离芯片。

根据本发明的一个实施例，所述第一隔离芯片和所述第二隔离芯片均为AMC1203芯片。

根据本发明的一个实施例，所述第一开关功率器件为N型IGBT晶体管，所述第二开关功率器件为P型IGBT晶体管。

附图说明

图1为本发明实施例的双向软启动电路的方框示意图；

图2为本发明一个实施例的双向软启动电路的方框示意图；

图3(a)为本发明一个实施例的第一采样电路的拓扑图；

图3(b)为本发明一个实施例的第二采样电路的拓扑图；

图4为本发明一个实施例的双向软启动电路的工作流程图。

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

图1为本发明实施例的双向软启动电路的方框示意图。

如图1所示，本发明实施例的双向软启动电路包括双向开关10、第一采样电路20、第二采样电路30、驱动电路40和控制模块50。其中，双向开关10设置于电路的电源侧与负载侧之间；第一采样电路20对应电源侧设置，第一采样电路20用于采集电源侧的电压；第二采样电路30对应负载侧设置，第二采样电路30用于采集负载侧的电压；驱动电路40与双向开关10相连；控制模块50分别与第一采样电路20、第二采样电路30和驱动电路40相连，控制模块50根据电源侧电压和负载侧电压生成开关控制指令，以控制驱动电路40生成相应的驱动信号来闭合或断开双向开关10，以完成电源侧到负载侧的软启动或负载侧到电源侧的软启动。

具体地，控制模块50可用于判断电源侧电压和负载侧电压是否相等，并可在电源侧电压和负载侧电压相等时生成开关控制指令，以控制驱动电路40来驱动导通双向开关10，从而实现电源侧到负载侧的软启动或负载侧到电源侧的软启动，由此，能够具有更加广泛的适用性。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，双向开关10包括：第一开关功率器件，第一开关功率器件的栅极通过第一电阻连接到驱动电路40；第二开关功率器件，第二开关功率器件的栅极通过第二电阻连接到驱动电路40，并且第二开关功率器件的源极与第一开关功率器件的漏极相连，第二开关功率器件的漏极与第一开关功率器件的源极相连。通过设置开关功率器件作为软启动开关控制件，能够避免传统预充电阻失效的风险，并且相较于传统的继电器具有更优的成本优势和更长的使用寿命优势。其中，第一开关功率器件可为N型IGBT晶体管，第二开关功率器件可为P型IGBT晶体管。

综上所述，当电源侧电压和负载侧电压相等，且处于电源侧向负载侧放电输出状态，即放电输出方向为P1时，负载侧电压可逐渐升高，直至负载侧电压与电源侧电压相等，控制模块50可生成第一开关闭合指令，以控制驱动电路40生成第一开关驱动信号，来导通第一开关功率器件，即N型IGBT晶体管，从而实现电源侧到负载侧的软启动。

进一步地，当电源侧电压和负载侧电压相等，且处于负载侧向电源侧放电输出状态，即放电输出方向为P2时，电源侧电压可逐渐升高，直至电源侧电压与负载侧电压相等，控制模块50可生成第二开关闭合指令，以控制驱动电路40生成第二开关驱动信号，来导通第二开关功率器件，即P型IGBT晶体管，从而实现负载侧到电源侧的软启动。

其中，第一开关驱动信号，即第一开关功率器件的导通电压，可由控制模块50根据电源侧电压计算得到；第二开关驱动信号，即第二开关功率器件的导通电压，可由控制模块50根据负载侧电压计算得到。

在本发明的一个实施例中，控制模块50还可用于判断电源侧电压和/或负载侧电压是否超过故障阈值，其中，若电源侧电压和/或负载侧电压超过故障阈值，则生成开关断开指令以控制第一开关功率器件或第二开关功率器件断开，由此，能够实现电路的带载关断，并且故障关断及时。

在本发明的一个实施例中，如图3(a)和图3(b)所示，第一采样电路中设有第一隔离芯片，第二采样电路中设有第二隔离芯片，具体地，第一隔离芯片和第二隔离芯片可均为AMC1203芯片。通过设置隔离芯片，能够提高采样的精度以及抗干扰能力。

进一步地，如图3(a)所示，第一采样电路还包括：第三电阻R278，第三电阻R278的一端连接到电源侧电路的一端；第四电阻R210，第四电阻R210的一端与第三电阻R278的另一端相连，第四电阻R210的另一端连接到零电位；第一电容C178，第一电容C178的一端与第三电阻R278的另一端相连，第一电容C178的另一端连接到零电位；第五电阻R252，第五电阻R252的一端与第三电阻R278的另一端相连，第五电阻R252的另一端连接到零电位；第一运算放大器A15A，第一运算放大器A15A的同相输入端与第三电阻R278的另一端相连；第六电阻R296，第六电阻R296的一端接地，第六电阻R296的另一端与第一运算放大器A15A的反相输入端相连；第七电阻R211，第七电阻R211的一端连接到零电位，第七电阻R211的另一端与第一运算放大器A15A的反相输入端相连；第二电容C168，第二电容C168的一端与第一运算放大器A15A的电源输入端相连，并连接到外部电源，第二电容C168的另一端连接到零电位；第八电阻R289，第八电阻R289的一端与第一运算放大器A15A的反相输入端相连，第八电阻R289的另一端与第一运算放大器A15A的输出端相连；第三电容C186，第三电容C186的一端与第一运算放大器A15A的反相输入端相连，第三电容C186的另一端与第一运算放大器A15A的输出端相连；第九电阻R279，第九电阻R279的一端与第一运算放大器A15A的输出端相连；第十电阻R285，第十电阻R285的一端与第九电阻R279的另一端相连，第十电阻R285的另一端连接到零电位；第十一电阻R286，第十一电阻R286的一端与第九电阻R279的另一端相连，第十一电阻R286的另一端连接到零电位；第四电容C181，第四电容C181的一端与第九电阻R279的另一端相连，第四电容C181的另一端连接到零电位；第十二电阻R280，第十二电阻R280的一端与第四电容C181的另一端相连；第十三电阻R288，第十三电阻R288的一端连接到零电位；第五电容C182，第五电容C182的一端与第十二电阻R280的另一端相连，第五电容C182的另一端与第十三电阻R288另一端相连，并且，第五电容C182的一端可与第一隔离芯片U19的VIN+引脚相连，第五电容C182的另一端可与第一隔离芯片U19的VIN-引脚相连；第六电容C174，第六电容C174的一端连接到零电位，第六电容C174的另一端与第一隔离芯片U19的VDD1引脚相连。

此外，如图3(a)所示，第一采样电路还可包括：第七电容C176，第七电容C176的一端接地，第七电容C176的另一端与第一隔离芯片U19的VDD2引脚相连；第十四电阻R281，第十四电阻R281的一端与第一隔离芯片U19的MDAT引脚相连；第八电容C183，第八电容C183的一端与第十四电阻R281的另一端相连，第八电容C183的另一端与第一隔离芯片U19的GND2引脚相连并接地；第十五电阻R282，第十五电阻R282的一端与第十四电阻R281的另一端相连；第十六电阻R287，第十六电阻R287的一端与第十五电阻R282的另一端相连，第十六电阻R287的另一端与第一隔离芯片U19的GND2引脚相连并接地；第二运算放大器A16B，第二运算放大器A16B的同相输入端与第十五电阻R282的另一端相连；第十七电阻R105，第十七电阻R105的一端连接+2.5VA电源，第十七电阻R105的另一端与第二运算放大器A16B反相输入端相连；第十八电阻R298，第十八电阻R298的一端与第二运算放大器A16B反相输入端相连，第十八电阻R298的另一端与第二运算放大器A16B的输出端相连；第九电容C185，第九电容C185的一端与第二运算放大器A16B反相输入端相连，第九电容C185的另一端与第二运算放大器A16B的输出端相连；第十九电阻R284，第十九电阻R284的一端与第二运算放大器A16B的输出端相连；第十电容C184，第十电容C184的一端与第十九电阻R284另一端相连，第十电容C184的另一端接地。

进一步地，如图3(b)所示，第二采样电路还包括：第二十电阻R316，第二十电阻R316的一端连接到负载侧电路的一端；第二十一电阻R212，第二十一电阻R212的一端与第二十电阻R316的另一端相连，第二十一电阻R212的另一端连接到零电位；第十一电容C191，第十一电容C191的一端与第二十电阻R316的另一端相连，第十一电容C191的另一端连接到零电位；第二十二电阻R290，第二十二电阻R290的一端与第二十电阻R316的另一端相连，第二十二电阻R290的另一端连接到零电位；第三运算放大器A15B，第三运算放大器A15B的同相输入端与第二十电阻R316的另一端相连；第二十三电阻R334，第二十三电阻R334的一端接地，第二十三电阻R334的另一端与第三运算放大器A15B的反相输入端相连；第二十四电阻R213，第二十四电阻R213的一端连接到零电位，第二十四电阻R213的另一端与第三运算放大器A15B的反相输入端相连；第二十五电阻R327，第二十五电阻R327的一端与第三运算放大器A15B的反相输入端相连，第二十五电阻R327的另一端与第三运算放大器A15B的输出端相连；第十二电容C199，第十二电容C199的一端与第三运算放大器A15B的反相输入端相连，第十二电容C199的另一端与第三运算放大器A15B的输出端相连；第二十六电阻R317，第二十六电阻R317的一端与第三运算放大器A15B的输出端相连；第二十七电阻R323，第二十七电阻R323的一端与第二十六电阻R317的另一端相连，第二十七电阻R323的另一端连接到零电位；第二十八电阻R324，第二十八电阻R324的一端与第二十六电阻R317的另一端相连，第二十八电阻R324的另一端连接到零电位；第十三电容C194，第十三电容C194的一端与第二十六电阻R317的另一端相连，第十三电容C194的另一端连接到零电位；第二十九电阻R318，第二十九电阻R318的一端与第二十六电阻R317的另一端相连；第三十电阻R326，第三十电阻R326的一端连接到零电位；第十四电容C195，第十四电容C195的一端与第二十九电阻R318的另一端相连，第十四电容C195的另一端与第三十电阻R326另一端相连，并且，第十四电容C195的一端可与第二隔离芯片U21的VIN+引脚相连，第十四电容C195的另一端可与第一隔离芯片U21的VIN-引脚相连；第十五电容C187，第十五电容C187的一端连接到零电位，第十五电容C187的另一端与第二隔离芯片U21的VDD1引脚相连。

此外，如图3(b)所示，第二采样电路还可包括：第十六电容C189，第十六电容C189的一端接地，第十六电容C189的另一端与第二隔离芯片U21的VDD2引脚相连；第三十一电阻R319，第三十一电阻R319的一端与第二隔离芯片U21的MDAT引脚相连；第十七电容C196，第十七电容C196的一端与第三十一电阻R319的另一端相连，第十七电容C196的另一端与第二隔离芯片U21的GND2引脚相连并接地；第三十二电阻R320，第三十二电阻R320的一端与第三十一电阻R319的另一端相连；第三十三电阻R325，第三十三电阻R325的一端与第三十二电阻R320的另一端相连，第三十三电阻R325的另一端与第二隔离芯片U21的GND2引脚相连并接地；第四运算放大器A16A，第四运算放大器A16A的同相输入端与第三十二电阻R320的另一端相连；第三十四电阻R106，第三十四电阻R106的一端连接+2.5VA电源，第三十四电阻R106的另一端与第四运算放大器A16A反相输入端相连；第三十五电阻R336，第三十五电阻R336的一端与第四运算放大器A16A反相输入端相连，第三十五电阻R336的另一端与第四运算放大器A16A的输出端相连；第十八电容C198，第十八电容C198的一端与第四运算放大器A16A反相输入端相连，第十八电容C198的另一端与第四运算放大器A16A的输出端相连；第十九电容C412，第十九电容C412的一端接地，第十九电容C412另一端与第四运算放大器A16A的电源输入端相连，并连接+5V电源；

第三十六电阻R322，第三十六电阻R322的一端与第四运算放大器A16A的输出端相连；第二十电容C197，第二十电容C197的一端与第三十六电阻R322另一端相连，第二十电容C197的另一端接地。

基于上述结构可构成本发明的双向软启动电路，下面将结合图4对本发明的双向软启动电路的工作过程进行阐述说明。

如图4所示，本发明的双向软启动电路的工作过程，包括以下步骤：

S10，通过第一采样电路采集电源侧电压V1，通过第二采样电路采集负载侧电压V2；

S20，根据电源侧电压V1和负载侧电压V2判断电路放电输出方向，其中，若电源侧电压V1大于负载侧电压V2，则判定电源侧处于放电状态，执行步骤S30，若电源侧电压V1小于负载侧电压V2，则判定电源侧处于充电状态，执行步骤S70；

S30，根据电源侧电压V1计算第一开关功率器件，即N型IGBT晶体管的导通电压；

S40，当电源侧电压V1与负载侧电压V2相等时，则执行步骤S50；

S50，通过驱动电路输出第一驱动信号，即第一开关功率器件的导通电压；

S60，通过第一驱动信号，即第一开关功率器件的导通电压驱动第一开关功率器件导通；

S70，根据负载侧电压V2计算第二开关功率器件，即P型IGBT晶体管的导通电压；

S80，当电源侧电压V1与负载侧电压V2相等时，则执行步骤S90；

S90，通过驱动电路输出第二驱动信号，即第二开关功率器件的导通电压；

S100，通过第二驱动信号，即第二开关功率器件的导通电压驱动第二开关功率器件导通；

S200，根判断电源侧电压V1和/或负载侧电压V2是否超过故障阈值，若是，则执行步骤S300；

S300，关断第一开关功率器件或第二开关功率器件。

根据本发明实施例提出的双向软启动电路，通过第一采样电路采集电源侧的电压，通过第二采样电路采集负载侧的电压，通过控制模块根据电源电压和负载侧电压生成控制指令，通过驱动电路根据控制指令生成相应的驱动指令来驱动双向开关导通，实现电源侧和负载侧之间双向导通，由此，能够在电路充放电时提供有效的启动保护，具有更加广泛的适用性。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (8)

1.一种双向软启动电路，其特征在于，包括：

双向开关，所述双向开关设置于所述电路的电源侧与负载侧之间；

第一采样电路，所述第一采样电路对应所述电源侧设置，所述第一采样电路用于采集所述电源侧的电压；

第二采样电路，所述第二采样电路对应所述负载侧设置，所述第二采样电路用于采集所述负载侧的电压；

驱动电路，所述驱动电路与所述双向开关相连；

控制模块，所述控制模块分别与所述第一采样电路、所述第二采样电路和所述驱动电路相连，所述控制模块根据所述电源侧电压和所述负载侧电压生成开关控制指令，以控制所述驱动电路生成相应的驱动信号来闭合或断开所述双向开关，以完成所述电源侧到所述负载侧的软启动或所述负载侧到所述电源侧的软启动。

2.根据权利要求1所述的双向软启动电路，其特征在于，所述双向开关包括：

第一开关功率器件，所述第一开关功率器件的栅极通过第一电阻连接到所述驱动电路；

第二开关功率器件，所述第二开关功率器件的栅极通过第二电阻连接到所述驱动电路，并且所述第二开关功率器件的源极与所述第一开关功率器件的漏极相连，所述第二开关功率器件的漏极与所述第一开关功率器件的源极相连。

3.根据权利要求2所述的双向软启动电路，其特征在于，所述控制模块具体用于判断所述电源侧电压和所述负载侧电压是否相等，其中，

若所述电源侧电压和所述负载侧电压相等，且处于所述电源侧向所述负载侧放电输出状态，则生成第一开关闭合指令，以控制所述驱动电路生成第一开关驱动信号来导通所述第一开关功率器件，以完成所述电源侧到所述负载侧的软启动；

若所述电源侧电压和所述负载侧电压相等，且处于所述负载侧向所述电源侧放电输出状态，则生成第二开关闭合指令，以控制所述驱动电路生成第二开关驱动信号来导通所述第二开关功率器件，以完成所述负载侧到所述电压侧的软启动。

4.根据权利要求3所述的双向软启动电路，其特征在于，其中，所述控制模块根据所述电源侧电压计算得到所述第一开关驱动信号，所述控制模块根据所述负载侧电压计算得到所述第二开关驱动信号。

5.根据权利要求3所述的双向软启动电路，其特征在于，所述控制模块还用于判断所述电源侧电压和/或所述负载侧电压是否超过故障阈值，若所述电源侧电压和/或所述负载侧电压超过所述故障阈值，则生成开关断开指令以控制所述第一开关功率器件或所述第二开关功率器件断开。

6.根据权利要求3所述的双向软启动电路，其特征在于，所述第一采样电路中设有第一隔离芯片，所述第二采样电路中设有第二隔离芯片。

7.根据权利要求6所述的双向软启动电路，其特征在于，所述第一隔离芯片和所述第二隔离芯片均为AMC1203芯片。

8.根据权利要求7所述的双向软启动电路，其特征在于，所述第一开关功率器件为N型IGBT晶体管，所述第二开关功率器件为P型IGBT晶体管。

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