CN114006362B - 一种电容的输入浪涌电流抑制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容的输入浪涌电流抑制电路及方法，涉及电力电子技术领域，包括变阻电路，对变阻电路中场效应管Q1的导通内阻设有检测控制单元，利用所述检测控制单元对流过的浪涌电流进行检测，当浪涌电流大于设定值时立即使变阻电路恢复高阻，从而将储能电容支路从输入电源的负载中切除，实现抑制输入浪涌电流。本发明电路简单，成本低，对上电浪涌电流抑制效果好，具有很强的通用性。

Description

一种电容的输入浪涌电流抑制电路及方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更为具体的，一种电容的输入浪涌电流抑制电路及方法。

背景技术

当直流电源的负载具有较大脉动功率时，常会在负载供电端并联大容量电容储能，以提供脉冲功率，减小对输入电源的扰动。大容量电容的接入会带来输入浪涌问题，即在输入电压向上剧烈跳变时，引起很大的浪涌电流，对线路造成损坏。

输入电压的向上跳变分为两种情况，第一种情况是上电时的剧烈上跳，第二种情况是稳态工作时的剧烈上跳。

针对第一种情况，申请号为CN202010355489.X的专利《一种电容的上电浪涌电流抑制电路和方法》公开了一种抑制上电时的输入电压上跳引起的浪涌电流的电路，如图1所示。该电路在储能电容的负极串入一种变阻电路后再接入母线。储能电容与变阻电路作为一个整体，其接口引脚1、 2与后级的负载是并联关系，所以不会影响上电过程中输入电源为后级负载提供能量。在输入电压上电跳变时，变阻电路为高阻，电容支路不产生浪涌电流；随后变阻电路逐渐变为低阻态，最终使电容通过低阻(场效应管 Q1的导通电阻)接入母线。

该电路可以有效抑制输入电压上电时的剧烈上跳引发的浪涌电流。但对于第二种输入电压稳态工作时的剧烈上跳情况，由于变阻电路已经呈现低阻态，所以该电路仍然会产生很大的输入浪涌电流。可见，现有技术在解决电容输入浪涌电流抑制时存在局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电容的输入浪涌电流抑制电路，电路简单，成本低，对上电浪涌电流抑制效果好，具有很强的通用性。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种电容的输入浪涌电流抑制电路，包括变阻电路，对变阻电路中场效应管Q1的导通内阻设有检测控制单元，利用所述检测控制单元对流过的浪涌电流进行检测，当浪涌电流大于设定值时立即使变阻电路恢复高阻，从而将储能电容支路从输入电源的负载中切除，实现抑制输入浪涌电流。

进一步地，所述检测控制单元包括电阻R6、电阻R7、二极管D3、二极管D4、场效应管Q3和电容C2；场效应管Q3的栅极与变阻电路中场效应管Q1的栅极连接，场效应管Q3的源极与电阻R7的一端连接，电阻R7 的另一端与变阻电路连接；所述电容C2的一端连接在场效应管Q3与场效应管Q1之间，另一端与二极管D3的一端连接，二极管D3的另一端分别与二极管D4的一端和变阻电路连接，二极管D4的另一端与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的基极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与储能电容连接，三极管Q4的发射极与场效应管Q3的漏极连接。

进一步地，所述储能电容的一端与电源连接，另一端与变阻电路连接，通过变阻电路连接电源。

进一步地，所述储能电容容量为120uF。

进一步地，所述电源包括270V直流电源。

一种基于如上任一所述电容的输入浪涌电流抑制电路的实现方法，包括步骤：

S1，上电启动，使储能电容的负极通过导通的场效应管Q1接入电源；

S2，当电源输入发生剧烈上跳时，在储能电容上造成浪涌电流，该浪涌电流流过场效应管Q1时，将在场效应管Q1的导通电阻上产生电压，通过所述电阻R6驱动三极管Q4；

S3，在Q3导通的情况下，三极管Q4通过二极管D4将场效应管Q1 的栅极拉低，使场效应管Q1恢复至高阻态，从而抑制输入浪涌电流；同时，通过二极管D3能够将场效应管Q3迅速关断；

S4，对上电启动完成以后的电路状态，储能电容通过变阻电路完成对输入电压的跟随。

本发明的有益效果是：

本发明提出的针对电容的输入浪涌电流抑制电路，对多种输入上跳带来的浪涌电流均有良好的抑制作用。其与储能电容整合为一个整体后作为负载接入输入电源，与其他负载为并联关系，不影响暂态过程时电源对负载的供电。电路简单，成本低，对上电浪涌电流抑制效果好，具有很强的通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术对上电浪涌电流抑制的原理电路；

图2为本发明实施例对上电浪涌电流抑制的原理电路；

图3为现有技术输入跳变时的仿真波形；

图4为本发明实施实例输入跳变时的仿真波形。

具体实施方式

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

针对现有技术无法抑制稳态时的输入浪涌电流的局限性，本发明提出的一种电容的上电浪涌电流抑制电路，如图2所示。在具体实施例中，利用现有技术中变阻电路中Q1的导通内阻，对流过浪涌电流进行检测。当浪涌电流过大时立即使变阻电路恢复高阻，从而将储能电容支路从输入电源的负载中切除，抑制输入浪涌电流。

本发明在图1所示电阻电路的基础上，增加了电阻R6和R7、二极管 D3和D4、场效应管Q3和电容C2，原理阐述如下：在系统上电时，储能电容电压为零，其负极电位与输入电压相等。该电压击穿瞬态抑制二极管 D1，导通三极管Q2，从而拉低场效应管Q1和Q3的栅极，使它们关断。此时，输入电压通过电阻R5为储能电容充电，实现抑制上电浪涌电流的效果。这一过程中储能电容的负极电压较高，为保护三极管Q4，增加了二极管D4以阻断Q4的集电极电流。同时由于Q3截止，Q4的射极电流也被阻断。随着储能电容电压的上升，其负极电压逐渐下降，当其无法击穿瞬态抑制二极管时，将使Q2截止。这会导致Q1和Q3的栅极电压上升，令二者缓慢导通。由于电阻R7和电容C2的延迟作用，Q3的导通会晚于Q1，令Q1有足够的时间从截止过渡到导通状态，完成上电启动过程。

上电启动完成后，储能电容的负极通过导通的Q1接入电源输出。当电源输入发生剧烈上跳时，由于Q1的导通电阻较小，会在储能电容上造成一定的浪涌电流。该电流流过Q1时，将在Q1的导通电阻上产生电压，并通过电阻R6驱动三极管Q4。由于此时Q3已经导通，Q4将通过D4将Q1 的栅极拉低，使Q1恢复至高阻态，从而抑制了输入浪涌电流。同时通过 D3也将Q3迅速关断。此后的电路状态与上电启动过程类似，储能电容最终将通过变阻电路完成对输入电压的跟随。

实施例1

在本实施例中，设定储能电容容量为120uF，分别将原图1和图2中1、 2脚接入270V直流电源。对输入电源进行0V到270V的上电输入瞬变，并在0.1s时刻再次进行270V到400V的稳态输入瞬变仿真试验，仿真波形如图3和图4所示。在仿真波形图中有三条波形，位于上方的是输入电压，位于中间的是电容电压，位于下方的是浪涌电流。

对比图3和图4两种仿真波形，在0s时刻输入上电瞬间，现有技术和本发明均有效抑制了输入浪涌电流，电容电压缓慢上升，缓启动效果良好。随后电容电压达到输入电压，进入稳态工作。稳态工作时，电容的负极以低阻接入输入电源回线。

在0.1s时输入电源发生剧烈上跳，由于电容呈现低阻态，将造成线路中出现浪涌电流。由于现有技术存在的局限性，无法对此种输入瞬变造成的浪涌电流进行抑制，电容电压跟随着输入电压发生快速上跳，导致浪涌电流峰值达到了129.0A，如图3所示。而在相同的输入瞬变下，本发明能够有效抑制浪涌电流，电容电压缓慢上升，造成的浪涌电流峰值为35.8A，较前者降低了73％。

由此可见，本发明对于电容的输入浪涌电流具有很好的抑制效果。

除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种电容的输入浪涌电流抑制电路，包括变阻电路，其特征在于，对变阻电路中场效应管Q1的导通内阻设有检测控制单元，利用所述检测控制单元对流过的浪涌电流进行检测，当浪涌电流大于设定值时立即使变阻电路恢复高阻，从而将储能电容支路从输入电源的负载中切除，实现抑制输入浪涌电流；

所述检测控制单元包括电阻R6、电阻R7、二极管D3、二极管D4、场效应管Q3和电容C2；场效应管Q3的栅极与变阻电路中场效应管Q1的栅极连接，场效应管Q3的源极与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与变阻电路连接；所述电容C2的一端连接在场效应管Q3与场效应管Q1之间，另一端与二极管D3的一端连接，二极管D3的另一端分别与二极管D4的一端和变阻电路连接，二极管D4的另一端与三极管Q4的集电极连接，三极管Q4的基极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与储能电容连接，三极管Q4的发射极与场效应管Q3的漏极连接。

2.根据权利要求1所述的电容的输入浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述储能电容的一端与电源连接，另一端与变阻电路连接，通过变阻电路连接电源。

3.根据权利要求2所述的电容的输入浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述储能电容容量为120uF。

4.根据权利要求2所述的电容的输入浪涌电流抑制电路，其特征在于，所述电源包括270V直流电源。

5.一种基于权利要求1～4任一所述电容的输入浪涌电流抑制电路的实现方法，其特征在于，包括步骤：

S1，上电启动，使储能电容的负极通过导通的场效应管Q1接入电源；

S2，当电源输入发生剧烈上跳时，在储能电容上造成浪涌电流，该浪涌电流流过场效应管Q1时，将在场效应管Q1的导通电阻上产生电压，通过所述电阻R6驱动三极管Q4；

S3，在Q3导通的情况下，三极管Q4通过二极管D4将场效应管Q1的栅极拉低，使场效应管Q1恢复至高阻态，从而抑制输入浪涌电流；同时，通过二极管D3能够将场效应管Q3迅速关断；

S4，对上电启动完成以后的电路状态，储能电容通过变阻电路完成对输入电压的跟随。

Images