CN114465305A - 一种自适应多段快速电容放电方法及放电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应多段快速电容放电方法及放电电路，利用以晶体管作为放电负载的恒流放电电路对电容进行恒流放电，并利用并联的多段电容电压检测控制电路来控制施加在晶体管控制端的电压，使其稳定在一定范围内，进而保证放电电流恒定，不受电容两端电压的影响，利用电容自身对多段电容电压检测控制电路进行电压自适应控制。本发明利用以晶体管作为放电负载的恒流放电电路对电容进行放电，并利用电容电压检测控制电路来控制施加在晶体管控制端的电压，使放电电流不受电容端电压影响，有效缩短了电容放电时间，放电电路不需辅助电源供电和外控信号，电路稳定可靠，制作成本低，使用时，只需用两根线直接并联在电容两端即可，使用简便。

Description

一种自适应多段快速电容放电方法及放电电路
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种自适应多段快速电容放电方法及放电电路。
背景技术
在一些直流供电的电路中，由于负载的性质，需要直流供电端需有较大的储能电容，并且在直流供电关断后需要储能电容快速放电。对于这类直流供电电路的电容进行快速放电，目前常用的是传统的电阻放电方式，按照RC放电原理，放电电流随电容电压减小而衰减，存在放电时间长、电阻峰值功耗大等问题；若分多段控制还需要为控制电路提供辅助电源供电和外控信号、电路复杂。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种自适应多段快速电容放电方法及放电电路，该放电方法及电路无需辅助电源供电和外控信号，采用多段恒流放电，放电电流不随电容电压衰减，放电电路简单可靠。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种自适应多段快速电容放电方法，该方法是：利用以晶体管作为放电负载的恒流放电电路对电容进行恒流放电，并利用并联的多段电容电压检测控制电路来控制施加在晶体管控制端的电压，使其稳定在一定范围内，进而保证放电电流恒定，不受电容两端电压的影响，利用电容自身对多段电容电压检测控制电路进行电压自适应控制。
优选的，所述晶体管为MOS管。
一种自适应多段快速电容放电电路，包括恒流放电电路以及多段电容电压检测控制电路，其中恒流放电电路包括晶体管以及晶体管控制电路，其中晶体管为恒流放电负载，其并接在电容两端，晶体管控制电路的输出连接晶体管的控制端，用于控制晶体管的工作状态，所述多段电容电压检测控制电路由并联连接的多路电容电压检测控制电路组成，每路电容电压检测控制电路均由电阻分压电路以及电压控制电路组成，电阻分压电路的输出连接电压控制电路的输入，用于控制电压控制电路的工作状态，使电压控制电路的输出电压稳定在一定范围内，电压控制电路的输出连接晶体管控制电路的输入，用于控制施加在晶体管控制端的电压。
优选的，所述晶体管为MOS管。
进一步的，所述恒流放电电路包括MOS管Q1、电阻R1-R4、电容C1、稳压管ZD1，其中MOS管Q1的漏极接被放电电容的正端V+，MOS管Q1的源极经电阻R1接被放电电容的负端V-，稳压管ZD1与电阻R4并联后再串联电阻R3后接于被放电电容的正端V+和负端V-之间，其中稳压管ZD1阳极接被放电电容的负端V-，稳压管ZD1阴极经电阻R3连接放电电容的正端V+，稳压管ZD1阴极经电阻R2连接MOS管Q1的栅极，电容C1并接在稳压管ZD1两端；其中R1 为电流采样电阻，稳压管ZD1用于MOS管Q1的栅源电压UA限幅，电容C1用于稳定栅源电压 UA，电阻R4为MOS管Q1栅源放电电阻，电阻R3为上拉电阻，为MOS管Q1的控制端提供电流通路，电阻R2为调节反馈增益电阻，使电路工作稳定。
进一步的，所述电容电压检测控制电路包括电阻Rn1、Rn2、Rn3以及控制组件Un1，其中，所述电阻Rn1、Rn2、Rn3以及控制组件Un1中的n为自然数，电阻Rn1和电阻Rn2串联后接于被放电电容的正端V+和负端V-之间，电阻Rn1和电阻Rn2连接节点连接控制组件Un1的控制端，控制组件Un1和电阻Rn3串联后一端接于被放电电容的负端V-，控制组件Un1和电阻Rn3串联后另一端连接晶体管控制电路的输入，即经电阻R2连接MOS管Q1栅极。
更进一步的，所述控制组件Un1是三极管、MOS管、三端基准电压芯片中的任意一种。
进一步的，所述电容电压检测控制电路包括电阻Rn1、Rn2，稳压管ZDn以及控制组件 Un1，其中，所述电阻Rn1、Rn2，稳压管ZDn以及控制组件Un1中的n为自然数，电阻Rn1和电阻Rn2串联后接于被放电电容的正端V+和负端V-之间，电阻Rn1和电阻Rn2连接节点连接控制组件Un1的控制端，控制组件Un1和稳压管ZDn串联后一端接于被放电电容的负端V-，控制组件Un1和稳压管ZDn串联后另一端连接晶体管控制电路的输入，即经电阻R2连接MOS 管Q1栅极，其中稳压管ZDn负极一端连接电阻R2。
更近一步的，所述控制组件Un1是三极管、MOS管、三端基准电压芯片中的任意一种。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明利用以晶体管作为放电负载的恒流放电电路对电容进行恒流放电，并利用电容电压检测控制电路来控制施加在晶体管控制端的电压，使放电电流不受电容端电压影响，有效缩短了电容放电时间，本发明的放电电路不需辅助电源供电和外控信号，电路稳定可靠，元器件少、制作成本低，使用时，只需用两根线直接并联在电容两端即可，使用简便。
附图说明
图1是本发明电路原理框图；
图2是本发明优选实施方式1电路原理图；
图3是本发明优选实施方式2电路原理图；
图4是本发明优选实施方式1具体实施例1电路原理图；
图5是本发明优选实施方式2具体实施例2电路原理图；
图6是本发明优选实施方式2具体实施例3电路原理图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、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。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。
本发明是一种用于直流电源供电电路中大容量储能电容快速放电的方法以及电路，本发明利用电容电压检测控制电路对被放电电容的端电压进行实时监测，监测被放电电容放电过程中端电压的变化，从而控制以晶体管作为放电负载的恒流放电电路中施加在晶体管控制端的电压，实现恒流快速放电。
本发明实现电容快速放电方法是：利用以晶体管作为放电负载的恒流放电电路对电容进行恒流放电，并利用并联的多段电容电压检测控制电路来控制施加在晶体管控制端的电压，使其稳定在一定范围内，进而保证放电电流恒定，不受电容两端电压的影响，利用电容自身对多段电容电压检测控制电路进行电压自适应控制。
如图1所示，本发明的放电电路包括恒流放电电路以及多段电容电压检测控制电路，其中恒流放电电路包括晶体管以及晶体管控制电路，其中晶体管为恒流放电负载，其并接在电容两端，晶体管控制电路的输出连接晶体管的控制端，用于控制晶体管的工作状态，所述多段电容电压检测控制电路由并联连接的多路电容电压检测控制电路组成，每路电容电压检测控制电路均由电阻分压电路以及电压控制电路组成，电阻分压电路的输出连接电压控制电路的输入，用于控制电压控制电路的工作状态，使电压控制电路的输出电压稳定在一定范围内，电压控制电路的输出连接晶体管控制电路的输入，用于控制施加在晶体管控制端的电压。
对于本发明来说，作为放电负载使用的晶体管优选采用MOS管，当然，对于本领域技术人员，其也可以采用三极管，当采用三极管时，会存在三极管驱动电流供给不足造成放电电流衰减严重问题。采用MOS管时，由于MOS管是电压型控制器件，不受驱动电流影响。
作为本发明的优选实施方式，所述恒流放电电路包括MOS管Q1、电阻R1-R4、电容C1、稳压管ZD1，其中MOS管Q1的漏极接被放电电容的正端V+，MOS管Q1的源极经电阻R1接被放电电容的负端V-，稳压管ZD1与电阻R4并联后再串联电阻R3后接于被放电电容的正端V+和负端V-之间，其中稳压管ZD1阳极接被放电电容的负端V-，稳压管ZD1阴极经电阻R3连接放电电容的正端V+，稳压管ZD1阴极经电阻R2连接MOS管Q1的栅极，电容C1并接在稳压管ZD1两端；其中R1为电流采样电阻，稳压管ZD1用于MOS管Q1的栅源电压UA限幅，电容C1用于稳定栅源电压UA，电阻R4为MOS管Q1栅源放电电阻，电阻R3为上拉电阻，为MOS 管Q1的控制端提供电流通路，电阻R2为调节反馈增益电阻，使电路工作稳定。具体电路原理图参见图2-图6。
作为本发明的优选实施方式之一，所述电容电压检测控制电路包括电阻Rn1、Rn2、Rn3 以及控制组件Un1，其中，所述电阻Rn1、Rn2、Rn3以及控制组件Un1中的n为自然数，电阻Rn1和电阻Rn2串联构成电阻分压电路，其接于被放电电容的正端V+和负端V-之间，电阻Rn1和电阻Rn2连接节点连接控制组件Un1的控制端，控制组件Un1和电阻Rn3串联构成电压控制电路，其一端接于被放电电容的负端V-，另一端连接晶体管控制电路的输入，即经电阻R2连接MOS管Q1栅极。具体电路参见图3。
作为本发明的优选实施方式之一，所述电容电压检测控制电路包括电阻Rn1、Rn2，稳压管ZDn以及控制组件Un1，其中，所述电阻Rn1、Rn2，稳压管ZDn以及控制组件Un1中的n为自然数，电阻Rn1和电阻Rn2串联构成电阻分压电路，其接于被放电电容的正端V+和负端V-之间，电阻Rn1和电阻Rn2连接节点连接控制组件Un1的控制端，控制组件Un1和稳压管ZDn串联构成电压控制电路，其一端接于被放电电容的负端V-，另一端连接晶体管控制电路的输入，即经电阻R2连接MOS管Q1栅极，其中稳压管ZDn负极一端连接电阻R2。具体电路参见图2。
作为本发明优选实施方式的具体实施例，所述控制组件Un1是三极管、MOS管、三端基准电压芯片中的任意一种。具体电路参见图4-图6。
本发明放电电路工作原理：
本发明主要由恒流放电电路(放电负载单元)和多段电容电压检测控制电路(若干个并联的电容电压检测控制电路)组成，电容电压检测控制电路也可以称为分段控制单元，通过多个分段控制单元可设置多段不同的放电电流。恒流放电电路为功率消耗部分，为被放电电容放电，由于是恒流放电，因此不会像纯电阻放电电路那样，放电电流随电容电压减小而造成放电时间很长，且主要功耗都加在了MOS管Q1上，MOS管Q1可固定在散热器上大大增加它的功耗承受能力。V-为被放电电容负端，作为电路的参考地，R1为电流采样电阻，当电压控制电路输出电压(图2-图6中的A端)为UA时，则放电电流I＝(UA-UGS)/R1(UGS为MOS管Q1栅源导通电压，由于MOS管Q1的跨导很大，在整个工作范围内，认为UGS基本固定)，电阻R1上电压越大，则UGS对放电电流I的影响就越小，当选定电阻R1后，通过调节UA就能控制放电电流I。稳压管ZD1为MOS管Q1栅源电压限幅，电容C1起稳定UA电压的作用，电阻R4为MOS管Q1栅源放电电阻，电阻阻值很大，电阻R3为上拉电阻，提供电流通路，电阻R2为调节反馈增益，使电路稳定。分段控制单元是通过电阻分压电路检测电容电压(即通过串联连接的分压电阻Rn1和Rn2)，当电容电压高于设定值时，控制组件Un1下拉稳压管ZDn1 到V-，UA电压减小；当电容电压低于设定值时，控制组件Un1释放稳压管ZDn1，UA电压增加，通过控制UA电压来设定放电电流。当然，作为本发明的另一个优选实施方式，稳压管ZDn1也可用电阻Rn3代替，当然，替代后放电电流会稍随电容电压降低而减小。分段控制单元可以根据实际情况并联若干个，来实现多段不同的放电电流。MOS管Q1若使用三极管代替，则需要较大的驱动电流，为满足电容电压降低后的放电电流，则减小R3阻值(使R3阻值较小)，在电容端电压较高时，R3功耗会很大。

Claims (9)

1.一种自适应多段快速电容放电方法，该方法是：利用以晶体管作为放电负载的恒流放电电路对电容进行恒流放电，并利用并联的多段电容电压检测控制电路来控制施加在晶体管控制端的电压，使其稳定在一定范围内，进而保证放电电流恒定，不受电容两端电压的影响，利用电容自身对多段电容电压检测控制电路进行电压自适应控制。
2.根据权利要求1所述的一种自适应多段快速电容放电方法，其特征在于：所述晶体管为MOS管。
3.一种自适应多段快速电容放电电路，其特征在于：包括恒流放电电路以及多段电容电压检测控制电路，其中恒流放电电路包括晶体管以及晶体管控制电路，其中晶体管为恒流放电负载，其并接在电容两端，晶体管控制电路的输出连接晶体管的控制端，用于控制晶体管的工作状态，所述多段电容电压检测控制电路由并联连接的多路电容电压检测控制电路组成，每路电容电压检测控制电路均由电阻分压电路以及电压控制电路组成，电阻分压电路的输出连接电压控制电路的输入，用于控制电压控制电路的工作状态，使电压控制电路的输出电压稳定在一定范围内，电压控制电路的输出连接晶体管控制电路的输入，用于控制施加在晶体管控制端的电压。
4.根据权利要求3所述的一种自适应多段快速电容放电电路，其特征在于：所述晶体管为MOS管。
5.根据权利要求4所述的一种自适应多段快速电容放电电路，其特征在于：所述恒流放电电路包括MOS管Q1、电阻R1-R4、电容C1、稳压管ZD1，其中MOS管Q1的漏极接被放电电容的正端V+，MOS管Q1的源极经电阻R1接被放电电容的负端V-，稳压管ZD1与电阻R4并联后再串联电阻R3后接于被放电电容的正端V+和负端V-之间，其中稳压管ZD1阳极接被放电电容的负端V-，稳压管ZD1阴极经电阻R3连接放电电容的正端V+，稳压管ZD1阴极经电阻R2连接MOS管Q1的栅极，电容C1并接在稳压管ZD1两端；其中R1为电流采样电阻，稳压管ZD1用于MOS管Q1的栅源电压UA限幅，电容C1用于稳定栅源电压UA，电阻R4为MOS管Q1栅源放电电阻，电阻R3为上拉电阻，为MOS管Q1的控制端提供电流通路，电阻R2为调节反馈增益电阻，使电路工作稳定。
6.根据权利要求5所述的一种自适应多段快速电容放电电路，其特征在于：所述电容电压检测控制电路包括电阻Rn1、Rn2、Rn3以及控制组件Un1，其中，所述电阻Rn1、Rn2、Rn3以及控制组件Un1中的n为自然数，电阻Rn1和电阻Rn2串联后接于被放电电容的正端V+和负端V-之间，电阻Rn1和电阻Rn2连接节点连接控制组件Un1的控制端，控制组件Un1和电阻Rn3串联后一端接于被放电电容的负端V，控制组件Un1和电阻Rn3串联后另一端连接晶体管控制电路的输入，即经电阻R2连接MOS管Q1栅极。
7.根据权利要求6所述的一种自适应多段快速电容放电电路，其特征在于：所述控制组件Un1是三极管、MOS管、三端基准电压芯片中的任意一种。
8.根据权利要求5所述的一种自适应多段快速电容放电电路，其特征在于：所述电容电压检测控制电路包括电阻Rn1、Rn2，稳压管ZDn以及控制组件Un1，其中，所述电阻Rn1、Rn2，稳压管ZDn以及控制组件Un1中的n为自然数，电阻Rn1和电阻Rn2串联后接于被放电电容的正端V+和负端V-之间，电阻Rn1和电阻Rn2连接节点连接控制组件Un1的控制端，控制组件Un1和稳压管ZDn串联后一端接于被放电电容的负端V-，控制组件Un1和稳压管ZDn串联后另一端连接晶体管控制电路的输入，即经电阻R2连接MOS管Q1栅极，其中稳压管ZDn负极一端连接电阻R2。
9.根据权利要求6所述的一种自适应多段快速电容放电电路，其特征在于：所述控制组件Un1是三极管、MOS管、三端基准电压芯片中的任意一种。
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