CN115912583A

CN115912583A - 一种实现软启动充电的电路

Info

Publication number: CN115912583A
Application number: CN202310242852.0A
Authority: CN
Inventors: 关锦锋; 张玉伟
Original assignee: Shenzhen Yuntian Digital Energy Co ltd
Current assignee: Shenzhen Yuntian Digital Energy Co ltd
Priority date: 2023-03-14
Filing date: 2023-03-14
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本申请提供了一种实现软启动充电的电路。在该电路中：直流电源用于给母线电容充电；软启动电路与直流电源、母线电容以及直流电源与母线电容的公共节点耦合，软启动电路包括第一电阻、第一MOS电路和第二MOS电路，软启动电路用于根据第一电阻的电压导通第一MOS电路或第二MOS电路，第一MOS电路用于闭合第一MOS电路，使得所述第二MOS电路断开，通过所述第一电阻实现软启动；第二MOS电路用于断开第一MOS电路，闭合第二MOS电路，使得第一电阻被旁路掉。实施本申请，可以在不使用控制器和隔离驱动器件来实现母线电容的软启动充电以及充电时对母线电容电压的自适应响应。

Description

一种实现软启动充电的电路

技术领域

本申请涉及新能源领域，尤其涉及一种实现软启动充电的电路。

背景技术

为了实现给直流侧母线电容进行软启动充电的功能，现有电路一般都采用软硬件结合的方式实现。例如，采样直流电源的电压以及电容的电压后，通过控制器判断直流电源的电压以及电容的电压的差值是否满足驱动条件。在满足驱动条件的情况下，输出驱动信号。驱动信号经过隔离驱动器件来驱动开关器件，从而实现软启动充电。这种电路的实现方式使用了控制器和隔离驱动器件，成本较高。

发明内容

本申请实施例提供了一种实现软启动充电的电路，可以在不使用控制器和隔离驱动器件来实现母线电容的软启动充电。

第一方面，本申请实施例提供了一种实现软启动充电的电路，该电路包括直流电源、母线电容以及软启动电路，其中：

所述直流电源，用于给所述母线电容充电；

所述软启动电路，与所述直流电源、所述母线电容以及所述直流电源与所述母线电容的公共节点耦合，所述软启动电路包括第一电阻、第一MOS电路和第二MOS电路，所述软启动电路用于根据所述第一电阻的电压导通所述第一MOS电路或所述第二MOS电路，所述第一MOS电路用于在所述直流电源的电压值与所述母线电容的电压值的差值大于第一预设阈值的情况下，闭合所述第一MOS电路，使得所述第二MOS电路断开，通过所述第一电阻实现软启动；所述第二MOS电路用于在所述直流电源的电压值与所述母线电容的电压值的差值小于第二预设阈值的情况下，断开所述第一MOS电路，闭合第二MOS电路，使得所述第一电阻被旁路掉。

可选的，所述第一MOS电路中包括稳压二极管、限流电阻、第一驱动电阻以及第一MOS管，所述第一MOS电路用于在所述稳压二极管被击穿导通的情况下，使得所述第一驱动电阻形成回路；以及用于在所述第一驱动电阻的电压值超过所述第一MOS管的第一驱动电压值的情况下，闭合所述第一MOS管。

可选的，所述第一MOS电路还包括第一分压电阻，用于为所述第一驱动电阻分压。

可选的，所述第二MOS电路包括第二MOS管和第二驱动电阻，所述第二MOS电路用于在所述稳压二极管未被击穿导通的情况下，断开所述第一MOS管，使得第二驱动电阻形成回路；以及，用于在所述第二驱动电阻的电压值超过所述第二MOS管的第二驱动电压值的情况下，闭合所述第二MOS管。

可选的，所述第二MOS电路还包括第二分压电阻，用于为所述第二驱动电阻分压。

可选的，所述电路还包括防反接电路，所述防反接电路与所述直流电源的两端以及所述母线电容与所述软启动电路的公共节点耦合，用于在所述直流电源反接的情况下，控制断开第三MOS管，使得所述母线电容无法形成回路。

可选的，所述第一MOS管的D极与所述第二MOS电路耦合，所述第一MOS管的S极与所述第一电阻和所述直流电源的负极的公共节点耦合，所述第一MOS管的G极与所述第一驱动电阻和所述稳压二极管的正极的公共节点耦合，所述稳压二极管的负极与所述限流电阻和所述第一分压电阻的公共节点耦合。

可选的，所述第二MOS管的D极与所述母线电容和所述第一电阻的公共节点耦合，所述第二MOS管的S极与所述第一电阻和所述直流电源的负极的公共节点耦合，所述第二MOS管的G极与所述第二驱动电阻、第二分压电阻以及所述第一MOS管的D极的公共节点耦合。

可选的，所述防反接电路包括第三MOS管、第三驱动电阻、第三分压电阻，所述第三MOS管的D极与所述直流电源的正极耦合，所述第三MOS管的S极与所述母线电容和所述第三驱动电阻的公共节点耦合，所述第三MOS管的G极与所述第三分压电阻和所述第三驱动电阻的公共节点耦合，所述第三分压电阻与所述直流电源的负极以及所述第三MOS管的G极和所述第三驱动电阻的公共节点耦合。

通过实施本申请实施例，可以不使用控制器和隔离驱动器件来实现母线电容的软启动充电，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种实现软启动充电的电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种实现软启动充电的电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种NMOS管的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种PMOS管的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的又一种实现软启动充电的电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结果或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了更好的理解本申请实施例方案，先对本申请实施例提供的一种实现软启动充电的电路进行介绍。请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种实现软启动充电的电路的结构示意图。该电路可以包括直流电源11、母线电容12以及软启动电路13。软启动电路13可以包括第一电阻R1、第一MOS电路132和第二MOS电路133。其中，直流电源11用于给母线电容12充电。如图1所示，软启动电路13与直流电源11、母线电容12以及直流电源11与母线电容12的公共节点耦合。在直流电源11的电压值与母线电容12的电压值大于第一预设阈值的情况下（例如当刚开始使用直流电源11给母线电容12充电时），闭合第一MOS电路132（未给母线电容充电的初始状态下，第一MOS电路132和第二MOS电路133均为断开状态，且闭合第一MOS电路132时，也会使得第二MOS电路133断开），此时第一电阻R1位于回路中，通过该第一电阻R1可以实现软启动功能；在直流电源11的电压值与母线电容12的电压值的差值小于第二预设阈值的情况下（例如当充电到母线电容12的电压值与直流电源11的电压值基本相等时），断开第一MOS电路132，闭合第二MOS电路133，使得第一电阻R1被旁路掉，经由第二MOS电路133构成回路。从而实现了软启动电路（软启动充电的电路）的自适应响应。自适应响应一方面是指，实现了随着给母线电容充电过程的进行导致的母线电容电压的变化而自动闭合第一MOS电路断开第二MOS电路或者断开第一MOS电路闭合第二MOS电路的自适应响应；自适应响应另一方面是指，实现了使用不同的直流电源电压给母线电容充电时的自适应响应功能。

更多地，请参见图2，图2为本申请实施例提供的另一种实现软启动充电的电路的结构示意图。其中，图2为更详细的一种实现软启动充电的电路的结构示意图。如图2所示，实现软启动充电的电路可以包括直流电源11、母线电容12以及软启动电路13。其中，软启动电路13包括第一电阻R1、第一MOS电路132以及第二MOS电路133。

在一种可能的实现方式中，第一MOS电路132可以包括稳压二极管Z1、限流电阻R2、第一驱动电阻R3以及第一MOS管Q1。其中，稳压二极管Z1用于在被击穿导通的情况下，使得第一驱动电阻R3形成回路。当第一驱动电阻R3的电压值超过第一MOS管Q1的第一驱动电压值时，该第一MOS管Q1将会闭合，从而第一MOS管Q1中的二极管处于导通状态。进一步的，第一MOS电路还可以包括第一分压电阻R4，用于为第一驱动电阻R3分压。需要说明的是，本申请实施例中所述的限流电阻、分压电阻以及驱动电阻等电阻都是电阻，其可以是相同的电阻，也可以是不同的电阻，其名称用于区分各电阻在本申请实施例中所起的作用，非特指具有某种特定功能的电阻。

在一种可能的实现方式中，第二MOS电路133可以包括第二MOS管Q2和第二驱动电阻R5。在稳压二极管Z1未被击穿导通的情况下，第一MOS管Q1将断开，从而第二驱动电阻R5形成回路。在第二驱动电阻R5的电压值超过第二MOS管Q2的第二驱动电压值的情况下，第二MOS管Q2将会闭合。进一步的，第二MOS电路133还可以包括第二分压电阻R6，用于为第二驱动电阻R5分压。

需要说明的是，本申请实施例中所述的MOS管闭合是指MOS管满足导通条件，断开是指MOS不满足导通条件。

为更好的说明电路的耦合关系，下面对稳压二极管、MOS管（包括NMOS管和PMOS管）进行简单介绍。

（1）稳压二极管

稳压二极管（又叫齐纳二极管）是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。稳压二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性。稳压二极管用于稳定电压，且工作在反向击穿状态下。稳压二极管的正向特性和普通二极管差不多。其反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。可以理解为，在未击穿的情况下，该稳压二极管为断路状态；在击穿的情况下，该稳压二极管为导通状态。

（2）NMOS管

如图3所示，图3为本申请实施例提供的一种NMOS管的结构示意图。NMOS管包括栅极（G极）、源极（S极）以及D级。当V（GS）＞V（th）时，NMOS管导通。其中，V（GS）为NMOS管的G端（G极）和NMOS管的S端（S极）的电压差值，V（th）是指加的栅源电压能使漏极开始有电流（导通）的电压阈值。V（GS）电压不能超过NMOS管允许的极限电压。V（th）＞0。

（3）PMOS管

如图4所示，图4为本申请实施例提供的一种PMOS管的结构示意图。PMOS管包括栅极（G极）、源极（S极）以及D级。当V（GS）＜V（th）时，PMOS管导通。其中，V（GS）为PMOS管的G端（G极）和PMOS管的S端（S极）的电压差值，V（th）是指加的栅源电压能使漏极开始有电流（导通）的电压阈值。V（GS）电压不能超过PMOS管允许的极限电压。V（th）＜0。

在一种可能的实现方式中，如图2所示的第一MOS管和第二MOS管为NMOS管。在第一MOS电路中，其耦合方式可以是第一MOS管Q1的D极与第二MOS电路133耦合，第一MOS管Q1的S极与第一电阻R1和直流电源的负极的公共节点耦合，第一MOS管的G极与第一驱动电阻R3和稳压二极管Z1的公共节点耦合。稳压二极管Z1的负极与限流电阻R2和第一分压电阻R4的公共节点耦合。在第二MOS电路133中，第二MOS管Q2的D极与母线电容12和第一电阻R1的公共节点耦合，第二MOS管Q2的S极与第一电阻R1和直流电源11的负极的公共节点耦合，第二MOS管Q2的G极与第二驱动电阻R5、第二分压电阻R6以及第一MOS管的D极的公共节点耦合。

为更清楚的说明本申请实施例提供的实现软启动充电的电路，下面结合图2对该电路的工作流程进行描述。

图2中，在未使用直流电源11给母线电容12充电的初始状态下，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2处于不导通的状态。

在直流电源11的电压和母线电容12的电压差值大于第一预设阈值的情况下（例如，当刚开始使用直流电源11给母线电容12充电时），电流由直流电源11的正极，经由母线电容12后，分流至第一电阻R1所在支路以及第一分压电阻R4和限流电阻R2所在支路。其中，由于第一电阻R1所在支路与第一分压电阻R4和限流电阻R2所在支路为并联关系，因此可以知道，第一电阻R1的电压值为第一分压电阻R4的电压值与限流电阻R2的电压值之和。在直流电源11的电压和母线电容12的电压差值大于第一预设阈值的情况下，母线电容12的电压还比较小（相较于充电到母线电容12的电压值与直流电源11的电压值接近的情况），从而第一电阻R1的电压比较大。进而可以知道第一分压电阻的电压值和限流电阻的电压值比较大。又由于稳压二极管Z1和第一驱动电阻R3所在支路与限流电阻R2所在支路为并联关系。因此，可以知道限流电阻R2的电压值为稳压二极管Z1的电压值和第一驱动电阻R3的电压值之和。从而，当限流电阻R2的电压值比较大时，稳压二极管Z1的电压值以及第一驱动电阻R3的电压值都比较大。稳压二极管Z1的电压值大到超过稳压二极管Z1的击穿电压值时，将击穿稳压二极管Z1。从而使得第一驱动电阻R3形成回路。而第一驱动电阻R3的两端分别与第一MOS管Q1的G极以及S极耦合（也即，第一驱动电阻R3与第一MOS管Q1并联），因此可以知道，第一驱动电阻R3的电压值即为第一MOS管Q1的V（GS）。当第一驱动电阻R3的电阻值大于第一MOS管Q1的V（th）时，则说明第一MOS管Q1的V（GS）大于第一MOS管Q1的V（th）。而当第一驱动电阻R3的电压值大到超过第一MOS管Q1的第一驱动电压值时，将闭合（导通）第一MOS管Q1。当第一MOS管Q1导通时，第二驱动电阻R5被短路。而第二驱动电阻R5的两端分别与第二MOS管Q2的G极以及S极耦合，（也即，第二驱动电阻R5与第二MOS管Q2并联），因此可以知道，第二驱动电阻R5的电压值即为第二MOS管Q2的V（GS）。当第二驱动电阻R5被短路时，第二驱动电阻R5的电压值为0，因此第二MOS管Q2的V（GS）也为0。从而可以知道，此时第二MOS管Q2处于未导通状态。从而通过导通第一电阻R1实现了直流电源11给母线电容12进行软启动充电的功能。由于第一MOS管Q1的V（GS）电压不能超过第一MOS管Q1允许的极限电压，因此，可以增加如图2所示的第一分压电阻R4为第一驱动电阻R3进行分压。

在直流电源11的电压和母线电容12的电压差值小于第二预设阈值的情况下（例如，当直流电源11给母线电容12充电到母线电容12的电压值与直流电源11的电压值基本相等时），此时不再需要通过第一电阻R1来实现软启动充电的功能，且此时第一电阻R1的电压值较小，母线电容12的电压值较大（相较于刚开始充电时母线电容12的电压值）。那么此时，由于第一电阻R1的电压值比较小，从而限流电阻R2的电压值比较小，从而稳压二极管Z1的电压值达不到稳压二极管Z1的击穿电压值，从而稳压二极管Z1不导通。那么第一驱动电阻R3相当于断路，从而也就无法继续导通第一MOS管Q1。当第一MOS管Q1处于未导通状态时，则第二驱动电阻R5处于导通状态。当第二驱动电阻R5的电阻值大于第二MOS管Q2的V（th）时，则说明第二MOS管Q2的V（GS）大于第二MOS管Q2的V（th）。而当第二驱动电阻R5的电压值大到超过第二MOS管Q2的第二驱动电压值时，将闭合（导通）第二MOS管Q2。当导通第二MOS管Q2后，则第一电阻R1被旁路掉了。由于第二MOS管Q2的V（GS）电压不能超过第二MOS管Q2允许的极限电压，因此，可以增加如图2所示的第二分压电阻R6为第二驱动电阻R5进行分压。从而实现了对输入电压（直流电源11电压）的自适应响应。

在图2的基础上，下面结合图5对本申请实施例提供的另一种实现软启动充电的电路的结构示意图进行介绍。图5为本申请实施例提供的又一种实现软启动充电的电路的结构示意图。

可以理解的是，图5中与图2中相同的标号所表示的元器件相同。此外，图5中还示出了防反接电路54。其中，防反接电路54与直流电源11的两端以及母线电容12与软启动电路13的公共节点耦合，用于在直流电源11反接的情况下，控制断开第三MOS管Q3，使得母线电容12无法形成回路。

图5所示的防反接电路54包括第三MOS管Q3、第三驱动电阻R7、第三分压电阻R8。图5中所示出的第三MOS管Q3为PMOS管。第三MOS管Q3的D极与直流电源11的正极耦合，第三MOS管Q3的S极与母线电容12和第三驱动电阻R7的公共节点耦合，第三MOS管Q3的G极与第三分压电阻R8和第三驱动电阻R7的公共节点耦合。第三分压电阻R8与直流电源11的负极以及第三MOS管Q3的G极和第三驱动电阻R7的公共节点耦合。

第三驱动电阻R7的两端分别与第三MOS管Q3的G极以及S极耦合，（也即，第三驱动电阻R7与第三MOS管Q3并联），因此可以知道，第三驱动电阻R7的电压值即为第三MOS管Q3的V（GS）。当直流电源11未反接时，第三MOS管Q3的驱动电压V(GS)＜V（th），从而第三MOS管Q3自动导通，电流依次经由直流电源11的正极、通过第三MOS管Q3中的二极管、母线电容12以及第一电阻R1后，回到直流电源11的负极，形成回路。由于第三MOS管Q3的V（GS）电压不能超过第三MOS管Q3允许的极限电压，因此，可以增加如图5所示的第三分压电阻R8为第三驱动电阻R7进行分压。

当直流电源11反接时，直流电源11由于第三MOS管Q3中的二极管的反向阻止，无法形成通路。并且，第三驱动电阻R7上的电压V（GS）为0。而PMOS管的导通条件为V（GS）＜V（th），V（th）＜0。在直流电源11反接的情况下，V（GS）>V（th），故第三MOS管不会自动导通。从而母线电容12无法形成回路，从而实现了防反接电路的防反接功能。

以上所属实施例仅表达了本发明的集中实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种实现软启动充电的电路，其特征在于，所述电路包括直流电源、母线电容以及软启动电路，其中：

所述直流电源，用于给所述母线电容充电；

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一MOS电路中包括稳压二极管、限流电阻、第一驱动电阻以及第一MOS管，所述第一MOS电路用于在所述稳压二极管被击穿导通的情况下，使得所述第一驱动电阻形成回路；以及用于在所述第一驱动电阻的电压值超过所述第一MOS管的第一驱动电压值的情况下，闭合所述第一MOS管。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一MOS电路还包括第一分压电阻，用于为所述第一驱动电阻分压。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第二MOS电路包括第二MOS管和第二驱动电阻，所述第二MOS电路用于在所述稳压二极管未被击穿导通的情况下，断开所述第一MOS管，使得第二驱动电阻形成回路；以及，用于在所述第二驱动电阻的电压值超过所述第二MOS管的第二驱动电压值的情况下，闭合所述第二MOS管。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第二MOS电路还包括第二分压电阻，用于为所述第二驱动电阻分压。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电路还包括防反接电路，所述防反接电路与所述直流电源的两端以及所述母线电容与所述软启动电路的公共节点耦合，用于在所述直流电源反接的情况下，控制断开第三MOS管，使得所述母线电容无法形成回路。

7.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一MOS管的D极与所述第二MOS电路耦合，所述第一MOS管的S极与所述第一电阻和所述直流电源的负极的公共节点耦合，所述第一MOS管的G极与所述第一驱动电阻和所述稳压二极管的正极的公共节点耦合，所述稳压二极管的负极与所述限流电阻和所述第一分压电阻的公共节点耦合。

8.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第二MOS管的D极与所述母线电容和所述第一电阻的公共节点耦合，所述第二MOS管的S极与所述第一电阻和所述直流电源的负极的公共节点耦合，所述第二MOS管的G极与所述第二驱动电阻、第二分压电阻以及所述第一MOS管的D极的公共节点耦合。

9.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述防反接电路包括第三MOS管、第三驱动电阻、第三分压电阻，所述第三MOS管的D极与所述直流电源的正极耦合，所述第三MOS管的S极与所述母线电容和所述第三驱动电阻的公共节点耦合，所述第三MOS管的G极与所述第三分压电阻和所述第三驱动电阻的公共节点耦合，所述第三分压电阻与所述直流电源的负极以及所述第三MOS管的G极和所述第三驱动电阻的公共节点耦合。