CN117691849A - 三电平软启动电路及充电方法、充电装置、存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电力功率变换技术领域，公开了一种三电平软启动电路及充电方法、充电装置、存储介质，三电平软启动电路包括开关模组，开关模组包括第一、第二、第三开关模块，第一、第二和第三开关模块均包括第一MOS管和稳压单元，第一MOS管和稳压单元并联，稳压单元包括稳压电阻和稳压电容，稳压电阻和稳压电容串联，通过这种电阻电容串联结构能够吸收第一MOS管开断闭合时产生的尖峰电压，相较于传统方案，电路工作产生的耗能和热量更小，提升了模块工作效率。本申请不额外引入其他辅助线路，无需使用大纹波电流的电容，还节省了高压二极管的数量，降低了经济成本和PCB空间，解决了传统三电平软启动电路占用PCB空间大、成本高、耗能高和产生热量大的问题。

Description

三电平软启动电路及充电方法、充电装置、存储介质

技术领域

本申请涉及电力功率变换技术领域，尤其涉及一种三电平软启动电路及充电方法、充电装置、存储介质。

背景技术

在高压应用领域，现有的三电平软启动电路通常会包括RCD辅助网络，RCD辅助网络使用多个耐高压二极管以及能够承担高电压的电容，这不仅使得电路的成本较高，还非常占用PCB空间。同时，RCD辅助网络的电路结构会在电路启动后需要承受MOS管两侧的高电压应力，会消耗较大的能量和产生大量的热量，而高耗能、高发热会使得电路的效率和稳定性降低。现有的三电平软启动电路存在着占用PCB空间大、成本高、耗能高、产生热量大等缺点。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此本发明提出了一种三电平软启动电路及充电方法、充电装置、存储介质，能够降低现有三电平软启动电路的损耗和发热、PCB占用空间以及经济成本，提高了电路的工作效率和稳定性。

为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提出了一种三电平软启动电路，所述电路包括：

电源模块；

继电器模组，所述继电器模组包括第一继电器模块和第二继电器模块；所述第一继电器模块包括第一继电器，所述第二继电器模块包括第二继电器和第一软起电阻，所述第二继电器和所述第一软起电阻串联；所述第一继电器和所述第二继电器模块并联，所述第一继电器的第一端与所述电源模块连接，所述第一继电器的第二端与预设输入电容连接；

开关模组，所述开关模组包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块；所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块相同；所述第一开关模块的第一端与所述第一继电器连接，所述第一开关模块的第二端分别与所述第二开关模块和预设飞跨电容连接；所述第二开关模块分别与所述第三开关模块和预设电感连接，所述预设电感与预设输出电容连接；所述第三开关模块分别与所述预设飞跨电容和所述第四开关模块连接；

所述第一开关模块包括第一MOS管和稳压单元，所述第一MOS管和所述稳压单元并联，所述稳压单元包括稳压电阻和稳压电容，所述稳压电阻和所述稳压电容串联；所述稳压单元用于吸收所述第一MOS管导通时产生的尖峰电压；所述第四开关模块包括第二MOS管和第二软起电阻，所述第二MOS管和所述第二软起电阻串联。

本申请实施例提出的三电平软启动电路包括开关模组，开关模组包括了第一、第二、第三开关模块，第一、第二和第三开关模块相同，均包括稳压单元和第一MOS管，稳压单元中的稳压电阻与稳压电容串联，该稳压单元与第一MOS管并联。通过这种电阻-电容串联结构能够吸收第一MOS管开断闭合时产生的尖峰电压。在三电平软启动电路正常工作时，该稳压单元的电阻-电容串联结构不参与回路工作，不会引起额外的损耗和发热，有利于提升模块的效率。此外，本申请不额外引入其他辅助线路，无需使用大纹波电流的电容，还节省了高压二极管的数量，降低了开发的经济成本，也因为减少了使用的材料，节省了占用PCB的空间，解决了传统三电平软启动电路占用PCB空间大、成本高、耗能高和产生热量大的问题。

在一些实施例，所述继电器模组还包括第三继电器模块，所述第三继电器模块的第一端与所述预设输出电容连接，所述第三继电器模块的第二端与预设负载连接，所述第三继电器模块用于控制所述预设输出电容给所述预设负载输出功率。

为实现上述目的，本申请实施例的第二方面提出了一种充电方法，用于为上述第一方面所述的三电平软启动电路充电，包括以下步骤：

接收控制指令；

响应于所述控制指令，对所述预设飞跨电容进行第一充电，以使所述预设飞跨电容的当前飞跨电压为第一电压，对所述预设输入电容进行第二充电，以使所述预设输入电容的当前输入电容电压为第二电压；

根据所述第一电压和第一预设电压阈值对所述预设输入电容进行第三充电，以使所述当前输入电容电压由所述第二电压变为第三电压；

根据所述第三电压、所述第一预设电压阈值、第二预设电压阈值和预设输出电压对所述预设输出电容进行充电，以使所述预设输出电容的当前输出电容电压为目标电压；所述第二预设电压阈值为所述第一预设电压阈值的二倍，所述预设输出电压为所述预设输出电容的电压设定值。

在一些实施例，所述响应于所述控制指令，对所述预设飞跨电容进行第一充电，以使所述预设飞跨电容的当前飞跨电压为第一电压，对所述预设输入电容进行第二充电，以使所述预设输入电容的当前输入电容电压为第二电压，包括：

响应于所述控制指令，闭合所述第二继电器、所述第一开关模块和所述第四开关模块，使所述电源模块、所述第二继电器模块、所述第一开关模块的第一MOS管、所述预设飞跨电容和所述第四开关模块之间形成第一电流回路，使所述电源模块、所述第二继电器模块和所述预设输入电容之间形成第二电流回路；

通过所述第一电流回路对所述预设飞跨电容进行所述第一充电，得到所述第一电压；

通过所述第二电流回路对所述预设输入电容进行所述第二充电，得到所述第二电压。

在一些实施例，所述根据所述第一电压和第一预设电压阈值对所述预设输入电容进行第三充电，以使所述当前输入电容电压由所述第二电压变为第三电压，包括：

若所述第一电压等于所述第一预设电压阈值，断开所述第一开关模块和所述第四开关模块，使所述第一电流回路断开；

通过所述第二电流回路对所述预设输入电容进行所述第三充电，得到所述第三电压。

在一些实施例，所述根据所述第三电压、所述第一预设电压阈值、第二预设电压阈值和预设输出电压对所述预设输出电容进行充电，以使所述预设输出电容的当前输出电容电压为目标电压，包括：

若所述第三电压等于所述第二预设电压阈值，比对所述预设输出电压与所述第一预设电压阈值；

若所述预设输出电压大于所述第一预设电压阈值，则闭合所述第一继电器、所述第一开关模块和所述第三开关模块，使得所述电源模块、所述第一继电器、所述第一开关模块、所述预设飞跨电容、所述第三开关模块和所述预设输出电容之间形成第三电流回路；

通过所述第三电流回路对所述预设输出电容进行中间充电，以使所述输出电容电压变为候选电压；

根据所述候选电压和所述第一预设电压阈值对所述预设输出电容进行第四充电，以使所述输出电容电压由候选电压变为所述目标电压。

在一些实施例，所述根据所述候选电压和所述第一预设电压阈值对所述预设输出电容进行第四充电，以使所述输出电容电压由候选电压变为所述目标电压，包括：

若所述候选电压等于所述第一预设电压阈值，断开所述第三开关模块，闭合所述第二开关模块，使得所述电源模块、所述第一继电器、所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述预设输出电容之间形成第四电流回路；

通过所述第四电流回路对所述预设输出电容进行所述第四充电，得到所述目标电压。

在一些实施例，所述根据所述第三电压、所述第一预设电压阈值、第二预设电压阈值和预设输出电压对所述预设输出电容进行充电，以使所述预设输出电容的当前输出电容电压为目标电压，包括：

若所述预设输出电压小于或者等于所述第一预设电压阈值，则闭合所述第一继电器、所述第一开关模块和所述第三开关模块，使得所述电源模块、所述第一继电器、所述第一开关模块、所述预设飞跨电容、所述第三开关模块和所述预设输出电容之间形成第五电流回路；

通过所述第五电流回路对所述预设输出电容进行第五充电，得到所述目标电压。

为实现上述目的，本申请实施例的第三方面提出了一种充电装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第二方面的技术方案所述的充电方法。

为实现上述目的，本申请实施例的第四方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第二方面的技术方案所述的充电方法。

本申请实施例提出的充电方法、充电装置及计算机可读存储介质，通过接收控制指令，响应于控制指令，对预设飞跨电容进行第一充电，以使预设飞跨电容的当前飞跨电压为第一电压。对预设输入电容进行第二充电，以使预设输入电容的当前输入电容电压为第二电压。在预设飞跨电容软启动预充电的同时对预设输入电容进行充电，使得后续可以在第二电压的基础上继续对预设输入电容充电，能够节省一定的预充电时间。根据第一电压和第一预设电压阈值对预设输入电容进行第三充电，以使当前输入电容电压由第二电压变为第三电压。根据第三电压、第一预设电压阈值、第二预设电压阈值和预设输出电压对预设输出电容进行充电，以使预设输出电容的当前输出电容电压为目标电压，第二预设电压阈值为第一预设电压阈值的二倍，预设输出电压为预设输出电容的电压设定值，能够灵活地根据实际输出需求来控制预设输出电容的电压值，从而适用于输出电压不确定和输出可调节的应用场景。通过对预设飞跨电容、预设输入电容和预设输出电容进行依次充电，使得预设飞跨电容、预设输入电容和预设输出电容能够达到预设的电压值，保证了电路中的电容元器件不会因为突变电压产生不可控冲击电流损坏电路元器件，使电路正常工作。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1是现有无源RCD辅助网络的三电平电路结构示意图；

图2是现有有源控制RCD辅助网络的三电平电路结构示意图；

图3是本申请实施例提供的三电平软启动电路的结构图；

图4是本申请实施例提供的充电方法的流程图；

图5是图4中步骤S200的流程图；

图6是图4中步骤S200中电流的流向示意图；

图7是图4中步骤S300的流程图；

图8是图4中步骤S300中电流的流向示意图；

图9是图4中步骤S400的第一流程图；

图10是图4中步骤S400中电流的流向示意图；

图11是图9中步骤S440的流程图；

图12是图9中步骤S440中电流的流向示意图；

图13是图4中步骤S400的第二流程图；

图14是本申请实施例提供的充电装置的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

首先，对本申请中涉及的若干名词进行解析：

软起启动(Soft Start)：指一种控制电路的技术，用于在电路或设备启动时，逐渐提供电源电压或电流，以减少启动过程中的电压或电流突变，从而保护电路和设备，减少启动时的冲击和损坏。软起启动的主要目的是保护电路和设备，减少启动时的过电流、过电压和电压波动，避免设备损坏和电力系统的不稳定。软起启动广泛应用于各种电路和设备，特别是在大功率电机启动、电源开关、变频器、电子设备等领域中，通过软起启动技术，可以实现电路和设备的平稳启动，提高系统的性能和稳定性。

RCD辅助网络：在三电平技术领域中，RCD辅助网络是一种用于减小电容电压跨越过程中的电流冲击的电路，由电阻(Resistor)、电容(Capacitor)和二极管(Diode)组成。当电路或设备启动时，电容的电压变化速度很快，会导致电流瞬间增大，从而产生电流冲击。RCD辅助网络可以通过限制电容电压的变化速度，减小电流冲击的大小，保护电容和其他电路元件免受过大的电流冲击。通过合理设计RCD辅助网络，可以提高飞跨电容三电平技术的稳定性和可靠性。

在高压功率变换领域1000V以上的双向直流功率变换电路上，新型材料成本较高，且磁性元件设计难度大，很难再应用两电平变换技术，飞跨电容三电平技术应用而生。飞跨电容三电平技术可以实现高效率、高精度的直流变换,广泛应用于电动汽车、太阳能发电、风力发电等领域。现有的三电平软启动电路通常会包括RCD辅助网络，RCD辅助网络使用多个耐高压二极管以及能够承担高电压的电容，这不仅使得电路的成本较高，还非常占用PCB空间。同时，RCD辅助网络的电路结构会在电路启动后需要承受MOS管两侧的高电压应力，会消耗较大的能量和产生大量的热量，而高耗能、高发热会使得电路的效率和稳定性降低。现有的三电平软启动电路存在着占用PCB空间大、成本高、耗能高、产生热量大等缺点。

如图1和图2所示，RCD辅助网络的D需要使用四个高压二极管，C需要使用四个高耐压、大波纹电流的电容，设计成本高，且非常占用PCB空间。图1是使用了无源RCD辅助网络的三电平电路结构示意图。在电路启动工作后、开关管处于导通状态时，RCD辅助网络会一直发热并消耗能量。在高压系统中，这个消耗的能量和产生的热量不可小觑，不利于提升电路的效率和稳定性。如图2所示，在图1的基础上添加开关管S3实现有源控制，以改善预充软起时间和电路过冲调问题，但是该电路仍然存在无源RCD辅助网络的缺点，并且在高压应用场景中，新添的开关管需要单独选型高规格耐压的材料，增加了经济成本。

基于此，本申请实施例中提供了一种三电平软启动电路、充电方法、充电装置及存储介质，旨在解决现有三电平软启动电路占用PCB空间大、成本高、耗能高、产生热量大的问题，提高三电平软启动电路的稳定性和工作效率。

申请实施例中提供了一种三电平软启动电路及充电方法、充电装置、存储介质，具体通过如下实施例进行说明。

图3是本申请实施例提供的三电平软启动电路的电路结构图。三电平软启动电路应用了了飞跨电容三电平技术，可应用于双向直流高压场合。三电平软启动电路包括电源模块Vin、继电器模组和开关模组。继电器模组包括第一继电器模块和第二继电器模块、第一继电器模块包括第一继电器RLY1，第二继电器模块包括第二继电器RLY2和第一软起电阻RS1，第二继电器RLY2和第一软起电阻RS1串联，第一继电器RLY1和第二继电器模块并联。开关模组包括第一开关模块S1、第二开关模块S2、第三开关模块S3和第四开关模块S4。其中，第一开关模块S1、第二开关模块S2和第三开关模块S3相同，第一开关模块S1包括第一MOS管和稳压单元，第一MOS管和稳压单元并联，稳压单元包括稳压电阻和稳压电容，稳压电阻和稳压电容串联。稳压单元用于吸收第一MOS管导通时产生的尖峰电压。稳压单元的电阻-电容串联结构并不参与回路工作，因此减少了电阻参与电路工作引起的额外损耗发热，从而提高了电路的工作效率以及工作稳定性。第四开关模块S4包括第二MOS管和第二软起电阻RS2，第二MOS管和第二软起电阻RS2串联。第一MOS管、第二MOS管可以选择相同的耐压等级材料。与现有的三电平软启动电路相比，本申请实施例的三电平软启动电路的电路硬件结构简单，节省掉4颗高压二极管，无需使用大纹波电流的电容，减少了PCB空间的占用。开关模块的稳压单元能够吸收第一MOS管开断闭合时产生的尖峰电压，当第一MOS管工作在稳态时，稳压单元不参与回路工作，这样电路中不会产生额外的损耗和发热，有利于提升模块的效率。

电源模块Vin包括电源正极和电源负极，第一继电器RLY1的第一端与电源模块Vin的电源正极连接，第一继电器RLY1的第二端与预设输入电容Cin的第一端连接。第一开关模块S1的第一端与第一继电器RLY1连接，第一开关模块S1的第二端分别与第二开关模块S2的第一端和预设飞跨电容CF的第一端连接。第二开关模块S2的第二端分别与第三开关模块S3的第一端和预设电感L1的第一端连接。预设电感L1的第二端与预设输出电容Co的第一端连接。第三开关模块S3的第二端分别与预设飞跨电容CF的第二端和第四开关模块S4的第一端连接。电源模块Vin的电源负极、预设输入电容Cin的第二端、第四开关模块S4的第二端以及预设输出电容Co的第二端均接地。

在一些实施例中，继电器模组还包括第三继电器模块，用于控制预设输出电容Co给预设负载输出功率。第三继电器模块包括了第三继电器RLY3，第三继电器模块RLY3的第一端与预设输出电容Co的第一端连接，第三继电器模块RLY3的第二端与预设负载连接。

在一些实施例中，开关模组还包括第五开关模块S5，第五开关模块S5与第一开关模块S1、第二开关模块S2和第三开关模块S3相同，包括第一MOS管和稳压单元。其中，第五开关模块S5的第一端分别与预设飞跨电容CF的第二端和第三开关模块S3的第二端连接，第五开关模块S5的第二端接地。

在一些实施例中，第一开关模块S1的第一MOS管、第二开关模块S2的第一MOS管和第三开关模块S3的第一MOS管、第四开关模块S4的第二MOS管和第五开关模块的第一MOS管均有对应的独立驱动G1、G2、G3、G4和G5，第一MOS管和第二MOS管用于主功率变换。驱动G1用于控制第一开关模块S1的第一MOS管的闭合与断开。驱动G2用于控制第二开关模块S2的第一MOS管的闭合与断开。驱动G3用于控制第三开关模块S3的第一MOS管的闭合与断开。驱动G4用于控制第四开关模块S4的第一MOS管的闭合与断开。驱动G5用于控制第五开关模块S5的第二MOS管的闭合与断开。第一MOS管和第二MOS管的类型相同，可以是增强型N沟道MOS管。

本申请实施例的软启动电路的电路硬件结构简单、成本较低，便于电路维护，可以在共直流母线场合实现模块化设计，方便根据实际应用需求进行并联拓容延伸系统电流范围。

图4是本申请实施例提供的充电方法的一个可选的流程图，应用于上述三电平软启动电路，图4中的方法可以包括但不限于包括步骤S100至步骤S400。

步骤S100，接收控制指令。

步骤S200，响应于控制指令，对预设飞跨电容进行第一充电，以使预设飞跨电容的当前飞跨电压为第一电压，对预设输入电容进行第二充电，以使预设输入电容的当前输入电容电压为第二电压。

步骤S300，根据第一电压和第一预设电压阈值对预设输入电容进行第三充电，以使当前输入电容电压由第二电压变为第三电压。

步骤S400，根据第三电压、第一预设电压阈值、第二预设电压阈值和预设输出电压对预设输出电容进行充电，以使预设输出电容的当前输出电容电压为目标电压。

本申请实施例所示意的步骤S100至步骤S400，通过将充电阶段划分为三个阶段，对预设飞跨电容、预设输入电容和预设输出电容进行依次充电，能够使预设飞跨电容、预设输入电容和预设输出电容预充电至合适电压，该充电顺序能使第一、第二MOS管全程只需承受电源模块Vin的一半电压，降低了MOS管的耐压要求，从而可以选用耐压更低的材料的MOS管，降低经济成本。如果调换了充电顺序，当通过脉宽调制(PWM)控制MOS管预充软起时，MOS管需要承受电源模块Vin的全部耐压。此外，还保证了电路中的电容元器件不会因为突变电压产生不可控冲击电流损坏电路元器件，使电路正常工作。通过结合软件控制，使三电平软启动电路更加稳定可靠、实用，解决了应用飞跨电容三电平技术设计的电路在启动时，飞跨电容预充软起问题、输入电容软起问题和输出电容电压软起问题，减小了回路损耗，减少了电容预充软起时间。

在一些实施例的步骤S100中，三电平软启动电路启动前，需要将预设飞跨电容、预设输入电容和预设输出电容预充电至合适电压，以避免功率器件存在过压问题。控制指令指的是上位机下发的工步指令，即控制电路工作状态的指令，该控制指令用于对三电平软启动电路的预设飞跨电容、预设输入电容和预设输出电容进行充电控制。具体地，三电平软启动电路中的DSP芯片存储了软启动控制程序，三电平软启动电路接收到上位机下发的工步指令后，开始运行存储在DSP芯片中的软启动控制程序。

请参照图5，在一些实施例中，步骤S200可以包括但不限于步骤S210至步骤S230：

步骤S210，响应于控制指令，闭合第二继电器、第一开关模块和第四开关模块，使电源模块、第二继电器模块、第一开关模块的第一MOS管、预设飞跨电容和第四开关模块之间形成第一电流回路，使电源模块、第二继电器模块和预设输入电容之间形成第二电流回路。

步骤S220，通过第一电流回路对预设飞跨电容进行第一充电，得到第一电压。

步骤S230，通过第二电流回路对预设输入电容进行第二充电，得到第二电压。

在一些实施例的步骤S210中，预设飞跨电容CF在三电平软启动电路里所起的作用是钳位。当预设飞跨电容CF的电压为零时，预设飞跨电容CF就失去了钳位意义，此时闭合的MOS管需要承受电源模块全部的Vin耐压。在高压应用时(例如VIN＝1800V)对于开关管即MOS管的耐压要求太高，不利于物料选型和成本控制，因此预设飞跨电容CF需要在第一步预充软起。预设输入电容Cin在三电平软启动电路里所起的作用是做输入直流电压母线的支撑和滤波。当预设输入电容Cin的电压为零时，第一继电器RLY1闭合会产生不可控的冲击电流损坏回路器件，所以在对预设飞跨电容CF充电的同时也需要对预设输入电容Cin进行充电。

响应于控制指令，闭合第二继电器RLY2、第一开关模块的第一MOS管和第四开关模块的第一MOS管，通过第二继电器RLY2、第一开关模块S1的第一MOS管和第四开关模块S4的第一MOS管的闭合，使电源模块Vin、第一开关模块的第一MOS管、预设飞跨电容CF和第四开关模块之间形成第一电流回路。通过第二继电器RLY2的闭合，使电源模块Vin、第二继电器RLY2、第一软起电阻RS1和预设输入电容Cin之间形成第二电流回路。可以理解的是，闭合第一MOS管指的是通过驱动模块使第一MOS管导通，断开第一MOS管指的是通过驱动模块使第一MOS截止。

第一电流回路和第二电流回路如图6所示，电流流经电源模块Vin的电源正极、第二继电器RLY2、第一软起电阻RS1、第一开关模块S1的第一MOS管、预设飞跨电容CF和第四开关模块S4，再回到电源模块Vin的电源负极，形成第一电流回路。电流流经电源模块Vin的电源正极、第二继电器RLY2、第一软起电阻RS1和预设输入电容Cin，再回到电源模块Vin的负极，形成第二电流回路。

当电路开始给预设输入电容Cin充电，闭合第二继电器RLY2时，此时预设输入电容Cin的电压与电源模块Vin的输入电压相差较大，此时第一软起电阻RS1进行限流分压，避免预设输入电容Cin与电源模块两者的电位差相差过大导致预设输入电容Cin产生冲击电流将第二继电器RLY2损坏。

在预设输入电容Cin保持高电压的情况下，若此时闭合第一开关模块S1、第四开关模块S4，预设飞跨电容会因为与输入电容Cin有较大电位差产生冲击电流进而损坏继电器，此时第二软起电阻RS2起到分压的作用从而保护电路回路元器件。

在一些实施例的步骤S220中，电源模块Vin根据第一电流回路给预设飞跨电容CF充电，该充电过程中预设飞跨电容CF获得的电压即为第一电压。

在一些实施例的步骤S230中，电源模块Vin根据第二电流回路给预设输入电容Cin充电，该充电过程中预设输入电容Cin获得的电压即为第二电压。

通过上述步骤S210至步骤S230，能够对预设飞跨电容CF和预设输入电容Cin充电，使预设飞跨电容CF和预设输入电容Cin能够被预充至合适电压。在对预设飞跨电容CF充电的同时对预设输入电容Cin充电，能够节省一定的软启动时间。

请参照图7，在一些实施例中，步骤S300可以包括但不限于步骤S310和步骤S320：

步骤S310，若所述第一电压等于所述第一预设电压阈值，断开所述第一开关模块和所述第四开关模块，使所述第一电流回路断开。

步骤S320，通过所述第二电流回路对所述预设输入电容进行所述第三充电，得到所述第三电压。

在一些实施例的步骤S310中，第一预设电压阈值为电源模块Vin电压值的一半，即第一预设电压阈值为电源模块输入电压的中间对称点。将第一预设电压阈值设置为电源模块Vin电压值的二分之一，使得电路拓扑上下桥臂开关管能够各自钳位到二分之一的输入电压，且上下桥臂开关管所承受的耐压均匀对称。若选择不对称的电压点会导致上下桥臂一边的开关管称承受较低的耐压，另一边开关管承受较高的耐压，不利于器件选型。此外，通过将第一预设电压设置为Vin/2，第一开关模块S1、第二开关模块S2、第三开关模块S3和第五开关模块S5的第一MOS管都承受一样的电压，可以降低第一开关模块S1、第二开关模块S2、第三开关模块S3和第五开关模块S5的耐压选型和控制成本，有利于器件选型。

若第一电压等Vin/2，断开第一开关模块S1和第四开关模块S4，使第一电流回路断开，停止对预设飞跨电容CF的充电。第一电流回路断开时，预设输入电容Cin已经预充了一部分电压，此时预设输入电容Cin的第二电压V(t)可以根据公式(1)计算：

其中，Vin是电源模块的输入电压值，RS1为第一软起电阻的电阻值，Cin为输入电容的电容容量，t为从开始充电到断开第一电流回路的时间。

在一些实施例的步骤S320中，在断开第一电流回路后，此时三电平软启动电路中的电流流向情况如图8所示，电流路径与上述第二电流回路的电流路径相同，在此不再赘述。电源模块Vin根据第二电流回路在第二电压的基础上，继续对预设输入电容Cin充电，该充电过程中预设输入电容Cin获得的电压即为第三电压。

通过上述步骤S310至步骤S320，能够根据第一预设电压阈值与预设飞跨电容CF的电压值判断是否完成对预设飞跨电容CF的软起充电，当完成对预设飞跨电容CF的软起充电后保持第二继电器RYL2的闭合使得电路继续对预设输入电容Cin充电。

请参照图9，在一些实施例中，步骤S400包括但不限于步骤S410至步骤S440：

步骤S410，若第三电压等于第二预设电压阈值，比对预设输出电压与第一预设电压阈值。

步骤S420，若预设输出电压大于第一预设电压阈值，则闭合第一继电器、第一开关模块和第三开关模块，使得电源模块、第一继电器、第一开关模块、预设飞跨电容、第三开关模块和预设输出电容之间形成第三电流回路。

步骤S430，通过第三电流回路对预设输出电容进行中间充电，以使输出电容电压变为候选电压。

步骤S440，根据候选电压和第一预设电压阈值对预设输出电容进行第四充电，以使输出电容电压由候选电压变为目标电压。

在一些实施例的步骤S410中，第二预设电压阈值为电源模块Vin的电压值，预设输出电压Vo为实际应用场景中需要输出的电压值。RCD辅助分压网络输出电容有固定分压，无法满足输出可调的需求，在新能源电池领域中输出电压常常需要可调节才能满足，该技术无法满足要求。为了使预设输出电容的电压可调，本申请实施例引入预设输出电压。让预设输入电容Cin的电压趋近电源模块Vin的电压，是为了减小预设输入电容Cin和电源模块Vin之间的电压差，为第一继电器RLY1的闭合做准备，使得闭合第一继电器RLY1后对预设输入电容Cin产生的冲击电流较小，避免了电路元器件的损坏。

需要说明的是，当第三电压等于第二预设电压阈值时，控制第二继电器RLY2断开，停止对预设输入电容Cin充电，开始对预设输出电容Co充电。若预设输入电容Cin预充结束后第二继电器RLY2持续接通，则第一软起电阻RS1做预充软起使用时会持续消耗能量，影响三电平软启动电路的功率效率，进而延长后续给预设输出电容Co充电的时间。

预设输出电容Co在电路中的主要作用是做输出直流电压母线的支撑和滤波。若预设输出电容Co与预设输出电压Vo之间的电压差较大，则电路闭合第三继电器RLY3给预设负载进行输出功率时，会产生不可控的冲击电流损坏回路器件，因此需要将预设输出电容Co的电压预充至预设输出电压Vo。

在一些实施例的步骤S420中，若预设输出电压大于第一预设电压阈值，则闭合第一继电器RLY1、第一开关模块S1的第一MOS管和第三开关模块S3的第一MOS管，使得电源模块Vin、第一继电器RLY1、第一开关模块S1的第一MOS管、预设飞跨电容CF、第三开关模块S3的第一MOS管和预设输出电容Co之间形成第三电流回路。第三电流回路如图10所示，电流流经电源模块Vin的电源正极、第一继电器RLY1、第一开关模块S1的第一MOS管、预设飞跨电容CF、第三开关模块S3的第一MOS管、预设电感L1和预设输出电容Co，再回到电源模块Vin的电源负极，形成第三电流回路。

在一些实施例的步骤S430中，电源模块Vin根据第三电流回路给预设输出电容Co充电，该充电过程中预设输出电容Co获得的电压即为候选电压。

在一些实施例的步骤S440中，根据候选电压和第一预设电压阈值对预设输出电容Co进行第四充电，以使输出电容电压由候选电压变为目标电压。按照图10所体现的第三电流回路，预设飞跨电容CF与预设输出电容Co为串联关系，要保证预设飞跨电容CF的电压为Vin/2，则预设输出电容Co的电压不能够超过Vin/2，当预设输出电压Vo大于Vin/2时，只让电源模块Vin根据第三电流回路给预设输出电容Co充电无法使预设输出电容Co的电压值接近预设输出电压Vo的电压值，该方法步骤可以让预设输出电容Co的电压先充电到候选电压，进而再通过第四电流回路让预设输出电容Co的电压接近预设输出电压Vo，进而完成预设输出电容Co的充电。

通过上述步骤S410至步骤S440，能够根据第二预设电压阈值与预设输入电容Cin的电压值判断是否完成对预设输入电容Cin的软起充电，然后根据实际需要输出的电压值确定电路的执行相应充电操作，能够保证预设输出电容Co的正常充电。

请参照图11，在一些实施例中，步骤S440可以包括但不限于步骤S441至步骤S442：

步骤S441，若候选电压等于第一预设电压阈值，断开第三开关模块，闭合第二开关模块，使得电源模块、第一继电器、第一开关模块、第二开关模块和预设输出电容之间形成第四电流回路。

步骤S442，通过第四电流回路对预设输出电容进行第四充电，得到目标电压。

在一些实施例的步骤S441中，若候选电压等于第一预设电压阈值Vin/2，说明预设输出电容的电压从0V开始预充软起充电到Vin/2，断开第三开关模块S3，闭合第二开关模块S2，使得电源模块Vin、第一继电器RLY1、第一开关模块S1、第二开关模块S2和预设输出电容Co之间形成第四电流回路。第四电流回路如图12所示，电流流经电源模块Vin的电源正极、第一继电器RLY1、第一开关模块S1的第一MOS管、第二开关模块S2的第一MOS管、预设电感L1和预设输出电容Co，再回到电源模块Vin的电源负极，形成第四电流回路。

在一些实施例的步骤S442中，电源模块Vin根据第四电流回路给已有候选电压的预设输出电容Co充电，目标电压为预设输出电容Co的电压。当目标电压等于预设输出电容的电压设定值(预设输出电压Vo)时，说明预设输出电容Co与预设负载之间的电压差趋近于零，则闭合第三继电器RLY3开始对负载输出功率。

通过上述步骤S441至步骤S442，能够控制电流回路将电源模块Vin与预设输出电容Co串联，使得电源模块Vin能够给预设输出电容Co充电，使预设输出电容Co的电压值能够趋近预设输出电压Vo。

请参照图13，在本申请的另一些实施例中，在步骤S410之后，充电方法包括但不限于步骤S510至步骤S520：

步骤S510，若预设输出电压小于或者等于第一预设电压阈值，则闭合第一继电器、第一开关模块和第三开关模块，使得电源模块、第一继电器、第一开关模块、预设飞跨电容、第三开关模块和预设输出电容之间形成第五电流回路。

步骤S520，通过第五电流回路对预设输出电容进行第五充电，得到目标电压。

在一些实施例的步骤S510中，若预设输出电压Vo小于或者等于第一预设电压阈值Vin/2，则闭合第一继电器RLY1、第一开关模块S1和第三开关模块S3，使得电源模块Vin、第一继电器RLY1、第一开关模块S1、预设飞跨电容CF、第三开关模块S3和预设输出电容Co之间形成第五电流回路，第五电流回路如图10所示。第五电流回路与第三电流回路相同，第三电流回路的具体电流路径已在上述描述中详细介绍，在此不再赘述。

在一些实施例的步骤S520中，通过第五电流回路对预设输出电容进行第五充电，得到目标电压。当目标电压等于预设输出电容的电压设定值时，电路将闭合第三继电器RLY3。闭合第三继电器RLY3之后，电路开始对负载输出功率。预设输出电容Co在电路中的主要作用是做输出直流电压母线的支撑和滤波，若预设输出电容Co与实际应用场景中需要输出的电压值，也就是预设输出电压Vo有较大的压差，则将第三继电器RLY3闭合时预设输出电容Co会产生不可控的冲击电流损坏电路元器件。

通过上述步骤S510至步骤S520，能够根据第一预设电压阈值与预设输出电压确定电路控制相应继电器和MOS管闭合，形成特定的的电流回路给预设输出电容Co充电，保证预设输出电容Co充电到预设的电压值。

在一些实施例中，需要检测元器件的电压值，并将其与预设电压阈值比对，根据比对结果发出相应的指令，控制相应第一MOS管和继电器进行断开闭合，该控制流程可以是在需要检测电压值的元器件两端做电压采集，通过采样电阻衰减和运放的放大后给到DSP芯片中负责AD数据采集的端口，进行电压值的比对，再通过DSP嵌入式软件编程控制，DSP芯片发出与比对结果相应指令，完成控制流程。

在高压双向功率变换器的输入电容电压不为零的时候也可以实现给飞跨电容充电，直接跳过大量的输入电容放电时间，快速响应上位机工步下发指令，输出电容通过开关管闭环控制实现预充软起，不额外引入其他辅助线路，设计简洁。在高压双向功率变换器正常工作时，预充软起辅助电路不参与回路工作，不会引起额外的损耗和发热，有利于提升模块的效率。相较于图1和2的技术方案，可以节省掉4颗高压二极管，无需使用大纹波电流的电容，飞跨电容预充软起开关管即第四开关模块S4可以选择跟主拓扑中第一开关模块S1、第二开关模块S2、第三开关模块S3以及第五开关模块S5相同的耐压等级，从成本角度考虑本申请实施例的三电平软启动电路更优，从PCB设计角度看，本方案占用PCB空间更小。

本申请实施例还提供了充电装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项上述充电方法的步骤。该充电装置通过指令控制第一MOS管、第二MOS管和继电器开关闭合改变电流流向，给预设飞跨电容、预设输入电容和预设输出电容充电，依次得到预设电压值，完成软启动充电。

计算机程序被存储在存储器中，处理器执行至少一个计算机程序以实现本公开实施上述的充电方法。该充电装置可以为包括手机、平板电脑、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)、车载电脑等任意智能终端。

下面结合图14对本申请实施例的充电装置进行详细介绍。

请参照图14，图14示意了另一实施例的充电装置的硬件结构，充电设备包括：

处理器1410，可以采用通用的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本公开实施例所提供的技术方案；

存储器1420，可以采用只读存储器(Read Only Memory，ROM)、静态存储设备、动态存储设备或者随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等形式实现。存储器1420可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1420中，并由处理器1410来调用执行本公开实施例的充电方法；

输入/输出接口1430，用于实现信息输入及输出；

通信接口1440，用于实现本设备与其他设备的通信交互，可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信；

总线1450，在设备的各个组件(例如处理器1410、存储器1420、输入/输出接口1430和通信接口1440)之间传输信息；

其中处理器1410、存储器1420、输入/输出接口1430和通信接口1440通过总线1450实现彼此之间在设备内部的通信连接。

本申请实施例还提供了一种存储介质，存储介质为计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现任一项上述充电方法的步骤。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本领域技术人员可以理解的是，图中示出的技术方案并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的步骤，或者组合某些步骤，或者不同的步骤。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

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。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括多指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序的介质。

以上参照附图说明了本公开实施例的优选实施例，并非因此局限本公开实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本公开实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本公开实施例的权利范围之内。

Claims (10)

1.三电平软启动电路，其特征在于，所述电路包括：

电源模块；

继电器模组，所述继电器模组包括第一继电器模块和第二继电器模块；所述第一继电器模块包括第一继电器，所述第二继电器模块包括第二继电器和第一软起电阻，所述第二继电器和所述第一软起电阻串联；所述第一继电器和所述第二继电器模块并联，所述第一继电器的第一端与所述电源模块连接，所述第一继电器的第二端与预设输入电容连接；

开关模组，所述开关模组包括第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块和第四开关模块；所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述第三开关模块相同；所述第一开关模块的第一端与所述第一继电器连接，所述第一开关模块的第二端分别与所述第二开关模块和预设飞跨电容连接；所述第二开关模块分别与所述第三开关模块和预设电感连接，所述预设电感与预设输出电容连接；所述第三开关模块分别与所述预设飞跨电容和所述第四开关模块连接；

所述第一开关模块包括第一MOS管和稳压单元，所述第一MOS管和所述稳压单元并联，所述稳压单元包括稳压电阻和稳压电容，所述稳压电阻和所述稳压电容串联；所述稳压单元用于吸收所述第一MOS管导通时产生的尖峰电压；所述第四开关模块包括第二MOS管和第二软起电阻，所述第二MOS管和所述第二软起电阻串联。

2.根据权利要求1所述的三电平软启动电路，其特征在于，所述继电器模组还包括第三继电器模块，所述第三继电器模块的第一端与所述预设输出电容连接，所述第三继电器模块的第二端与预设负载连接，所述第三继电器模块用于控制所述预设输出电容给所述预设负载输出功率。

3.充电方法，用于为权利要求1至2任一项所述的三电平软启动电路充电，其特征在于，所述充电方法包括：

接收控制指令；

响应于所述控制指令，对所述预设飞跨电容进行第一充电，以使所述预设飞跨电容的当前飞跨电压为第一电压，对所述预设输入电容进行第二充电，以使所述预设输入电容的当前输入电容电压为第二电压；

根据所述第一电压和第一预设电压阈值对所述预设输入电容进行第三充电，以使所述当前输入电容电压由所述第二电压变为第三电压；

根据所述第三电压、所述第一预设电压阈值、第二预设电压阈值和预设输出电压对所述预设输出电容进行充电，以使所述预设输出电容的当前输出电容电压为目标电压；所述第二预设电压阈值为所述第一预设电压阈值的二倍，所述预设输出电压为所述预设输出电容的电压设定值。

4.根据权利要求3所述的充电方法，其特征在于，所述响应于所述控制指令，对所述预设飞跨电容进行第一充电，以使所述预设飞跨电容的当前飞跨电压为第一电压，对所述预设输入电容进行第二充电，以使所述预设输入电容的当前输入电容电压为第二电压，包括：

响应于所述控制指令，闭合所述第二继电器、所述第一开关模块和所述第四开关模块，使所述电源模块、所述第二继电器模块、所述第一开关模块的第一MOS管、所述预设飞跨电容和所述第四开关模块之间形成第一电流回路，使所述电源模块、所述第二继电器模块和所述预设输入电容之间形成第二电流回路；

通过所述第一电流回路对所述预设飞跨电容进行所述第一充电，得到所述第一电压；

通过所述第二电流回路对所述预设输入电容进行所述第二充电，得到所述第二电压。

5.根据权利要求3所述的充电方法，其特征在于，所述根据所述第一电压和第一预设电压阈值对所述预设输入电容进行第三充电，以使所述当前输入电容电压由所述第二电压变为第三电压，包括：

若所述第一电压等于所述第一预设电压阈值，断开所述第一开关模块和所述第四开关模块，使所述第一电流回路断开；

通过所述第二电流回路对所述预设输入电容进行所述第三充电，得到所述第三电压。

6.根据权利要求3所述的充电方法，其特征在于，所述根据所述第三电压、所述第一预设电压阈值、第二预设电压阈值和预设输出电压对所述预设输出电容进行充电，以使所述预设输出电容的当前输出电容电压为目标电压，包括：

若所述第三电压等于所述第二预设电压阈值，比对所述预设输出电压与所述第一预设电压阈值；

若所述预设输出电压大于所述第一预设电压阈值，则闭合所述第一继电器、所述第一开关模块和所述第三开关模块，使得所述电源模块、所述第一继电器、所述第一开关模块、所述预设飞跨电容、所述第三开关模块和所述预设输出电容之间形成第三电流回路；

通过所述第三电流回路对所述预设输出电容进行中间充电，以使所述输出电容电压变为候选电压；

根据所述候选电压和所述第一预设电压阈值对所述预设输出电容进行第四充电，以使所述输出电容电压由候选电压变为所述目标电压。

7.根据权利要求6所述的充电方法，其特征在于，所述根据所述候选电压和所述第一预设电压阈值对所述预设输出电容进行第四充电，以使所述输出电容电压由候选电压变为所述目标电压，包括：

若所述候选电压等于所述第一预设电压阈值，断开所述第三开关模块，闭合所述第二开关模块，使得所述电源模块、所述第一继电器、所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述预设输出电容之间形成第四电流回路；

通过所述第四电流回路对所述预设输出电容进行所述第四充电，得到所述目标电压。

8.根据权利要求3所述的充电方法，其特征在于，所述根据所述第三电压、所述第一预设电压阈值、第二预设电压阈值和预设输出电压对所述预设输出电容进行充电，以使所述预设输出电容的当前输出电容电压为目标电压，包括：

若所述预设输出电压小于或者等于所述第一预设电压阈值，则闭合所述第一继电器、所述第一开关模块和所述第三开关模块，使得所述电源模块、所述第一继电器、所述第一开关模块、所述预设飞跨电容、所述第三开关模块和所述预设输出电容之间形成第五电流回路；

通过所述第五电流回路对所述预设输出电容进行第五充电，得到所述目标电压。

9.充电装置，其特征在于，所述充电装置包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求3至8任一项所述的充电方法。

10.计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求3至8中任一项所述的充电方法。