CN219760857U - 缓启动电路、供电电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请适用于供电技术领域，提供了一种缓启动电路、供电电路及电子设备，通过将限流单元、第一开关单元和第二开关单元连接在供电电源的负极输入端和电容滤波单元之间。在预充过程中，第一开关单元和第二开关单元处于截止状态，此时，供电电源、电容滤波单元、限流单元以及第一开关单元的体二极管形成预充回路，实现对电容滤波单元的预充。在完成预充后，控制单元会输出导通信号以使得第一开关单元和第二开关单元处于导通状态，进而退出预充；此时，电路中的纹波电流经过电容滤波单元的滤波后即进入电压变换单元的接地端，具有较短的路径即可迅速到地，具有较好的滤波效果，整个缓启动电路均不会参与到滤波过程，不会影响滤波性能。

Description

缓启动电路、供电电路及电子设备

技术领域

本申请属于供电技术领域，尤其涉及缓启动电路、供电电路及电子设备。

背景技术

在电源设备中大多设有电解电容以实现电压变换电路中电能的稳定输出，例如，在利用太阳能为最大功率点跟踪(MPPT)电路供电时，为了使得MPPT电路可以稳定启动，通常会在太阳能输入端与MPPT电路之间并联一排电解电容。同时，电源设备中还会设有预充电路，以避免在充电时电容受到大电流冲击。

然而，相关技术中，在预充电路断开，由电源设备为电压变换电路供电时，电解电容的滤波性能会变差，影响电压变换电路的稳定性。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种缓启动电路、供电电路及电子设备，以解决相关技术中，电压变换电路的滤波性能较差，影响电压变换电路的稳定性的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种缓启动电路，与电压变换电路连接，所述电压变换电路包括电容滤波单元和电压变换单元，所述缓启动电路包括第一开关单元、第二开关单元、限流单元和控制单元；

所述第一开关单元的第一端用于连接供电电源的负极输入端，所述第一开关单元的第二端用于连接所述第二开关单元的第二端，所述第二开关单元的第一端分别连接所述电容滤波单元的第二端和所述电压变换单元的接地端；

所述限流单元连接在所述第二开关单元的第一端和第二端之间；

所述控制单元与所述第一开关单元和所述第二开关单元的控制端连接；

其中，所述第一开关单元和所述第二开关单元在未收到导通信号时，处于截止状态，以使得所述供电电源、所述电容滤波单元、所述限流单元以及所述第一开关单元的体二极管形成预充回路；所述控制单元还用于在所述电容滤波单元的电压大于预充电压阈值时，输出导通信号至所述第一开关单元和所述第二开关单元；所述第一开关单元和所述第二开关单元在收到所述导通信号时处于导通状态，以旁路所述限流单元。

在其中一个实施例中，所述第一开关单元包括第一开关管和第一电阻；

所述第一开关管的控制端与所述第一电阻的第一端和所述控制单元的输出端连接，所述第一开关管的第二端与所述第一电阻的第二端和所述第二开关单元的第二端连接，所述第一开关管的第一端与所述供电电源的负极输入端连接。

在其中一个实施例中，所述第二开关单元包括第二开关管、第二电阻以及第一电容；

所述第二开关管的控制端与所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端以及所述控制单元的输出端连接，所述第二开关管的第二端与所述第二电阻的第二端和所述第一电容的第二端连接，所述第二开关管的第一端与所述电容滤波单元的第二端连接。

在其中一个实施例中，所述限流单元包括至少一个电阻。

在其中一个实施例中，所述缓启动电路还包括输入限流单元；

所述输入限流单元的第一端与所述控制单元的输出端相连，所述输入限流单元的第二端分别与所述第一开关单元的控制端和所述第二开关单元的控制端连接。

在其中一个实施例中，所述输入限流单元包括至少一个电阻。

第二方面，本申请实施例提供了一种供电电路，该供电电路包括依次连接的电容滤波单元和电压变换单元，该供电电路还包括如第一方面所述的缓启动电路。

在其中一个实施例中，所述电压变换单元包括依次连接的降压电路和MPPT电路；

所述电解电容的第一端与供电输入端的正极、所述滤波电容的第一端以及所述电压变换单元的第一端连接，所述电解电容的第二端与所述缓启动电路的所述第二开关单元的第一端、所述滤波电容的第二端以及所述电压变换单元的第二端连接。

在其中一个实施例中，所述电压变换单元包括升压电路和降压电路中的至少一种电路。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括如第二方面所述的供电电路。

可以理解的是，上述第二方面和第三方面的有益效果可以参阅第一方面中的相关描述，此处不再赘述。

本申请通过将限流单元、第一开关单元和第二开关单元连接在供电电源的负极输入端和电容滤波单元之间。在预充过程中，第一开关单元和第二开关单元处于截止状态，此时，供电电源、电容滤波单元、限流单元以及第一开关单元的体二极管形成预充回路，实现对电容滤波单元的预充。在完成预充后，控制单元会输出导通信号以使得第一开关单元和第二开关单元处于导通状态，进而退出预充；此时，由于电容滤波单元同时连接电压变换单元的接地端，因此电路中的纹波电流经过电容滤波单元的滤波后即进入电压变换单元的接地端，具有较短的路径即可迅速到地，具有较好的滤波效果，在电容滤波单元发挥滤波作用时，整个缓启动电路均不会参与到滤波过程，不会影响滤波性能。

附图说明

为了更加清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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附图。

图1是本申请其中一个实施例提供的供电电路的整体结构示意图；

图2是本申请其中一个实施例提供的供电电路的具体结构示意图；

图3是本申请其中一个实施例提供的供电电路的具体结构示意图；

图4是本申请其中一个实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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，此处所述描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

最后，还需说明的是，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

在电源设备中大多设有电解电容以实现其电压变换电路的电能的稳定传输，例如，在利用太阳能为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)电路供电时，为了使得MPPT电路可以稳定启动，通常会在太阳能输入端与MPPT电路之间并联一排电解电容，这一排电解电容的作用是作为太阳能发电板(Photovoltaic，PV)的输入滤波电容。同时，电源设备中还会设有预充电路，以避免在充电时电容受到大电流冲击。

然而，在相关技术中在预充电路断开，由电源设备为电压变换电路供电时，电解电容的滤波性能会变差，影响电压变换电路的稳定性。

针对上述缺陷，本申请实施例提供了一种缓启动电路，下面通过具体实施例介绍本申请实施例提供的缓启动电路的整体结构。

请参阅图1，该缓启动电路110应用于供电电路100以替换传统的预充电电路以解决上述技术问题。供电电路100包括缓启动电路110和电压变换电路120，电压变换电路120包括电容滤波单元122和电压变换单元124。缓启动电路110、电容滤波单元122和电压变换单元124依次连接。

该缓启动电路110包括：第一开关单元112、第二开关单元114、限流单元116和控制单元118。

其中，第一开关单元112的第一端用于连接供电电源的负极输入端PV-，第一开关单元112的第二端用于连接第二开关单元114的第二端，第二开关单元114的第一端分别连接电容滤波单元122的第二端和电压变换单元124的接地端。限流单元116连接在第二开关单元114的第一端和第二端之间。控制单元118与第一开关单元112和第二开关单元114的控制端连接。第一开关单元112和第二开关单元114在未收到导通信号时，处于截止状态，以使得供电电源、电容滤波单元122、限流单元116以及第一开关单元112的体二极管形成预充回路；控制单元118还用于在电容滤波单元122的电压大于预充电压阈值时，输出导通信号至第一开关单元112和第二开关单元114。第一开关单元112和第二开关单元114在收到导通信号时处于导通状态，以旁路限流单元116。

本申请的缓启动电路110对电容滤波单元122进行预充，在预充到预充电压阈值之后，再断开预充电路，利用供电电源为电子设备进行供电，避免供电电源刚接入时的大电流对电子设备输入端的电容滤波单元122以及后级电路造成冲击。预充电压阈值在电容滤波单元122的满电电压值的10％至90％之间，可以根据具体实施例而取值，本申请对此不作限定。

对电容滤波单元122的预充主要通过控制单元118输出的控制信号进行控制，控制单元118包括MCU(Micro controller Unit，微控制单元)，例如可以是单片机。控制单元118可以是包含供电电路100的电子设备中的主控芯片。示例性的，控制单元118在其输出端输出关断信号或导通信号，当需要预充时，通过控制单元118输出一个关断信号，可以控制第一开关单元112和第二开关单元114都处于截止状态。此时，通过供电电源输入的电能在给电容滤波单元122进行充电时，会通过限流单元116和第一开关单元112的体二极管，利用限流单元116进行限流后再到达电容滤波单元122。具体的预充路径是：供电电源的正极输入端PV+、电容滤波单元122、限流单元116以及第一开关单元112的体二极管，最后传输至供电电源的负极输入端PV-。通过限流单元116限制供电电源输入的电流，可以避免供电电源输入的电流对电容滤波单元122造成冲击，避免电压变换单元124中的元件损坏。当预充一定时间后，控制单元118通过采样电路采样电容滤波单元122两端的电压，在电容滤波单元122两端的电压大于预充电压阈值时，可以通过控制单元118输出导通信号。导通信号可以控制第一开关单元112和第二开关单元114都处于导通状态，此时，可以将限流单元116旁路，这样就可以退出预充，供电电源输入的电能可以传输至电压变换单元124，来为电子设备进行供电，此时电能不经过限流单元116，不会因为限流单元116带来额外的功耗。其中，本申请的供电电源可以是太阳能发电板、储能电池等直流电源，也可以是市电、交流发电机等交流电源。

通过本实施例，将限流单元116、第一开关单元112和第二开关单元114连接在供电电源的负极输入端PV-和电容滤波单元122之间。在预充过程中，第一开关单元112和第二开关单元114处于截止状态，此时，供电电源、电容滤波单元122、限流单元116以及第一开关单元112的体二极管形成预充回路，实现对电容滤波单元122的预充。在完成预充后，控制单元118会输出导通信号以使得第一开关单元112和第二开关单元114处于导通状态，将限流单元116旁路，进而退出预充。此时，由于电容滤波单元122同时连接电压变换单元124的接地端，因此电路中的纹波电流经过电容滤波单元122的滤波后即进入电压变换单元124的接地端，具有较短的路径即可迅速到地，且阻抗低，具有较好的滤波效果。在预充完成后，供电电源为电压变换单元124供电时，电容滤波单元122发挥滤波作用，整个缓启动电路110均不会参与到滤波过程，特别是本申请的第一开关单元112和第二开关单元114均不会参与到滤波的过程中，不会影响滤波性能，可以提高电压变换电路120的稳定性。

下面通过具体实施例介绍本申请实施例提供的缓启动电路110的具体结构。请参阅图2，本申请实施例提供的供电电路的具体结构示意。本申请的第一开关单元112包括第一开关管Q1和第一电阻R1。其中，第一开关管Q1的控制端与第一电阻R1的第一端和控制单元118的输出端连接，第一开关管Q1的第二端与第一电阻R1的第二端和第二开关单元114的第二端连接，第一开关管Q1的第一端与供电电源的负极输入端PV-连接。

在一些实施例中，第一开关管Q1是NMOS管，第一开关管Q1的控制端对应NMOS管的漏极，第一开关管Q1的第二端对应NMOS管的源极，第一开关管Q1的控制端对应于NMOS管的栅极。利用第一电阻R1可以有效防止第一开关管Q1误导通。第一开关管Q1是缓启动电路110的主开关，在未收到控制单元118的导通信号时处于截止状态，使供电电源、电容滤波单元122、限流单元116以及第一开关管Q1的体二极管形成预充回路。其中，第一开关管Q1的体二极管存在于第一开关管Q1对应的MOS管的内部，可以在MOS管处于截止状态时导通，让电流流过MOS管。在预充完毕时，即电容滤波单元122的电压大于预充电压阈值时，第一开关管Q1收到控制单元118的导通信号，此时，第一开关管Q1处于导通状态。因此，第一开关管Q1可以与第二开关单元114配合，将限流单元116旁路，从而将供电电源输入的电能传输至电压变换单元124，通过电压变换单元124进行电压变换后，以实现为后级的电路进行供电。

如图2所示，第二开关单元114包括第二开关管Q2、第二电阻R2以及第一电容C1。其中，第二开关管Q2的控制端与第二电阻R2的第一端、第一电容C1的第一端以及控制单元118的输出端连接，第二开关管Q2的第二端与第二电阻R2的第二端和第一电容C1的第二端连接，第二开关管Q2的第一端与电容滤波单元122的第二端连接。

在一些实施例中，第二开关管Q2是NMOS管，第二开关管Q2的控制端对应NMOS管的漏极，第二开关管Q2的第二端对应NMOS管的源极，第二开关管Q2的控制端对应于NMOS管的栅极。利用第二电阻R2和第一电容C1可以有效防止第二开关管Q2误导通，而且还可以起到滤波效果，避免控制单元118输入的控制信号对第二开关管Q2造成冲击。第二开关管Q2是缓启动电路110的预充开关，在未收到控制单元118的导通信号时处于截止状态，使供电电源、电容滤波单元122、限流单元116以及第一开关管Q1的体二极管形成预充回路。在预充完毕时，即电容滤波单元122的电压大于预充电压阈值时，第二开关管Q2收到控制单元118的导通信号，此时，第二开关管Q2处于导通状态，因此，第二开关管Q2可以与第一开关管Q1配合，将限流单元116旁路，从而将PV输入的电能传输至电压变换单元124，通过电压变换单元124进行电压变换后，以实现为后级的电路进行供电。需要说明的是，本申请的第一开关管Q1和第二开关管Q2都使用N沟道MOS管，可以实现一个控制单元118的一个导通信号可以同时控制第一开关单元112和第二开关单元114的导通，以及一个控制单元118的一个关断信号可以同时控制第一开关单元112和第二开关单元114的关断，因此，可以简化电路的结构。另外，还可以在第一开关管Q1和第二开关管Q2均截止，由缓启动电路110对电容滤波单元122进行预充电时，通过第一开关管Q1的体二极管来形成预充回路，结构较为简单，实用性较强。

在一些实施例中，限流单元116包括至少一个预充电阻。在一个实施例中，如图2所示，限流单元116包括第三电阻R3和第四电阻R4。第三电阻R3连接在第二开关管Q2的两端，第四电阻R4和第三电阻R3并联。预充电阻的数量和阻值大小取决于供电电源输入功率的大小，主要是为了限制供电电源输入的电流，避免供电电源输入的电流对电容滤波单元122造成冲击，避免电容滤波单元122受到冲击，避免电压变换单元124中的元件损坏。

如图2所示，在一些实施例中，缓启动电路110还包括输入限流单元，输入限流单元的第一端与控制单元118的输出端相连，输入限流单元的第二端与第一开关单元112和第二开关单元114的控制端连接。

输入限流单元可以限制第一开关单元112和第二开关单元114的控制端的输入电流，并抑制第一开关单元112和第二开关单元114的控制端的寄生电容和由电线产生的寄生电感形成LC振荡电路后产生的振荡，对第一开关单元112和第二开关单元114起到保护作用。

其中，输入限流单元包括至少一个电阻。在一个示例中，如图2所示，输入限流单元包括第五电阻R5。其中，第五电阻R5的第一端与控制单元118的输出端相连，第五电阻R5的第二端分别与第一开关管Q1的控制端和第二开关管Q2的控制端连接。

本申请实施例提供了一种供电电路100，请参阅图2，该供电电路100包括缓启动电路110、电容滤波单元122以及电压变换单元124。

在供电电路100中，缓启动电路110的限流单元116、第一开关单元112和第二开关单元114连接在供电电源的负极输入端PV-和电容滤波单元122之间。在预充过程中，第一开关单元112和第二开关单元114处于截止状态，此时，供电电源、电容滤波单元122、限流单元116以及第一开关单元112的体二极管形成预充回路，实现对电容滤波单元122的预充。在完成预充后，控制单元118会输出导通信号以使得第一开关单元112和第二开关单元114处于导通状态，将限流单元116旁路，进而退出预充；此时，由于电容滤波单元122同时连接电压变换单元124的接地端，因此电路中的纹波电流经过电容滤波单元122的滤波后即进入电压变换单元124的接地端，具有较短的路径即可迅速到地，且阻抗低，具有较好的滤波效果，在电容滤波单元122发挥滤波作用时，整个缓启动电路110均不会参与到滤波过程，不会影响滤波性能。因此，利用本申请的供电电路100，可以在完成预充后，避免缓启动电路110参与到滤波过程中，影响滤波性能。

在一些实施例中，供电电路100连接在供电电源和负载之间，供电电源通过供电电路对负载进行供电。示例性的，供电电源可以是太阳能发电板、储能电池等直流电源，也可以是市电、交流发电机等交流电源。

如图2所示，电容滤波单元122包括电解电容C2和C3以及滤波电容C4。

其中，电解电容C2和C3的第一端与供电电源正极输入端PV+、滤波电容C4的第一端以及电压变换单元124的第一端连接，电解电容C2和C3的第二端与缓启动电路110中的第二开关单元114的第一端、滤波电容C4的第二端以及电压变换单元124的第二端连接。滤波电容C4的第一端连接电压变换单元124的第一端，滤波电容C4的第二端连接电压变换单元124的第二端。

在一些实施例中，电解电容C2和C3用于滤除低频纹波，在供电电路100中的设置方式为并联，这种设置方式可以提升电容性能。滤波电容C4是并联在电解电容C2和C3旁边的一个小电容，主要是用于滤除供电电源的输入电流的高频波纹，并稳定供电电源输入的电压。

其中，电压变换单元124包括升压电路和降压电路中的至少一种电路。比如，电压变换单元124可以同时包括升降压(BOOST-BUCK)电路，也可以只包括升压电路或者只包括降压电路。

在一个实施例中，请参阅图3，本申请实施例提供的供电电路100的具体结构示意如图3所示，供电电源可以为太阳能输入，电压变换单元124包括依次连接的降压(BUCK)电路1242和MPPT电路(最大功率点跟踪电路)1244。太阳能用于为电子设备提供电能，降压(BUCK)电路1242用于降低太阳能提供的电压，MPPT电路1244用于对太阳能提供的电能进行控制并输出到后级电路中。MPPT电路1244可以使用MPPT控制器，MPPT控制器是太阳能充放电控制器的升级换代产品，MPPT控制器能够实时侦测太阳能发电板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。MPPT控制器应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能发电板、蓄电池以及负载的工作，它是光伏系统的大脑。

本申请实施例还提供了一种电子设备200，请参阅图4，本申请实施例提供的电子设备200的结构示意如图4所示，该电子设备200包括供电电路100和电池模块210，可以利用太阳能通过供电电路100来为电池模块210供电。

在一个实施例中，电子设备200可以是储能设备，电池模块210是储能设备中的电池。供电电源可以在连接储能设备后，通过本申请的供电电路100为储能设备中的电池进行充电。其中，储能设备可以在充电的同时连接负载，因此，供电电源也可以在连接储能设备后，通过本申请的供电电路100为储能设备中的电池进行充电的同时为储能设备上连接的负载进行供电。

在一个实施例中，电子设备200可以是自移动设备，供电电源可以在连接自移动设备后，通过本申请的供电电路100为自移动设备提供动力，以实现自移动设备的自行移动。

在一个实施例中，电子设备200还可以是其他的家用电器，例如可以是制冷设备等，本申请对此不作限制。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参阅其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种缓启动电路，其特征在于，与电压变换电路连接，所述电压变换电路包括电容滤波单元和电压变换单元，所述缓启动电路包括第一开关单元、第二开关单元、限流单元和控制单元；

所述第一开关单元的第一端用于连接供电电源的负极输入端，所述第一开关单元的第二端用于连接所述第二开关单元的第二端，所述第二开关单元的第一端分别连接所述电容滤波单元的第二端和所述电压变换单元的接地端；

所述限流单元连接在所述第二开关单元的第一端和第二端之间；

所述控制单元与所述第一开关单元和所述第二开关单元的控制端连接；

其中，所述第一开关单元和所述第二开关单元在未收到导通信号时，处于截止状态，以使得所述供电电源、所述电容滤波单元、所述限流单元以及所述第一开关单元的体二极管形成预充回路；所述控制单元还用于在所述电容滤波单元的电压大于预充电压阈值时，输出导通信号至所述第一开关单元和所述第二开关单元；所述第一开关单元和所述第二开关单元在收到所述导通信号时处于导通状态，以旁路所述限流单元。

2.如权利要求1所述的缓启动电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关管和第一电阻；

所述第一开关管的控制端与所述第一电阻的第一端和所述控制单元的输出端连接，所述第一开关管的第二端与所述第一电阻的第二端和所述第二开关单元的第二端连接，所述第一开关管的第一端与所述供电电源的负极输入端连接。

3.如权利要求1或2所述的缓启动电路，其特征在于，所述第二开关单元包括第二开关管、第二电阻以及第一电容；

所述第二开关管的控制端与所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端以及所述控制单元的输出端连接，所述第二开关管的第二端与所述第二电阻的第二端和所述第一电容的第二端连接，所述第二开关管的第一端与所述电容滤波单元的第二端连接。

4.如权利要求1所述的缓启动电路，其特征在于，所述限流单元包括至少一个电阻。

5.如权利要求1所述的缓启动电路，其特征在于，还包括输入限流单元；

所述输入限流单元的第一端与所述控制单元的输出端相连，所述输入限流单元的第二端分别与所述第一开关单元的控制端和所述第二开关单元的控制端连接。

6.如权利要求5所述的缓启动电路，其特征在于，所述输入限流单元包括至少一个电阻。

7.一种供电电路，包括依次连接的电容滤波单元和电压变换单元，其特征在于，还包括如权利要求1至6任一项所述的缓启动电路。

8.如权利要求7所述的供电电路，其特征在于，所述电压变换单元包括依次连接的降压电路和MPPT电路。

9.如权利要求7所述的供电电路，其特征在于，所述电压变换单元包括升压电路和降压电路中的至少一种电路。

10.一种电子设备，包括如权利要求7至9任一项所述的供电电路。