CN220358867U - 一种母线电容预充电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种母线电容预充电电路，涉及电容充电技术领域。母线电容预充电电路包括供电单元、MOS管、栅极电压调整单元以及电容单元；所述供电单元与所述MOS管的输入端连接，所述MOS管的输出端与所述电容单元连接，所述栅极电压调整单元分别与所述供电单元以及所述MOS管的栅极连接，其中，通过所述栅极电压调整单元调整所述MOS管的栅极的电压，使所述MOS管工作在饱和区。本实用新型实施例中，所述MOS管在饱和区时，其导通电流几乎只与栅极的电压有关，即栅极的电压不变，导通电流不变，从而能够有效抑制浪涌电流，避免整流器件损坏，同时可以通过调整MOS管的栅极的电压，提高MOS管的导通电流，使得电容单元具有较大充电电流，提高其充电效率。

Description

一种母线电容预充电电路

技术领域

本实用新型涉及电容充电技术领域，尤其涉及一种母线电容预充电电路。

背景技术

目前，很多电源电路中存在容量很大的母线电容，因为大容量母线电容的存在，在接通电源瞬间，电容两端电压不能突变，否则相当于电容两端短路，会产生一个很大的浪涌电流，浪涌电流超出整流器件的SOA(Safe Operating Area，安全工作区)，损坏整流器件，为此需要在上电端口增加抑制浪涌电流的电路。

在一部分存在大母线电容的电路中，普通的限流电阻软启电路，上电瞬间因为压差过大，会导致瞬间电流过大，虽然调整软启电阻可以解决冲击电流过大问题，但是因为后级母线电容过大，也会导致预充电时间过慢。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题是现有技术中，通过限流电阻抑制浪涌电流的方案，存在上电瞬间因为压差过大，会导致瞬间电流过大损坏整流器件，将限流电阻调大会导致充电速度较慢的问题。

为了解决上述问题，本实用新型实施例提出一种母线电容预充电电路，所述母线电容预充电电路包括：供电单元、MOS管、栅极电压调整单元以及电容单元；所述供电单元与所述MOS管的输入端连接，所述MOS管的输出端与所述电容单元连接，所述栅极电压调整单元分别与所述供电单元以及所述MOS管的栅极连接，其中，通过所述栅极电压调整单元调整所述MOS管的栅极的电压，使所述MOS管工作在饱和区。

其进一步的技术方案为，所述栅极电压调整单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及稳压器件，所述第一电阻分别与所述供电单元以及所述第二电阻连接，所述第二电阻与所述第三电阻连接，所述第三电阻接地，所述稳压器件的阴极分别与所述第一电阻和所述第二电阻连接，所述稳压器件的阳极接地，所述稳压器件的参考端分别与所述第二电阻和所述第三电阻连接。

其进一步的技术方案为，所述第二电阻和/或所述第三电阻为可调电阻。

其进一步的技术方案为，所述稳压器件的型号为TL431。

其进一步的技术方案为，所述MOS管为PMOS管，所述PMOS管的源极与所述电压源连接，所述PMOS管的漏极与所述电容单元连接，所述PMOS管的栅极与所述第二电阻连接。

其进一步的技术方案为，所述母线电容预充电电路还包括保护单元，所述保护单元分别与所述MOS管的输入端以及所述MOS管的栅极连接。

其进一步的技术方案为，所述保护单元包括稳压管，所述稳压管的阴极与所述MOS管的输入端连接，所述稳压管的阳极与所述MOS管的栅极连接。

其进一步的技术方案为，所述母线电容预充电电路还包括二极管，所述二极管的正极与所述MOS管的输出端连接，所述二极管的负极与所述电容单元连接。

其进一步的技术方案为，所述母线电容预充电电路还包括开关，所述供电单元通过开关与所述MOS管的输入端连接。

其进一步的技术方案为，所述电容单元包括多个相互并联的电容。

与现有技术相比，本实用新型实施例所能达到的技术效果包括：

本实用新型实施例中，所述MOS管在饱和区(恒流区)时，其导通电流几乎只与栅极的电压有关，即栅极的电压不变，导通电流不变，从而能够有效抑制浪涌电流，避免整流器件损坏，同时可以通过调整MOS管的栅极的电压，提高MOS管的导通电流，使得电容单元具有较大充电电流，提高其充电效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型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，对于本领域普通技术人员而言，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。

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明实施例提出的一种母线电容预充电电路的电路图。

图2为本发明实施例仿真时不同充电电流下电容单元的母线电压的输出波形图；

图3为本发明实施例仿真时不同的栅极电压下对应的电容单元的充电电流图；

图4为本发明实施例仿真时第三电阻不同的阻值对应的栅极电压图。

附图标记

栅极电压调整单元10、电容单元20、保护单元30。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型实施例。如在本实用新型实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

参见图1，本实用新型实施例提出一种母线电容预充电电路，该母线电容预充电电路包括：供电单元POWER、MOS管Q1、栅极电压调整单元10以及电容单元20；所述供电单元POWER与所述MOS管Q1的输入端连接，所述MOS管Q1的输出端与所述电容单元20连接，所述栅极电压调整单元10分别与所述供电单元POWER以及所述MOS管Q1的栅极连接，其中，通过所述栅极电压调整单元10调整所述MOS管Q1的栅极的电压，使所述MOS管Q1工作在饱和区。

供电单元POWER用于输出直流电，可具体为电池，或者其它电源模块，本实用新型不具体限定。MOS管Q1可具体为PMOS管Q1。栅极电压调整单元10调整所述MOS管Q1的栅极的电压，使所述MOS管Q1工作在饱和区。

所述MOS管Q1在饱和区(恒流区)时，其导通电流几乎只与栅极的电压有关，即栅极的电压不变，导通电流不变，从而能够有效抑制浪涌电流，避免整流器件损坏，同时可以通过调整MOS管Q1的栅极的电压，提高MOS管Q1的导通电流，使得电容单元20具有较大充电电流，提高其充电效率。

进一步地，所述栅极电压调整单元10包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及稳压器件U5，所述第一电阻R1分别与所述供电单元POWER以及所述第二电阻R2连接，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3连接，所述第三电阻R3接地，所述稳压器件U5的阴极分别与所述第一电阻R1和所述第二电阻R2连接，所述稳压器件U5的阳极接地，所述稳压器件U5的参考端分别与所述第二电阻R2和所述第三电阻R3连接。

所述第二电阻R2和/或所述第三电阻R3为可调电阻。即第二电阻R2为可调电阻，或者第三电阻R3为可调电阻，或者第二电阻R2和第三电阻R3同时为可调电阻。或者可以通过在第二电阻R2和第三电阻R3线路上通过串/并联来实现电阻的调节。

所述稳压器件U5的型号为TL431。

所述MOS管Q1为PMOS管Q1，所述PMOS管Q1的源极与所述电压源连接，所述PMOS管Q1的漏极与所述电容单元20连接，所述PMOS管Q1的栅极与所述第二电阻R2连接。

具体实施中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和稳压器件U5组成PMOS管Q1的栅极的电压调整电路，可以通过调整第二电阻R2或者第三电阻R3的阻值，实现对节点VG电压的控制。基于稳压器件U5的特性。节点VG的电压和第二电阻R2以及第三电阻R3的关系为：

VG＝VREF×(1+R2/R3)，其中，VG是指节点VG的电压，VREF为稳压器件U5的参考电压，R2为第二电阻R2的阻值，R3为第三电阻R3的阻值。

又由于上述电路图中PMOS管Q1的驱动电压VGS＝VG-VIN，VGS为PMOS管Q1的驱动电压，VG为节点VG的电压，VIN为节点VIN的电压，即供电单元POWER的输出电压。

通过调整节点VG电压，即可调整PMOS管Q1的驱动电压，进而控制PMOS管Q1的状态，让其工作在饱和区。通过微调第二电阻R2或者第三R3即可实现不同母线充电电流的效果。

进一步地，所述母线电容预充电电路还包括保护单元30，所述保护单元30分别与所述MOS管Q1的输入端以及所述MOS管Q1的栅极连接。保护单元30起到保护MOS管Q1的作用，避免其被击穿。

具体地，所述保护单元30包括稳压管ZD1，所述稳压管ZD1的阴极与所述MOS管Q1的输入端连接，所述稳压管ZD1的阳极与所述MOS管Q1的栅极连接。

进一步地，所述母线电容预充电电路还包括二极管D1，所述二极管D1的正极与所述MOS管Q1的输出端连接，所述二极管D1的负极与所述电容单元20连接。二极管起到电流单向流动的作用，避免电流倒灌回所述MOS管Q1，从而对MOS管Q1起到保护作用。

进一步地，所述母线电容预充电电路还包括开关SW1，所述供电单元POWER通过开关SW1与所述MOS管Q1的输入端连接。通过开关SW1可方便对所述母线电容预充电电路进行开启/关闭控制。

进一步地，所述电容单元20包括多个相互并联的电容。例如，本实施例中，电容单元20包括电容C1、电容C2以及电容C3。

电路仿真，仿真条件如下：

1、PMOS管Q1使用的是Fairchild的型号FDC5614P的PMOSFET

2、输入电压power＝18V

3、第一电阻R1＝1KΩ，第二电阻R2＝5.6kΩ。

此仿真结果是通过调整第三电阻R3得到的结果，仿真设置的变量为第三电阻R3，一共4个值，分别为470Ω、560Ω、820Ω和1000Ω。所得结果如图2-4所示，其中，图2为本发明实施例仿真时不同充电电流下电容单元的母线电压的输出波形图；图3为本发明实施例仿真时不同的栅极电压下对应的电容单元的充电电流图；图4为本发明实施例仿真时第三电阻不同的阻值对应的栅极电压图。

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细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，尚且本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种母线电容预充电电路，其特征在于，包括：供电单元、MOS管、栅极电压调整单元以及电容单元；所述供电单元与所述MOS管的输入端连接，所述MOS管的输出端与所述电容单元连接，所述栅极电压调整单元分别与所述供电单元以及所述MOS管的栅极连接，其中，通过所述栅极电压调整单元调整所述MOS管的栅极的电压，使所述MOS管工作在饱和区。

2.根据权利要求1所述的母线电容预充电电路，其特征在于，所述栅极电压调整单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻以及稳压器件，所述第一电阻分别与所述供电单元以及所述第二电阻连接，所述第二电阻与所述第三电阻连接，所述第三电阻接地，所述稳压器件的阴极分别与所述第一电阻和所述第二电阻连接，所述稳压器件的阳极接地，所述稳压器件的参考端分别与所述第二电阻和所述第三电阻连接。

3.根据权利要求2所述的母线电容预充电电路，其特征在于，所述第二电阻和/或所述第三电阻为可调电阻。

4.根据权利要求2所述的母线电容预充电电路，其特征在于，所述稳压器件的型号为TL431。

5.根据权利要求2所述的母线电容预充电电路，其特征在于，所述MOS管为PMOS管，所述PMOS管的源极与电压源连接，所述PMOS管的漏极与所述电容单元连接，所述PMOS管的栅极与所述第二电阻连接。

6.根据权利要求1所述的母线电容预充电电路，其特征在于，所述母线电容预充电电路还包括保护单元，所述保护单元分别与所述MOS管的输入端以及所述MOS管的栅极连接。

7.根据权利要求6所述的母线电容预充电电路，其特征在于，所述保护单元包括稳压管，所述稳压管的阴极与所述MOS管的输入端连接，所述稳压管的阳极与所述MOS管的栅极连接。

8.根据权利要求1所述的母线电容预充电电路，其特征在于，所述母线电容预充电电路还包括二极管，所述二极管的正极与所述MOS管的输出端连接，所述二极管的负极与所述电容单元连接。

9.根据权利要求1所述的母线电容预充电电路，其特征在于，所述母线电容预充电电路还包括开关，所述供电单元通过开关与所述MOS管的输入端连接。

10.根据权利要求1所述的母线电容预充电电路，其特征在于，所述电容单元包括多个相互并联的电容。