CN220475447U - 配电系统及其预充电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种配电系统及其预充电路，预充电路包括预充支路和第一控制模块，预充支路连接在供电电源与负载之间，其包括串联连接的第一半导体开关和预充电阻；第一控制模块用于根据外部控制信号向第一半导体开关输出PWM控制信号。通过PWM控制信号控制第一半导体开关实现温和预充电，通过改变电流的流动方式，可以避免预充支路中长时间存在大电流导致对预充电阻和负载造成损害的问题，通过设置PWM控制信号，可以满足不同负载的需求，当预充电阻功率不适配也能通过本预充电路来完成预充电的工作，且不会损坏预充电阻，此外，用半导体开关替换预充继电器，无电弧产生，且成本低。

Description

配电系统及其预充电路

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种配电系统及其预充电路。

背景技术

现有技术中，电池与负载之间通常设置主继电器，电路开关闭合时，电池端处于高压状态，而负载端的电压近似为0，相当于瞬间短路，回路电阻为阻值很小的接触电阻，由欧姆定律可知，主正继电器闭合瞬间回路会产生极大的电流，容易使主正继电器的触点接触时产生电弧进而损坏继电器。为了保护电路和元件，现有解决方案是在主继电器两端并联预充电路，预充电路包括预充电阻和预充继电器，电路工作时先闭合预充继电器的开关进行预充电，当负载端的电压达到电池电压的90％-95％时停止充电，以此来减小电池与负载电容两端的电压差，从而使主正继电器闭合时产生的电弧更小，增强安全性。但是此方案存在以下问题：

1、预充电阻的阻值不是可调节的，每个预充电阻有额定的阻值，预充电阻的功率与负载的功率相差较大时，长时间使预充电阻处于工作状态会使预充电阻容易损坏。

2、虽然通过预充电阻可以减小了预充电路的电流，但是预充继电器的触点接触时仍会产生电弧，长时间进行开关容易损坏，更换成本较高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种配电系统及其预充电路，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本实用新型实施例第一方面提供一种配电系统的预充电路，包括：

预充支路，其连接在供电电源与负载之间，其包括串联连接的第一半导体开关和预充电阻；

第一控制模块，其输入端连接外部控制信号，其输出端连接所述第一半导体开关的控制端，用于根据外部控制信号向所述第一半导体开关输出PWM控制信号。

优选的，所述预充电路还包括：

第一光电耦合器，其第一输入端连接所述外部控制信号，其第二输入端接地，其第一输出端连接所述第一控制模块的输入端，其第二输出端接地。

优选的，所述第一半导体开关的第一端连接所述供电电源，所述第一半导体开关的第二端连接所述预充电阻的第一端，所述预充电阻的第二端连接所述负载。

优选的，所述第一半导体开关为场效应管，所述场效应管的源极为所述第一半导体开关的第一端，所述场效应管的漏极为所述第一半导体开关的第二端，所述场效应管的栅极为所述第一半导体开关的控制端；

或者，所述第一半导体开关为IGBT管，所述IGBT管的源极为所述第一半导体开关的第一端，所述IGBT管的漏极为所述第一半导体开关的第二端，所述IGBT管的栅极为所述第一半导体开关的控制端；

或者，所述第一半导体开关为三极管，所述三极管的集电极为所述第一半导体开关的第一端，所述三极管的发射极为所述第一半导体开关的第二端，所述三极管的基极为所述第一半导体开关的控制端。

优选的，所述预充支路还包括第二半导体开关，所述第二半导体开关与所述第一半导体开关、所述预充电阻串联连接。

优选的，所述第一半导体开关的第一端连接所述供电电源，所述第一半导体的第二端连接所述预充电阻的第一端，所述预充电阻的第二端连接所述第二半导体开关的第一端，所述第二半导体开关的第二端连接所述负载。

优选的，所述预充电路还包括：

第二控制模块，其输入端连接外部控制信号，其输出端连接所述第二半导体开关的控制端，用于根据外部控制信号向所述第二半导体开关输出PWM控制信号。

优选的，所述预充电路还包括：

第二光电耦合器，其第一输入端连接所述外部控制信号，其第二输入端接地，其第一输出端连接所述第二控制模块的输入端，其第二输出端接地。

本实用新型实施例第二方面提供一种配电系统，包括：第一方面所述的预充电路、供电电源以及负载。

优选的，所述配电系统还包括主继电器，所述主继电器与所述预充支路并联连接。

本实用新型实施例的技术效果为：通过PWM控制信号控制第一半导体开关实现温和预充电，通过改变电流的流动方式，可以避免预充支路中长时间存在大电流导致对预充电阻和负载造成损害的问题，通过设置PWM控制信号，可以满足不同负载的需求，当预充电阻功率不适配也能通过本预充电路来完成预充电的工作，且不会损坏预充电阻，此外，用半导体开关替换预充继电器，无电弧产生，且成本低，并且，预充电阻可以采用抗浪涌能力强、体积小的绕线电阻，再配合半导体开关集成在PCB板上，大大减少占用空间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一提供的一种配电系统的预充电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的一种配电系统的预充电路的另一结构示意图；

图3是本实用新型实施例二提供的一种配电系统的预充电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例二提供的一种配电系统的预充电路的另一结构示意图；

图5是本实用新型实施例三提供的一种配电系统的结构示意图；

图中：101、供电电源；102、负载；103、第一半导体开关；104、预充电阻；105、第一控制模块；106、第一光电耦合器；107、第二半导体开关；108、第二控制模块；109、第二光电耦合器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

实施例一

本实用新型实施例一提供一种配电系统的预充电路，以解决现有技术存在启动驻车空调的过程比较繁琐导致用户的体验感较差的问题。

本实用新型实施例一提供的技术方案，如图1所示，提供一种配电系统的预充电路，包括：

预充支路，其连接在供电电源101与负载102之间，其包括串联连接的第一半导体开关103和预充电阻104；

第一控制模块105，其输入端连接外部控制信号，其输出端连接第一半导体开关103的控制端，用于根据外部控制信号向第一半导体开关103输出PWM控制信号。

其中，预充支路是一个串联连接的电路，其连接在供电电源101与负载102之间，包括第一半导体开关103和预充电阻104。第一半导体开关103可以是晶体管开关或其他开关管元件。预充电阻104用于限制电流，起到限制预充电过程中电流过大的作用。优选的，预充电阻104可以采用抗浪涌能力强、体积小的绕线电阻，再配合半导体器件组成的预充支路能集成在PCB板上，大大减少占用空间。

其中，作为一种连接方式，第一半导体开关103的第一端连接供电电源101，第一半导体开关103的第二端连接预充电阻104的第一端，预充电阻104的第二端连接负载102。

其中，第一半导体开关103可以为场效应管、IGBT管或者三极管，其连接方式如下：

第一半导体开关103为场效应管，场效应管的源极为第一半导体开关103的第一端，场效应管的漏极为第一半导体开关103的第二端，场效应管的栅极为第一半导体开关103的控制端；

或者，第一半导体开关103为IGBT管，IGBT管的源极为第一半导体开关103的第一端，IGBT管的漏极为第一半导体开关103的第二端，IGBT管的栅极为第一半导体开关103的控制端；

或者，第一半导体开关103为三极管，三极管的集电极为第一半导体开关103的第一端，三极管的发射极为第一半导体开关103的第二端，三极管的基极为第一半导体开关103的控制端。

其中，第一控制模块105是一个连接外部控制信号的模块，输入端接收外部控制信号，输出端连接第一半导体开关103的控制端。控制模块根据外部控制信号的输入，生成PWM(脉宽调制)控制信号，并将其输出给第一半导体开关103。PWM控制信号可以调节第一半导体开关103在每个周期的导通时间和断开时间，从而控制电流的流动。

第一控制模块105可以为PWM控制器或PWM发生器芯片，这些芯片通常具有多个通道和灵活的配置选项，可以实现复杂的PWM控制功能。

第一控制模块105可以为使用模拟电路如集成运算放大器(Op-Amp)、比较器和计时器等，可以设计出PWM发生器电路。该电路利用运算放大器或比较器对输入信号进行比较，并通过计时器控制输出信号的脉冲宽度和频率。

本实施例的工作过程为：预充电路工作时，当外部控制信号触发时，第一控制模块105生成PWM控制信号，使第一半导体开关103周期性地导通和关闭，预充电阻104将电源电压逐渐施加到供电电源101与负载102之间的电路上，实现了预充电过程。通过输出PWM控制信号，可以改变预充电过程中的电流流动方式。若选取的预充电阻104功率小于负载102功率时，输出PWM控制信号使第一半导体开关103在周期内长时间处于截至状态，通过少量多次的充电来达到预充的目的，相对于现有技术中的一直通电，可以避免损坏预充电阻。

本实施例的技术效果在于：通过PWM控制信号控制第一半导体开关实现温和预充电，通过改变电流的流动方式，可以避免预充支路中长时间存在大电流导致对预充电阻和负载造成损害的问题，通过设置PWM控制信号，以满足不同负载的需求，当预充电阻功率不适配也能通过本预充电路来完成预充电的工作，且不会损坏预充电阻，此外，用半导体开关替换预充继电器，无电弧产生，且成本低，并且，预充电阻可以采用抗浪涌能力强、体积小的绕线电阻，再配合半导体开关集成在PCB板上，大大减少占用空间。

作为一种实施方式，如图2所示，预充电路还包括：

第一光电耦合器106，其第一输入端连接外部控制信号，其第二输入端接地，其第一输出端连接第一控制模块105的输入端，其第二输出端接地。

其中，光电耦合器起到了信号隔离和传递的作用，通过光学信号的转换，将输入端的电信号转化为输出端的光信号，实现输入信号和输出信号之间的电气隔离。光电耦合器的输入端连接外部控制信号，通过光电耦合器内部的光发射器将电信号转换为光信号。光信号经过光传输通道后，再通过光电耦合器的接收器将光信号转换回电信号。其中，第一输出端连接到控制模块的输入端，第二输出端接地，当光电耦合器导通时，第一控制模块105与地连接，输出PWM控制信号控制第一半导体开关103导通。

本实施方式中光电耦合器的作用是实现输入信号和输出信号之间的电隔离，避免了外部控制信号对控制模块和第一半导体开关的干扰。由于光信号不受电信号的影响，光电耦合器可以提供更好的隔离性能，提高系统的稳定性和可靠性。

实施例二

本实施例二在实施例一的基础上，如图3所示，预充支路还包括第二半导体开关107，第二半导体开关107与第一半导体开关103、预充电阻104串联连接。

作为一种连接方式，第一半导体开关103的第一端连接供电电源101，第一半导体开关103的第二端连接预充电阻104的第一端，预充电阻104的第二端连接第二半导体开关107的第一端，第二半导体开关107的第二端连接负载102。

其中，第二半导体开关107与第一半导体开关103串联连接，当第一半导体开关103导通时，第二半导体开关107可以与第一半导体开关103接收相同的PWM信号，与第一半导体开关103同时导通和关断，也可以接收固定的导通信号一直处于导通状态，当第一半导体开关103关断时再关断。

其中，预充支路包括一个半导体开关和一个预充电阻时，存在充电方向固定的问题，预充支路在供电电源与负载之间存在固定的连接方式，通过设置第二半导体开关107可以解决充电放电固定的问题，第一半导体开关103和第二半导体开关107相对连接设置，由器件本身特性来保证预充支路的两端任意一端连接供电电源时，预充电路都能正常工作，方便使用。此外，设置第二半导体开关107的另一个技术效果为当第一半导体开关103处于关断状态时，预充支路可能存在漏电流，增加了第二半导体开关107避免可以减少漏电流。

进一步的，如图4所示，预充电路还包括：

第二控制模块108，其输入端连接外部控制信号，其输出端连接第二半导体开关107的控制端，用于根据外部控制信号向第二半导体开关107输出PWM控制信号。

其中，第二控制模块108的控制方式与第一控制模块105的控制方式相同，可以采用关于第一控制模块105相同的器件，通过输出PWM控制信号控制第二半导体开关107导通。

进一步的，如图4所示，预充电路还包括：

第二光电耦合器109，其第一输入端连接外部控制信号，其第二输入端接地，其第一输出端连接第二控制模块108的输入端，其第二输出端接地。

本实施方式中光电耦合器的作用是实现输入信号和输出信号之间的电隔离，避免了外部控制信号对控制模块和第二半导体开关107的干扰。由于光信号不受电信号的影响，光电耦合器可以提供更好的隔离性能，提高系统的稳定性和可靠性。

此外，本实施方式中在预充电阻两侧设置对称的半导体开关、控制模块以及光电耦合器，可以实现任意方向连接供电电源和电阻，即第一半导体开关连接供电电源，第二半导体开关连接负载，可以实现预充功能，同样，第二半导体开关连接供电电源，第一半导体开关连接负载，也可以实现预充功能，不需要识别方向进行连接，方便用户进行操作。

实施例三

本实施例三提供一种配电系统，包括：实施例一和实施例二提供的预充电路、供电电源以及负载。

如图5所示，所述配电系统还包括主继电器110，主继电器110与预充支路并联连接。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电系统的预充电路，其特征在于，包括：

预充支路，其连接在供电电源与负载之间，其包括串联连接的第一半导体开关和预充电阻；

第一控制模块，其输入端连接外部控制信号，其输出端连接所述第一半导体开关的控制端，用于根据外部控制信号向所述第一半导体开关输出PWM控制信号。

2.如权利要求1所述的预充电路，其特征在于，所述预充电路还包括：

第一光电耦合器，其第一输入端连接所述外部控制信号，其第二输入端接地，其第一输出端连接所述第一控制模块的输入端，其第二输出端接地。

3.如权利要求1所述的预充电路，其特征在于，所述第一半导体开关的第一端连接所述供电电源，所述第一半导体开关的第二端连接所述预充电阻的第一端，所述预充电阻的第二端连接所述负载。

4.如权利要求3所述的预充电路，其特征在于，所述第一半导体开关为场效应管，所述场效应管的源极为所述第一半导体开关的第一端，所述场效应管的漏极为所述第一半导体开关的第二端，所述场效应管的栅极为所述第一半导体开关的控制端；

或者，所述第一半导体开关为IGBT管，所述IGBT管的源极为所述第一半导体开关的第一端，所述IGBT管的漏极为所述第一半导体开关的第二端，所述IGBT管的栅极为所述第一半导体开关的控制端；

或者，所述第一半导体开关为三极管，所述三极管的集电极为所述第一半导体开关的第一端，所述三极管的发射极为所述第一半导体开关的第二端，所述三极管的基极为所述第一半导体开关的控制端。

5.如权利要求1所述的预充电路，其特征在于，所述预充支路还包括第二半导体开关，所述第二半导体开关与所述第一半导体开关、所述预充电阻串联连接。

6.如权利要求5所述的预充电路，其特征在于，所述第一半导体开关的第一端连接所述供电电源，所述第一半导体的第二端连接所述预充电阻的第一端，所述预充电阻的第二端连接所述第二半导体开关的第一端，所述第二半导体开关的第二端连接所述负载。

7.如权利要求6所述的预充电路，其特征在于，所述预充电路还包括：

第二控制模块，其输入端连接外部控制信号，其输出端连接所述第二半导体开关的控制端，用于根据外部控制信号向所述第二半导体开关输出PWM控制信号。

8.如权利要求7所述的预充电路，其特征在于，所述预充电路还包括：

第二光电耦合器，其第一输入端连接所述外部控制信号，其第二输入端接地，其第一输出端连接所述第二控制模块的输入端，其第二输出端接地。

9.一种配电系统，其特征在于，包括：权利要求1至8任意一项所述的预充电路、供电电源以及负载。

10.如权利要求9所述的配电系统，其特征在于，所述配电系统还包括主继电器，所述主继电器与所述预充支路并联连接。