CN221058180U - 预充电路、车载充电机及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了预充电路、车载充电机及车辆，该预充电路包括：预充件、开关件和功耗调整件，其中，预充件的一端与供电输入端相连，预充件的另一端与负端相连；开关件包括电感线圈和常开触点，常开触点的一端分别与供电输入端和预充件的一端相连，常开触点的另一端分别与预充件的另一端和负端相连，电感线圈的输入端与供电电源相连；功耗调整件的第一端与电感线圈的输出端相连，功耗调整件的第二端与使能输出端相连，功耗调整件的第三端接地，功耗调整件在开关件的常开触点闭合时，将开关件当前功耗降低至目标功耗。该预充电路能够确保在继电器稳定工作的情况下，无需外部信号使能控制，自动降低其功率损耗，降低温升，延长元器件的使用寿命。

Description

预充电路、车载充电机及车辆

技术领域

本实用新型涉及电气设备技术领域，并且更具体地，涉及电气设备技术领域中预充电路、车载充电机及车辆。

背景技术

一些中大型功率的开关电源内部存在大电容，在AC(Alternating Current，交流电源)端注入交流电瞬间，会给大电容充电，由于大电容的ESR(Equivalent SeriesResistance，等效串联电阻)很低，所以充电电流非常大，足以把整流二极管，整流桥堆等流经大电流的器件瞬间过流损坏。因此，需要添加一个过流保护电路，把冷启动瞬间的启动电流降低，以保护相关元器件。

预充电路在开关电源中普遍存在，其最常见的做法就是12V继电器和电阻的组合，开机瞬间继电器开路，AC输入电流流经电阻，因为电阻限流，从而启动限流作用，之后再闭合继电器，以降低电阻的损耗。而继电器工作后，需要一定的维持电流，一般达到一百多毫安左右，供电电压12V，就有了较大的功率损耗，还会引起发热问题，进而降低使用寿命。

相关技术中，冷启动后再由输出端反馈一个供电电路7-9V左右供电给到继电器供电，从而启动闭合继电器，无其他处理，这样虽然降低了继电器的损耗，但是继电器闭合没有达到标称电压，启动时间长，存在闭合延迟，反复闭合断开的情况引起继电器拉弧打火，甚至批量生产可能会有无法启动的不良情况(继电器一致性偏差问题)，亟待解决。

实用新型内容

本实用新型提供了一种预充电路、车载充电机及车辆，该预充电路能够确保在继电器稳定工作的情况下，无需外部信号使能控制，自动降低其功率损耗，降低温升，延长元器件的使用寿命，适用于多种模拟芯片控制的电路或数字电源控制的电路，灵活性高、兼容性强，并且本实用新型中的预充电路所使用的元器件少，电路结构简单且兼容性强，大大降低成本。

第一方面，提供了一种预充电路，包括：

预充件，所述预充件的一端与供电输入端相连，所述预充件的另一端与负端相连；

开关件，所述开关件包括电感线圈和常开触点，所述常开触点的一端分别与所述供电输入端和所述预充件的一端相连，所述常开触点的另一端分别与所述预充件的另一端和所述负端相连，所述电感线圈的输入端与供电电源相连；

功耗调整件，所述功耗调整件的第一端与所述电感线圈的输出端相连，所述功耗调整件的第二端与使能输出端相连，所述功耗调整件的第三端接地，所述功耗调整件在所述开关件的常开触点闭合时，将所述开关件的当前功耗降低至目标功耗。

通过上述技术方案，由于本实用新型的预充电路中设置了功耗调整件，在开关件的常开触点闭合时，无需外部信号使能，不仅实现了开关件的低功耗自主控制，还可以将开关件的当前功耗降低至目标功耗，有效地增强了开关件低功耗控制的灵活性和可实用性，在开关件工作时，降低开关件温升，延长其使用寿命。另外，本实用新型的预充电路所使用的元器件少，电路结构较简单，大大降低成本。

结合第一方面，在某些可能的实现方式中，所述功耗调整件，包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述使能输出端相连；

三极管，所述三极管的集电极与所述电感线圈的输出端相连，所述三极管的基极与所述第一电阻的另一端相连，所述三极管的发射极接地；

第二电阻，所述第二电阻的一端分别与所述第一电阻的一端和所述使能输出端相连；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述电感线圈的输出端相连；

金氧半场效晶体管MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)管，所述MOS管的栅极与所述第二电阻的另一端相连，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏极分别与所述第三电阻的另一端和所述第一电阻的一端相连。

通过上述技术方案，由于本实用新型的预充电路中设置了三极管，因此，在功耗调整件注入12V电压后，三极管导通，开关件加载12V电压，进而实现开关件的闭合，由此，本实用新型的预充电路可以实现自动控制的功能；由于本实用新型的预充电路中设置了金氧半场效晶体管MOS管，相当于驱动开关，在开关件闭合后，MOS管闭合，可以拉低三极管基极电压，从而断开三极管，改变开关件的电压，实现低功耗的目的；另外，本实用新型的功耗调整件中设置多个电阻，可以起到分压的作用，进一步降低开关件功率损耗，降低温升，延长元器件的使用寿命。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述功耗调整件，还包括：电容，所述电容的一端与所述MOS管的栅极相连，所述电容的另一端与所述MOS管的源极相连。

通过上述技术方案，本实用新型在MOS管的栅极和源极之间连接一个电容，在MOS管闭合时，该电容会吸收电荷，从而产生功耗，因此，本实用新型可以通过合理地调整电容的数值，实现开关件功耗的降低。另外，本实用新型还可以通过设置电容的数值，实现信号的稳定传输和缓冲，使得预充电路经过预设时间后自动进入低功耗模式。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述功耗调整件，还包括：二极管，所述二极管的阳极分别与所述三极管的集电极和所述电感线圈的输出端相连。

通过上述技术方案，本实用新型的功耗调整件还包括二极管，该二极管在反向电压的作用下，形成较大电阻，起到隔断的作用。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述预充电路，还包括：第一使能件，所述第一使能件的输入端分别与所述供电电源和所述电感线圈的输入端相连，所述第一使能件的第一输出端接地。

通过上述技术方案，本实用新型的预充电路可以通过第一使能件，控制信号的输入和输出，使整个预充电路能够工作。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述第一使能件，包括：第四电阻，所述第四电阻的一端分别与所述供电电源和所述电感线圈的输入端相连；第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第四电阻的另一端相连；第六电阻，所述第六电阻的一端分别与所述第五电阻的另一端和所述使能输出端相连，所述第六电阻的另一端接地。

通过上述技术方案，由于本实用新型的第一使能件包括多个电阻，因此可以有效地实现分压的效果，本实用新型还可以通过设置电阻的大小，控制预充电路中电流的大小，防止因过流而引发的电路损坏。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述预充电路，还包括：第二使能件，所述第二使能件与所述使能输出端相连，所述第二使能件为单片机。

通过上述技术方案，由于本实用新型第二使能件为单片机，而单片机拥有中央处理器、存储器、IO(Input/Output，输入输出)口和定时器等功能，因此，本实用新型的预充电路的兼容性和实用性较强，可以应用于模拟芯片控制的电路或数字电源控制的电路等。

结合第一方面和上述实现方式，在某些可能的实现方式中，所述开关件为继电器；所述预充件为负温度系数NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数热敏电阻)热敏电阻。

通过上述技术方案，本实用新型不仅可以降低继电器在工作过程中的功率损耗，降低温升，延长其使用寿命，还可以根据不同继电器属性，设置低功耗工作电压，可设置低功耗工作时间；由于负温度系数热敏电阻的电阻值随温度的升高而减小，因此可以在预充电路中实现反馈调节的作用，大大增强了预充电路的灵活性。

第二方面，提供了一种车载充电机，该车载充电机包括上述的预充电路。

第三方面，提供一种车辆，该车辆包括上述的车载充电机。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的预充电路的示意图；

图2是本实用新型一个具体实施例的预充电路的原理示意图；

图3是本实用新型一个具体实施例的预充电路的方框示意图；

图4是本实用新型一个具体实施例的预充电阻功能仿真的示意图；

图5是本实用新型一个具体实施例的功能仿真效果的示意图；

图6是本实用新型一个具体实施例的替代方案的原理的示意图；

图7是本实用新型另一个具体实施例的替代方案的原理的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、详尽地描述。其中，在本实用新型实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B：文本中的“和/或”仅仅是一种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：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，另外，在本实用新型实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为暗示或暗示相对重要性或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多个该特征。

预充电路适用于一些中大型功率的开关电源内部，在冷启动瞬间，降低电流，以保护相关元器件。预充电路最常见的做法就是12V继电器和电阻的组合，如金属电阻，NTC，PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数热敏电阻。然而，在继电器工作时，需要一定的维持电流，一般达到一百多毫安左右，供电电压12V，就有了较大的功率损耗，还会引起发热问题，进而降低使用寿命。

相关技术中，冷启动后再由输出端反馈一个供电电路12V供电给到继电器供电，从而启动闭合继电器，无其他处理，这样做的结果就是继电器一直处于高功耗状态，不仅降低了整个电源的效率，还让继电器发热严重，寿命不能很好维护。

另一些相关技术中，将输出端反馈的供电电路减小至7-9V左右，给继电器供电，这样虽然降低了继电器的损耗，但是继电器闭合没有达到标称电压，启动时间长，存在闭合延迟，反复闭合断开的情况引起继电器拉弧打火，甚至会因继电器一致性偏差的问题，可能会在批量生产的情况下，出现无法启动的不良情况。

还有一些相关技术，由MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)单片机IO口输出使能信号控制继电器，然而，该方案的电路需要增加单片机，单片机和供电系统又会导致更多的成本和加大产品体积。

因此，为了解决上述问题，本实用新型提出一种预充电路，确保在继电器稳定工作的情况下，无需外部信号使能控制，自动降低其功率损耗，降低温升，延长元器件的使用寿命，适用于多种模拟芯片控制的电路或数字电源控制的电路，灵活性高、兼容性强，并且本实用新型中的预充电路所使用的元器件少，电路结构简单且兼容性强，大大降低成本。

接下来将对本实用新型实施例的应用场景和电路结构予以说明。参见图1，图1是本实用新型实施例提供的预充电路的示意图。

示例性的，如图1所示，该预充电路10包括：预充件101、开关件102和功耗调整件103。

其中，预充件101的一端与供电输入端AC_L相连，预充件101的另一端与负端相连；开关件102包括电感线圈L和常开触点K1_(3，4)，常开触点K1_(3，4)的一端分别与供电输入端AC_L和预充件101的一端相连，常开触点K1_(3，4)的另一端分别与预充件101的另一端和负端相连，电感线圈L的输入端与供电电源相连；功耗调整件103的第一端与电感线圈L的输出端相连，功耗调整件103的第二端与使能输出端相连，功耗调整件103的第三端接地，功耗调整件103在开关件102的常开触点K1_(3，4)闭合时，将开关件102的当前功耗降低至目标功耗。

可选地，在一些实施例中，开关件102为继电器；预充件101为NTC热敏电阻。

具体而言，如图1所示，本实用新型的预充电路10中的预充件101可以是负温度系数NTC热敏电阻，该预充件101与供电输入端AC_L相连，当电压注入瞬间，开关件102中的K1断开，电流流经NTC热敏电阻，从而起到降低过充电流的作用，有效地保护电路，保证电路的稳定性。

可以理解的是，继电器工作的过程中，需要一定的维持电流，从而产生较大的功率损耗，引起继电器发热的问题，甚至降低其使用寿命，因此，本实用新型提出功耗调整件103，该功耗调整件103与开关件102中的电感线圈L相连，用于将开关件102的当前功耗降低至目标功耗，有效地解决了上述问题，在确保继电器稳定工作的情况下，降低继电器的功率损耗，进而提升整个电源的效率。

为了使整个预充电路10能够工作，控制信号的输入和输出，本实用新型在该电路中设置使能组件，如图2所示，图2为本实用新型一个具体实施例的预充电阻的原理示意图。

可选地，在一些实施例中，如图2所示，预充电路10，还包括：第一使能件104，第一使能件104的输入端分别与供电电源和电感线圈L的输入端相连，第一使能件104的第一输出端接地。

需要说明的是，本实用新型实施例中的供电电源可以为12V电源。

可选地，在一些实施例中，如图2所示，第一使能件104，包括：第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。

其中，第四电阻R4的一端分别与供电电源和电感线圈L的输入端相连；第五电阻R5的一端与第四电阻R4的另一端相连；第六电阻R6的一端分别与第五电阻R5的另一端和使能输出端相连，第六电阻R6的另一端接地。

具体地，本实用新型的第一使能件104包括多个电阻，在第一使能件104注入12V电压时，第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6分压3.3V的EN使能信号。

需要说明的是，本实用新型实施例的预充电路也可以做出少许修改，变为EN使能控制，即去掉图2中的第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，EN输入端由控制信号输入控制，同样达到低功耗的作用。因此，本实用新型实施例的预充电路的实用性较强，可以根据不同的功能需求进行拓展。

可选地，在一些实施例中，预充电路10，还包括：第二使能件105(图中未标识)，第二使能件105与使能输出端相连，第二使能件105为单片机。

可以理解的是，由于本实用新型第二使能件可以是单片机，而单片机拥有中央处理器、存储器、IO口和定时器等功能，因此，本实用新型的预充电路的兼容性和实用性较强，可以应用于模拟芯片控制的电路或数字电源控制的电路等。

需要说明的是，本实用新型实施例的第二使能件105还可以是其他具有自动化控制功能的电路芯片或者输入输出接口连接外设，在此不做具体限定。

可选地，在一些实施例中，如图2所示，功耗调整件103，包括：第一电阻R1、三极管Q、第二电阻R2、第三电阻R3和金氧半场效晶体管MOS管M。

其中，第一电阻R1的一端与使能输出端相连；三极管Q的集电极与电感线圈L的输出端相连，三极管Q的基极与第一电阻R1的另一端相连，三极管Q的发射极接地；第二电阻R2的一端分别与第一电阻R1的一端和使能输出端相连；第三电阻R3的一端与电感线圈L的输出端相连；MOS管M的栅极与第二电阻R2的另一端相连，MOS管M的源极接地，MOS管M的漏极分别与第三电阻R3的另一端和第一电阻R1的一端相连。

具体而言，如图2所示，功耗调整件103注入12V电压后，三极管Q先导通，MOS管M延迟110ms导通，在三极管Q导通后，开关件102，即继电器就会加载12V电压，从而快速闭合继电器。

可选地，在一些实施例中，如图1所示，功耗调整件103，还包括：电容C，电容C的一端与MOS管M的栅极相连，电容C的另一端与MOS管M的源极相连。

可选地，本实用新型在MOS管M的栅极和源极之间连接一个电容C，在MOS管M闭合时，该电容C会吸收电荷，从而产生功耗，因此，本实用新型可以通过合理地调整电容C的数值，实现开关件102功耗的降低。另外，本实用新型还可以通过设置电容C的数值，实现信号的稳定传输和缓冲，使得预充电路10经过预设时间后自动进入低功耗模式。

可选地，在一些实施例中，如图1所示，功耗调整件103，还包括：二极管D，二极管D的阳极分别与三极管Q的集电极和电感线圈L的输出端相连。

具体地，本实用新型的二极管D在预充电路10中起到隔断的作用，因此，当三极管Q导通后，EN使能端的电压会流经第三电阻R3到三极管Q的集电极，从而钳位电压为3.3V，因此，继电器的电压无法达到12V的开启电压，达到降低继电器功耗的目的。

可以理解的是，由于继电器要求低功耗电压最好100ms后启动，因此，如图2所示，本实用新型在继电器闭合100ms后，MOS管M闭合，从而拉低了三极管Q的基极的电压为0V，此时三极管Q断开，进而，流通继电器改变为流经二极管D、第三电阻R3和MOS管M。

由此，本实用新型实施例的预充电路可以实现在经过预设时间后自动进入低功耗模式。

基于上述实施例，如图3所示，图3为本实用新型一个具体实施例的预充电路的方框示意图，结合图2所示，图3中的预充电阻为本实用新型实施例的预充件101，图3中的继电器为本实用新型实施例的开关件102，图3中的低功耗转换电路为本实用新型实施例的功耗调整件103，当低功耗转换电路注入12V供电后，EN使能输入，继电器加载12V电压，从而闭合继电器，在继电器闭合一定时长之后，通过低功耗转换电路的作用，将继电器的电压由原来的12V 100mA变为7V 60mA，功耗降低为原来的35％，最终实现降低继电器功耗的功能。

为了使本领域技术人员进一步了解本实用新型实施例的预充电路，以下列举的实施例实现该电路的功能仿真。

具体地，图4为本实用新型一个具体实施例的预充电阻功能仿真的示意图，如图4所示，本实用新型实施例中，继电器采用的是宏发12V，40A的继电器，内阻120Ω，辅源12V供电闭合继电器，110mS后自动进入低功耗模式，继电器供电电压变为7V 60mA，功耗是0.42W，而未做低功耗处理的情况下继电器供电电压是12V 100mA，功耗是1.2W。

图5为本实用新型一个具体实施例的功能仿真的效果的示意图，结合图4和图5所示，在本实用新型实施例的继电器进入低功耗模式后，可以有效地减少其功率损耗，由此，本实用新型的低功耗效果明显，可以降低50％以上的损耗。

需要说明的是，图2所示的预充电路的示意图为本实用新型的最优方案，本实用新型的预充电路也可以做出少许修改，变为EN使能控制，同样达到低功耗作用。以下列举实施例示意性说明本实用新型的预充电路的其他可行方案。

在一些情况下，图6展示了本实用新型一个具体实施例的替代方案的原理的示意图，结合图2和图6所示，本实用新型可以将预充电路中的二极管D去掉，则EN使能的3.3V会经过R1到继电器负极，从而拉低继电器负极的电压，使其电压达不到12V，也可以实现继电器功耗的减少。

在另一些情况下，图7展示了本实用新型另一个具体实施例的替代方案的原理的示意图，结合图2和图7所示，本实用新型也可以将MOS管M替换为三极管Q2，此时需要降低电阻，增大电容C，在这种情况下，可能会使用插件，而本使用新型的最优方案中，可以利用MOS管的电压驱动开关。另外，虽然MOS管和三极管的作用相同，但考虑到体积成本，本实用新型优选体积小、低压、贴片式的MOS管。

综上，本实用新型的预充电路通过将预充件的一端与供电输入端相连，预充件的另一端与负端相连，开关件的常开触点与供电输入端和预充件的一端相连，常开触点的另一端分别与预充件的另一端和负端相连，电感线圈的输入端与供电电源相连，功耗调整件的第一端与电感线圈的输出端相连，功耗调整件的第二端与使能输出端相连，功耗调整件的第三端接地，功耗调整件在开关件的常开触点闭合时，将开关件的当前功耗降低至目标功耗。由此，能够确保在继电器稳定工作的情况下，无需外部信号使能控制，自动降低其功率损耗，降低温升，延长元器件的使用寿命，适用于多种模拟芯片控制的电路或数字电源控制的电路，灵活性高、兼容性强，并且本实用新型中的预充电路所使用的元器件少，电路结构简单且兼容性强，大大降低成本。

本实用新型实施例还提供一种车载充电机，该车载充电机包括如上任一项实施例的预充电路。

应理解，本实施例提供的车载充电机包括上述预充电路，因此可以达到与上述预充电路相同的效果。

本实用新型实施例还提供一种车辆。

其中，本实施例提供车辆包括上述的车载充电机，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的对应的预充电路中的有益效果，此处不再赘述。

以上内容，仅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，可轻易想到变化或替换，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)

1.一种预充电路，其特征在于，包括：

预充件，所述预充件的一端与供电输入端相连，所述预充件的另一端与负端相连；

开关件，所述开关件包括电感线圈和常开触点，所述常开触点的一端分别与所述供电输入端和所述预充件的一端相连，所述常开触点的另一端分别与所述预充件的另一端和所述负端相连，所述电感线圈的输入端与供电电源相连；以及

功耗调整件，所述功耗调整件的第一端与所述电感线圈的输出端相连，所述功耗调整件的第二端与使能输出端相连，所述功耗调整件的第三端接地，所述功耗调整件在所述开关件的常开触点闭合时，将所述开关件的当前功耗降低至目标功耗。

2.根据权利要求1所述的预充电路，其特征在于，所述功耗调整件，包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述使能输出端相连；

三极管，所述三极管的集电极与所述电感线圈的输出端相连，所述三极管的基极与所述第一电阻的另一端相连，所述三极管的发射极接地；

第二电阻，所述第二电阻的一端分别与所述第一电阻的一端和所述使能输出端相连；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述电感线圈的输出端相连；

金氧半场效晶体管MOS管，所述MOS管的栅极与所述第二电阻的另一端相连，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的漏极分别与所述第三电阻的另一端和所述第一电阻的一端相连。

3.根据权利要求2所述的预充电路，其特征在于，所述功耗调整件，还包括：

电容，所述电容的一端与所述MOS管的栅极相连，所述电容的另一端与所述MOS管的源极相连。

4.根据权利要求2所述的预充电路，其特征在于，所述功耗调整件，还包括：

二极管，所述二极管的阳极分别与所述三极管的集电极和所述电感线圈的输出端相连。

5.根据权利要求3或4所述的预充电路，其特征在于，还包括：

第一使能件，所述第一使能件的输入端分别与所述供电电源和所述电感线圈的输入端相连，所述第一使能件的第一输出端接地。

6.根据权利要求5所述的预充电路，其特征在于，所述第一使能件，包括：

第四电阻，所述第四电阻的一端分别与所述供电电源和所述电感线圈的输入端相连；

第五电阻，所述第五电阻的一端与所述第四电阻的另一端相连；

第六电阻，所述第六电阻的一端分别与所述第五电阻的另一端和所述使能输出端相连，所述第六电阻的另一端接地。

7.根据权利要求3或4所述的预充电路，其特征在于，还包括：

第二使能件，所述第二使能件与所述使能输出端相连，所述第二使能件为单片机。

8.根据权利要求1所述的预充电路，其特征在于，

所述开关件为继电器；

所述预充件为负温度系数NTC热敏电阻。

9.一种车载充电机，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的预充电路。

10.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求9所述的车载充电机。