CN104578738B - 一种直流电流过冲有源限制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种直流电流过冲有源限制装置及方法，是基于电感具有防止电流突变的物理特性，用时基电路控制两组有源开关电路，与电感相结合的方式实现了有效抑制直流电流过冲太大的方案，先用时基电路控制一组有源功率开关导通，在导通的时间段内用串接的电感抑制直流电流过冲的峰值，峰值抑制过后，立刻断开串联电感并导通另一组有源功率管使得供电直流电压保持连续性又能降低电感长时间工作带来的损耗。这样既能抑制电流过冲，又能很好的减少了不必要的功耗，真正实现了设想，也解决了直流电流过冲大而带来的不利设计问题。

Description

一种直流电流过冲有源限制装置及方法
技术领域
本发明涉及电流控制领域，更具体地，涉及一种直流电流过冲有源限制装置。
背景技术
在直流恒压电源应用中，为容性负载很大的***供电时，由于直流电压一上电就给电容充电，会产生很大的直流电流过冲，这个直流电流过冲值高达数倍于实际所需电流，而且这个过冲电流持续时间长达数毫秒，甚至几十毫秒。维持这样长时间的大过冲电流，存在很大的风险性，实际用电负载及整个***的关键元件容易被烧坏，使***不良率上升。直流恒压电源的容性负载大，上电瞬间，必然引起直流的电流的过冲，这个过冲危害较大，抑制不妥，容易引起***瘫痪。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明首先提出一种直流电流过冲有源限制装置，能够达到抑制直流电流在上电瞬间产生很大的过冲电流的作用。
本发明的又一目的是提出一种直流电流过冲有源限制方法，通过使应用电感的电流不突变来实现抑制直流电流在上电瞬间产生很大的过冲电流的作用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种直流电流过冲有源限制装置，用于抑制电源输入负载的直流过冲电流，包括第一有源开关电路、过冲电流抑制电路、第二有源开关电路和时基电路；
电源分别接第一有源开关电路和第二有源开关电路的输入端，第一有源开关电路的输出端接过冲电流抑制电路的输入端，过冲电流抑制电路的输出端接负载，时基电路分时驱动第一有源开关电路和第二有源开关电路，第二有源开关电路的输出端接负载。
本抑制装置应用电感具有使电流不能突变的原理，同时将时基电路的时间设置为等于或大于电流过冲维持的时间，在这段时间内，时基电路促使第一有源开关电路导通，使供电直流电流流过过冲电流抑制电路，在这段时间内，直流电流就不会有很高的过冲电流，直流电流过冲值被抑制。而后紧接着时基电路使过冲电流抑制电路从控制装置中断开，并同时导通第二有源开关电路，使得直流供电电压继续维持原电压工作。而直流电流会稳定工作，这样本装置就起到了抑制直流电流在上电瞬间产生很大的过冲电流的作用。
一种直流电流过冲有源限制方法，用于抑制电源输入负载的直流过冲电流，采用时基电路控制一组有源功率开关导通，在导通的时间段内用串接的电感抑制直流电流过冲的峰值，峰值抑制过后，立刻断开串联电感并导通另一组有源功率开关使得供电直流电压保持连续性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：由于直流冲击电流很高，使得***危险性高，给产品品质带来隐患及负面影响，本发明有针对性的设计出可以快速抑制直流过冲电流的装置，提高了直流恒压模块电源上电瞬间失效的可靠度。间接降低了维护人员的工作量。为保证产品的质量多了一层保护屏障，为客户安全放心的使用及减少客户顾虑都是有积极意义的。在经济效益方面，每降低一点失效率，就能节约经营成本，降低维护成本，提高产品的可靠性。本方案应用电感的物理特性，以很低的设计成本，克服了难于抑制的直流过冲电流，使***整体性能得到保证。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
如图1，一种直流电流过冲有源限制装置，用于抑制电源输入负载E的直流过冲电流，包括第一有源开关电路A、过冲电流抑制电路B、第二有源开关电路C和时基电路D；
电源分别接第一有源开关电路A和第二有源开关电路C的输入端，第一有源开关电路A的输出端接过冲电流抑制电路B的输入端，过冲电流抑制电路B的输出端接负载E，时基电路D分时驱动第一有源开关电路A和第二有源开关电路C，第二有源开关电路C的输出端接负载。
如图2，时基电路D包括控制芯片U79，三极管Q19、Q20，电阻R877、R879、R883、R881、R96、R880、R882、R100、R878、电容C854、C855、C24，电源接充电电容C24的一端，充电电容C24的另一端通过电阻R96接地，充电电容C24的另一端接控制芯片U79，控制芯片U79接三极管Q19的基极，三极管Q19的集电极通过电阻R877接电源，三极管Q19的发射极通过电阻R879接地，三极管Q19的发射极驱动第一有源开关电路A；控制芯片U79还接三极管Q20的基极，三极管Q20的集电极通过电阻R883接电源，三极管Q20的发射极通过电阻R881接地，三极管Q20的发射极驱动第二有源开关电路C；其中三极管Q19为NPN型，三极管Q20为PNP型。控制芯片U79通过电阻R100接三极管Q19的基极，电阻R87与电容C855并联，并联一端接三极管Q19的基极，另一端接地；控制芯片U79通过电阻R880接三极管Q20的基极，电阻R88与电容C854并联，并联一端接三极管Q20的基极，另一端接地；
其中R100、R878、C855是Q19的基极驱动电阻和电容，R878、C855也起到延时的作用，R880、R882、C854是Q20的基极驱动电阻和电容，R882、C854也起到延时的作用。
过冲电流抑制电路B为电感L25，第一有源开关电路A的输出端通过电感L25接负载E；电感L25用来抑制直流电流上电瞬间产生很大的冲击电流，防止了直流冲击电流的突变。
第一有源开关电路A包括并联连接的MOS管MOS38、MOS39及MOS40和第一驱动模块，三极管Q19的发射极通过第一驱动模块接MOS38、MOS39及MOS40的栅极，MOS38、MOS39及MOS40的漏极接电源，源极通过电感L25接负载E；
第二有源开关电路C包括并联连接的MOS管MOS41、MOS42及MOS43和第二驱动模块，三极管Q20的发射极通过第二驱动模块接MOS41、MOS42及MOS43的栅极，MOS41、MOS42及MOS43的漏极接电源，源极接负载E。
所述第一驱动模块包括电阻R84和二极管D33，二者并联连接，二极管D33的正极接MOS38、MOS39及MOS40的栅极；所述第二驱动模块包括电阻R85和二极管D34，二者并联连接，二极管D34的正极接MOS41、MOS42及MOS43的栅极。
电阻R84与二极管D33 组成MOS38、MOS39、MOS40的驱动电路，电阻R84防止驱动电压的波动，而二极管D33是MOS38、MOS39、MOS40的栅极快速放电通路。电阻R85与二极管D34组成MOS41、MOS42、MOS43的驱动电路，电阻R85防止驱动电压的波动，而二极管D34是MOS41、MOS42、MOS43的栅极快速放电通路。
本装置在抑制直流电流过冲时，先利用电感L25抑制电流峰值，不让过冲电流峰值太高，在抑制过后，断开电感L25，防止电感给控制装置带来的损耗，立刻开通另外一组功率管，做到自然切换，保证直流供电电压的连续性。所有这些功能都由时基电路控制实现。
如图2，VD12_1一上电，先给电容C24充电，充电时间由电容C24及电阻R96决定，在电容C24电压渐渐增大时，控制芯片U79的PIN2一直处于高电平，因此控制芯片U79的PIN3为低电平，此时三极管Q19因基极为低电平而导通，而三极管Q20截止。三极管Q19导通后，使得VD12_1电压被电阻R877、R879分压，此分压驱动MOS38、MOS39、MOS40的栅极，使得MOS38、MOS39、MOS40开通，VD12_1电压经过MOS38、MOS39、MOS40、电感L25后加在负载VD12_2上，在此过程中，VD12_1上电瞬间，直流电流的过冲电流被电感L25抑制，使得直流电流不能突变。当电容C24两端电压建立时，控制芯片U79的PIN2电压达到VD12_1电压的一半DC6V，控制芯片U79的PIN3立刻转变为高电平输出，使得三极管Q20的基极在高电平时导通，三极管Q19截止。电感L25被断开，减少L25的损耗。三极管Q20导通后，使得VD12_1电压被电阻R883、R881分压，此分压驱动MOS41、MOS42、MOS43的门极，使得MOS41、MOS42、MOS43开通，VD12_1电压经过MOS41、MOS42、MOS43后加在负载VD12_2；在整个抑制过冲电流的过程中，VD12_1能够维持自然连续性。
本发明根据电感具有防止电流突变的物理特性，用时基电路控制两组有源开关电路，与电感相结合的方式实现了有效抑制直流电流过冲太大的方案，先用时基电路控制一组有源功率开关导通，在导通的时间段内用串接的电感抑制直流电流过冲的峰值，峰值抑制过后，立刻断开串联电感并导通另一组有源功率管使得供电直流电压保持连续性又能降低电感长时间工作带来的损耗。这样既能抑制电流过冲，又能很好的减少了不必要的功耗，真正实现了设想，也解决了直流电流过冲大而带来的不利设计问题。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直流电流过冲有源限制装置，用于抑制电源输入负载（E）的直流过冲电流，其特征在于，包括第一有源开关电路（A）、过冲电流抑制电路（B）、第二有源开关电路（C）和时基电路（D）；
电源分别接第一有源开关电路（A）和第二有源开关电路（C）的输入端，第一有源开关电路（A）的输出端接过冲电流抑制电路（B）的输入端，过冲电流抑制电路（B）的输出端接负载（E），时基电路（D）分时驱动第一有源开关电路（A）和第二有源开关电路（C），第二有源开关电路（C）的输出端接负载；
第一有源开关电路（A）包括并联连接的MOS管MOS38、MOS39及MOS40和第一驱动模块，三极管Q19的发射极通过第一驱动模块接MOS38、MOS39及MOS40的栅极，MOS38、MOS39及MOS40的漏极接电源，源极通过电感L25接负载（E）；
第二有源开关电路（C）包括并联连接的MOS管MOS41、MOS42及MOS43和第二驱动模块，三极管Q20的发射极通过第二驱动模块接MOS41、MOS42及MOS43的栅极，MOS41、MOS42及MOS43的漏极接电源，源极接负载（E）。
2.根据权利要求1所述的直流电流过冲有源限制装置，其特征在于，所述时基电路（D）包括控制芯片U79，三极管Q19、Q20，电阻R877、R879、R883、R881、R96及充电电容C24，电源接充电电容C24的一端，充电电容C24的另一端通过电阻R96接地，充电电容C24的另一端接控制芯片U79，控制芯片U79接三极管Q19的基极，三极管Q19的集电极通过电阻R877接电源，三极管Q19的发射极通过电阻R879接地，三极管Q19的发射极驱动第一有源开关电路（A）；控制芯片U79还接三极管Q20的基极，三极管Q20的集电极通过电阻R883接电源，三极管Q20的发射极通过电阻R881接地，三极管Q20的发射极驱动第二有源开关电路（C）；其中三极管Q19为NPN型，三极管Q20为PNP型。
3.根据权利要求1或2所述的直流电流过冲有源限制装置，其特征在于， 所述过冲电流抑制电路（B）为电感L25，第一有源开关电路（A）的输出端通过电感L25接负载（E）。
4.根据权利要求1所述的直流电流过冲有源限制装置，其特征在于，所述第一驱动模块包括电阻R84和二极管D33，二者并联连接，二极管D33的正极接MOS38、MOS39及MOS40的栅极；
所述第二驱动模块包括电阻R85和二极管D34，二者并联连接，二极管D34的正极接MOS41、MOS42及MOS43的栅极。
5.根据权利要求3所述的直流电流过冲有源限制装置，其特征在于，所述时基电路（D）还包括电阻R880、R882、R100、R878和电容C854、C855；控制芯片U79通过电阻R100接三极管Q19的基极，电阻R878与电容C855并联，并联一端接三极管Q19的基极，另一端接地；
控制芯片U79通过电阻R880接三极管Q20的基极，电阻R882与电容C854并联，并联一端接三极管Q20的基极，另一端接地。
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