CN107370356B - 直流供电开关电源变换器的启动限流电路 - Google Patents
直流供电开关电源变换器的启动限流电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种直流供电开关电源变换器的启动限流电路,限流单元串接于输入直流电源正极与母线电容C0正极之间,限流单元由第一场效应管V1,第一电阻R1,第二电阻R2和第一电容C1构成,第二电阻R2接于第一场效应管V1的基极,第一电阻R1和第一电容C1并联,接于第一场效应管V1的基极和源极之间。通过输入电流采样电路得到输入电流反馈信号,送至限流控制电路,限流控制电路据反馈信号调节第一场效应管V1的驱动电平,继而调节第一场效应管V1的导通电阻来抑制冲击电流。本发明可自动调节场效应管导通电阻来限制冲击电流,省去常规方式下的软起动电阻和接触器,具有结构简单,体积小,控制策略简单,可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术,特别涉及一种直流供电开关电源变换器的启动限流电路。
背景技术
为了保证开关电源输入端直流供电的平稳性,通常在开关电源输入端并联一大容量的电解电容来滤除低频噪声。在开关电源启动时,该电解电容从零开始充电,将产生较大的冲击电流,常规限流方案下采用接触器配合功率电阻进行软启动,功率电阻限制冲击电流,待启动完成后通过接触器将功率电阻旁路,常规方案需加入额外的控制逻辑,并且功率电阻和接触器体积大,不利于提高变换器功率密度。
发明内容
本发明是针对常规软启动方案存在的问题,提出了一种直流供电开关电源变换器的启动限流电路,为抑制开关电源起动冲击电流而改进的软启动方案。
本发明的技术方案为:一种直流供电开关电源变换器的启动限流电路,包括限流电路、输入电流采样电路及限流控制电路;母线电容C0并联在逆变器输入两端,限流电路串接于输入直流电源正极与母线电容C0正极之间,输入电流采样电路采集逆变器的输入电流,即限流电路输出电流,逆变器的输入电流作为反馈信号送至限流控制电路;
限流电路由第一场效应管V1,第一电阻R1,第二电阻R2和第一电容C1构成,第二电阻R2接于第一场效应管V1的基极,第一电阻R1和第一电容C1并联,接于第一场效应管V1的基极和源极之间;
限流控制电路根据反馈信号调节限流电路中的第一场效应管V1的驱动电平信号。
所述限流控制电路包含PI调节电路,保护逻辑电路及隔离放大电路;输入电流采样电路采集逆变器的输入电流与限流参考值信号I ref 输入到PI调节电路,启动/关机/保护信号送保护逻辑电路,PI调节电路输出调节电压信号和保护逻辑电路输出的箝位信号送入隔离放大电路,隔离放大电路输出信号到限流电路中的第一场效应管V1控制端。
所述PI调节电路包含第一运算放大器N1,第二运算放大器N2,第三电阻R3,第四电阻R4,第五电阻R5,第六电阻R6,第十电阻R10,第二电容C2,第一稳压管D1和第二稳压管D2;
第三电阻R3一端接作为反馈信号的输入电流,另一端接第一运算放大器N1的反相输入端;第四电阻R4一端接限流参考值信号I ref ,另一端接第一运算放大器N1的反向输入端;第一运算放大器N1的同相输入端接控制参考地;第五电阻R5和第二电容C2串联后跨接于运算放大器N1的反相输入端和输出端之间;第一稳压管D1阳极接运算放大器N1输出端,第一稳压管D1阴极与第二稳压管D2阴极相连,第二稳压管D2阳极接运算放大器N1的反相输入端;第一运算放大器N1的输出端通过第六电阻R6接第二运算放大器N2的同相输入端;第二运算放大器N2的反相输入端与输出端相连,第二运算放大器N2输出端通过第十电阻R10接到隔离放大电路113中的隔离运算放大器N3的输入端。
所述保护逻辑电路包含第二场效应管V2,第七电阻R7,第八电阻R8,第九电阻R9和第三二极管D3;
启动/关机/保护信号通过第七电阻R7接至第二场效应管V2的基极;第八电阻R8接于第二场效应管V2的基极与源极之间;第二场效应管V2的源极接负电源VEE;第九电阻R9一端接第二场效应管V2的漏极,另一端接第三二极管D3的阴极;第三二极管D3的阳极接至隔离放大电路中的隔离运算放大器N3的输入端。
所述隔离放大电路包含隔离运算放大器N3、第四运算放大器N4、第五运算放大器N5、第十一电阻R11和第十二电阻R12;
隔离运算放大器N3原边参考地接控制地,副边参考地接绝缘栅双极性型晶体管V1的源极;第十一电阻R11一端接隔离运算放大器N3的输出端,另一端接第四运算放大器N4的同相输入端,第十二电阻R12一端接隔离运算放大器N3的输出端,另一端接第五运算放大器N5的同相输入端;第四运算放大器N4和第五运算放大器N5各自的反相输入端都与其各自的输出端相连,两者的输出端连接后接至限流电路中绝缘栅双极性型晶体管V1的门极。
本发明的有益效果在于:本发明直流供电开关电源变换器的启动限流电路,能自动调节场效应管导通电阻来限制冲击电流,省去常规方式下的软起动电阻和接触器,相比常规软起动方案具有结构简单,体积小,可靠性高的优点。
附图说明
图1为本发明直流供电开关电源变换器的启动限流电路框图;
图2为本发明限流控制电路示意图;
图3为本发明限流实验波形图。
具体实施方式
如图1所示直流供电开关电源变换器的启动限流电路框图,软启电路包括限流电路101、输入电流采样电路及限流控制电路102。母线电容C0并联在逆变器输入两端,限流电路101串接于输入直流电源正极与母线电容C0正极之间,输入电流采样电路采集逆变器的输入电流,即限流电路101输出电流,将逆变器的输入电流作为反馈信号,送至限流控制电路102;限流单元101由第一场效应管V1,第一电阻R1,第二电阻R2和第一电容C1构成,第二电阻R2接于第一场效应管V1的基极,第一电阻R1和第一电容C1并联,接于第一场效应管V1的基极和源极之间。限流控制电路102据反馈信号调节限流电路101中的第一场效应管V1的驱动电平信号,限流控制电路102输出信号通过第二电阻R2到第一场效应管V1控制端,第二电阻R2为驱动电阻,为防止驱动上升过快,通常取3欧左右。
如图2所示限流控制电路示意图,限流控制电路包含PI调节电路111,保护逻辑电路112及隔离放大电路113。
PI调节电路111包含第一运算放大器N1,第二运算放大器N2,第三电阻R3,第四电阻R4,第五电阻R5,第六电阻R6,第十电阻R10,第二电容C2,第一稳压管D1和第二稳压管D2。第三电阻R3一端接作为反馈信号的输入电流,另一端接第一运算放大器N1的反相输入端;第四电阻R4一端接限流参考值信号I ref ,另一端接第一运算放大器N1的反向输入端;第一运算放大器N1的同相输入端接控制参考地;第五电阻R5和第二电容C2串联后跨接于运算放大器N1的反相输入端和输出端之间;第一稳压管D1阳极接运算放大器N1输出端,第一稳压管D1阴极与第二稳压管D2阴极相连,第二稳压管D2阳极接运算放大器N1的反相输入端;第一运算放大器N1的输出端通过第六电阻R6接第二运算放大器N2的同相输入端;第二运算放大器N2的反相输入端与输出端相连,第二运算放大器N2输出端通过第十电阻R10接到隔离放大电路113中的隔离运算放大器N3的输入端。
保护逻辑电路112包含第二场效应管V2,第七电阻R7,第八电阻R8,第九电阻R9和第三二极管D3。
启动/关机/保护信号通过第七电阻R7接至第二场效应管V2的基极;第八电阻R8接于第二场效应管V2的基极与源极之间;第二场效应管V2的源极接负电源VEE;第九电阻R9一端接第二场效应管V2的漏极,另一端接第三二极管D3的阴极;第三二极管D3的阳极接至隔离放大电路113中的隔离运算放大器N3的输入端。
隔离放大电路113包含隔离运算放大器N3(第三运算放大器)、第四运算放大器N4、第五运算放大器N5、第十一电阻R11和第十二电阻R12。隔离运算放大器N3原边参考地接控制地,副边参考地接绝缘栅双极性型晶体管V1的源极;第十一电阻R11一端接隔离运算放大器N3的输出端,另一端接第四运算放大器N4的同相输入端,第十二电阻R12一端接隔离运算放大器N3的输出端,另一端接第五运算放大器N5的同相输入端;第四运算放大器N4和第五运算放大器N5各自的反相输入端都与其各自的输出端相连,两者的输出端连接后接至限流电路101中绝缘栅双极性型晶体管V1的门极。
本发明采用场效应管V1自身的可变电阻区特性来抑制冲击电流。场效应管可变电阻区特性描述为,当所给驱动电压达到场效应管开启门限电压而未达到饱和导通所需电压值时,场效应管的导通电阻随驱动电压值近似线性变化,因此本发明根据流过场效应管的电流来闭环控制场效应管V1的驱动电压幅值,从而调节场效应管V1的导通电阻,进而抑制流过场效应管V1的冲击电流,当母线电容C0充电完毕后,场效应管V1驱动电压幅值自动调节至最大值,场效应管V1饱和导通。
为了提供场效应管V1的饱和导通电压,所述限流控制电流102中所有运算放大器均采用正负15V供电。
所述PI调节电路111中,第一运算放大器N1,第五电阻R5和第二电容C2构成PI调节器,N1根据反馈电流值自动调节输出电压,第一稳压管D1和第二稳压管D2对驱动电压进行限幅,第一稳压管D1稳压值为15V,第二稳压管D2稳压值为5V,第二运算放大器N2起电压跟随器作用。
隔离放大电路113中,第三运算放大器N3起隔离作用,第四运算放大器N4和第五运算放大器N5起电压跟随器作用,同时提高带载能力,增强驱动能力。
保护逻辑电路112中,开机指令为低电平有效,通过控制第二场效应管V2和第三二极管D3的通断来实现关机或保护时对第三运算放大器N3输入电压的负电压箝位。第二场效应管V2源极所接VEE为-15V,因此无论第二运算放大器N2输出电压为何值,一旦V2导通必然能使第三二极管D3导通,将第三运算放大器N3输入箝位至负压值。
下面结合说明书附图给出本发明的具体实现流程。
开机前输入电流采样值为零,第一运算放大器N1负饱和输出至-5V,第二运算放大器N2同样输出-5V。此时第7电阻R7所接高电平,第二场效应管V2开通,隔离运算放大器N3输入端箝位至负压值,第四运算放大器N4和第五运算放大器N5跟随输出负压值,将第一场效应管V1关断。
收到开机指令时,第二场效应管V2关断,第三二极管D3截止,保护逻辑电路112不起作用。
收到开机指令后,PI调节器开始工作,第一运算放大器N1迅速退出饱和,根据电流采样反馈值和限流给定值Iref的差值迅速调节输出电压,当电流采样反馈值与限流给定值相等时,第一运算放大器N1维持在一固定值不变,即第一场效应管V1的驱动电压维持一固定值不变,母线电容C0以限流值恒流充电。
正常工作时,母线电容C0已充满电,电流采样反馈值小于限流给定值Iref,第一运算放大器N1进入正饱和状态,输出+15V电压,将第一场效应管V1饱和导通。
发生保护或收到关机指令时,第二场效应管V2和第三二极管D3导通,第一场效应管V1的驱动电压箝位至负电压,将V1关断。
如图3所示限流实验波形图,启动过程中的限流波形,冲击电流能被有效抑制。
Claims (4)
1.一种直流供电开关电源变换器的启动限流电路,其特征在于,包括限流电路、输入电流采样电路及限流控制电路;母线电容C0并联在逆变器输入两端,限流电路串接于输入直流电源正极与母线电容C0正极之间,输入电流采样电路采集逆变器的输入电流,即限流电路输出电流,逆变器的输入电流作为反馈信号送至限流控制电路;
限流电路由第一场效应管V1,第一电阻R1,第二电阻R2和第一电容C1构成,第二电阻R2接于第一场效应管V1的栅极,第一电阻R1和第一电容C1并联,接于第一场效应管V1的栅极和源极之间;
限流控制电路根据反馈信号调节限流电路中的第一场效应管V1的驱动电平信号;
所述限流控制电路包含PI调节电路,保护逻辑电路及隔离放大电路;输入电流采样电路采集逆变器的输入电流与限流参考值信号Iref输入到PI调节电路,启动/关机/保护信号送保护逻辑电路,PI调节电路输出调节电压信号和保护逻辑电路输出的箝位信号送入隔离放大电路,隔离放大电路输出信号到限流电路中的第一场效应管V1控制端。
2.根据权利要求1所述直流供电开关电源变换器的启动限流电路,其特征在于,所述PI调节电路包含第一运算放大器N1,第二运算放大器N2,第三电阻R3,第四电阻R4,第五电阻R5,第六电阻R6,第十电阻R10,第二电容C2,第一稳压管D1和第二稳压管D2;
第三电阻R3一端接作为反馈信号的输入电流,另一端接第一运算放大器N1的反相输入端;第四电阻R4一端接限流参考值信号Iref,另一端接第一运算放大器N1的反相输入端;第一运算放大器N1的同相输入端接控制参考地;第五电阻R5和第二电容C2串联后跨接于运算放大器N1的反相输入端和输出端之间;第一稳压管D1阳极接运算放大器N1输出端,第一稳压管D1阴极与第二稳压管D2阴极相连,第二稳压管D2阳极接运算放大器N1的反相输入端;第一运算放大器N1的输出端通过第六电阻R6接第二运算放大器N2的同相输入端;第二运算放大器N2的反相输入端与输出端相连,第二运算放大器N2输出端通过第十电阻R10接到隔离放大电路113中的隔离运算放大器N3的输入端。
3.根据权利要求2所述直流供电开关电源变换器的启动限流电路,其特征在于,所述保护逻辑电路包含第二场效应管V2,第七电阻R7,第八电阻R8,第九电阻R9和第三二极管D3;
启动/关机/保护信号通过第七电阻R7接至第二场效应管V2的栅极;第八电阻R8接于第二场效应管V2的栅极与源极之间;第二场效应管V2的源极接负电源VEE;第九电阻R9一端接第二场效应管V2的漏极,另一端接第三二极管D3的阴极;第三二极管D3的阳极接至隔离放大电路中的隔离运算放大器N3的输入端。
4.根据权利要求3所述直流供电开关电源变换器的启动限流电路,其特征在于,所述隔离放大电路包含隔离运算放大器N3、第四运算放大器N4、第五运算放大器N5、第十一电阻R11和第十二电阻R12;
隔离运算放大器N3原边参考地接控制地,副边参考地接第一场效应管V1的源极;第十一电阻R11一端接隔离运算放大器N3的输出端,另一端接第四运算放大器N4的同相输入端,第十二电阻R12一端接隔离运算放大器N3的输出端,另一端接第五运算放大器N5的同相输入端;第四运算放大器N4和第五运算放大器N5各自的反相输入端都与其各自的输出端相连,两者的输出端连接后接至限流电路中第一场效应管V1的栅极。
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