CN110932539A - 高压驱动器开关***及其开关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压驱动器开关***及其开关方法，所述高压驱动器开关***包括与外部电池包相连的主控芯片模块和储能电容、分别与所述主控芯片模块和电池包相连的驱动电路模块、以及为所述储能电容充电的预充电路和充电电路，所述预充电路与所述主控芯片模块相连并包括限流电阻，以在所述主控芯片模块的控制下为所述储能电容预充电，所述充电电路与所述主控芯片模块相连并包括电子开关模块，所述电子开关模块的两端分别与电池包和储能电容相连，以在所述主控芯片模块控制所述电子开关模块导通时，由电池包为所述储能电容充电。相较于现有技术，本发明可以减小开机启动瞬间电流，避免外部电池包给储能电容直接充电而造成大电流冲击。

Description

高压驱动器开关***及其开关方法
技术领域
本发明涉及一种高压驱动器开关***及其开关方法。
背景技术
目前市面上的园林机械工具、电动工具等园林绿化工具，其内部的电机驱动控制器的主电路上有些增加了保险丝进行保护，有些则不加，这样在工作时特别是开机瞬间会产生较大的冲击电流，容易对外部的电池包及控制器内部的电子开关造成影响，降低了电池包及电子开关的使用寿命。同时，当机器在第一次接通电源时，也容易产生火花现象，而在关机时，由于外部供电的电池包插件座与控制器内部的驱动器是通过保险丝直接连接的，因此，在关机后的一段时间内，内部的储能电容仍会保留未完全放完的电量，这样外部电池包插件座就会有残留带电的风险。
有鉴于此，确有必要提供一种开关***来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压驱动器开关***，该高压驱动器开关***可以减小开机启动瞬间电流，避免外部电池包给储能电容直接充电而造成大电流冲击。
为实现上述目的，本发明提供了一种高压驱动器开关***，包括与外部电池包相连的主控芯片模块和储能电容、分别与所述主控芯片模块和电池包相连的驱动电路模块、以及为所述储能电容充电的预充电路和充电电路，所述预充电路与所述主控芯片模块相连并包括限流电阻，以在所述主控芯片模块的控制下为所述储能电容预充电，所述充电电路与所述主控芯片模块相连并包括电子开关模块，所述电子开关模块的两端分别与电池包和储能电容相连，以在所述主控芯片模块控制所述电子开关模块导通时，由电池包为所述储能电容充电，所述电子开关模块与电池包之间还设置有第一采样电路，所述电子开关模块与驱动电路模块之间设置有第二采样电路，且所述第一采样电路和第二采样电路的反馈端均与所述主控芯片模块连接。
作为本发明的进一步改进，所述预充电路还包括第一开关管、PTC热敏电阻、第二开关管及整流管，所述第一开关管与所述主控芯片模块相连，所述第二开关管与所述第一开关管相连，所述PTC热敏电阻、第二开关管、整流管及限流电阻依次连接，且PTC热敏电阻的另一端与电池包的正输出端相连，限流电阻的另一端与储能电容的正极相连。
作为本发明的进一步改进，所述预充电路与所述储能电容串联连接，并构成积分电路。
作为本发明的进一步改进，所述预充电路由所述主控芯片模块发出的单脉冲控制导通，为所述储能电容首次充电；所述单脉冲发送结束后，所述主控芯片模块不再发送单脉冲给所述预充电路。
作为本发明的进一步改进，所述充电电路还包括与所述电子开关模块相连的第三开关管，所述第三开关管与所述主控芯片模块相连，以接收所述主控芯片模块发出的控制信号，并控制所述电子开关模块导通或关闭。
作为本发明的进一步改进，所述电子开关模块包括与第三开关管相连的控制端和与控制端电性连接的开关端，所述第三开关管导通时，所述控制端形成通电回路并吸合所述开关端导通，使电池包、开关端及储能电容电性连通，由电池包为所述储能电容充电。
作为本发明的进一步改进，所述第一采样电路的采样点取自所述电池包的正极输出电路，反馈端连接到主控芯片模块，以输出第一采样电路的电压采样值。
作为本发明的进一步改进，所述第二采样电路的采样点取自所述储能电容的正极母线电路，反馈端连接到主控芯片模块，以输出第二采样电路的电压采样值。
作为本发明的进一步改进，所述主控芯片模块发出单脉冲使所述预充电路导通后，给所述储能电容首次充电，当所述主控芯片模块判断第二采样电路的电压采样值与第一采样电路的电压采样值相同时，所述储能电容的充电电压与电池包电压相等，所述主控芯片模块再发送控制信号给所述第三开关管。
作为本发明的进一步改进，所述主控芯片模块内部集成有预先编程好的开机时序逻辑、关机时序逻辑及驱动信号逻辑。
本发明的目的还在于提供一种高压驱动器开关***的开关方法，该开关方法不仅可以在开机时避免大电流的冲击，而且可以在关机时避免外部电池包插件座端子带电的风险。
为实现上述目的，本发明提供了一种高压驱动器开关***的开关方法，应用于前述高压驱动器开关***，所述高压驱动器开关***的开机方法主要包括：
主控芯片模块控制预充电路导通，预充电路为储能电容首次充电；
间隔一定时间后，即主控芯片模块判断第二采样电路的电压采样值与第一采样电路的电压采样值相同后，主控芯片模块再发送命令控制电子开关模块闭合，使充电电路导通，由电池包为储能电容继续充电，使储能电容具有足够的电能给到驱动电路模块；
然后主控芯片模块再发出控制指令给驱动电路模块，使驱动电路模块正常工作。
作为本发明的进一步改进，所述高压驱动器开关***的关机方法主要包括：
主控芯片模块先控制驱动电路模块关断；
主控芯片模块后控制充电电路的电子开关模块关断。
本发明的有益效果是：本发明的高压驱动器开关***可以先利用预充电路对储能电容进行预充电，之后再通过充电电路使电池包继续为储能电容充电，从而在开机瞬间，可借助预充电路中的限流电阻来减小开机启动瞬间电流，避免外部电池包给储能电容直接充电而造成大电流冲击，进而烧坏电子开关模块或电池包。
附图说明
图1是本发明高压驱动器开关***的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明揭示了一种高压驱动器开关***，用于解决高压驱动器内部主回路上的电路与外部电池包连接时，出现的开机冲击电流大、关机插件座残留带电的风险问题。
所述高压驱动器开关***包括与外部电池包10相连的主控芯片模块30和储能电容C1、分别与所述主控芯片模块30和电池包10相连的驱动电路模块80、以及为所述储能电容C1充电的预充电路和充电电路。所述主控芯片模块30分别与电池包10、预充电路、充电电路、驱动电路模块80、第一采样电路100及第二采样电路110相连，从而可控制预充电路为储能电容C1预充电，而在预充电一定时间后，即判断第一采样电路100与第二采样电路110的电压采样值相同后，再控制充电电路工作，使电池包10继续为储能电容C1充电。
电池包10为可拆卸的外部电池包，连接在高压驱动器的内部主回路上，用于为整个高压驱动器开关***供电。主控芯片模块30内部集成有预先编程好的开机时序逻辑、关机时序逻辑及驱动信号逻辑等功能程序，从而可进行相应的开机控制、关机控制及驱动控制。
驱动电路模块80还与电机90相连，用于控制电机90的启动和关闭。具体地，驱动电路模块80包括驱动电路和功率管，驱动电路与主控芯片模块30相连、功率管分别与驱动电路和电机90相连，从而工作时，主控芯片模块30发送控制指令给驱动电路，驱动电路根据接收到的控制指令控制相应的功率管导通或关断，继而控制电机90正常运行或停止运转。
预充电路由第一开关管60、PTC热敏电阻、第二开关管50、整流管D1及限流电阻R1组成，其中第一开关管60与主控芯片模块30相连，第二开关管50与第一开关管60相连，PTC热敏电阻、第二开关管50、整流管D1及限流电阻R1依次连接，且PTC热敏电阻的另一端与电池包10的正输出端相连，限流电阻R1的另一端与储能电容C1的正极相连。由此可见，所述预充电路与储能电容C1串联连接，并构成了积分电路，从而在预充阶段，主控芯片模块30可直接发送控制指令给第一开关管60，继而触发第二开关管50导通，此时由PTC热敏电阻、整流管D1及限流电阻R1组成的通路接通，为储能电容C1进行首次充电。
需要说明的是：预充电路由主控芯片模块30发出的单脉冲控制导通，为储能电容C1进行首次充电；而在单脉冲发送结束后，主控芯片模块30将不再发送单脉冲给预充电路，直至第二次重新开机时才会再次发送。也可以理解为：预充电路仅仅在开机时才工作一个脉冲波形就结束任务。
充电电路包括电子开关模块20和与电子开关模块20相连的第三开关管70，其中，第三开关管70还与主控芯片模块30相连，用于接收主控芯片模块30发出的控制信号，从而控制电子开关模块20导通或关闭。需要说明的是：主控芯片模块30会在预充电路工作一定时间后，再发送控制信号给所述第三开关管70。
所述电子开关模块20包括与第三开关管70相连的控制端21和与控制端21电性连接的开关端22，所述第三开关管70导通时，控制端21形成通电回路并吸合开关端22导通，使位于主回路上的电池包10、开关端22及储能电容C1电性连通。所述开关端22的两端分别与电池包10和储能电容C1相连，从而在主控芯片模块30控制开关端22导通时，可利用电池包10直接为储能电容C1充电，使储能电容C1具备足够的电能给到驱动电路模块80。
所述第一采样电路100设置在电子开关模块20与电池包10之间，所述第二采样电路110设置在电子开关模块20与驱动电路模块80之间，且第一采样电路100和第二采样电路110的反馈端均与主控芯片模块30连接。具体来讲，所述第一采样电路100的采样点取自所述电池包10的正极输出电路，反馈端连接到主控芯片模块30，以输出第一采样电路100的电压采样值；所述第二采样电路110的采样点取自所述储能电容C1的正极母线电路，反馈端连接到主控芯片模块30，以输出第二采样电路110的电压采样值。
所述高压驱动器开关***还包括DC-DC转换电路40，所述DC-DC转换电路40的一端与主控芯片模块30相连、另一端分别与电池包10的正输出端及电子开关模块20的控制端21相连，用于将电池包10输出的电压转换成适用于主控芯片模块30和电子开关模块20工作的电压。
本发明还提供了一种高压驱动器开关***的开关方法，该开关方法主要包括开机方法和关机方法。
开机方法主要包括：
第一步：主控芯片模块30首先发送一个开通时间约100ms的单脉冲波形给第一开关管60，使第一开关管60开通接地，以及第二开关管50触发导通，此时由PTC热敏电阻、第一开关管60、第二开关管50、整流管D1及限流电阻R1组成的预充电路导通，为储能电容C1进行首次充电；
第二步：间隔一定时间后，即主控芯片模块30判断第二采样电路110的电压采样值与第一采样电路100的电压采样值相同后，所述储能电容C1的充电电压与电池包10电压相等，主控芯片模块30再发送控制信号给第三开关管70，使第三开关管70导通，以及在控制端21形成通电回路，并使开关端22被吸合关闭，此时电池包10、开关端22及储能电容C1形成通路，电池包10继续为储能电容C1充电，使储能电容C1能够提供足够的电能给到驱动电路模块80；
第三步：主控芯片模块30再发出控制指令给驱动电路模块80，使驱动电路模块80驱动电机90正常运行。
由第一步的预充电路可知：在开机瞬间，由于储能电容C1中的电容器尚未积累电荷，此时外部电池包10的电动势E全部降落在限流电阻R1上，其最大的充电电流为IO＝E/R，通过该公式可以看出：有了限流电阻R1限流后，其开机启动的瞬间电流变小了，所以，通过限流电阻R1之后就能够有效避免大电流的冲击，有效避开外部电池包10通过电子开关模块20给储能电容C1直接充电造成的大电流冲击，进而烧坏电子开关模块20或者电池包10。
关机方法主要包括：
第一步：主控芯片模块30先控制驱动电路模块80关断，使电机90停止运转；
第二步：完成第一步后，主控芯片模块30控制第三开关管70关断，使得电子开关模块20的开关端22打开。此时，可以彻底切断高压驱动器内部主回路上的电路与外部电池包10的连接，避免外部电池包插件座端子发生带电风险。
综上所述，本发明的高压驱动器开关***可以先利用预充电路对储能电容C1进行预充电，之后再通过充电电路使电池包10继续为储能电容C1充电，从而在开机时，可借助预充电路中的限流电阻R1来减小开机启动瞬间电流，避免外部电池包10给储能电容C1直接充电而造成大电流冲击，进而烧坏电子开关模块20或电池包10；而在关机时，可完全切断高压驱动器内部主回路上的电路与外部电池包10的连接，避免外部电池包插件座端子发生带电风险。
相较于现有技术，本发明不仅延长了外部电池包10和电子开关模块20的使用寿命、保护了人身安全，而且带来了良好的浪涌控制表现，在保护工作电路的同时，有效降低了电路设计的成本和后期维护的费用，大大提高了市场竞争力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高压驱动器开关***，包括与外部电池包相连的主控芯片模块和储能电容、以及分别与所述主控芯片模块和电池包相连的驱动电路模块，其特征在于：还包括为所述储能电容充电的预充电路和充电电路，所述预充电路与所述主控芯片模块相连并包括限流电阻，以在所述主控芯片模块的控制下为所述储能电容预充电，所述充电电路与所述主控芯片模块相连并包括电子开关模块，所述电子开关模块的两端分别与电池包和储能电容相连，以在所述主控芯片模块控制所述电子开关模块导通时，由电池包为所述储能电容充电，所述电子开关模块与电池包之间还设置有第一采样电路，所述电子开关模块与驱动电路模块之间设置有第二采样电路，且所述第一采样电路和第二采样电路的反馈端均与所述主控芯片模块连接。
2.根据权利要求1所述的高压驱动器开关***，其特征在于：所述预充电路还包括第一开关管、PTC热敏电阻、第二开关管及整流管，所述第一开关管与所述主控芯片模块相连，所述第二开关管与所述第一开关管相连，所述PTC热敏电阻、第二开关管、整流管及限流电阻依次连接，且PTC热敏电阻的另一端与电池包的正输出端相连，限流电阻的另一端与储能电容的正极相连。
3.根据权利要求1所述的高压驱动器开关***，其特征在于：所述预充电路与所述储能电容串联连接，并构成积分电路。
4.根据权利要求1所述的高压驱动器开关***，其特征在于：所述预充电路由所述主控芯片模块发出的单脉冲控制导通，为所述储能电容首次充电；所述单脉冲发送结束后，所述主控芯片模块不再发送单脉冲给所述预充电路。
5.根据权利要求1所述的高压驱动器开关***，其特征在于：所述充电电路还包括与所述电子开关模块相连的第三开关管，所述第三开关管与所述主控芯片模块相连，以接收所述主控芯片模块发出的控制信号，并控制所述电子开关模块导通或关闭。
6.根据权利要求5所述的高压驱动器开关***，其特征在于：所述电子开关模块包括与第三开关管相连的控制端和与控制端电性连接的开关端，所述第三开关管导通时，所述控制端形成通电回路并吸合所述开关端导通，使电池包、开关端及储能电容电性连通，由电池包为所述储能电容充电。
7.根据权利要求5所述的高压驱动器开关***，其特征在于：所述主控芯片模块发出单脉冲使所述预充电路导通后，给所述储能电容首次充电，当所述主控芯片模块判断第二采样电路的电压采样值与第一采样电路的电压采样值相同时，所述储能电容的充电电压与电池包电压相等，所述主控芯片模块再发送控制信号给所述第三开关管。
8.根据权利要求1所述的高压驱动器开关***，其特征在于：所述主控芯片模块内部集成有预先编程好的开机时序逻辑、关机时序逻辑及驱动信号逻辑。
9.一种高压驱动器开关***的开关方法，应用于权利要求1-8中任一项所述的高压驱动器开关***，其特征在于，所述高压驱动器开关***的开机方法主要包括：
主控芯片模块控制预充电路导通，预充电路为储能电容首次充电；
间隔一定时间后，即主控芯片模块判断第二采样电路的电压采样值与第一采样电路的电压采样值相同后，主控芯片模块控制电子开关模块闭合，使充电电路导通，由电池包为储能电容继续充电，使储能电容具有足够的电能给到驱动电路模块；
主控芯片模块发出控制指令给驱动电路模块，使驱动电路模块正常工作。
10.根据权利要求9所述的高压驱动器开关***的开关方法，其特征在于，所述高压驱动器开关***的关机方法主要包括：
主控芯片模块先控制驱动电路模块关断；
主控芯片模块后控制充电电路的电子开关模块关断。
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