CN111313766A - 一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路及方法，该驱动器限流启动电路接在直流供电***和直流伺服或步进***之间，所述的驱动器限流启动电路包括功率管Q1、电阻R1、电阻R2、驱动单元和延时单元，所述的功率管Q1的集电极或漏极、驱动单元和延时单元分别与直流供电***的供电母线连接，所述的功率管Q1的发射极或源极分别与电阻R2一端、驱动单元、直流伺服或步进***连接，所述的驱动单元分别与功率管Q1的基极或栅极和电阻R2另一端连接，所述的电阻R1并联在功率管Q1两端。与现有技术相比，本发明能克服直流伺服或步进驱动由于内部空间有限，难以放置继电器的局限等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种驱动器限流启动电路，尤其是涉及一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路及方法。
背景技术
在直流供电***中，比如仓储物流小车的动力***用电池(或超级电容)供电，通常会在母线上安装断路器(和/或继电器)来实现对后端动力***的快速上电和断电。由于断路器(和/或继电器)后端容性负载的存在(如下图1)，在有效的限流措施缺失的情况下，K1导通上电的瞬间母线上会产生极大的冲击电流(如下图2)。
如果没有有效措施抑制该冲击电流的产生，会引起一系列问题：
(1).会引起供电***不正常。电池***在上电瞬间内部管理***(BMS***)产生保护，不供电。开关电源也可能在大冲击电流下引起电压跌落或过流保护。
(2).极大的冲击电流对伺服或步进***也有影响。冲击电流不仅对母线上的元器件造成了电应力冲击，同时会让伺服内部功率电路瞬间上升到高电压水平，而控制电路由于电压调节芯片等需要建立时间，状态初始化的过程中可能存在不确定的状态对功率电路给出误操作引起***异常。
针对冲击电流对***可靠性带来的不良影响，目前已有的解决措施和方法如下：
(1).对于电池***保护不供电的情况，一种方法是设备***集成商和电池厂家沟通，放大电池内部管理***的保护指标，允许一定时间内的冲击电流存在，降低保护灵敏度。该方法的缺点是需要电池供应商根据实际负载调试BMS管理***，很难确定出准确合理的保护阈值，难以适应各种不同的容性负载情况；
(2).更为普遍的做法是采用限流启动电路，该方法在交流伺服驱动中应用比较常见。下面是该方法下对现有技术检索出的两种常用方案：
(i).蒋钱良和宋金梅提出了“一种保护充电限流电阻的方法”(CN102629821B)，即采用功率电阻在上电限流启动完成后，利用继电器短路保护电阻的方法。
(ii).李兴伟和李兴三提出了“一种防浪涌软启动电路”(CN201656760U)，即采用功率电阻在上电限流启动完成后，利用变压器绕组来驱动晶闸管以短路保护电阻的方法。
由于以上两种方法的实现需要引入继电器或变压器等大型功率器件，给小体积的直流伺服或步进驱动***的结构设计带来困难，且直流伺服为大电流输入***，如果在母线上引入如晶闸管等器件，会进一步加大***功耗损失。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路，该驱动器限流启动电路接在直流供电***和直流伺服或步进***之间，所述的驱动器限流启动电路包括功率管Q1、电阻R1、电阻R2、驱动单元和延时单元，所述的功率管Q1的集电极或漏极、驱动单元和延时单元分别与直流供电***的供电母线连接，所述的功率管Q1的发射极或源极分别与电阻R2一端、驱动单元、直流伺服或步进***连接，所述的驱动单元分别与功率管Q1的基极或栅极和电阻R2另一端连接，所述的电阻R1并联在功率管Q1两端。
优选地，所述的驱动器限流启动电路与直流供电***之间设有断路器或继电器K1。
优选地，所述的功率管Q1为MOSFET或IGBT。
优选地，所述的驱动单元为功率管驱动电路。
优选地，所述的延时单元为延时时间可灵活配置的延时计时电路。
优选地，所述的电阻R1为限流电阻，包括NTC、PTC、无感电阻或有感电阻。
一种采用所述的用于直流供电***的驱动器限流启动电路的方法，包括以下步骤：
(i).在直流供电***的外部母线上断路器或继电器K1接通前，驱动单元和电阻R2保持功率管Q1为关断状态；
(ii).在断路器或继电器K1闭合瞬间，驱动单元和电阻R2仍然保持功率管Q1为关断状态，充电电流经过电阻R1进入后端直流伺服或步进***中，同时延时单元开始计时；
(iii).在经过延时单元设置好的延迟时间之后，驱动单元将功率管Q1导通，电阻R1被Q1短接保护；
(iv).上电完成后，直流伺服或步进***正常运行时，驱动单元一直保持功率管Q1为导通状态，输入电流都从功率管Q1流进直流伺服或步进***。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1).能克服直流伺服或步进驱动由于内部空间有限，难以放置继电器的局限，让驱动器结构设计更紧凑小巧，发热更低，产品更具竞争力；
(2).能避免传统继电器触点老化烧结带来的闭合和断开失效，延长产品寿命；
(3).能避免传统晶闸管方案导致的功耗损失，减小***发热。
附图说明
图1为现有技术中通过断路器实现***上电和断电的原理图；
图2为现有技术中无限流措施启动时母线冲击电流波形图；
图3为本发明的原理图；
图4为采用本发明限流措施后的电流波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明提到的直流电源供电驱动器限流启动的方法，是指在上电瞬间采用电阻进行限流启动，然后采用驱动单元控制母线上的功率管延时导通，将并联的电阻短路保护的方法。
本发明主要创新点：
(1).用功率管(MOSFET或IGBT)替代传统的继电器或晶闸管串联在直流母线上，伺服***正常运行时母线上的电流容量能得到极大提升，功率损耗和发热能极大下降；
(2).母线上功率管导通延时时间可调，针对不同容性负载，延时导通时间参数可灵活调整。
如图3所示，一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路，该驱动器限流启动电路2接在直流供电***1和直流伺服或步进***3之间，所述的驱动器限流启动电路2包括功率管Q1、电阻R1、电阻R2、驱动单元21和延时单元22，所述的功率管Q1的集电极(或漏极)、驱动单元21和延时单元22分别与直流供电***的供电母线连接，所述的功率管Q1的发射极(或源极)分别与电阻R2一端、驱动单元21、直流伺服或步进***连接，所述的驱动单元21分别与功率管Q1的基极(或栅极)和电阻R2另一端连接，所述的电阻R1并联在功率管Q1两端。
所述的驱动器限流启动电路与直流供电***之间设有断路器或继电器K1。所述的功率管Q1为MOSFET或IGBT。所述的驱动单元为上桥功率管驱动芯片，或者具有类似功能的组合电路结构等。所述的延时单元为延时时间可灵活配置的延时计时芯片，或者具有类似功能的电路结构等。所述的电阻R1为限流电阻，包括NTC、PTC、无感电阻或有感电阻。
采用用于直流供电***的驱动器限流启动电路的方法，包括以下步骤：
(i).在直流供电***的外部母线上断路器或继电器K1接通前，驱动单元和电阻R2保持功率管Q1为关断状态；
(ii).在断路器或继电器K1闭合瞬间，驱动单元和电阻R2仍然保持功率管Q1为关断状态，充电电流经过电阻R1进入后端直流伺服或步进***中，同时延时单元开始计时；
(iii).在经过延时单元设置好的延迟时间之后，驱动单元将功率管Q1导通，电阻R1被Q1短接保护；
(iv).上电完成后，直流伺服或步进***正常运行时，驱动单元一直保持功率管Q1为导通状态，输入电流都从功率管Q1流进直流伺服或步进***。
本发明限流启动方法通过母线上的功率开关管延时导通，来替代传统的继电器上电导通(或者晶闸管上电导通)，以短路保护电阻的方案。
通过图2和图4比较，通过本发明限流技术，上电瞬间母线冲击电流从149A降低到10.15A，效果显著。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路，该驱动器限流启动电路接在直流供电***和直流伺服或步进***之间，其特征在于，所述的驱动器限流启动电路包括功率管Q1、电阻R1、电阻R2、驱动单元和延时单元，所述的功率管Q1的集电极或漏极、驱动单元和延时单元分别与直流供电***的供电母线连接，所述的功率管Q1的发射极或源极分别与电阻R2一端、驱动单元、直流伺服或步进***连接，所述的驱动单元分别与功率管Q1的基极或栅极和电阻R2另一端连接，所述的电阻R1并联在功率管Q1两端。
2.根据权利要求1所述的一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路，其特征在于，所述的功率管Q1为MOSFET或IGBT。
3.根据权利要求1所述的一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路，其特征在于，所述的驱动单元为功率管驱动电路。
4.根据权利要求1所述的一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路，其特征在于，所述的延时单元为延时时间可灵活配置的延时计时电路。
5.根据权利要求1所述的一种用于直流供电***的驱动器限流启动电路，其特征在于，所述的电阻R1为限流电阻，包括NTC、PTC、无感电阻或有感电阻。
6.一种采用权利要求1所述的用于直流供电***的驱动器限流启动电路的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(i).在直流供电***的外部母线电源接通前，驱动单元和电阻R2保持功率管Q1为关断状态；
(ii).在母线电源闭合瞬间，驱动单元和电阻R2仍然保持功率管Q1为关断状态，充电电流经过电阻R1进入后端直流伺服或步进***中，同时延时单元开始计时；
(iii).在经过延时单元设置好的延迟时间之后，驱动单元将功率管Q1导通，电阻R1被Q1短接保护；
(iv).上电完成后，直流伺服或步进***正常运行时，驱动单元一直保持功率管Q1为导通状态，输入电流都从功率管Q1流进直流伺服或步进***。
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