CN206742852U - 一种浪涌抑制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种浪涌抑制电路，包括浪涌抑制单元、电子开关K、续流二极管D、电流检测电路和比较器；所述浪涌抑制单元为浪涌抑制电感L；所述电子开关K和浪涌抑制电感L依次串联接在供电电源和用户负载之间的主回路上；所述续流二极管D的负极接在所述电子开关K和浪涌抑制电感L之间的主回路上，续流二极管D的正极接地；所述电流检测电路的采样端接在所述续流二极管D和用户负载之间的主回路上，电流检测电路的输出端接比较器的其中一个输入端；所述比较器的另一个输入端接基准电压，比较器的输出信号控制所述电子开关K的通断。本实用新型抑制浪涌冲击电流能准确确定、不受环境温度变化影响、自身功耗小、能耐受长时间浪涌电流冲击。

Description

一种浪涌抑制电路

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，涉及一种浪涌抑制电路。

背景技术

许多测试设备在对测试对象进行测试时，需要向被测件供电。由于被测件的供电端往往加有非常大的电容(＞10000uF)，当电源接通时，会产生非常大的浪涌冲击电流，导致供电电源瞬间进入过流保护状态，电源电压下降，致使测试设备掉电、复位、重启。不但造成用户使用不便，还降低了测试设备的可信度和可靠性。

为了减小浪涌冲击电流，传统的方法是在供电回路中串入NTC电阻R，如图1所示，当NTC电阻R在冷态时阻值较大，在开机瞬间可以对浪涌电流进行抑制，在正常工作时，由于NTC电阻R中有电流流过，电阻体发热，电阻阻值变小，供电电源向用电设备正常供电。

这种电路存在以下问题：

1、电阻的存在增加了额外功耗，***可靠性降低

由于NTC电阻不可能无限小，因而在用电设备正常工作时仍会消耗一定的功率，维持NTC电阻R的温度。不但造成能源的浪费，而且由于NTC电阻R 在较高温度工作时较易损坏，使***的可靠性降低。

2、不适用于较长时间的冲击电流

当负载端输入电容特别大时，由于在一定时间内，NTC电阻R的阻值已减小，无法对持续的浪涌冲击电流进行抑制，导致浪涌冲击抑制电路失效，影响***的可靠性。

3、不适用于短时间内频繁开/关机电路

由于NTC电阻R的热惰性，当测试***需要频繁开/关被测件供电电路时，由于NTC电阻R的阻值未恢复，起不到浪涌电流抑制作用，无法保证***安全。

4、无法确定准确的浪涌电流抑制值

由于NTC电阻R的阻值和温度的相关性及NTC电阻R制造时的工艺偏差，使得在浪涌抑制电路设计和调试时无法确定合理的浪涌电流抑制值，只能通过调试时具体验证，来确定NTC电阻R的大致范围。并且当环境温度大范围变化时，这种电路根本无法满足要求。

实用新型内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本实用新型提供了一种抑制浪涌冲击电流能准确确定、不受环境温度变化影响的浪涌抑制电路，同时具有自身功耗小、能耐受长时间浪涌电流冲击、在短时间内可频繁开/关机的特点。

本实用新型的技术方案是：

一种浪涌抑制电路，包括浪涌抑制单元和电子开关K；其特殊之处在于：

还包括续流二极管D、电流检测电路和比较器；

所述浪涌抑制单元为浪涌抑制电感L；

所述电子开关K和浪涌抑制电感L依次串联接在供电电源和用户负载之间的主回路上；

所述续流二极管D的负极接在所述电子开关K和浪涌抑制电感L之间的主回路上，续流二极管D的正极接地；

所述电流检测电路的采样端接在所述续流二极管D和用户负载之间的主回路上，电流检测电路的输出端接比较器的其中一个输入端；

所述比较器的另一个输入端接基准电压，比较器的输出信号控制所述电子开关K的通断。

进一步地，上述浪涌抑制电路还包括设置在所述电子开关K和比较器之间的控制电路；所述控制电路的一个输入端接所述比较器的输出端，控制电路的另一个输入端接用于提供开机信号的开关S，控制电路的输出端接所述电子开关K的控制端。

进一步地，上述电流检测电路为差分电路,包括检测电阻R和放大器；所述检测电阻R串联接在供电电源和浪涌抑制电感L之间的主回路上，并位于续流二极管D和浪涌抑制电感L之间；所述放大器的两个输入端分别接检测电阻R的两端，输出端接所述比较器的其中一个输入端。

进一步地，上述检测电阻R采用毫欧级电阻。

进一步地，上述比较器采用窗口比较器；上述电子开关K采用高速电子开关，可在高频状态下反复动作，其开关频率为几KHz到几百KHz。

进一步地，上述续流二极管D采用快恢复二极管。

本实用新型同时提供了一种利用上述浪涌抑制电路对浪涌进行抑制的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)将电子开关K导通；

2)采集主回路电流将其转换为电压信号并放大；

3)将步骤2)获取的电压信号和预先设定的基准电压进行比较：若小于基准电压，则电子开关K保持导通状态；若大于或等于基准电压，执行步骤4)；所述基准电压与所限制的主回路浪涌冲击电流值成线性关系；

4)将电子开关K断开，由续流二极管D向浪涌抑制电感L续流，主回路电流开始下降；

5)当主回路电流下降到比较器的下限值时，电子开关K重新导通，主回路电流又开始上升；

6)重复步骤2)-5)，使主回路电流始终保持在要求范围内。

进一步地，为实现抑制电路的开机软启动，上述步骤1)-6)中涉及的对电子开关K的通断控制是通过控制电路和比较器共同控制实现的；所述控制电路的一个输入端接所述比较器输出的过流信号，控制电路的另一个输入端接开机信号开关S提供的开机信号，控制电路的输出端接所述电子开关K的控制端。

进一步地，上述步骤2)是通过电流检测电路实现的；所述电流检测电路为差分电路,包括检测电阻R和放大器；所述检测电阻R串联接在所述续流二极管D和浪涌抑制电感L之间的主回路上；所述放大器的两个输入端分别接检测电阻R的两端，输出端接所述比较器的反向输入端；检测电阻R为毫欧级电阻。

进一步地，上述比较器采用窗口比较器；电子开关K采用高速电子开关，可在高频状态下反复动作，其开关频率为几KHz到几百KHz；续流二极管D采用快恢复二极管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型摒弃了传统上利用NTC电阻进行浪涌抑制的电路和方法，利用电感电流不能突变的特点，采用浪涌抑制电感和电流检测电路巧妙配合，构成恒流电路，为负载端的大容量电容充电，有效地抑制了开机浪涌冲击电流。

2、与传统的NTC电阻进行浪涌抑制的技术相比，本实用新型的浪涌电流设定简单、明确，且整个电路中无温度敏感元件，不受外界环境温度的影响，特别适合于有限电源向大容量电容负载供电的场合。

3、本实用新型通过引入差分电路，使电流检测电路简单、易行，只用一只毫欧级电阻就可实现电流检测，并且浪涌抑制电感是无损元件，因此与传统NTC浪涌抑制电路相比，自身功耗非常小。

4、本实用新型在供电主回路中串入了浪涌抑制电感使供电主回路电流不能突变，电流最大值只能达到限流设定值，因而能耐受长时间浪涌电流冲击。

5、由于本实用新型的抑制电路中无热惰性元件，故在短时间内可频繁开 /关机。

6、本实用新型通过引入比较器，使电子开关在浪涌冲击期间工作在高频脉冲状态下，从而大大减小了浪涌抑制电感的体积，有利于整个电路的小型化。

附图说明

图1是传统的浪涌抑制电路的原理图；

图2是本实用新型的浪涌抑制电路的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图2所示，本实用新型所提供的浪涌抑制电路主要由浪涌抑制电感L、续流二极管D、电流检测电路、比较器和电子开关K组成。本实例中电子开关的开通逻辑是低电平有效。

电子开关K和浪涌抑制电感L依次串联接在供电电源和用户负载之间的主回路上；当电子开关K闭合时，供电电源向用户负载供电，由于通过电感电流不能突变的特点，强迫冲击电流缓慢上升，

续流二极管D的负极接在电子开关K和浪涌抑制电感L之间的供电主回路上，续流二极管D的正极接地，当电子开关K断开时，续流二极管D为浪涌抑制电感L电流的续流提供了回路，以防止电子开关K突然关断在浪涌抑制电感L上产生的浪涌电压对被测件的影响；电流检测电路的输入端接在续流二极管D和浪涌抑制电感L之间的主回路上，也可以接在浪涌抑制电感L 和用户负载之间的主回路上，电流检测电路的输出端接比较器的反向输入端；比较器的同向输入端接基准电压，比较器的输出端接电子开关K。

电流检测电路可采用通用的运放电路搭建差分放大器来实现，也可以选用专用的电流检测电路如：INA139，INA301等来实现。为使电流检测电路简单、易实现，本实用新型采用差分电路作为电流检测电路,包括检测电阻R和放大器，其中，检测电阻R串联接在续流二极管D和浪涌抑制电感L之间的主回路上，放大器的两个输入端分别接检测电阻R的两端，输出端接比较器的反向输入端。这里的检测电阻R只要毫欧级便能实现电流检测，因此自身功耗很小，能有效节约能源。

比较器可选用通用比较器芯片，如LM319。如果对开关频率要求不高，也可以选用通用运放芯片，如LM324、OP07。为使电子开关K在浪涌冲击期间能在高频脉冲状态下正常工作，同时使整个电路小型化，本实用新型的比较器采用窗口比较器。

为满足短时间内频繁开/关机要求，本实用新型的电子开关K采用高速电子开关K，可在高频状态下反复动作，其开关频率为几KHz到几百KHz。

由于本实用新型电路的开关频率比较高，因此，续流二极管采用快恢复二极管。

为实现抑制电路的开机软启动，本实用新型在电子开关K和比较器之间设置用于控制电子开关K开闭状态的控制电路；该控制电路的一个输入端接比较器所输出的过流信号，该控制电路的另一个输入端通过开关S接入用户输入的开机信号，该控制电路的输出端接电子开关K的控制端。

本实用新型所提供的浪涌抑制电路是用户负载供电开关的功能扩展，暨在无本实用新型的情况下，用户输入的开机信号通过开关S的接通直接控制电子开关K导通，用户负载得电，此时就会在开机瞬间伴有较大的冲击电流。而加入本实用新型电路后，本实用新型电路和用户输入的开机信号共同控制电子开关K的通/断，当开关S断开时，本实用新型电路无效；当开关S接通时，电子开关K的通/断受窗口比较器输出的过流信号和用户输入的开机信号共同控制，过流信号和开机信号通过控制电路中的“或”电路处理后，得到用于控制电子开关K通/断的控制信号。

这里参照图2所示具体实施例来说明本实用新型的工作原理和过程：

1)电感限流：

利用通过浪涌抑制电感L的电流不能突变的特点，迫使冲击电流只能缓慢上升；利用和浪涌抑制电感L配套的续流二极管D，为浪涌抑制电感L电流的续流提供了回路，防止了电子开关K突然关断在电感上产生的浪涌电压对被测件的影响。

2)电流采样与比较：

利用电流检测电路对浪涌抑制电感L前端供电主回路的电流(即供电电源的输出电流)进行采样，将采样值和预先设定的浪涌冲击电流值进行比较：

如果采样值小于浪涌冲击电流设定值(即电流检测电路输出的电压值小于基准电压)，则比较器不翻转，电子开关K保持正常导通状态，此时由于浪涌抑制电感L的存在，供电电源的输出电流上升。

一旦采样值大于或等于设定的浪涌冲击电流值(即电流检测电路输出的电压值大于或等于基准电压)，比较器翻转，电子开关K断开，此时供电电源的输出电流斜率下降。

当抑制电路的输出电流下降到比较器的下限值时，比较器返回，电子开关 K重新导通，继续向负载端大电容供电，从而形成一串开关脉冲，等效为用恒流电流为大电容充电，只要供电电源的输出电流小于设定的浪涌冲击电流值，电子开关K就保持导通状态。当负载端大电容充电完成后，电子开关K仍处于且保持导通状态，由于浪涌抑制电感L的直流电阻非常小，可以忽略不计，此时浪涌抑制电路退出浪涌抑制状态，供电电源向负载大电容稳定供电。

Claims (6)

1.一种浪涌抑制电路，包括浪涌抑制单元和电子开关K；其特征在于：

还包括续流二极管D、电流检测电路和比较器；

所述浪涌抑制单元为浪涌抑制电感L；

所述电子开关K和浪涌抑制电感L依次串联接在供电电源和用户负载之间的主回路上；

所述续流二极管D的负极接在所述电子开关K和浪涌抑制电感L之间的主回路上，续流二极管D的正极接地；

所述电流检测电路的采样端接在所述续流二极管D和用户负载之间的主回路上，电流检测电路的输出端接比较器的其中一个输入端；

所述比较器的另一个输入端接基准电压，比较器的输出信号控制所述电子开关K的通断。

2.根据权利要求1所述的一种浪涌抑制电路，其特征在于：还包括设置在所述电子开关K和比较器之间的控制电路；所述控制电路的一个输入端接所述比较器输出的过流信号，控制电路的另一个输入端接开关S提供的开机信号，控制电路的输出端接所述电子开关K的控制端。

3.根据权利要求1或2所述的一种浪涌抑制电路，其特征在于：所述电流检测电路为差分电路,包括检测电阻R和放大器；所述检测电阻R串联接在供电电源和浪涌抑制电感L之间的主回路上，并位于续流二极管D和浪涌抑制电感L之间；所述放大器的两个输入端分别接检测电阻R的两端，输出端接所述比较器的其中一个输入端。

4.根据权利要求1或2所述的一种浪涌抑制电路，其特征在于：所述检测电阻R为毫欧级电阻。

5.根据权利要求1或2所述的一种浪涌抑制电路，其特征在于：所述比较器为窗口比较器；所述电子开关K为高速电子开关，可在高频状态下反复动作，其开关频率为几KHz到几百KHz。

6.根据权利要求1或2所述的一种浪涌抑制电路，其特征在于：所述续流二极管D为快恢复二极管。