CN114825299A - 一种控压电路及软起动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控压电路及软起动电路，该控压电路包括自驱动电路、第一开关和限流器件，通过设置第一开关与限流器件串联连接，自驱动电路与第一开关并联连接，由于限流器件的阻抗特性为正温度系数，当流过限流器件的电流增大导致温度升高时，阻抗升高，使得限流器件两端的分压增大，第一开关两端的分压降低，自驱动电路根据第一开关两端的电压控制第一开关断开，以降低限流器件两端的电压，从而可以保护限流器件，以避免限流器件过功率发热，实现可靠限流。

Description

一种控压电路及软起动电路

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别涉及一种控压电路及软起动电路。

背景技术

高压直流输入设备的输入端口通常都设置有电容，在将直流源与高压直流输入设备之间的主开关闭合瞬间会出现较大的冲击电流，因此现有技术中一般会通过在主开关并联一个限流电阻组成软起动电路，在闭合主开关之前，先通过限流电阻将直流输入设备的电压充起到一个电压台阶，再闭合主开关，由于主开关两端的电压差减小，因此冲击电流也大大减小。

但是，若高压直流输入设备发生短路，加在限流电阻两端的高压会引起过功率发热，严重的情况还会发生起火安全事故。

发明内容

本发明实施例提供一种控压电路及软起动电路，用以解决现有技术中限流电阻过功率发热的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种控压电路，包括：自驱动电路、第一开关和限流器件；

所述第一开关与所述限流器件串联连接；

所述自驱动电路与所述第一开关并联连接，用于根据所述第一开关两端的电压控制所述第一开关断开，以降低所述限流器件两端的电压；

其中，所述限流器件为阻抗特性为正温度系数的限流器件。

在一种可能的实现方式中，所述第一开关为具有开关功能的机械开关或电子开关。

在一种可能的实现方式中，所述机械开关包括继电器或接触器。

在一种可能的实现方式中，所述电子开关包括下列中的任意一个：

金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、三极管BJT、绝缘栅双极型晶体管IGBT。

在一种可能的实现方式中，所述限流器件为热敏电阻。

在一种可能的实现方式中，所述自驱动电路包括：第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端与所述第一开关的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，且所述第一电阻的第二端与所述第一开关的受控端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一开关的第二端连接。

在一种可能的实现方式中，还包括：第一电容；

所述第一电容的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第二端连接。

在一种可能的实现方式中，还包括：第三电阻、第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的输入端与所述第一开关的第一端连接，所述第一二极管的输出端与所述第一电阻的第一端连接；

所述第二二极管的输入端与所述第三电阻的第一端连接，所述第二二极管的输出端与所述第一开关的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，且所述第三电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接。

在一种可能的实现方式中，还包括：稳压管；

所述稳压管的第一端与所述第一开关的受控端连接，所述稳压管的第二端与所述第二电阻的第一端连接。

第二方面，本发明实施例还提供一种软起动电路，包括：直流源、第二开关、直流负载和如第一方面任一所述的控压电路；

所述直流源、所述第二开关和所述直流负载串联连接形成闭合回路，所述第二开关与所述控压电路并联连接。

本发明实施例提供一种控压电路及软起动电路，该控压电路包括自驱动电路、第一开关和限流器件，通过设置第一开关与限流器件串联连接，自驱动电路与第一开关并联连接，由于限流器件的阻抗特性为正温度系数，当流过限流器件的电流增大导致温度升高时，阻抗升高，使得限流器件两端的分压增大，第一开关两端的分压降低，自驱动电路根据第一开关两端的电压控制第一开关断开，以降低限流器件两端的电压，从而可以保护限流器件，以避免限流器件过功率发热，实现可靠限流。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种控压电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种控压电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种控压电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种控压电路的结构示意图；

图5a为本发明实施例提供的另一种控压电路的结构示意图；

图5b为本发明实施例提供的另一种控压电路的结构示意图；

图5c为本发明实施例提供的另一种控压电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种软起动电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

高压直流设备的端口通常都设置有电容，由于电容本身可以存储并释放能量，在直流电源为直流负载进行供电时，闭合直流电源与直流负载之间的主开关瞬间，电容可能会释放能量出现较大的冲击电流尖峰，严重的情况会将直流供电电源拉死，或者闭合主开关瞬间过功率损坏主开关。

现有技术中，在这种应用场合通常使用软起动电路，最简单的软起动电路是在主开关两端并联限流电阻，先通过限流电阻将后级直流负载的电压充起到一个电压台阶，再闭合主开关，由于主开关两端的电压差减小，冲击电流随之大大减小。但是当后级直流负载发生短路以后，高压直流电压会长期加在限流电阻两端，限流电阻会严重过功率发热，严重的情况还会发生起火安全事故。

为了解决现有技术中软起动电路短路时限流电阻过功率发热的问题，本申请提供了一种控压电路，如图1所示，包括：自驱动电路D、第一开关S1和限流器件X1；

第一开关S1与限流器件X1串联连接；

自驱动电路D与第一开关S1并联连接，用于根据第一开关S1两端的电压控制第一开关S1断开，以降低限流器件X1两端的电压；

其中，限流器件X1为阻抗特性为正温度系数的限流器件X1。

本发明实施例提供的控压电路，设置第一开关S1与限流器件X1串联连接，自驱动电路D与第一开关S1并联连接，由于限流器件X1的阻抗特性为正温度系数，当流过限流器件X1的电流增大导致温度升高时，阻抗升高，使得限流器件X1两端的分压增大，第一开关S1两端的分压降低，自驱动电路D根据第一开关S1两端的电压控制第一开关S1断开，以降低限流器件X1两端的电压，从而可以保护限流器件X1，以避免限流器件X1过功率发热，实现可靠限流。

其中，自驱动电路D可以根据第一开关S1两端的电压控制第一开关S1的工作状态，当第一开关S1两端的电压大于等于电压阈值时，控制第一开关S1闭合；当第一开关S1两端的电压小于电压阈值时，控制第一开关S1断开，其中，具体的电压阈值可以根据具体情况进行设定。

在具体实施中，第一开关S1初始处于断开状态，当控压电路两端加较高的直流电压后，第一开关S1两端承受高电压，自驱动电路D控制第一开关S1闭合，当限流器件X1过流、过热或者过功率时，由于限流器件X1为阻抗特性为正温度系数的限流器件X1，因此限流器件X1两端的电压升高，第一开关S1两端的电压降低，自驱动电路D控制第一开关S1断开，从而避免限流器件X1过功率失效，实现可靠限流。

第一开关S1可以为具有开关功能的机械开关，只有开通和关断两种状态，例如继电器、接触器等机械开关，机械开关的动作都有延迟时间。当限流器件X1长时间发热阻值升高以后，限流器件X1两端的电压升高，自驱动电路D控制机械开关断开，当限流器件X1两端电压缓慢降低以后，自驱动电路D再次控制机械开关闭合，如此循环，可以使限流器件X1的平均功率降低，从而避免限流器件X1过功率失效。

第一开关S1还可以为具有开关功能的电子开关，例如金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、三极管BJT、绝缘栅双极型晶体管IGBT等。电子开关除了具有开通和关断两个状态之外，还工作在线性区。当电子开关断开时，电子开关两端的电压升高，自驱动电路D控制电子开关打开进入线性区，然后限流器件X1两端的电压缓慢上升，电子开关两端的电压缓慢下降，自驱动电路D调节电子开关进入高阻抗区，使得电子开关和限流器件X1共同分担电压，从而降低限流器件X1两端的电压和功率。

在具体实施中，限流器件X1可以为正温度系数的热敏电阻PTC。

在具体实施中，如图2所示，以第一开关S1为MOSFET为例，自驱动电路D可以包括：第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1的第一端与第一开关S1的第一端连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，且第一电阻R1的第二端与第一开关S1的受控端连接，第二电阻R2的第二端与第一开关S1的第二端连接。

其中，串联连接的第一电阻R1和第二电阻R2进行分压，组成自驱动电路D，电阻串联的中点连接在第一开关S1的受控端。具体的工作原理为：初始状态时，第一开关S1断开，受控电路两端输入的高电压大部分降在第一开关S1两端，由于第一开关S1两端具有高电压，第一电阻R1和第二电阻R2进行分压产生驱动电压，从而使第一开关S1从高阻状态变成低阻状态，高电压转移到限流器件X1，当电流增大到电流阈值以后，限流器件X1功率变大，温度升高，阻值变大，阻值变大后，功率进一步变大，温度再次升高，阻值再次变大。限流器件X1的阻值变大以后，分压自然变高，第一开关S1两端的分压降低，第一电阻R1和第二电阻R2两端的分压降低，从而导致第一开关S1再次从低阻状态变为高阻状态。由于第一开关S1和限流器件X1两端是串联的，第一开关S1和限流器件X1两端的分压完全是由其等效的阻抗决定的。

本发明实施例提供的控压电路可以使得限流器件X1和第一开关S1的分压平衡，可以避免限流器件X1过功率发热，从而提高限流器件X1的可靠性。

在具体实施中，如图3所示，控压电路还可以包括：第一电容C1；第一电容C1的第一端与第二电阻R2的第一端连接，第一电容C1的第二端与第二电阻R2的第二端连接。通过在第二电阻R2上并联一个第一电容C1，可以防止第一开关S1变成低阻状态以后，第一电阻R1和第二电阻R2失去分压，第一开关S1又要立即变成高阻状态。在第二电阻R2并联上第一电容C1之后，由于第一电容C1能够储存能量，因此可以防止第一开关S1在闭合后又马上断开，使得控压电路能够可靠运行，增强了控压电路的可靠性。

在具体实施中，如图4所示，控压电路还可以包括：第三电阻R3、第一二极管D1和第二二极管D2；第一二极管D1的输入端与第一开关S1的第一端连接，第一二极管D1的输出端与第一电阻R1的第一端连接；第二二极管D2的输入端与第三电阻R3的第一端连接，第二二极管D2的输出端与第一开关S1的第一端连接；第三电阻R3的第二端与第二电阻R2的第一端连接，且第三电阻R3的第二端与第一电容C1的第一端连接。在该电路中，第一电阻R1位于第一电容C1的充电回路(即由第一二极管D1指向第一电阻R1，再指向第一电容C1的回路)中，第三电阻R3位于第一电容C1的放电回路(即由第一电容C1指向第三电阻R3，再指向第二二极管D2的回路)中，通过分离充放电回路，可以改变自驱动电路D的开通和关断延迟时间。

在具体实施中，如图5a、图5b和图5c所示，控压电路还可以包括稳压管Z1；稳压管Z1的第一端与第一开关S1的受控端连接，稳压管Z1的第二端与第二电阻R2的第一端连接。当自驱动电路D中的第一电阻R1和第二电阻R2的分压值大于稳压管Z1的额定电压值时，第一开关S1才会进入低阻状态。因此，在控压电路中设置稳压管Z1可以提高第一开关S1的开通门槛。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供一种软起动电路，如图6所示，该软起动电路包括：直流源601、第二开关S2、直流负载602和如前任一所述的控压电路603；直流源601、第二开关S2和直流负载602串联连接形成闭合回路，第二开关S2与控压电路603并联连接。

本发明实施例提供一种控压电路及软起动电路，该控压电路包括自驱动电路、第一开关和限流器件，通过设置第一开关与限流器件串联连接，自驱动电路与第一开关并联连接，由于限流器件的阻抗特性为正温度系数，当流过限流器件的电流增大导致温度升高时，阻抗升高，使得限流器件两端的分压增大，第一开关两端的分压降低，自驱动电路根据第一开关两端的电压控制第一开关断开，以降低限流器件两端的电压，从而可以保护限流器件，以避免限流器件过功率发热，实现可靠限流。

本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种控压电路，其特征在于，包括：自驱动电路、第一开关和限流器件；

所述第一开关与所述限流器件串联连接；

所述自驱动电路与所述第一开关并联连接，用于根据所述第一开关两端的电压控制所述第一开关断开，以降低所述限流器件两端的电压；

其中，所述限流器件为阻抗特性为正温度系数的限流器件。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一开关为具有开关功能的机械开关或电子开关。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述机械开关包括继电器或接触器。

4.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电子开关包括下列中的任意一个：

金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、三极管BJT、绝缘栅双极型晶体管IGBT。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述限流器件为热敏电阻。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述自驱动电路包括：第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端与所述第一开关的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，且所述第一电阻的第二端与所述第一开关的受控端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一开关的第二端连接。

7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，还包括：第一电容；

所述第一电容的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第二电阻的第二端连接。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，还包括：第三电阻、第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管的输入端与所述第一开关的第一端连接，所述第一二极管的输出端与所述第一电阻的第一端连接；

所述第二二极管的输入端与所述第三电阻的第一端连接，所述第二二极管的输出端与所述第一开关的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，且所述第三电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接。

9.如权利要求6-8任一所述的电路，其特征在于，还包括：稳压管；

所述稳压管的第一端与所述第一开关的受控端连接，所述稳压管的第二端与所述第二电阻的第一端连接。

10.一种软起动电路，其特征在于，包括：直流源、第二开关、直流负载和如权利要求1-9任一所述的控压电路；

所述直流源、所述第二开关和所述直流负载串联连接形成闭合回路，所述第二开关与所述控压电路并联连接。

Images