基于MOS管软启动的隔离电路以及软启动控制方法与流程

基于mos管软启动的隔离电路以及软启动控制方法
技术领域
1.本技术涉及电路技术领域，尤其涉及基于mos管软启动的隔离电路以及软启动控制方法。


背景技术：

2.在输入电源导入隔离电路时，由于隔离电路中的电容的初始电压为零，输入电源直接对该电容进行充电的话，会在该电容处形成很大的瞬时冲击电流，产生过流现象，而过流现象会对隔离电路或者其他的电路回路都会产生较大影响，情况严重的会导致相关电路或者后端设备发生故障，甚至损坏。为防止产生过流现象，需要软启动电路对在电容处形成的电流进行控制，现有的技术手段通常会采用基于继电器的软启电路来进行软启动，但由于继电器普遍的使用寿命较短，而且满足高压大电流的继电器普遍体积过大，软启电阻会对正常运行时的电路产生损耗，降低了电路的运行效率。
3.现有技术中，公开号为cn111865062a的专利(一种基于单相/三相升压电路的辅助电源启动电路)中，提出了基于单相升压电路的辅助电源启动电路包括输入电源、单相升压电路、第一电容及第二电容，输入电源电连接于单相升压电路，单相升压电路的输出正负极之间串接有第一电容及第二电容，输入软启电路包括常闭开关、软启电阻及常开开关；常闭开关与软启电阻串联，以构成第一串联支路，第一串联支路与常开开关并联，以构成并联支路，并联支路一端电连接于输入电源，另一端电连接于单相升压电路。
4.上述现有技术存在以下缺点：
5.该方案采用空气开关来进行线路切换从而实现软启动，使用寿命较短，能够满足高压大电流的应用需求的空气开关体积较大，容易产生噪音，无法减小软启电阻对正常运行时的电路所产生的损耗。


技术实现要素：

6.为克服相关技术中存在的问题，本技术提供一种基于mos管软启动的隔离电路，该基于mos管软启动的隔离电路，能够解决继电器使用寿命短以及体积过大的问题，满足高压大电流的电源高性能应用需求，降低软启电阻对正常运行时的电路所产生的损耗，提升电路的运行效率。
7.本技术第一方面提供一种基于mos管软启动的隔离电路，包括：
8.mos管软启电路、升压电路、全桥逆变器、变压器t1以及桥式整流器d11；
9.mos管软启电路、升压电路、全桥逆变器、变压器t1以及桥式整流器d11依次连接；
10.mos管软启电路与升压电路之间设有储能电容c2，升压电路与全桥逆变器之间设有储能电容c1，桥式整流器d11的正极隔离输出端与负极隔离输出端之间设有储能电容c3；
11.mos管软启电路中包含第一mos管控制支路以及第二mos管控制支路，第一mos管控制支路与第二mos管控制支路并联，第一mos管控制支路中设有软启电阻r1。
12.在一种实施方式中，第一mos管控制支路包含软启电阻r1、二极管d2、mos管q3以及
二极管d3；
13.软启电阻r1与mos管q3串联；
14.二极管d2与软启电阻r1并联；
15.二极管d3与mos管q3并联。
16.在一种实施方式中，第二mos管控制支路包含mos管q1以及二极管d1；
17.mos管q1与二极管d1并联。
18.在一种实施方式中，mos管软启电路的输入端与整流器d6的输出端连接，整流器d6的输入端与输入交流电接通；
19.储能电容c2与整流器d6并联。
20.在一种实施方式中，升压电路包括电感l1、二极管d4、二极管d5、储能电容c1、mos管q4和mos管q5；
21.电感l1和mos管q3串联，mos管q4与电感l1串联，二极管d4与mos管q4并联；
22.mos管q5与储能电容c2并联，二极管d5与mos管q5并联；
23.储能电容c1与mos管q5并联；
24.储能电容c1与全桥逆变器的输入端连接。
25.在一种实施方式中，全桥逆变器包含mos管q7、mos管q8、mos管q9、mos管q10、二极管d7、二极管d8、二极管d9以及二极管d10；
26.二极管d7和二极管d8串联，二极管d9和二极管d10串联，二极管d7和二极管d8串联连接的支路，与二极管d9和二极管d10串联连接的支路并联；
27.mos管q7与二极管d7并联，mos管q8与二极管d8并联，mos管q9与二极管d9并联，mos管q10与二极管d10并联；
28.变压器包括原边绕组以及副边绕组；
29.原边绕组与全桥逆变器的输出端连接，副边绕组与桥式整流器的输入端连接。
30.本技术第二方面提供一种软启动控制方法，用于控制如上任一项所述的基于mos管软启动的隔离电路进行软启动，包括：
31.获取整流器d6的第一输出电压以及升压电路的第二输出电压；
32.将第一输出电压与预设电压范围进行对比，并将第二输出电压与第一预设电压进行对比，根据对比结果确定是否启动全桥逆变器；
33.若启动全桥逆变器，则当第二输出电压小于第二预设电压时，导通隔离电路中的第一mos管控制支路；第二预设电压小于第一预设电压，且第二预设电压大于零；
34.当第二输出电压达到第一输出电压时，导通隔离电路中的第二mos管控制支路，启动升压电路。
35.在一种实施方式中，预设电压范围包含欠压范围以及过压范围；
36.根据对比结果确定是否启动全桥逆变器，包括：
37.若第一输出电压大于欠压范围的上限值且小于过压范围的下限值，且第二输出电压小于第一预设电压，则启动全桥逆变器。
38.在一种实施方式中，导通隔离电路中的第一mos管控制支路，包括：
39.驱动第一mos管控制支路中的mos管q3导通。
40.在一种实施方式中，导通隔离电路中的第二mos管控制支路，包括：
41.驱动第二mos管控制支路中的mos管q1导通。
42.本技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：
43.通过将mos管软启电路、升压电路、全桥逆变器、变压器t1以及桥式整流器d11依次连接，mos管软启电路与升压电路之间设有储能电容c2，升压电路与全桥逆变器之间设有储能电容c1，桥式整流器d11的正极隔离输出端与负极隔离输出端之间设有储能电容c3，使得当全桥逆变器启动时，储能电容c1中的储备电量能够对储能电容c3进行低压充电，使得储能电容c3的初始电压不为零；mos管软启电路中包含第一mos管控制支路以及第二mos管控制支路，第一mos管控制支路与第二mos管控制支路并联，第一mos管控制支路中设有软启电阻r1，从而在第一mos管控制支路导通时，能够对储能电容c1以及储能电容c2进行充电，从而能够对储能电容c3进行充电，完成软启动，在第二mos管控制支路也完成接通后，对第一mos管控制支路进行短路，避免了软启电阻r1对软启动完成后正常运行的电路产生不必要损耗，提高电路运行效率，而由于第一mos管控制支路和第二mos管控制支路是基于mos管进行控制，因此能够解决继电器使用寿命短以及体积过大的问题，满足高压大电流的电源高性能应用需求，提高电路的可靠性，提高后端设备的安全性，从而提高生产效率。
44.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
45.通过结合附图对本技术示例性实施方式进行更详细的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
46.图1是本技术实施例示出的基于mos管软启动的隔离电路的电路结构示意图；
47.图2是本技术实施例示出的软启动控制方法的流程示意图。
具体实施方式
48.下面将参照附图更详细地描述本技术的优选实施方式。虽然附图中显示了本技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本技术更加透彻和完整，并且能够将本技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。
49.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
50.应当理解，尽管在本技术可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
51.实施例一
52.为防止产生过流现象，需要软启动电路对在电容处形成的电流进行控制，现有的技术手段通常会采用基于继电器的软启电路来进行软启动，但由于继电器普遍的使用寿命较短，而且满足高压大电流的继电器普遍体积过大，软启电阻会对正常运行时的电路产生损耗，降低了电路的运行效率。现有技术采用开关来进行线路切换从而实现软启动，使用寿命较短，不能够满足高压大电流的应用需求，无法减小软启电阻对正常运行时的电路所产生的损耗。
53.针对上述问题，本技术实施例提供一种基于mos管软启动的隔离电路，能够解决继电器使用寿命短以及体积过大的问题，满足高压大电流的电源高性能应用需求，降低软启电阻对正常运行时的电路所产生的损耗，提升电路的运行效率。
54.以下结合附图详细描述本技术实施例的技术方案。
55.请参阅图1，本技术实施例示出的基于mos管软启动的隔离电路的实施例一包括：
56.mos管软启电路、升压电路、全桥逆变器、变压器t1以及桥式整流器d11，其中，mos管软启电路、升压电路、全桥逆变器、变压器t1以及桥式整流器d11依次连接，形成隔离电路。mos管软启电路与升压电路之间设有储能电容c2，升压电路与全桥逆变器之间设有储能电容c1，桥式整流器d11的正极隔离输出端与负极隔离输出端之间设有储能电容c3，正极隔离输出端即图1中的vout+，负极隔离输出端即图1中的vout-，可以理解的是，由于储能电容c1具有储能能力，在输入交流电的电压建立之前，当全桥逆变器启动后，此时，储能电容c1的输出电压即可以视为升压电路的输出电压，储能电容c1所储备的电能能够对储能电容c3进行充电，由于储能电容c1的输出电压较低，在储能电容c3上产生的电流足够小，因此此时对储能电容c3进行充电使得储能电容c3的初始电压不为零的同时，储能电容c3不会产生过流现象。
57.mos管软启电路中包含第一mos管控制支路以及第二mos管控制支路，第一mos管控制支路与第二mos管控制支路并联，第一mos管控制支路中设有软启电阻r1，可以理解的是，当第一mos管控制支路导通时，输入交流电的电压能够对储能电容c2以及储能电容c1进行充电，提高升压电路的输出电压，从而能够进一步地对储能电容c3进行充电，提升隔离电路的输出电压，此时由于充电进程较为缓慢，因此，即使升压电路的输出电压得到了提高，但是在储能电容c3处产生的电流不大，从而能够避免过流现象的发生。进一步地，当第二mos管控制支路导通时，对第一mos管控制支路短路，从而将软启电阻r1短路，避免软启电阻r1对输入交流电造成分压，在软启电阻r1上消耗不必要的电能，同时启动升压电路，通过升压电路达到目标输出电压，隔离电路的输出电压随着升压电路的输出电压的增大而增大，由于此时储能电容c3处已建立电压，因此不会发生过流现象。
58.从上述实施例一中可以看出以下有益效果：
59.通过将mos管软启电路、升压电路、全桥逆变器、变压器t1以及桥式整流器d11依次连接，mos管软启电路与升压电路之间设有储能电容c2，升压电路与全桥逆变器之间设有储能电容c1，桥式整流器d11的正极隔离输出端与负极隔离输出端之间设有储能电容c3，使得当全桥逆变器启动时，储能电容c1中的储备电量能够对储能电容c3进行低压充电，使得储能电容c3的初始电压不为零；mos管软启电路中包含第一mos管控制支路以及第二mos管控制支路，第一mos管控制支路与第二mos管控制支路并联，第一mos管控制支路中设有软启电
阻r1，从而在第一mos管控制支路导通时，能够对储能电容c1以及储能电容c2进行充电，从而能够对储能电容c3进行充电，完成软启动，在第二mos管控制支路也完成接通后，对第一mos管控制支路进行短路，避免了软启电阻r1对软启动完成后正常运行的电路产生不必要损耗，提高电路运行效率，而由于第一mos管控制支路和第二mos管控制支路是基于mos管进行控制，因此能够解决继电器使用寿命短以及体积过大的问题，满足高压大电流的电源高性能应用需求，提高电路的可靠性，提高后端设备的安全性，从而提高生产效率。
60.实施例二
61.为了便于理解，以下提供了基于mos管软启动的隔离电路的一个实施例来进行说明，在实际应用中，在软启电阻r1所在的第一mos管控制支路中设置一个mos管q3，通过驱动mos管q3的导通与关闭，控制第一mos管控制支路的导通情况，相对地，也会在第二mos管控制支路中设置mos管q1来控制支路的导通情况。
62.请参阅图1，本技术实施例示出的基于mos管软启动的隔离电路的实施例二包括：
63.在mos管软启电路中，第一mos管控制支路包含软启电阻r1、二极管d2、mos管q3以及二极管d3，其中，软启电阻r1与mos管q3串联，二极管d2与软启电阻r1并联，二极管d3与mos管q3并联。相对地，第二mos管控制支路包含mos管q1以及二极管d1，mos管q1与二极管d1并联。可以理解的是，mos管是需要mos管驱动电路的驱动力来实现导通与关闭的状态切换，因此，可以通过改变mos管q3和mos管q1分别对应的mos管驱动电路的电平状态来确定mos管q3和mos管q1是否导通，从而确定第一mos管控制支路和第二mos管控制支路是否导通。
64.另外，第一mos管控制支路中的二极管d2用于对软启电阻r1进行续流，防止流过mos管q3的线路寄生参数电流泄放不彻底，寄生参数可以是pcb线路或者连接的电线，也可以是功率器件寄生电容电感参数等，在切断mos管的导通时，这些参数让电流不能立即消失，会有少量的能量残留，需要有回路给这些能量流通，因此在软启电阻r1的两端并联了二极管d2。
65.mos管软启电路的输入端与整流器d6的输出端连接，整流器d6的输入端与输入交流电接通，储能电容c2与整流器d6并联，使得整流器d6的输出电压在第一mos管控制支路导通时，能够对储能电容c2进行充电。
66.升压电路包括电感l1、二极管d4、二极管d5、储能电容c1、mos管q4和mos管q5，电感l1和mos管q3串联，mos管q4与电感l1串联，二极管d4与mos管q4并联，mos管q5与储能电容c1并联，二极管d5与mos管q5并联，储能电容c2与mos管q5并联，因此，可以理解的是，整流器d6的输出电压在对储能电容c2进行充电的同时，能够通过电感l1与二极管d4对储能电容c1进行充电。
67.进一步地，储能电容c1与全桥逆变器的输入端连接，因此，当全桥逆变器启动时，在第一mos管控制支路未导通时，储能电容c1能够通过自身储存的电量对储能电容c3充电，在第一mos管控制支路导通时，随着储能电容c1的电量增多，能够更进一步地对储能电容c3充电，提升隔离电路的输出电压。其中，全桥逆变器包含mos管q7、mos管q8、mos管q9、mos管q10、二极管d7、二极管d8、二极管d9以及二极管d10，二极管d7和二极管d8串联，二极管d9和二极管d10串联，二极管d7和二极管d8串联连接的支路，与二极管d9和二极管d10串联连接的支路并联，mos管q7与二极管d7并联，mos管q8与二极管d8并联，mos管q9与二极管d9并联，mos管q10与二极管d10并联，全桥逆变器的启动是指mos管q7、mos管q8、mos管q9、mos管q10
按照全桥逆变电路的特性进行工作。
68.变压器包括原边绕组以及副边绕组，原边绕组与全桥逆变器的输出端连接，副边绕组与桥式整流器的输入端连接，经过变压器和桥式整流器的处理后，输出电压。
69.在本技术实施例中，在桥式整流器的输出端处没有设置输出电感，从而隔离电路在运行过程中不带电感特性，从而隔离电路中的储能电容c3能够储能的同时，能够有效降低输出电压的动态波动的影响，避免输出电感的电流突变导致在输出电感上产生压降，导致隔离电路的输出降低且存在振荡的情况。输出电压的动态波动是指输出电压的动态响应，在实际应用中，假设在dt时间内发生了di电流的突变，在感量为l的情况下，电感上的压降为l*di/dt，即当输出电流突然增加时，输出电压会由于输出电感上的压降增加而出现跌落的情况，当负载电流突然降低时，输出电压会由于电感上的压降减少而出现过冲的情况。对应地，在该输出电压的波形上会出现毛刺电压，相邻的毛刺电压的间隔，一般是该输出电压所对应的电路的pwm载波周期，即当负载电流突然发生变化时，输出电压会有一定的波动情况并会持续一段时间，在电源系统进行快速启停时造成不稳定因素，影响电源系统的性能。而在去除了输出电感后，能够通过本技术的mos管软启电路的控制来解决储能电容c3出现过流现象的问题。
70.在本技术实施例中，负载可以连接在正极隔离输出端与负极隔离输出端之间，负载即图1中的r2，负载可以是后端设备，也可以是下一级的电路，此处不作唯一限定。
71.实施例三
72.与前述基于mos管软启动的隔离电路的实施例相对应，本技术还提供了一种软启动控制方法，用于控制如上任一实施例所述的基于mos管软启动的隔离电路进行软启动，及相应的实施例。
73.请参阅图2，本技术实施例示出的软启动控制方法包括：
74.301、获取整流器d6的第一输出电压以及升压电路的第二输出电压；
75.整流器d6的第一输出电压即为输入交流电经过整流器d6整流之后所输出的电压值，升压电路的第二输出电压是指升压电路输出端的电压值，在本技术实施例中，可以采用电压采样电路来对第一输出电压以及第二输出电压进行采样，从而能够获取第一输出电压以及第二输出电压。
76.302、将第一输出电压与预设电压范围进行对比，并将第二输出电压与第一预设电压进行对比，根据对比结果确定是否启动全桥逆变器；
77.在本技术实施例中，预设电压范围包含欠压范围以及过压范围，可以理解的是，若电压值落入到欠压范围中时，则说明当前电压值不足以满足电路的电压需求，不能够实现电路的性能作用，相反地，若电压值落入到过压范围中时，则说明当前电压值超出了电路的电压需求，有可能会对电路造成损害，甚至烧毁电路。
78.第一预设电压可以理解为在储能电容c3处产生过流现象的临界电压，即当升压电路的第二输出电压达到第一预设电压，且储能电容c3的初始电压为零时，会在储能电容c3处产生过流现象，在第一mos管控制支路未导通之前就需要对第二输出电压是否超过第一预设电压进行判断，这是因为储能电容c1能够通过自身储存的电量对储能电容c3充电，而若储能电容c1自身储存的电量所形成的电压超过了第一预设电压，则会在储能电容c3处产生过流现象，对电路造成损害。
79.因此，若第一输出电压大于欠压范围的上限值且小于过压范围的下限值，且第二输出电压小于第一预设电压，则启动全桥逆变器；而若第一输出电压小于欠压范围的下限值且大于过压范围的上限值，且第二输出电压大于第一预设电压，则不启动全桥逆变器，并且对电路实行保护策略，防止电路损坏，对后端设备产生不良影响。
80.303、若启动全桥逆变器，则当第二输出电压小于第二预设电压时，导通隔离电路中的第一mos管控制支路；
81.当第二输出电压小于第二预设电压时，说明储能电容c1自身储存的电量已经有一部分转移到储能电容c3处，第二预设电压小于第一预设电压，且第二预设电压大于零，储能电容c1不能够把电量放完，需要在充电前保持初始电压不为零的状态，否则会在储能电容c1处也会产生过流现象。
82.驱动第一mos管控制支路中的mos管q3导通，此时第一mos管控制支路得到导通，整流器d6的输出电压能够对储能电容c2进行充电，同时，能够通过电感l1与二极管d4对储能电容c1进行充电，随着储能电容c1的电量增多，能够更进一步地对储能电容c3充电，提升隔离电路的输出电压。此时由于软启电阻r1接入到电路中，而升压电路也未启动，因此升压电路的输出电压不高，对储能电容c3充电进程较为缓慢，因此不会在储能电容c3处产生过流现象。随着储能电容c1和储能电容c2完成充电，储能电容c3也完成充电，完成隔离电路的软启动。
83.304、当第二输出电压达到第一输出电压时，导通隔离电路中的第二mos管控制支路，启动升压电路。
84.当第二输出电压达到第一输出电压时，即说明储能电容c1和储能电容c2完成充电，储能电容c3也完成充电，完成隔离电路的软启动，此时，驱动第二mos管控制支路中的mos管q1导通，则此时第二mos管控制支路导通，从而对第一mos管控制支路短路，从而将软启电阻r1短路，避免软启电阻r1对输入交流电造成分压，在软启电阻r1上消耗不必要的电能，提高电路的运行效率。然后启动升压电路对输入电压进行升压，输出目标升压电压，在本技术实施例中，可以驱动mos管q4导通，进入同步整流模式，也可以驱动mos管q5导通，进入非同步整流模式，达到提升第二输出电压至目标升压电压的目的，同时提升隔离电路的输出电压至目标电压。
85.从上述实施例三可以看出以下有益效果：
86.通过获取整流器d6的第一输出电压以及升压电路的第二输出电压，将第一输出电压与预设电压范围进行对比，并将第二输出电压与第一预设电压进行对比，根据对比结果确定是否启动全桥逆变器，防止第一输出电压与第二输出电压不在合理范围内而对电路造成损害，提高安全性；若启动全桥逆变器，则当第二输出电压小于第二预设电压时，导通隔离电路中的第一mos管控制支路，使得当全桥逆变器启动时，储能电容c1中的储备电量能够对储能电容c3进行低压充电，使得储能电容c3的初始电压不为零，而在第一mos管控制支路导通时，整流器d6的输出电压能够对储能电容c1以及储能电容c2进行充电，从而能够对储能电容c3进行充电，当第二输出电压达到第一输出电压时，储能电容c1和储能电容c2完成充电，储能电容c3也完成充电，完成隔离电路的软启动，此时导通第二mos管控制支路，对第一mos管控制支路进行短路，避免了软启电阻r1对软启动完成后正常运行的电路产生不必要损耗，提高电路运行效率，然后启动升压电路，提升升压电路的输出电压至目标升压电
压，也能够提升隔离电路的输出电压至目标电压，使得电路进入正常运行状态，而由于第一mos管控制支路和第二mos管控制支路是基于mos管进行控制，因此能够解决继电器使用寿命短以及体积过大的问题，满足高压大电流的电源高性能应用需求，提高电路的可靠性，提高后端设备的安全性，从而提高生产效率。
87.上文中已经参考附图详细描述了本技术的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。另外，可以理解，本技术实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本技术实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
88.以上已经描述了本技术的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。