专利名称：一种直流电源开关装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电源领域，尤其涉及含有缓启动电路和升压电路的电源开关装置。
背景技术：
现在开关电源应用较之线性电源是越来越广泛。而开关电源的输入电路大都采用 整流加电容滤波电路。在输入电路合闸瞬间，由于电容器上的初始电压为零，会形成很大的 瞬时冲击电流，一般为正常工作电流10倍以上。特别是大功率开关电源，其输入采用较大 容量的滤波电容器，其冲击电流可达100A以上。在电源接通瞬间，如此大的冲击电流幅值， 往往会导致输入熔断器熔断，有时甚至将合闸开关的触点烧坏。轻者也会使空气开关合不 上闸。上述原因均会造成开关电源无法正常使用。为此，几乎所有的开关电源都在其输入 电路中设置防止冲击电流的缓启动电路，以保证开关电源正常而可靠地运行。其中，直流电源给负载供电时，常见均设有升压电路，进行升压使其满足用户端或 电子负载的供电电源范围；然而，用户端或电子负载具有容性和感性两种特质，而容性负载 会在直流电源启动瞬间呈现短路状态；即在直流电源启动的瞬间会产生极大的冲击电流， 导致供电电压瞬间跌落和输出电压不足的现象，使电路无法正常工作，甚至可能损坏电路 元器件。常见缓启动电路有热敏电阻防冲击电流电路，它利用热敏电阻的Rt的负温度系 数特性，在电源接通瞬间，热敏电阻的阻值较大，达到限制冲击电流的作用；当热敏电阻流 过较大电流时，电阻发热而使其阻值变小，电路处于正常工作状态。采用热敏电阻防止冲击 电流一般适用于小功率开关电源，由于热敏电阻的热惯性，重新恢复高阻需要时间，故对于 电源断电后又需要很快接通的情况，有时起不到限流作用。还包括SCR-R电路及其改进电路等，其主要是利用在电源瞬时接通时，输入电压 经整流桥VDl VD4和限流电阻R对电容器C充电，当电容器C充电到约80%的额定电压 时，逆变器正常工作，经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号，使晶闸管导通并短路限 流电阻R，开关电源处于正常运行状态。这种限流电路存在如下问题当电源瞬时断电后，由于电容器C上的电压不能突 变，其上仍有断电前的充电电压，逆变器可能还处于工作状态，保持晶闸管继续导通，此时 若马上重新接通输入电源，会同样起不到防止冲击电流的作用。且电路相对复杂。
实用新型内容本实用新型为解决上述技术问题，提供一种电路简单、完全防止冲击电流的直流 电源开关装置。一种直流电源开关装置，包括缓启动电路和升压电路，所述缓启动电路输入端连 接直流电源，输出端连接至升压电路输入端，升压电路输出端连接负载；缓启动电路包括第一电子开关、第二电子开关、第二开关控制电路、保护电阻及反馈控制电路；所述第一电子开关为场效应管；所述场效应管的源极连接直流电源正极，漏极与 升压电路连接；第二开关控制电路连接至第二电子开关控制端，控制所述第二电子开关的通断； 第二电子开关的第一端连接至场效应管的栅极，第二端连接至直流电源负极；保护电阻接在所述场效应管源极和栅极之间；所述反馈控制电路接在所述场效应 管栅极和漏极之间。采用本实用新型电路，在直流电源瞬间通过开关管给升压电路供电时，控制升压 电路的输入电压缓慢上升；将高的瞬间电流控制在一个比较低的水平，避免了升压电路在 直流电源接通的瞬间会产生极大的冲击电流导致供电电压瞬间跌落和输出电压不足的情 况。本电路搭建简单，成本低，只需利用常见的电子开关及RC反馈电路即可实现良好的缓 启动。
图1是本实用新型具体实施方式
中直流电源开关装置框图；图2是本实用新型具体实施方式
中直流电源开关装置时序图；图3是本实用新型具体实施方式
中直流电源开关装置电路图；图4是本实用新型具体实施方式
中电流电源开关装置。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下 结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。如图1、图3、图4所示，本具体实施方式
中欲详细描述一种直流电源开关装置，包 括缓启动电路2和升压电路3 ；所述缓启动电路输入端Ui连接直流电源1，输出端U。连接至升压电路输入端，升 压电路输出端连接负载4;缓启动电路2包括第一电子开关Q1、第二电子开关Q2、第二开关控制电路22、保护 电阻Rl及反馈控制电路21 ；所述第一电子开关Ql为场效应管；所述场效应管的源极S连接直流电源1正极， 漏极D与升压电路连接。如图3、图4所示，第二开关控制电路22连接至第二电子开关Q2控制端3，控制所 述第二电子开关Q2的通断；第二电子开关Q2的第一端1连接至场效应管的栅极G，第二端 2连接至直流电源1负极；保护电阻Rl接在所述场效应管源极S和栅极G之间；所述反馈控制电路21接在 所述场效应管栅极G和漏极D之间。第二开关控制电路22为MCU或触发器组成的逻辑电路控制电路。本例中反馈控制电路21为一电阻R2串联一电容Cl。本例中场效应管为P沟道场效应管。[0028]所述第二电子开关只是控制第一电子开关的通段，可采用电子领域内常见的电子 开关，比如晶体三极管、场效应管等等。关于各电子原件的参数，本领域技术人员根据我们的描述可自行设置，无需付出 创造性劳动，比如本例中保护电阻Rl为IOK欧姆，电容Cl为0. IuF, R2为IK欧姆。如图3所示，关于升压电路，可以采用本领域技术人员所熟知的电路，本例中列举 了一种作为说明，本升压电路包括一 PWM控制模块31、第三电子开关Q3、电感L、一电容C2、 一电容C3、以及二极管D ；其中，第三电子开关Q3的第一端1通过电感L连接至缓启动电路 2的输出端，第三电子开关Q3的第二端2接地，第三电子开关Q3的控制端3连接PWM控制 模块32 ；二极管D的阳极连接至第三电子开关Q3的第一端1，阴极连接负载4 ；电容C2的 一端连接至二极管的阴极，另一端接地；电容C3的一端连接至所述缓启动电路的输出端， 另一端接地。作为本实用新型的一个实施例，第三电子开关Q3为晶体三级管，本例中Q3为 NPN型晶体三极管。电感L为1(^机额定电流54]，电容02，C3均为IOOuF[额定电压为 25V]。现结合图3、图4详述用于控制升压电路开启的缓启动装置的工作原理，缓启动电 路2说明如下直流电源1启动瞬间，第二开关控制电路22控制第二电子开关Q2导通，第 一电子开关管Ql的源极S与栅极G之间产生压降VGS，当Ves值大于第一电子开关管Ql的 开启电压Vesmfi值时，第一电子开关管Ql导通。电阻R2及电容Cl构成的RC回路形成第一 电子开关Q3反馈控制电路21，控制第一电子开关管Ql的栅极。当直流电源1瞬间启动，第 一电子开关管Ql导通，直流电源1开始对升压电路输入电容C3充电，升压电路输入电压上 升；由于容性负载会在直流电源启动瞬间呈现短路状态，会产生一个瞬间冲击电流，当输出 电流瞬间上升到一定值，经由电阻R2及电容Cl构成的第一电子开关Ql反馈控制电路21 控制第一开关管Ql工作在线性模式，将瞬间冲击电流限制在这一水平，随着升压电路输入 电压缓慢上升，冲击电流逐渐下降，当升压电路输入电容C3充电完成，冲击电流下降到正 常水平；由电阻R2及电容Cl构成的第一电子开关Q3反馈控制电路21控制第一电子开关 管Ql完全导通，直流电源1输出电压接入升压电路3。升压电路3说明如下PWM控制模块31控制第三电子开关Q3的导通与关闭；当三 极管Q3导通时，缓启动电路2输出的电压信号通过电感L被接入电路，电感L上的电流由
r di
零开始增大，且呈斜波式线性上升；根据电感定律" = Lj可知，电感L上感应电压方向为
左正右负；此时，二极管D阳极电压为负，二极管反向偏置，不符合二极管的导通条件；负载 4由输出级电容C2提供电能。当三极管Q3关闭时，电感L上电流逐渐减少，根据电感定律
7 ·
u = Z 可知，电感上感应电压方向为左负右正；此时，二极管D阳极电压为正，二极管D正 dt
向偏置，符合二极管的导通条件，二极管导通；缓启动电路2输出的电压信号能通过电感L 向输出级电容C2充电，同时给负载4供电。PWM控制模块控制第三电子开关Q3反复的导通 与关闭，实现升压电路对负载升压。如图2所示，直流电源1启动前，即直流电源1输出低电平时，第二电子开关Q2处 于断开状态，升压电路3输入电压为低电平；当直流电源1输出高电平时，即直流电源1接 入缓启动电路2，第二电子开关Q2开始导通，升压电路3输入电压开始上升；经过T时间的
5缓启动后，升压电路3输入电压缓慢上升到直流电源1电压，升压电路3完全接入电路；至 此完成升压电路3带负载4启动，在此过程中升压电路3的输入电压缓慢上升，启动的瞬间 电流被控制在一个比较低的水平，使直流电源1输出正常，避免了升压电路3在直流电源1 接通的瞬间会产生极大的冲击电流导致供电电压瞬间跌落和输出电压不足的情况。一般地，场效应管三个极之间均存在极间电容；在DS之间加电压时，产生一个位 移电流，位移电流对栅极电容进行充电，经过一定时间后使GS之间压降逐渐达到并超过开 启电压Ves[TH]，从而令场效应管导通。通过改变反馈控制回路R2及Cl的时间常数，可以控 制位移电流的大小，改变栅极电容充电的速率，从而改变启动时间T。采用本实用新型电路，在直流电源瞬间通过开关管给升压电路供电时，控制升压 电路的输入电压缓慢上升，避免升压电路在直流电源接通的瞬间出现的冲击大电流造成供 电电压跌落和输出电压不足，甚至电路损坏的情况。电路简单，易于实现。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
权利要求一种直流电源开关装置，包括缓启动电路和升压电路，所述缓启动电路输入端连接直流电源，输出端连接至升压电路输入端，升压电路输出端连接负载；其特征在于缓启动电路包括第一电子开关、第二电子开关、第二开关控制电路、保护电阻及反馈控制电路；所述第一电子开关为场效应管；所述场效应管的源极连接直流电源正极，漏极与升压电路连接；第二开关控制电路连接至第二电子开关控制端，控制所述第二电子开关的通断；第二电子开关的第一端连接至场效应管的栅极，第二端连接至直流电源负极；保护电阻接在所述场效应管源极和栅极之间；所述反馈控制电路接在所述场效应管栅极和漏极之间。
2.如权利要求1所述的直流电源开关装置，其特征在于所述反馈控制电路为一电阻串联一电容。
3.如权利要求2所述的直流电源开关装置，其特征在于所述场效应管为P沟道场效应管。
4.如权利要求2所述的直流电源开关装置，其特征在于所述第二电子开关为晶体三极管。
5.如权利要求4所述的直流电源开关装置，其特征在于所述晶体三极管为NPN型晶体三极管。
专利摘要本实用新型提供了一种电路简单、完全防止冲击电流的直流电源开关装置。包括缓启动电路和升压电路，所述缓启动电路输入端连接直流电源，输出端连接至升压电路输入端，升压电路输出端连接负载；缓启动电路包括第一电子开关、第二电子开关、第二开关控制电路、保护电阻及反馈控制电路；所述第一电子开关为场效应管；所述场效应管的源极连接直流电源正极，漏极与升压电路连接；第二开关控制电路连接至第二电子开关控制端，控制所述第二电子开关的通断；第二电子开关的第一端连接至场效应管的栅极，第二端连接至直流电源负极；保护电阻接在所述场效应管源极和栅极之间；所述反馈控制电路接在所述场效应管栅极和漏极之间。
文档编号H02M3/156GK201708697SQ201020213419
公开日2011年1月12日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者代祥军, 林田生, 石大明 申请人:比亚迪股份有限公司