适用于高压直流母线电容的预充电电路的制作方法

本发明属于高压直流母线电容的预充电电路技术领域，具体地说是一种适用于高压直流母线电容的预充电电路。

背景技术：

在高压大功率系统中，在系统启动时，高压直流电源向系统中的大容量电容充电，过大的充电电流会使得系统中的电容损坏。传统的采用限流电阻的预充电方式缺点是电阻体积大影响产品体积，且整个生命周期中电阻利用率低。本发明采用将控制开关工作于放大工作区来模拟限流电阻功能，且具备恒流充电的能力，有效地减小了体积，优化了充电过程，使得母线电容的工作更可靠。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具备恒流充电能力、可以有效地减小体积、优化充电过程并使得母线电容的工作更可靠的适用于高压直流母线电容的预充电电路。

按照本发明提供的技术方案，所述适用于高压直流母线电容的预充电电路，它包括控制开关、限流电路和切换电路；所述控制开关由第一场效应晶体管组成，限流电路由第一电阻、三极管和第三电阻组成，切换电路由第二场效应晶体管、第二电阻和光电耦合器组成；

高压直流电源与第一场效应晶体管的漏极相连，第一场效应晶体管的源极连接到三极管的基极，第一场效应晶体管的栅极连接到三极管的集电极；

供电电源与第一电阻的一端相连，第一电阻的另一端与三极管的集电极相连，三极管的基极与第三电阻的一端相连并连接到第二场效应晶体管的漏极，第三电阻的另一端与三极管的发射极相连并连接到输出端，供电电源的负端与输出端相连；

光电耦合器输入侧的阳极与阴极分别与第一控制信号、第二控制信号相连，光电耦合器的集电极与供电电源相连，光电耦合器的发射极与第二场效应晶体管的栅极以及第二电阻的一端相连，第二场效应晶体管的源极与第二电阻的另一端相连并连接到输出端。

作为优选，所述第一场效应晶体管与第二场效应晶体管均为n型，三极管为npn型。

作为优选，所述第一场效应晶体管与第二场效应晶体管均为p型，三极管为pnp型。

本发明采用将控制开关工作于放大工作区来模拟限流电阻功能，且具备恒流充电的能力，有效地减小了体积，优化了充电过程，使得母线电容的工作更可靠。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种适用于高压直流母线电容的预充电电路，如图1所示，它包括控制开关1、限流电路2和切换电路3；所述控制开关1由n型的第一场效应晶体管v1组成，限流电路2由第一电阻r1、npn型的三极管v3和第三电阻rs组成，切换电路3由n型的第二场效应晶体管v2、第二电阻r2和光电耦合器e1组成；

高压直流电源vin与第一场效应晶体管v1的漏极相连，第一场效应晶体管v1的源极连接到三极管v3的基极，第一场效应晶体管v1的栅极连接到三极管v3的集电极；

供电电源vcc与第一电阻r1的一端相连，第一电阻r1的另一端与三极管v3的集电极相连，三极管v3的基极与第三电阻rs的一端相连并连接到第二场效应晶体管v2的漏极，第三电阻rs的另一端与三极管v3的发射极相连并连接到输出端vbus，供电电源vcc的负端与输出端vbus相连；

光电耦合器e1输入侧的阳极与阴极分别与第一控制信号a、第二控制信号b相连，光电耦合器e1的集电极与供电电源vcc相连，光电耦合器e1的发射极与第二场效应晶体管v2的栅极以及第二电阻r2的一端相连，第二场效应晶体管v2的源极与第二电阻r2的另一端相连并连接到输出端vbus。

本发明中，高压直流电源vin的电压为270v，供电电源vcc的电压为15v（负端接输出端vbus），第三电阻rs等于5.1ω，第一电阻r1等于1kω，第二电阻r2等于20kω，npn型的三极管v3采用mmbt5551，光电耦合器e1采用mct62，n型的第一场效应晶体管v1采用ixfn110n60p3，n型的第二场效应晶体管v2采用ipt004n03l。

本发明的工作原理如下：

高压直流电源vin上电后，此时第一控制信号a与第二b控制信号之间的电压值为零，光电耦合器e1的副边处于关断状态，n型的第二场效应晶体管v2处于关断状态，供电电源vcc电压逐步建立时，供电电源vcc通过第一电阻r1向n型的第一场效应晶体管v1的结电容充电，致使n型的第一场效应晶体管v1由截止工作区向放大工作区转变，此时电流经过n型的第一场效应晶体管v1、第三电阻rs向输出端vbus的负载电容充电，通过第三电阻rs的电流逐渐变大，当第三电阻rs的电压达到npn型的三极管v3的开启电压时，npn型的三极管v3进入放大工作区，并使得n型的第一场效应晶体管v1维持在放大工作区，通过第三电阻rs的电流不再增大，高压直流电源vin与输出端vbus之间电路等效为一个逐渐减小的电阻，向输出端vbus的负载电容恒流充电。当预充电完成后，控制第一控制信号a与第二b控制信号之间的电压值大于光电耦合器e1原边的开启电压，供电电源vcc通过光电耦合器的副边使能n型的第二场效应晶体管v2饱和导通，npn型的三极管v3的基-射极间电压下降，使得npn型的三极管v3进入截止工作区，n型的第一场效应晶体管v1的栅-源极间电压为vcc的电压值减去n型的第二场效应晶体管v2的导通电压，n型的第一场效应晶体管v1进入饱和工作区，高压直流电源vin与输出端vbus之间电路等效为可以忽略阻值的电阻，高压直流电源vin可以向输出端vbus母线提供大电流。电路中n型的第二场效应晶体管v2在工作状态中漏-源极耐压不超过npn型的三极管v3的导通电压，可以选用低压低导通阻抗的场效应晶体管，有效降低了n型的第二场效应晶体管v2导通时高压直流电源vin和输出端vbus间的等效阻抗。

技术特征：

1.一种适用于高压直流母线电容的预充电电路，其特征是：它包括控制开关（1）、限流电路（2）和切换电路（3）；所述控制开关（1）由第一场效应晶体管（v1）组成，限流电路（2）由第一电阻（r1）、三极管（v3）和第三电阻（rs）组成，切换电路（3）由第二场效应晶体管（v2）、第二电阻（r2）和光电耦合器（e1）组成；

高压直流电源（vin）与第一场效应晶体管（v1）的漏极相连，第一场效应晶体管（v1）的源极连接到三极管（v3）的基极，第一场效应晶体管（v1）的栅极连接到三极管（v3）的集电极；

供电电源（vcc）与第一电阻（r1）的一端相连，第一电阻（r1）的另一端与三极管（v3）的集电极相连，三极管（v3）的基极与第三电阻（rs）的一端相连并连接到第二场效应晶体管（v2）的漏极，第三电阻（rs）的另一端与三极管（v3）的发射极相连并连接到输出端（vbus），供电电源（vcc）的负端与输出端（vbus）相连；

光电耦合器（e1）输入侧的阳极与阴极分别与第一控制信号a、第二控制信号b相连，光电耦合器（e1）的集电极与供电电源（vcc）相连，光电耦合器（e1）的发射极与第二场效应晶体管（v2）的栅极以及第二电阻（r2）的一端相连，第二场效应晶体管（v2）的源极与第二电阻（r2）的另一端相连并连接到输出端（vbus）。

2.根据权利要求1所述的适用于高压直流母线电容的预充电电路，其特征是：所述第一场效应晶体管（v1）与第二场效应晶体管（v2）均为n型，三极管（v3）为npn型。

3.根据权利要求1所述的适用于高压直流母线电容的预充电电路，其特征是：所述第一场效应晶体管（v1）与第二场效应晶体管（v2）均为p型，三极管（v3）为pnp型。

技术总结
本发明涉及一种适用于高压直流母线电容的预充电电路，它包括控制开关、限流电路和切换电路；所述控制开关由第一场效应晶体管组成，限流电路由第一电阻、三极管和第三电阻组成，切换电路由第二场效应晶体管、第二电阻和光电耦合器组成。本发明采用将控制开关工作于放大工作区来模拟限流电阻功能，且具备恒流充电的能力，有效地减小了体积，优化了充电过程，使得母线电容的工作更可靠。

技术研发人员：温铁钝;张宇;蒋永杰;李藩为;徐中行;刘启进
受保护的技术使用者：中国航发控制系统研究所
技术研发日：2020.12.29
技术公布日：2021.04.09