一种主动消耗式恒流泄放电路及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种主动消耗式恒流泄放电路及控制方法，通过缓启动模块

【技术实现步骤摘要】
一种主动消耗式恒流泄放电路及控制方法


[0001]本专利技术属于电源控制
，尤其是一种主动消耗式恒流泄放电路及控制方法
。

技术介绍

[0002]电源模块因为需要稳定输出电压，通常会在输出端匹配大容量的电解电容或者薄膜电容；当电源关机后，由于大容量电容的存在，电容上的残余电压会在很长时间内保持较高的电压，尤其是高压电源，若此时人或者设备接触到电源输出端的正负两极，会导致人体触电或者设备损坏，所以电容的电压泄放功能是关乎人身安全
、
设备安全的重要功能；因此需要通过技术手段在电源关机后快速的将电容电压泄放至安全电压，以保证电源对人体或者其他设备无害；
[0003]传统的电容电压泄放方案都是基于被动式电阻元件进行电压泄放，主要电路有以下三种：
[0004]方案一如图1‑
(a)
所示，电阻
R
接在需要放电的电容
C1
两端，电阻
R1
完成对电容
C1
的电压泄放；
[0005]方案二如图1‑
(b)
所示，电阻
R1
与继电器
K1
串联后再与电容
C1
并联，由控制信号对继电器
K1
控制，当继电器
K1
闭合时，电阻
R1
完成对电容
C1
的电压泄放；
[0006]方案三如图1‑
(c)
所示，电阻
R2
与/>MOS
管
S1
串联后再与电容
C2
并联，由控制信号对
MOS
管
S1
控制，当
MOS
管导通时，电阻
R2
完成对电容
C1
的电压泄放
。
[0007]1、
现有方案都是依靠被动式电阻元件
R
进行能量消耗，需要泄放时，当电容的容量和电压一定时，
①
电阻的阻值越大，电容电压泄放完成所需要的时间越长，不满足快速泄放的时间需求；
②
电阻的阻值越小，电容电压泄放完成所需的时间变短，但是泄放刚开始时，根据欧姆定律
I=U/R
，由于电阻减小导致泄放电路初期会很大，在泄放电路元器件（消耗能量的电阻器件和进行控制的开关器件）选型上需要满足大电流的条件，所以选型裕量比较大，导致成本和泄放电路的功率密度降低；
[0008]现有三种方案在控制元件闭合时，都可等效为图1‑
(a)
所示电路，其原理是基于
RC
放电模式的电路，其放电理论推导如下：
[0009]由图1‑
(a)
电路，根据
KVL
列写电压方程：
(1)
[0010]因
i
的参考方向与
Uc
的参考方向相同，故有： (2)
[0011]将该式带入电压方程整理得：
(3)
[0012]此方程为一阶常系数线性齐次微分方程，由公式
(1)(2)(3)
解方程得：
[0013]电容电压变化规律：
(E
为电容初始电压
) (4)
[0014]对于
RC
类型的放电电路，电容电压是指数形式变化的曲线；
[0015]2、
方案一缺点：
①
电阻
R
固定的接在需要放电的电容
C
两端，会在电源电容
C
存在电压时持续的对其进行放电，降低了电源正常工作时的效率；
②
由于需要平衡电源的效率和电阻
R
的功率，则电阻
R
的阻值需要选取的比较大，所以电容
C
的放电时间会比较长；
[0016]方案二缺点：
①
电阻
R1
与继电器
K1
串联，继电器
K1
在需要泄放电路工作时才闭合，继电器触点动作有寿命限制，较大的冲击电流易导致继电器触点黏连，触点容量需要跟放电起始电流匹配；为了确保器件安全所以在选型时需要留有一定裕量，导致电阻
R
和继电器的资源浪费；
[0017]方案三
MOS
工作在开关模式，与方案二相似，根据欧姆定律可得
I=U/R
，根据公式
(2)
可知，放电初期电压较高时，
I
较大，根据可知，电阻瞬时功率
P
与电流
I
的平方成正比，会对放电电阻造成一定的冲击；
MOS
管的额定电流也需要满足放电初期最大电流的条件；为了确保器件安全所以在选型时需要留有一定裕量，导致电阻
R
和
MOS
管的资源浪费；
[0018]以上方案都是通过被动式电阻元件进行能量消耗，且存在放电初期电流冲击大；根据公式
(4)
可知，总体放电时间呈指数形式下降，尤其是放电后期电容电压放电速度呈指数下降
。

技术实现思路

[0019]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种主动消耗式恒流泄放电路及控制方法，具有泄放可控且电流冲击小
、
恒流放电利于电阻和
MOS
选型
、
功率消耗分配均衡且利于散热的优点
。
与现有方案相比，同样的消耗功率体积更小，可靠性更高
。
[0020]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0021]一种主动消耗式恒流泄放电路，安装在充电电路中，所述泄放电路包括缓启动模块
、
驱动电压钳位模块
、
恒流驱动模块和功率消耗模块，其中，缓启动模块用于
MOS
管
S1
电流缓慢上升不过冲，驱动电压钳位模块用于确保
MOS
管
S1
工作在恒流区，恒流驱动模块用于保证
MOS
管
S1
工作在恒流区，功率消耗模块用于消耗电容能量，缓启动模块
、
驱动电压钳位模块和恒流驱动模块分别输入泄放控制模块，缓启动模块的输出端连接驱动电压钳位模块的输入端，驱动电压钳位模块的输出端分别连接恒流驱动模块和功率消耗模块的输入端，恒流驱动模块的输出端连接恒流驱动模块的输入端，恒流驱动模块连接需要泄放电容的正极，恒流驱动模块连接需要泄放电容的负极
。
[0022]而且，所述泄放电路包括二极管
D1、
电阻
R1、
电阻
R2、
电阻
R4、
电容
C1、
电容
C2、
需要泄放电容
C3、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种主动消耗式恒流泄放电路，安装在充电电路中，其特征在于：所述泄放电路包括缓启动模块
、
驱动电压钳位模块
、
恒流驱动模块和功率消耗模块，其中，缓启动模块用于
MOS
管
S1
电流缓慢上升不过冲，驱动电压钳位模块用于确保
MOS
管
S1
工作在恒流区，恒流驱动模块用于保证
MOS
管
S1
工作在恒流区，功率消耗模块用于消耗电容能量，缓启动模块
、
驱动电压钳位模块和恒流驱动模块分别输入泄放控制模块，缓启动模块的输出端连接驱动电压钳位模块的输入端，驱动电压钳位模块的输出端分别连接恒流驱动模块和功率消耗模块的输入端，恒流驱动模块的输出端连接恒流驱动模块的输入端，恒流驱动模块连接需要泄放电容的正极，恒流驱动模块连接需要泄放电容的负极
。2.
根据权利要求1所述的一种主动消耗式恒流泄放电路，其特征在于：所述泄放电路包括二极管
D1、
电阻
R1、
电阻
R2、
电阻
R4、
电容
C1、
电容
C2、
需要泄放电容
C3、
稳压管
VD1、
稳压管
VD2
和
MOS
管
S1
，其中，泄放控制信号输入接二极管
D1
阳极，二极管
D1
阴极接电容
C1
，电容
C1
接电容
C3
的
U
‑
端，电阻
R4
并联在电容
C1
的两端，二极管
D1
阴极接电阻
R1
，电阻
R1
分别接稳压管
VD1
阴极
、
稳压管
VD2
阴极
、
电容
C2
和
MOS
管
S1
的
G
极，
VD2
阳极分别连接电容
C2、
电阻
R2
和
MOS
管
S1
的
S
极，电阻
R2
接电容
C3
的
U
‑
端，
MOS
管
S1
的
D
极接电容
C3
的
U+
端
。3.
根据权利要求1所述的一种主动消耗式恒流泄放电路，其特征在于：所述充电电路中单片机通过泄放控制信号产生电路将泄放信号输入至泄放电路
。4.
根据权利要求3所述的一种主动消耗式恒流泄放电路，其特征在于：所述泄放电路包括运放
、
接电源电阻
、
接地电阻和输出端电阻和接地电容，其中单片机信号输入至运放的3号管脚，接电源电阻和接地电阻分别连接运放的2号管脚，运放的4号管脚连接电源正极，运放的
11
号管脚连接负极电源，运放的1号管脚通过输出端电阻输出泄放控制信号，输出端电阻的输出端连接接地电容
。5.
一种如权利要求1至4任一项所述的主动消耗式恒流泄放电路的控制方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊峰，高帅，赵迎春，多葭宁，张明凯，王宗莲，朱江，姚远，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：