本公開涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高位取能電源自啟動(dòng)電路和方法。

背景技術(shù)：

模塊化多電平柔性直流輸電換流閥中的高位取能電源用于從儲能電容上取能，為子模塊內(nèi)部控制器、驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)裝置供電，故其穩(wěn)定工作是換流閥可靠運(yùn)行的關(guān)鍵前提之一。自啟動(dòng)性能是關(guān)系到電源能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵，高位取能電源具有高電壓寬范圍輸入特點(diǎn)，輸入電壓范圍300-3000v。這要求電源在低電壓下即能可靠啟動(dòng)，且自啟動(dòng)電路在高輸入電壓下應(yīng)有較低損耗，防止電路因損耗過大而發(fā)熱損壞。另一方面，要求自啟動(dòng)電路具有較高耐壓，避免因輸入電壓較高而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，本公開揭示了一種高位取能電源的自啟動(dòng)電路；

所述電路包括：限流電路、箝位電路、主開關(guān)電路和供電電容；

所述限流電路用于限制供電電容的充電電流；

所述箝位電路用于在高位取能電源的輸入電壓低于所述自啟動(dòng)電路的啟動(dòng)電壓時(shí)鉗制所述電源輸入電壓，阻止電源啟動(dòng)；

所述主開關(guān)電路用于在高位取能電源啟動(dòng)后承擔(dān)自啟動(dòng)電路的輸入壓降；

所述供電電容用于控制高位取能電源的啟動(dòng)。

本公開還揭示了一種高位取能電源自啟動(dòng)方法，所述方法包括如下步驟：

s100、當(dāng)自啟動(dòng)電路的輸入電壓低于電源啟動(dòng)電壓時(shí)，自啟動(dòng)電路采用箝位電路箝制電壓，電源不啟動(dòng)；

s200、當(dāng)自啟動(dòng)電路的輸入電壓上升至啟動(dòng)電壓時(shí)，箝位電路反向擊穿，主開關(guān)電路中的mosfet開關(guān)管導(dǎo)通，供電電容充電至高位取能電源的自啟動(dòng)電壓，電源啟動(dòng)；

s300、當(dāng)電源啟動(dòng)后，主開關(guān)電路中的mosfet開關(guān)管因電流低于維持電流而關(guān)斷，隨著自啟動(dòng)電路的輸入電壓升高，主開關(guān)電路分擔(dān)輸入壓降。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開達(dá)到的有益效果是：

1、本公開提供了一種高位取能電源的自啟動(dòng)電路和方法，該電路具有工作電壓范圍寬、耐壓高和靈活可調(diào)的特點(diǎn)，通過箝位電路箝制電壓，防止低電壓下電源打嗝啟動(dòng)，采用一個(gè)或多個(gè)mosfet開關(guān)管串聯(lián)，提高了自啟動(dòng)電路的耐壓，可在寬范圍高電壓輸入下可靠運(yùn)行。

2、本公開在電源啟動(dòng)后由主開關(guān)電路承擔(dān)主要輸入電壓降，自啟動(dòng)電路因限流電阻上壓降較小而維持極低損耗。

3、本公開可通過改變限流電路中的電阻值，調(diào)節(jié)啟動(dòng)時(shí)間；改變箝位電路箝位電壓，調(diào)節(jié)自啟動(dòng)時(shí)間；改變主開關(guān)電路串聯(lián)開關(guān)管數(shù)，可靈活調(diào)節(jié)自啟動(dòng)電路最高工作電壓，具有普遍適用性。

附圖說明

圖1是本公開一個(gè)實(shí)施例中的一種自啟動(dòng)電路示意圖；

其中，rs1、rs2為限流電阻，dc1和dc2為tvs管，q1和q2為mosfet為開關(guān)管，dp1、dp2、dp3和dp4為tvs管，rd1、rd2為驅(qū)動(dòng)電阻，dz1、dz2為穩(wěn)壓管，c1為電容。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本公開的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。

在一個(gè)實(shí)施例中，本公開揭示了一種高位取能電源自啟動(dòng)電路，

所述電路包括：限流電路、箝位電路、主開關(guān)電路和供電電容；

所述限流電路用于限制供電電容的充電電流；

所述箝位電路用于在高位取能電源的輸入電壓低于所述自啟動(dòng)電路的啟動(dòng)電壓時(shí)鉗制所述電源輸入電壓，阻止電源啟動(dòng)；

所述主開關(guān)電路用于在高位取能電源啟動(dòng)后承擔(dān)自啟動(dòng)電路的輸入壓降；

所述供電電容用于控制高位取能電源的啟動(dòng)。

在本實(shí)施例中，所述限流電路、箝位電路、主開關(guān)電路和供電電容依次串聯(lián)，串聯(lián)后電路中限流電路上端與高位取能電源輸入正極相連，供電電容下端與高位取能電源輸入負(fù)極相連，所述開關(guān)管保護(hù)電路與主開關(guān)電路中mosfet開關(guān)管漏源極并聯(lián)，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路輸入與主開關(guān)電路中mosfet開關(guān)管漏源極相連，輸出與主開關(guān)電路中mosfet開關(guān)管柵源極相連。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述限流電路由多個(gè)串聯(lián)電阻組成；

所述多個(gè)串聯(lián)電阻能夠調(diào)節(jié)高位取能電源的啟動(dòng)時(shí)間。

更優(yōu)的，所述限流電路通過改變多個(gè)串聯(lián)電阻的阻值，來調(diào)節(jié)高位取能電源啟動(dòng)時(shí)間。

在本實(shí)施例中，所述多個(gè)串聯(lián)電阻用于限制供電電容的充電電流，供電電容充電時(shí)間大小取決于限流電路的電阻阻值和供電電容的電容值，通過改變限流電路的電阻阻值，能夠調(diào)節(jié)高位取能電源啟動(dòng)時(shí)間。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述箝位電路包括一個(gè)tvs管或多個(gè)串聯(lián)的tvs管；

所述tvs管數(shù)量取決于高位取能電源自啟動(dòng)電壓。

在本實(shí)施例中，箝位電路最大箝位電壓值等于高位取能電源自啟動(dòng)電壓，箝位電路最大箝位電壓值為串聯(lián)的n個(gè)tvs管箝位電壓之和，通過改變箝位電路串聯(lián)tvs管數(shù)量改變箝位電路最大箝位電壓值，能夠調(diào)節(jié)電源自啟動(dòng)電壓。

本實(shí)施例所述的tvs管能夠在自啟動(dòng)電路的輸入電壓較低時(shí)承擔(dān)全部輸入壓降，輸入電壓較高時(shí)tvs管會(huì)反向擊穿，流過電流迅速增大。利用該特性，電源輸入電壓較低時(shí)，tvs承擔(dān)主要輸入壓降，且流過電流極小，電源不啟動(dòng)；輸入電壓高于啟動(dòng)電壓，tvs反向擊穿，自啟動(dòng)電路流過電流增大，供電電容上電壓迅速上升，電源開始啟動(dòng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述主開關(guān)電路包括一個(gè)mosfet開關(guān)管或多個(gè)串聯(lián)的mosfet開關(guān)管；

所述mosfet開關(guān)管的數(shù)量取決于高位取能電源允許輸入的最高電壓。

在本實(shí)施例中，當(dāng)高位取能電源自啟動(dòng)時(shí)，mosfet開關(guān)管導(dǎo)通，供電電容充電；電源啟動(dòng)后，mosfet開關(guān)管關(guān)斷，主開關(guān)電路承擔(dān)主要輸入壓降；

主開關(guān)電路耐壓應(yīng)不低于高位取能電源允許輸入最高電壓，主開關(guān)電路耐壓等于串聯(lián)的n個(gè)mosfet開關(guān)管耐壓之和，通過改變主開關(guān)電路串聯(lián)mosfet開關(guān)管數(shù)量改變主開關(guān)電路耐壓值，能夠調(diào)節(jié)自啟動(dòng)電路允許輸入最高電壓。

本實(shí)施例所采用的mosfet具有驅(qū)動(dòng)電路簡單，耐壓高，工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，在電壓和驅(qū)動(dòng)功率滿足的情況下，所述主開關(guān)電路也可由igbt組成。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述開關(guān)保護(hù)電路包括一個(gè)tvs管或多個(gè)串聯(lián)的tvs管；

所述tvs管數(shù)量取決于主開關(guān)電路的耐壓。

在本實(shí)施例中，主開關(guān)電路耐壓等于開關(guān)保護(hù)電路最大反向工作電壓，開關(guān)保護(hù)電路最大反向工作電壓值等于串聯(lián)的n個(gè)tvs管反向工作電壓之和。

本實(shí)施例利用tvs管的瞬態(tài)電壓抑制功能來保護(hù)主電路中的mosfet開關(guān)管。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述電路還包括開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路，所述開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)電阻和穩(wěn)壓管；

所述驅(qū)動(dòng)電阻用于限制主開關(guān)電路中mosfet開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電流，防止因驅(qū)動(dòng)電流過大損壞mosfet開關(guān)管，

所述穩(wěn)壓管用于在電源自啟動(dòng)時(shí)開通主開關(guān)電路中的mosfet開關(guān)管；

所述電路還包括開關(guān)管保護(hù)電路；

所述開關(guān)管保護(hù)電路用于保護(hù)主開關(guān)電路中的mosfet開關(guān)管，并用于在電源啟動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)主開關(guān)電路中mosfet開關(guān)管導(dǎo)通。

更優(yōu)的，所述驅(qū)動(dòng)電阻和穩(wěn)壓管相串聯(lián)，所述穩(wěn)壓管與主開關(guān)電路中的mosfet開關(guān)管柵源極相連接。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述供電電容采用電解電容。

在本實(shí)施例中，所述供電電容容量較大，達(dá)百μf量級，同時(shí)兼具濾波功能。

在一個(gè)實(shí)施例中，本公開揭示了一種高位取能電源自啟動(dòng)方法，所述方法包括如下步驟：

s100、當(dāng)自啟動(dòng)電路的輸入電壓低于電源啟動(dòng)電壓時(shí)，自啟動(dòng)電路采用箝位電路箝制電壓，電源不啟動(dòng)；

s200、當(dāng)自啟動(dòng)電路的輸入電壓上升至啟動(dòng)電壓時(shí)，箝位電路反向擊穿，主開關(guān)電路中的mosfet開關(guān)管導(dǎo)通，供電電容充電至高位取能電源的自啟動(dòng)電壓，電源啟動(dòng)；

s300、當(dāng)電源啟動(dòng)后，主開關(guān)電路中的mosfet開關(guān)管因電流低于維持電流而關(guān)斷，隨著自啟動(dòng)電路的輸入電壓升高，主開關(guān)電路分擔(dān)的輸入壓降。

在一個(gè)實(shí)施例中，本公開揭示了一種高位取能電源，所述電源包括：電源控制芯片和電源輔助繞組；

所述電源控制芯片用于控制高位取能電源的啟動(dòng)；

所述電源輔助模塊用于在高位取能電源啟動(dòng)后，向電源控制芯片供電。

在一個(gè)實(shí)施例中，圖1是本公開提供的一種自啟動(dòng)電路示意圖。

限流電阻rs1和rs2串聯(lián)組成限流電路，用于限制供電電容充電電流。供電電容充電時(shí)間大小取決于限流電路電阻值和供電電容的電容值，通過改變限流電阻阻值，能夠調(diào)節(jié)高位取能電源啟動(dòng)時(shí)間。

tvs管dc1和dc2構(gòu)成箝位電路，其最大箝位電壓值等于電源自啟動(dòng)電壓。通過改變箝位電壓不同的tvs管或改變串聯(lián)tvs管數(shù)量，可調(diào)節(jié)電源的啟動(dòng)電壓。

mosfet開關(guān)管q1和q2串聯(lián)組成主開關(guān)電路，主開關(guān)電路耐壓不低于電源最高輸入電壓。電源自啟動(dòng)時(shí)，q1和q2開通，供電電容充電；電源啟動(dòng)后，q1和q2關(guān)斷，主開關(guān)電路上承擔(dān)主要輸入電壓降。通過改變主開關(guān)電路串聯(lián)mosfet開關(guān)管數(shù)量來改變主開關(guān)電路耐壓，可調(diào)節(jié)自啟動(dòng)電路允許輸入最高電壓。tvs管dp1、dp2、dp3和dp4串聯(lián)構(gòu)成開關(guān)管保護(hù)電路，用于保護(hù)開關(guān)管q1和q2，開關(guān)保護(hù)電路最大反向工作電壓應(yīng)等于主開關(guān)電路耐壓，當(dāng)主開關(guān)電路中mosfet開關(guān)管兩端電壓高于其耐壓值時(shí)，開關(guān)保護(hù)電路中tvs管反向擊穿，防止主開關(guān)電路中mosfet開關(guān)管因電壓過高而損壞。驅(qū)動(dòng)電阻rd1、rd2和穩(wěn)壓管dz1、dz2串聯(lián)組成開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路，穩(wěn)壓管與開關(guān)管柵源極相連，用于電源自啟動(dòng)時(shí)開通開關(guān)管q1和q2。

供電電容c1用于為電源控制芯片供電。

本公開所述的高位取能自啟動(dòng)電路的基本原理為：

電源接通后，當(dāng)輸入電壓低于電源啟動(dòng)電壓時(shí)，箝位電路承擔(dān)主要輸入壓降，主開關(guān)電路中開關(guān)管不導(dǎo)通，電源不啟動(dòng)；

輸入電壓上升至啟動(dòng)電壓時(shí)，箝位電路反向擊穿，主開關(guān)電路中開關(guān)管q1和q2導(dǎo)通，供電電容c1充電至電源控制芯片自啟動(dòng)電壓，電源啟動(dòng)。啟動(dòng)后，控制芯片由電源輔助繞組供電，開關(guān)管q1和q2因電流低于維持電流而關(guān)斷，隨輸入電壓升高，主開關(guān)電路分擔(dān)主要輸入壓降，自啟動(dòng)電路流過電流為主開關(guān)電路中mosfet開關(guān)管的漏電流，自啟動(dòng)電路產(chǎn)生的損耗僅為漏電流流過限流電阻引起的損耗。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解；其依然可以對上述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替代；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)所述的精神范圍。