本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種浪涌抑制電路和浪涌抑制方法。

背景技術(shù)：

許多測試設(shè)備在對測試對象進行測試時，需要向被測件供電。由于被測件的供電端往往加有非常大的電容(＞10000uf)，當(dāng)電源接通時，會產(chǎn)生非常大的浪涌沖擊電流，導(dǎo)致供電電源瞬間進入過流保護狀態(tài)，電源電壓下降，致使測試設(shè)備掉電、復(fù)位、重啟。不但造成用戶使用不便，還降低了測試設(shè)備的可信度和可靠性。該過程的等效框圖見圖1，圖中曲線a為輸入電壓線，曲線b為輸出電壓線。從圖1中可以明顯看出，當(dāng)大電容負(fù)載接入供電主回路時，會造成供電電源過流保護，導(dǎo)致輸出電壓下降，直到負(fù)載電容充電完成，浪涌電流小于供電電源最大供電電流時，供電電源恢復(fù)正常。

為了減小浪涌沖擊電流，傳統(tǒng)的方法是在供電回路中串入ntc電阻r，如圖2所示，當(dāng)ntc電阻r在冷態(tài)時阻值較大，在開機瞬間可以對浪涌電流進行抑制，在正常工作時，由于ntc電阻r中有電流流過，電阻體發(fā)熱，電阻阻值變小，供電電源向用電設(shè)備正常供電。

這種電路存在以下問題：

1、電阻的存在增加了額外功耗，系統(tǒng)可靠性降低

由于ntc電阻不可能無限小，因而在用電設(shè)備正常工作時仍會消耗一定的功率，維持ntc電阻r的溫度。不但造成能源的浪費，而且由于ntc電阻r在較高溫度工作時較易損壞，使系統(tǒng)的可靠性降低。

2、不適用于較長時間的沖擊電流

當(dāng)負(fù)載端輸入電容特別大時，由于在一定時間內(nèi)，ntc電阻r的阻值已減小，無法對持續(xù)的浪涌沖擊電流進行抑制，導(dǎo)致浪涌沖擊抑制電路失效，影響系統(tǒng)的可靠性。

3、不適用于短時間內(nèi)頻繁開/關(guān)機電路

由于ntc電阻r的熱惰性，當(dāng)測試系統(tǒng)需要頻繁開/關(guān)被測件供電電路時，由于ntc電阻r的阻值未恢復(fù)，起不到浪涌電流抑制作用，無法保證系統(tǒng)安全。

4、無法確定準(zhǔn)確的浪涌電流抑制值

由于ntc電阻r的阻值和溫度的相關(guān)性及ntc電阻r制造時的工藝偏差，使得在浪涌抑制電路設(shè)計和調(diào)試時無法確定合理的浪涌電流抑制值，只能通過調(diào)試時具體驗證，來確定ntc電阻r的大致范圍。并且當(dāng)環(huán)境溫度大范圍變化時，這種電路根本無法滿足要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種抑制浪涌沖擊電流能準(zhǔn)確確定、不受環(huán)境溫度變化影響的浪涌抑制電路和浪涌抑制方法，同時具有自身功耗小、能耐受長時間浪涌電流沖擊、在短時間內(nèi)可頻繁開/關(guān)機的特點。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種浪涌抑制電路，包括浪涌抑制單元和電子開關(guān)k；其特殊之處在于：

還包括續(xù)流二極管d、電流檢測電路和比較器；

所述浪涌抑制單元為浪涌抑制電感l(wèi)；

所述電子開關(guān)k和浪涌抑制電感l(wèi)依次串聯(lián)接在供電電源和用戶負(fù)載之間的主回路上；

所述續(xù)流二極管d的負(fù)極接在所述電子開關(guān)k和浪涌抑制電感l(wèi)之間的主回路上，續(xù)流二極管d的正極接地；

所述電流檢測電路的采樣端接在所述續(xù)流二極管d和用戶負(fù)載之間的主回路上，電流檢測電路的輸出端接比較器的其中一個輸入端；

所述比較器的另一個輸入端接基準(zhǔn)電壓，比較器的輸出信號控制所述電子開關(guān)k的通斷。

進一步地，上述浪涌抑制電路還包括設(shè)置在所述電子開關(guān)k和比較器之間的控制電路；所述控制電路的一個輸入端接所述比較器的輸出端，控制電路的另一個輸入端接用于提供開機信號的開關(guān)s，控制電路的輸出端接所述電子開關(guān)k的控制端。

進一步地，上述電流檢測電路為差分電路,包括檢測電阻r和放大器；所述檢測電阻r串聯(lián)接在供電電源和浪涌抑制電感l(wèi)之間的主回路上，并位于續(xù)流二極管d和浪涌抑制電感l(wèi)之間；所述放大器的兩個輸入端分別接檢測電阻r的兩端，輸出端接所述比較器的其中一個輸入端。

進一步地，上述檢測電阻r采用毫歐級電阻。

進一步地，上述比較器采用窗口比較器；上述電子開關(guān)k采用高速電子開關(guān)，可在高頻狀態(tài)下反復(fù)動作，其開關(guān)頻率為幾khz到幾百khz。

進一步地，上述續(xù)流二極管d采用快恢復(fù)二極管。

本發(fā)明同時提供了一種利用上述浪涌抑制電路對浪涌進行抑制的方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

1)將電子開關(guān)k導(dǎo)通；

2)采集主回路電流將其轉(zhuǎn)換為電壓信號并放大；

3)將步驟2)獲取的電壓信號和預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進行比較：若小于基準(zhǔn)電壓，則電子開關(guān)k保持導(dǎo)通狀態(tài)；若大于或等于基準(zhǔn)電壓，執(zhí)行步驟4)；所述基準(zhǔn)電壓與所限制的主回路浪涌沖擊電流值成線性關(guān)系；

4)將電子開關(guān)k斷開，由續(xù)流二極管d向浪涌抑制電感l(wèi)續(xù)流，主回路電流開始下降；

5)當(dāng)主回路電流下降到比較器的下限值時，電子開關(guān)k重新導(dǎo)通，主回路電流又開始上升；

6)重復(fù)步驟2)-5)，使主回路電流始終保持在要求范圍內(nèi)。

進一步地，為實現(xiàn)抑制電路的開機軟啟動，上述步驟1)-6)中涉及的對電子開關(guān)k的通斷控制是通過控制電路和比較器共同控制實現(xiàn)的；所述控制電路的一個輸入端接所述比較器輸出的過流信號，控制電路的另一個輸入端接開機信號開關(guān)s提供的開機信號，控制電路的輸出端接所述電子開關(guān)k的控制端。

進一步地，上述步驟2)是通過電流檢測電路實現(xiàn)的；所述電流檢測電路為差分電路,包括檢測電阻r和放大器；所述檢測電阻r串聯(lián)接在所述續(xù)流二極管d和浪涌抑制電感l(wèi)之間的主回路上；所述放大器的兩個輸入端分別接檢測電阻r的兩端，輸出端接所述比較器的反向輸入端；檢測電阻r為毫歐級電阻。

進一步地，上述比較器采用窗口比較器；電子開關(guān)k采用高速電子開關(guān)，可在高頻狀態(tài)下反復(fù)動作，其開關(guān)頻率為幾khz到幾百khz；續(xù)流二極管d采用快恢復(fù)二極管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)上利用ntc電阻進行浪涌抑制的電路和方法，利用電感電流不能突變的特點，采用浪涌抑制電感和電流檢測電路巧妙配合，構(gòu)成恒流電路，為負(fù)載端的大容量電容充電，有效地抑制了開機浪涌沖擊電流。

2、與傳統(tǒng)的ntc電阻進行浪涌抑制的技術(shù)相比，本發(fā)明的浪涌電流設(shè)定簡單、明確，且整個電路中無溫度敏感元件，不受外界環(huán)境溫度的影響，特別適合于有限電源向大容量電容負(fù)載供電的場合。

3、本發(fā)明通過引入差分電路，使電流檢測電路簡單、易行，只用一只毫歐級電阻就可實現(xiàn)電流檢測，并且浪涌抑制電感是無損元件，因此與傳統(tǒng)ntc浪涌抑制電路相比，自身功耗非常小。

4、本發(fā)明在供電主回路中串入了浪涌抑制電感使供電主回路電流不能突變，電流最大值只能達到限流設(shè)定值，因而能耐受長時間浪涌電流沖擊。

5、由于本發(fā)明的抑制電路中無熱惰性元件，故在短時間內(nèi)可頻繁開/關(guān)機。)

6、本發(fā)明通過引入比較器，使電子開關(guān)在浪涌沖擊期間工作在高頻脈沖狀態(tài)下，從而大大減小了浪涌抑制電感的體積，有利于整個電路的小型化。

附圖說明

圖1是在未采取浪涌抑制措施的情況下，用戶負(fù)載(大電容負(fù)載)突然接入供電主回路時，供電電源輸入電壓和供電電源輸出電壓的對比圖；

圖2是傳統(tǒng)的浪涌抑制電路的原理圖；

圖3是本發(fā)明的浪涌抑制電路的原理圖；

圖4是采用本發(fā)明的浪涌抑制電路后，大電容負(fù)載突然接入主回路時，供電電源的輸出電壓與電感電流的關(guān)系圖；圖中曲線a是供電電源的輸出電壓曲線，曲線b是電感電流曲線；

圖5是本發(fā)明中浪涌抑制電感的電流波形圖；圖中曲線b是將圖4中電感電流曲線展開后的曲線；

圖6是采用本發(fā)明的浪涌抑制電路后，大電容負(fù)載突然接入主回路時，供電電源的輸出電壓和電子開關(guān)的驅(qū)動關(guān)系圖；圖中曲線a是輸出電壓曲線，曲線b是電子開關(guān)的驅(qū)動波形圖；

圖7是圖6中曲線b展開后的波形圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖3所示，本發(fā)明所提供的浪涌抑制電路主要由浪涌抑制電感l(wèi)、續(xù)流二極管d、電流檢測電路、比較器和電子開關(guān)k組成。本實例中電子開關(guān)的開通邏輯是低電平有效。

電子開關(guān)k和浪涌抑制電感l(wèi)依次串聯(lián)接在供電電源和用戶負(fù)載之間的主回路上；當(dāng)電子開關(guān)k閉合時，供電電源向用戶負(fù)載供電，由于通過電感電流不能突變的特點，強迫沖擊電流緩慢上升，

續(xù)流二極管d的負(fù)極接在電子開關(guān)k和浪涌抑制電感l(wèi)之間的供電主回路上，續(xù)流二極管d的正極接地，當(dāng)電子開關(guān)k斷開時，續(xù)流二極管d為浪涌抑制電感l(wèi)電流的續(xù)流提供了回路，以防止電子開關(guān)k突然關(guān)斷在浪涌抑制電感l(wèi)上產(chǎn)生的浪涌電壓對被測件的影響；電流檢測電路的輸入端接在續(xù)流二極管d和浪涌抑制電感l(wèi)之間的主回路上，也可以接在浪涌抑制電感l(wèi)和用戶負(fù)載之間的主回路上，電流檢測電路的輸出端接比較器的反向輸入端；比較器的同向輸入端接基準(zhǔn)電壓，比較器的輸出端接電子開關(guān)k。

電流檢測電路可采用通用的運放電路搭建差分放大器來實現(xiàn)，也可以選用專用的電流檢測電路如：ina139，ina301等來實現(xiàn)。為使電流檢測電路簡單、易實現(xiàn)，本發(fā)明采用差分電路作為電流檢測電路,包括檢測電阻r和放大器，其中，檢測電阻r串聯(lián)接在續(xù)流二極管d和浪涌抑制電感l(wèi)之間的主回路上，放大器的兩個輸入端分別接檢測電阻r的兩端，輸出端接比較器的反向輸入端。這里的檢測電阻r只要毫歐級便能實現(xiàn)電流檢測，因此自身功耗很小，能有效節(jié)約能源。

比較器可選用通用比較器芯片，如lm319。如果對開關(guān)頻率要求不高，也可以選用通用運放芯片，如lm324、op07。為使電子開關(guān)k在浪涌沖擊期間能在高頻脈沖狀態(tài)下正常工作，同時使整個電路小型化，本發(fā)明的比較器采用窗口比較器。

為滿足短時間內(nèi)頻繁開/關(guān)機要求，本發(fā)明的電子開關(guān)k采用高速電子開關(guān)k，可在高頻狀態(tài)下反復(fù)動作，其開關(guān)頻率為幾khz到幾百khz。

由于本發(fā)明電路的開關(guān)頻率比較高，因此，續(xù)流二極管采用快恢復(fù)二極管。

為實現(xiàn)抑制電路的開機軟啟動，本發(fā)明在電子開關(guān)k和比較器之間設(shè)置用于控制電子開關(guān)k開閉狀態(tài)的控制電路；該控制電路的一個輸入端接比較器所輸出的過流信號，該控制電路的另一個輸入端通過開關(guān)s接入用戶輸入的開機信號，該控制電路的輸出端接電子開關(guān)k的控制端。

本發(fā)明所提供的浪涌抑制電路是用戶負(fù)載供電開關(guān)的功能擴展，暨在無本發(fā)明的情況下，用戶輸入的開機信號通過開關(guān)s的接通直接控制電子開關(guān)k導(dǎo)通，用戶負(fù)載得電，此時就會在開機瞬間伴有較大的沖擊電流。而加入本發(fā)明電路后，本發(fā)明電路和用戶輸入的開機信號共同控制電子開關(guān)k的通/斷，當(dāng)開關(guān)s斷開時，本發(fā)明電路無效；當(dāng)開關(guān)s接通時，電子開關(guān)k的通/斷受窗口比較器輸出的過流信號和用戶輸入的開機信號共同控制，過流信號和開機信號通過控制電路中的“或”電路處理后，得到用于控制電子開關(guān)k通/斷的控制信號。

這里參照圖3所示具體實施例來說明本發(fā)明的工作原理和過程：

1)電感限流：

利用通過浪涌抑制電感l(wèi)的電流不能突變的特點，迫使沖擊電流只能緩慢上升；利用和浪涌抑制電感l(wèi)配套的續(xù)流二極管d，為浪涌抑制電感l(wèi)電流的續(xù)流提供了回路，防止了電子開關(guān)k突然關(guān)斷在電感上產(chǎn)生的浪涌電壓對被測件的影響。

2)電流采樣與比較：

利用電流檢測電路對浪涌抑制電感l(wèi)前端供電主回路的電流(即供電電源的輸出電流)進行采樣，將采樣值和預(yù)先設(shè)定的浪涌沖擊電流值進行比較：

如果采樣值小于浪涌沖擊電流設(shè)定值(即電流檢測電路輸出的電壓值小于基準(zhǔn)電壓)，則比較器不翻轉(zhuǎn)，電子開關(guān)k保持正常導(dǎo)通狀態(tài)，此時由于浪涌抑制電感l(wèi)的存在，供電電源的輸出電流沿udt/l的斜率上升，如圖4所示三角波的上升沿。

一旦采樣值大于或等于設(shè)定的浪涌沖擊電流值(即電流檢測電路輸出的電壓值大于或等于基準(zhǔn)電壓)，比較器翻轉(zhuǎn)，電子開關(guān)k斷開，此時供電電源的輸出電流沿vdt/l的斜率下降，如圖4中三角波的下降沿。

當(dāng)抑制電路的輸出電流下降到比較器的下限值時，比較器返回，電子開關(guān)k重新導(dǎo)通，繼續(xù)向負(fù)載端大電容供電，從而形成一串開關(guān)脈沖，等效為用恒流電流為大電容充電，只要供電電源的輸出電流小于設(shè)定的浪涌沖擊電流值，電子開關(guān)k就保持導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載端大電容充電完成后，電子開關(guān)k仍處于且保持導(dǎo)通狀態(tài)，由于浪涌抑制電感l(wèi)的直流電阻非常小，可以忽略不計，此時浪涌抑制電路退出浪涌抑制狀態(tài)，供電電源向負(fù)載大電容穩(wěn)定供電。

圖4是用戶負(fù)載(大電容負(fù)載)突然接入供電主回路時，浪涌抑制電路的輸出電壓與電感電流的關(guān)系圖，圖中曲線b是輸出電壓曲線，曲線a是電感電流曲線；從圖中可以看出，輸出電壓是緩慢上升的，沒有浪涌沖擊，電感電流在開機初期的變化是有限的，當(dāng)負(fù)載電容充滿電后，供電電流趨于平穩(wěn)。

圖5中曲線b是圖4中電感電流展開后的曲線，可以看出當(dāng)電流沿曲線b的上升沿上升到上限值時，電子開關(guān)k關(guān)斷，電流沿曲線b的下降沿下降，當(dāng)電流下降到窗口比較器的下沿時，比較器翻轉(zhuǎn)，電子開關(guān)k再次導(dǎo)通，直到負(fù)載電容充滿電后，電子開關(guān)k處于常通狀態(tài)，圖5中曲線a是輸出電流的有效值，可見輸出電流是比較穩(wěn)定的。

圖6是大電容負(fù)載突然接入供電主回路時，浪涌抑制電路的輸出電壓與電子開關(guān)k狀態(tài)的關(guān)系圖，其中曲線a是輸出電壓曲線，曲線b是電子開關(guān)k狀態(tài)曲線，可以看出輸出電壓是緩慢上升的，驅(qū)動電子開關(guān)k的是一串方波。圖7是圖6中曲線b展開后的波形。