基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路


背景技术：

2.现代工业中，供电系统需要对各种类型的设备进行供电，其中很多设备是容性设备。对供电系统而言，容性设备就是容性负载。
3.当用直流电源对容性设备供电时，在其上电过程中若不采用缓启动技术，电流会迅速上升达到峰值，这个峰值可以远远超过供电系统的额定电流，一般称为电流过冲，对供电系统危害很大，有时电源系统可能或误判是负载短路从而进行自我保护，关闭电源输出，尤其在航空和航天领域，这种情况容易引发安全事故。因此在很多设备中，都有必要对启动瞬间的大电流(即冲击电流) 进行抑制。
4.当前很多缓启动技术采用启动电阻加场效应管来实现，即启动电阻和场效应管并联后接入供电系统，与容性负载串联。这种方式通常要并联很多电阻作为启动电阻，占用很多的空间，同时如果某个电阻已经损坏，不容易排查到。
5.为了克服上述缺陷，本技术人已经申请了采用采样电阻加场效应管结构的专利，能够用较为简单的结构和较小的体积实现缓启动，但该电路结构的采样电阻在完成启动后一直串联在电路上，具有一定压降，降低了对后级设备的电压输出；同时也存在不能对采样电流进行量化而导致控制精度不够高、不同温度环境下恒流控制不精确等问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种不影响电压输出且控制精度更高的基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路。
7.本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
8.一种基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路，包括直流电源、运算放大器、第一可控硅元件和负载，所述负载的正极电源输入端和负极电源输入端分别与所述直流电源的正极和负极连接构成负载回路，所述第一可控硅元件串联连接在所述负载回路上，所述运算放大器的信号输出端与所述第一可控硅元件的控制端连接，所述基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路还包括电流互感器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容，所述直流电源的正极与所述电流互感器的初级线圈的正极端连接，所述电流互感器的初级线圈的负极端与所述第一可控硅元件的阳极连接，所述第一可控硅元件的阴极与所述负载的正极电源输入端连接，所述电流互感器的次级线圈的正极端与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第一电容的第一端和所述运算放大器的正信号输入端连接，所述运算放大器的负信号输入端、所述第二电阻的第一端和所述第三电阻的第一端相互连接，所述第三电阻的第二端与所述运算放大器的信号输出端连接，所述电流互感器的次级线圈的负极端、所述第一电容的第二端和所述第二电阻的第二端均与所述直流电源的负极连接。说明：上述电流互感器的初级线圈和次级线圈本身并没有正负
极，但为了区分各连接端，所以采用了正极端和负极端的表述方式，同时，电流互感器的初级线圈的正极端与次级线圈的正极端互为同名端，电流互感器的初级线圈的负极端与次级线圈的负极端互为同名端。
9.作为优选，为了对第一可控硅元件实现更精确的控制，所述基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路还包括第一二极管、第二二极管、稳压二极管、第四电阻和第五电阻，所述第一二极管的正极与所述电流互感器的次级线圈的正极端连接，所述第一二极管的负极与所述第一电阻的第一端连接，所述第二二极管的正极与所述运算放大器的信号输出端连接，所述第二二极管的负极、所述稳压二极管的正极、所述第四电阻的第一端、所述第五电阻的第一端和所述第一可控硅元件的控制端连接相互连接，所述稳压二极管的负极、所述第四电阻的第二端和所述第一可控硅元件的阳极相互连接，所述第五电阻的第二端与所述直流电源的负极连接。
10.作为优选，为了采用温度补偿的方式消除第一可控硅元件的结温对导通电阻的影响，所述第三电阻为热敏电阻。
11.作为优选，为了通过监测输出端电压实现冲击电流抑制过程的自动结束目的，所述基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路还包括第二可控硅元件、电压比较器、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述第二可控硅元件的阳极与所述运算放大器的正信号输入端连接，所述第二可控硅元件的控制端与所述电压比较器的信号输出端连接，所述电压比较器的正信号输入端与所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端、所述第八电阻的第一端和所述第九电阻的第一端相互连接，所述第八电阻的第二端与所述第一可控硅元件的阴极连接，所述电压比较器的负信号输入端串联所述第七电阻后与参考电压连接，所述第二可控硅元件的阴极和所述第九电阻的第二端均与所述直流电源的负极连接。
12.作为优选，为了实现更好的电阻变化控制效果，所述第一可控硅元件为p 沟道的场效应管且该场效应管的栅极为所述第一可控硅元件的控制端、源极为所述第一可控硅元件的阳极、漏极为所述第一可控硅元件的阴极，所述第二可控硅元件为n沟道的场效应管且该场效应管的栅极为所述第二可控硅元件的控制端、漏极为所述第二可控硅元件的阳极、源极为所述第二可控硅元件的阴极。
13.本实用新型的有益效果在于：
14.本实用新型通过采用电流互感器对电流进行采样，在完成缓启动后电流互感器的初级线圈几乎没有压降，对后级设备的电压输出几乎没有影响，同时通过第一电阻和第一电容对采样电流进行积分，对电流变化总量进行记录，输出与电流变化总量对应的电压值控制第一可控硅元件，让第一可控硅元件处于恒流状态，提高了控制精度。另外，本实用新型还利用热敏电阻实现温度补偿，实现不同温度条件下的恒流值相同的目的；通过对输出端电压进行监测反馈，实现自动结束冲击电流抑制过程的目的。
附图说明
15.图1是本实用新型所述基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路的电路原理图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
17.如图1所示，本实用新型所述基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路，包括直流电源、电流互感器ta、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻 r3、第一电容c1、运算放大器ic1、第一可控硅元件q1和负载rl，负载rl 的正极电源输入端和负极电源输入端分别与所述直流电源的正极v 和负极v
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连接构成负载回路，第一可控硅元件q1串联连接在所述负载回路上，运算放大器ic1的信号输出端与第一可控硅元件q1的控制端连接，所述直流电源的正极 v 与电流互感器ta的初级线圈的正极端连接，电流互感器ta的初级线圈的负极端与第一可控硅元件q1的阳极连接，第一可控硅元件q1的阴极与负载rl 的正极电源输入端连接，电流互感器ta的次级线圈的正极端与第一电阻r1的第一端连接，第一电阻r1的第二端分别与第一电容c1的第一端和运算放大器 ic1的正信号输入端连接，运算放大器ic1的负信号输入端、第二电阻r2的第一端和第三电阻r3的第一端相互连接，第三电阻r3的第二端与运算放大器ic1 的信号输出端连接，电流互感器ta的次级线圈的负极端、第一电容c1的第二端和第二电阻r2的第二端均与所述直流电源的负极v-连接。
18.如图1所示，作为优选，本实用新型还公开了以下优选结构：
19.为了对第一可控硅元件q1实现更精确的控制，所述基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路还包括第一二极管d1、第二二极管d2、稳压二极管 d3、第四电阻r4和第五电阻r5，第一二极管d1的正极与电流互感器ta的次级线圈的正极端连接，第一二极管d1的负极与第一电阻r1的第一端连接，第二二极管d2的正极与运算放大器ic1的信号输出端连接，第二二极管d2的负极、稳压二极管d3的正极、第四电阻r4的第一端、第五电阻r5的第一端和第一可控硅元件q1的控制端连接相互连接，稳压二极管d3的负极、第四电阻 r4的第二端和第一可控硅元件q1的阳极相互连接，第五电阻r5的第二端与所述直流电源的负极v-连接。
20.为了采用温度补偿的方式消除第一可控硅元件q1的结温对导通电阻的影响，第三电阻r3为热敏电阻。
21.为了通过监测输出端电压实现冲击电流抑制过程的自动结束目的，所述基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制电路还包括第二可控硅元件q2、电压比较器ic2、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8和第九电阻r9，第二可控硅元件q2的阳极与运算放大器ic1的正信号输入端连接，第二可控硅元件 q2的控制端与电压比较器ic2的信号输出端连接，电压比较器ic2的正信号输入端与第六电阻r6的第一端连接，第六电阻r6的第二端、第八电阻r8的第一端和第九电阻r9的第一端相互连接，第八电阻r8的第二端与第一可控硅元件q1的阴极连接，电压比较器ic2的负信号输入端串联第七电阻r7后与参考电压u5连接，第二可控硅元件q2的阴极和第九电阻r9的第二端均与所述直流电源的负极v-连接。
22.为了实现更好的电阻变化控制效果，第一可控硅元件q1为p沟道的场效应管且该场效应管的栅极为第一可控硅元件q1的控制端、源极为第一可控硅元件 q1的阳极、漏极为第一可控硅元件q2的阴极，第二可控硅元件q2为n沟道的场效应管且该场效应管的栅极为第二可控硅元件q2的控制端、漏极为第二可控硅元件q2的阳极、源极为第二可控硅元件q2的阴极。
23.如图1所示，下面对本实用新型所述基于互感器采样和积分原理的电流过冲抑制
电路的工作原理进行具体说明。为了便于表述，设电流互感器ta的初级线圈流出的电流为i1、次级线圈流出的电流为i2，设运算放大器ic1的正信号输入端的电压为u1、运算放大器ic1的信号输出端的电压为u2、第一可控硅元件q1的控制端的电压为u3、第一可控硅元件q1的阴极的电压为u4、第六电阻r6的第二端的电压为u6(即分压电压)、电压比较器ic2的信号输出端的电压为u7。
24.上电后，i1上升，电流互感器ta采集的电流i2上升，对第一电容c1充电， u1上升，u2和u3都上升，第一可控硅元件q1的导通电阻增大，阻止i1继续增大，i1对负载rl的电容进行充电，使u4和u6逐渐上升，当u6＞u5时， u7从0v变成高电平，第二可控硅元件q2导通，u1变成0v，从而是u2也变成0v，缓启动过程结束。
25.需要说明的是：第一电阻r1和第一电容c1构成rc积分电路，时间参数即第一电阻r1的电阻值r与第一电容c1的电容值c的乘积要足够大，确保能记录启动过程中电流变化的总量。
26.上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。