一种冲击电流抑制电路的制作方法

1.本发明实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种冲击电流抑制电路。


背景技术：

2.目前，车载产品等用电设备的低压电通常是通过电池等外部电源供给，在电源上电，产品启动瞬间不可避免会产生冲击电流；由于电源内阻等原因，较大的冲击电流会导致供电电压跌落，影响产品正常工作。因此，如何有效抑制产品启动时的冲击电流，是业内技术人员亟待解决的一项课题。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种冲击电流抑制电路，以有效抑制供电电源上电时产生的冲击电流。
4.本发明实施例提供了一种冲击电流抑制电路。冲击电流抑制电路包括：
5.开关模块，包括控制端、第一端和第二端；所述开关模块的第一端与供电电源的第一端电连接，所述开关模块的第二端与后级电路电连接；所述开关模块用于响应其控制端的信号导通或关断；
6.限流模块，包括输入端和输出端；所述限流模块的输入端与所述供电电源的第一端电连接，所述限流模块的输出端与所述开关模块的第二端电连接；
7.开关控制模块，包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端；所述开关控制模块的第一输入端接入延时电源信号，所述开关控制模块的第二输入端与所述限流模块的输出端电连接，所述开关控制模块的第三输入端与所述供电电源的第二端电连接，所述开关控制模块的输出端与所述开关模块的控制端电连接；
8.其中，所述开关模块导通时的等效阻抗小于所述限流模块的等效阻抗；在所述供电电源上电后的预设时间内，所述延时电源信号未达到预设电压，所述开关控制模块用于响应所述延时电源信号控制所述开关模块断开，使所述供电电源通过所述限流模块向所述后级电路供电。
9.可选地，所述冲击电流抑制电路还包括：电源转换模块，包括输入端和输出端；所述电源转换模块的输入端与所述供电电源的第一端电连接，所述电源转换模块的输出端与所述开关控制模块的第一输入端电连接；所述电源转换模块用于将所述供电电源输出的电源信号转换为所述延时电源信号。
10.可选地，所述开关模块包括：第一晶体管；所述第一晶体管的控制极作为所述开关模块的控制端，所述第一晶体管的第一极作为所述开关模块的第一端，所述第一晶体管的第二极作为所述开关模块的第二端。
11.可选地，所述限流模块包括：限流电阻；所述限流电阻的第一端作为所述限流模块的第一端，所述限流电阻的第二端作为所述限流模块的第二端。
12.可选地，所述限流模块还包括：二极管；所述二极管的第一极作为所述限流模块的
第一端，所述二极管的第二极与所述限流电阻的第一端电连接。
13.可选地，所述开关控制模块包括：
14.电压设定单元，包括第一输入端、第二输入端和输出端；所述电压设定单元的第一输入端接入所述延时电源信号，所述电压设定单元的第二输入端与所述供电电源的第二端电连接；所述电压设定单元用于设定所述预设电压；
15.控制单元，包括第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端；所述控制单元的第一输入端与所述电压设定单元的输出端电连接，所述控制单元的第二输入端与所述限流模块的输出端电连接，所述控制单元的第三输入端与所述供电电源的第二端电连接；所述控制单元用于根据所述电压设定单元的输出信号控制所述控制单元输出所述供电电源的第一端的信号或所述供电电源的第二端的信号；
16.第一输出单元，包括第一输入端、第二输入端和输出端；所述第一输出单元的第一输入端与所述控制单元的输出端电连接，所述第一输出单元的第二输入端与所述供电电源的第二端电连接，所述第一输出单元的输出端与所述开关模块的控制端电连接；所述第一输出单元用于在所述控制单元输出所述供电电源的第一端的信号时导通，输出所述供电电源的第二端的信号；
17.第二输出单元，包括输入端和输出端；所述第二输出单元的输入端接入所述延时电源信号，所述第二输出单元的输出端与所述开关模块的控制端电连接；所述第二输出单元用于输出所述延时电源信号。
18.可选地，所述电压设定单元包括：第一稳压二极管和第一电阻；所述第一稳压二极管的第一极作为所述电压设定单元的第一输入端；所述第一稳压二极管的第二极与所述第一电阻的第一端电连接，并作为所述电压设定单元的输出端；所述第一电阻的第二端作为所述电压设定单元的第二输入端；
19.或者，所述电压设定单元包括：第二稳压二极管、第二电阻和第三电阻；所述第二电阻的第一端作为所述电压设定单元的第一输入端；所述第二电阻的第二端与所述第二稳压二极管的第一极电连接，并作为所述电压设定单元的输出端；所述第二稳压二极管的第二极与所述第三电阻的第一端电连接；所述第三电阻的第二端作为所述电压设定单元的第二输入端。
20.可选地，所述控制单元包括：第二晶体管和第四电阻；所述第二晶体管的控制极作为所述控制单元的第一输入端；所述第二晶体管的第一极与所述第四电阻的第二端电连接，并作为所述控制单元的输出端；所述第二晶体管的第二极作为所述控制单元的第三输入端；所述第四电阻的第一端作为所述控制单元的第二输入端。
21.可选地，所述第一输出单元包括：第三晶体管；所述第三晶体管的控制极作为所述第一输出单元的第一输入端，所述第三晶体管的第一极作为所述第一输出单元的输出端，所述第三晶体管的第二极作为所述第一输出单元的第二输入端。
22.可选地，所述第二输出单元包括：第五电阻；所述第五电阻的第一端作为所述第二输出单元的输入端，所述第五电阻的第二端作为所述第二输出单元的输出端。
23.本发明实施例提供的冲击电流抑制电路中，设置有开关模块、限流模块和开关控制模块；可以实现以下过程：在供电电源上电后的预设时间内，延时电源信号达不到预设电压，开关控制模块控制开关模块可靠关断，使供电电源提供的电源信号只能经过阻抗较大
的限流模块传输，从而有效减小冲击电流的影响；在延时电源信号达到预设电压后，开关控制模块控制开关模块导通，使电源信号经过阻抗较小的开关模块传输，从而有效减小功耗。因此，与现有技术相比，本发明实施例可以有效抑制供电电源上电时产生的冲击电流。
附图说明
24.图1是本发明实施例提供的一种冲击电流抑制电路的结构示意图；
25.图2是本发明实施例提供的另一种冲击电流抑制电路的结构示意图；
26.图3是本发明实施例提供的又一种冲击电流抑制电路的结构示意图；
27.图4是本发明实施例提供的又一种冲击电流抑制电路的结构示意图；
28.图5是本发明实施例提供的一种设置与不设置冲击电流抑制电路的仿真结果对比图。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
30.本发明实施例提供了一种冲击电流抑制电路。图1是本发明实施例提供的一种冲击电流抑制电路的结构示意图。参见图1，冲击电流抑制电路包括：开关模块310、限流模块320和开关控制模块330。
31.开关模块310包括控制端33、第一端31和第二端32；开关模块310的第一端31与供电电源10的第一端11电连接，第二端32与后级电路20电连接；开关模块310用于响应其控制端33的信号导通或关断。限流模块320包括输入端34和输出端35；限流模块320的输入端34与供电电源10的第一端11电连接，输出端35与开关模块310的第二端32电连接。开关控制模块330包括第一输入端36、第二输入端37、第三输入端38和输出端39；开关控制模块330的第一输入端36接入延时电源信号vd，第二输入端37与限流模块320的输出端35电连接，第三输入端38与供电电源10的第二端12电连接，输出端39与开关模块310的控制端33电连接。
32.其中，开关模块310导通时的等效阻抗小于限流模块320的等效阻抗；在供电电源10上电后的预设时间内，延时电源信号vd未达到预设电压，开关控制模块310用于响应延时电源信号vd控制开关模块310断开，使供电电源10通过限流模块320向后级电路20供电。
33.示例性地，该冲击电流抑制电路可以应用在新能源汽车的电机控制器中，供电电源10可以是电池等外部提供的直流电源；供电电源10的第二端可以是其接地端，接入地信号；后级电路20可以是汽车中的用电负载。开关模块310可以由晶体管或继电器等开关器件构成。延时电源信号vd为随时间变化的电压信号；例如随时间增加持续增长直至峰值的电压信号，或者波形呈阶梯状的电压信号等，只要在供电电源10上电后的预设时间内达不到预设电压即可。
34.示例性地，该冲击电流抑制电路的工作过程包括：
35.在供电电源10上电后的预设时间内，延时电源信号vd未达到预设电压。此时段可以认为是汽车等用电设备启动，刚刚接入供电电源10的时段，易产生较大的冲击电流。此时，供电电源10的第一端11输出的电源信号可以通过开关模块310或限流模块320传输；优
选设置开关模块310的初始状态为断开状态，以保证供电稳定性。延时电源信号vd未达到预设电压，使得开关控制模块330的第三输入端38和输出端39之间的路径是否导通由传输至开关控制模块330的第二输入端37的电源信号来控制；此时，电源信号控制开关控制模块330的第三输入端38和输出端39之间导通；供电电源10的第二端12输出的信号(地信号)经过开关控制模块330传输至开关模块33的控制端，控制开关模块330断开，或者说使开关模块330维持在断开状态；以使供电电源10在该预设时间内只能经过等效阻抗较大的限流模块320向后级电路20供电，可有效抑制冲击电流。
36.在达到预设时间后，延时电源信号vd达到预设电压。此时段可以认为汽车等用电设备的工作已经趋于正常。此时，延时电源信号vd控制开关控制模块330的第三输入端38和输出端39之间的路径断开；延时电源信号vd经过开关控制模块330的输出端39传输至开关模块310的控制端33，控制开关模块310导通；由于开关模块310导通时的等效阻抗小于限流模块320的等效阻抗，供电电源10经过开关模块310向后级电路20供电；以减小设备正常工作时的功耗。
37.其中，预设电压可以理解为延时电源信号vd能够控制开关控制模块330的第三输入端38和输出端39之间由导通变为断开的临界值。可选地，在开关控制模块330内部，其第一输入端36和输出端39之间可以始终为导通的路径；在供电电源10上电后的预设时间内，延时电源信号vd空置或未达到预设电压，均不能使开关模块310导通，因此，这样设置不影响冲击电流抑制电路的功能。并且，在延时电源信号vd未达到预设电压时，由电源信号控制开关控制模块330的第三输入端38和输出端39之间导通，可以使供电电源10的第二端12的信号向开关模块310的控制端33稳定传输，以保证预设时间内开关模块310始终保持关断状态，保证冲击电流抑制电路的可靠性。
38.本发明实施例提供的冲击电流抑制电路中，设置有开关模块310、限流模块320和开关控制模块330；可以实现以下过程：在供电电源10上电后的预设时间内，延时电源信号vd达不到预设电压，开关控制模块330控制开关模块310可靠关断，使供电电源10提供的电源信号只能经过阻抗较大的限流模块320传输，从而有效减小冲击电流的影响；在延时电源信号vd达到预设电压后，开关控制模块330控制开关模块310导通，使电源信号经过阻抗较小的开关模块310传输，从而有效减小功耗。因此，本发明实施例可以有效抑制供电电源10上电时产生的冲击电流。
39.图2是本发明实施例提供的另一种冲击电流抑制电路的结构示意图。参见图2在上述各实施方式的基础上，可选地，冲击电流抑制电路还包括：电源转换模块340。电源转换模块340的输入端与供电电源10的第一端电连接，电源转换模块340的输出端与开关控制模块330的第一输入端电连接；电源转换模块340用于将供电电源10输出的电源信号转换为延时电源信号。
40.这样设置，使得延时电源信号由供电电源10输出的电源信号转换而来，不需要额外设置延时电源信号，有利于提高该冲击电流抑制电路的通用性。
41.在上述各实施方式的基础上，可选地，电源转换模块340为汽车电机控制器等应用冲击电流抑制电路的控制设备中原有的转换模块，此处只是利用该转换模块的输出信号作为延时电源信号；相应的，预设时间可以设置在电源转换模块340还未将电源信号转换为控制设备中与该转换模块连接的其它功能部件的供电电压的时段内。这样设置，可以通过利
用控制设备中的原有结构，简化冲击电流抑制电路的结构。
42.继续参见图2，在上述各实施方式的基础上，可选地，开关控制模块330包括：电压设定单元331、控制单元332、第一输出单元333和第二输出单元334。电压设定单元331的第一输入端接入延时电源信号，第二输入端与供电电源10的第二端电连接；电压设定单元331用于设定预设电压。其中，预设电压可以理解为电压设定单元331输出控制单元332的第三输入端和输出端之间的开启电压时，延时电源信号应达到的值。控制单元332的第一输入端与电压设定单元331的输出端电连接，第二输入端与限流模块320的输出端电连接，第三输入端与供电电源10的第二端电连接；控制单元332用于根据电压设定单元331的输出信号控制控制单元332输出供电电源10的第一端的信号(电源信号)或供电电源10的第二端的信号(地信号)。第一输出单元333的第一输入端与控制单元332的输出端电连接，第二输入端与供电电源10的第二端电连接，输出端与开关模块310的控制端电连接；第一输出单元333用于在控制单元332输出供电电源10的第一端的信号时导通，输出供电电源10的第二端的信号。第二输出单元334的输入端接入延时电源信号，输出端与开关模块310的控制端电连接；第二输出单元334用于输出延时电源信号。
43.示例性地，该开关控制模块330的工作过程包括：
44.当延时电源信号未达到预设电压时，电压设定单元331的输出信号控制控制单元332的第三输入端和输出端之间的路径断开；供电电源10的第一端的信号(电源信号)经过控制单元332的第二输入端和输出端传输至第一输出单元333的第一输入端，控制第一输出单元333导通，供电电源10的第二端的信号(地信号)经过第一输出单元333的第二输入端和输出端传输至开关模块310的控制端，控制开关模块310断开。
45.当延时电源信号达到预设电压时，电压设定单元331的输出信号控制控制单元332的第三输入端和输出端之间的路径导通；地信号经过控制单元332的第三输入端和输出端传输至第一输出单元333的第一输入端，控制第一输出单元333关断；延时电源信号经过第二输出单元334传输至开关模块310的控制端，控制开关模块310导通。
46.上述各实施方式示例性地给出了冲击电流抑制电路的模块结构，下面对冲击电流抑制电路的具体结构进行说明，但不作为对本发明的限定。
47.图3是本发明实施例提供的又一种冲击电流抑制电路的结构示意图。参见图3，在一种实施方式中，可选地，开关模块310包括：第一晶体管q1；第一晶体管q1的控制极作为开关模块310的控制端，第一极作为开关模块310的第一端，第二极作为开关模块310的第二端。这样设置使得开关模块310的结构简单，易于实现。示例性地，第一晶体管q1可以是绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)。可选地，开关模块310还包括：电阻r11，作为保护电阻连接在第一晶体管q1的控制极和第二极之间；示例性地，电阻r11的阻值可以较大，例如10kω。
48.继续参见图3，在一种实施方式中，可选地，限流模块320包括：限流电阻rs；限流电阻rs的第一端作为限流模块320的第一端，第二端作为限流模块320的第二端。示例性地，限流电阻rs的阻值可以根据供电电源10的电压等级设置。进一步地，限流模块320还包括：二极管d1，作为整流二极管，可以限制电流传输方向。二极管d1的第一极作为限流模块320的第一端，第二极与限流电阻rs的第一端电连接。
49.继续参见图3，在一种实施方式中，可选地，电压设定单元331包括：第一稳压二极
管u1和第一电阻r1；第一稳压二极管u1的第一极作为电压设定单元331的第一输入端，接入延时电源信号vd；第一稳压二极管u1的第二极与第一电阻r1的第一端电连接，并作为电压设定单元331的输出端；第一电阻r1的第二端作为电压设定单元331的第二输入端。这样，可以通过第一稳压二极管u1和第一电阻r1进行延时电源信号vd的预设电压和控制单元332的开启电压之间的匹配，提高冲击电流抑制电路的灵活性，使其适配各种控制设备中已有的转换模块。
50.继续参见图3，在一种实施方式中，可选地，控制单元332包括：第二晶体管q2和第四电阻r4；第二晶体管q2的控制极作为控制单元332的第一输入端；第二晶体管q2的第一极与第四电阻r4的第二端电连接，并作为控制单元332的输出端；第二晶体管q2的第二极作为控制单元332的第三输入端；第四电阻r4的第一端作为控制单元332的第二输入端。示例性地，第二晶体管q2可以是三极管。进一步地，控制单元332还包括电阻r6和电阻r7，作为第二晶体管q2的保护电阻；电阻r6连接在电压设定单元331的输出端和第二晶体管q2的控制极之间；电阻r7连接在第二晶体管q2的控制极和第二极之间。
51.继续参见图3，在一种实施方式中，可选地，第一输出单元333包括：第三晶体管q3；第三晶体管q3的控制极作为第一输出单元333的第一输入端，第一极作为第一输出单元333的输出端，第二极作为第一输出单元333的第二输入端。这样设置，使得第一输出单元333的结构简单，易于实现。示例性地，第三晶体管q3可以是三极管。进一步地，第一输出单元333还包括电阻r8、电阻r9和电阻r10，作为保护电阻；电阻r8连接在控制单元332的输出端和第三晶体管q3的控制极之间；电阻r9连接在第三晶体管q3控制极和第二极之间；电阻r10连接在第三晶体管q3的第一极和开关模块310的控制端之间。
52.继续参见图3，在一种实施方式中，可选地，第二输出单元334包括：第五电阻r5；第五电阻r5的第一端作为第二输出单元334的输入端，第二端作为第二输出单元334的输出端。这样设置，使得第二输出单元334的结构简单，易于实现。
53.继续参见图3，在上述各实施方式的基础上，可选地，冲击电流抑制电路还包括电容c1，作为滤波电容，连接在限流模块320的输出端和接地端之间，以提高供电稳定性。供电电源10可以包括直流电源dc，例如为低压直流电源。
54.下面结合图3，以延时电源信号vd由控制设备中原有的转换模块的输出信号为例，对冲击电流抑制电路的工作过程进行具体说明：
55.在控制设备启动后，供电电源10上电后的预设时间内，由于转换模块还没有正常工作，延时电源信号vd为0或未达到预设电压，第二晶体管q2截止；电源信号经第四电阻r4和电阻r8传输至第三晶体管q3的控制极，控制第三晶体管q3导通；第一晶体管q1的控制极通过第三晶体管q3和电阻r10下拉到地，使得第一晶体管q1的控制极和第二极之间反向偏置，第一晶体管q1截止，供电电源10通过二极管d1和限流电阻r向后级电路20供电。
56.经过预设时间后，转换模块工作正常，延时电源信号vd达到预设电压，使得第二晶体管q2导通；地信号经过第二晶体管q2和电阻r8传输至第三晶体管q3的控制极，使第三晶体管q3的控制极和第二极之间的电压差为0，第三晶体管q3截止；此时延时电源信号vd通过第五电阻r5开通第一晶体管q1，提供一条低阻抗路径，供电电源10通过第一晶体管q1向后级电路20供电。
57.综上所述，该冲击电流抑制电路通过在供电电源10的供电回路中增加限流模块
320来减小产品启动瞬间的冲击电流。也就是说，本实施例通过开关控制模块330的控制，在产品启动，供电电源10上电时易产生冲击电流的时段启用限流模块320作为电流传输路径来减小冲击电流；当避开开启时段后，产品正常工作起来时，旁路掉限流模块320，启用开关模块310作为电源传输路径来减小产品正常工作时的功耗。
58.图4是本发明实施例提供的又一种冲击电流抑制电路的结构示意图。参见图4，在一种实施方式中，可选地，该电路与图3的结构类似，不同之处在于：本实施例中，电压设定单元331包括：第二稳压二极管u2、第二电阻r2和第三电阻r3；第二电阻r2的第一端作为电压设定单元331的第一输入端；第二电阻r2的第二端与第二稳压二极管u2的第一极电连接，并作为电压设定单元331的输出端；第二稳压二极管u2的第二极与第三电阻r3的第一端电连接；第三电阻r3的第二端作为电压设定单元331的第二输入端。本实施例提供了另一种结构的电压设定单元331，为冲击电流抑制电路的结构提供了更多选择。
59.继续参见图4，在上述各实施方式的基础上，可选地，开关控制模块330还包括第二电容c2，作为滤波电容，连接在延时电源信号端和接地端之间，以提高冲击电流抑制电路的稳定性。
60.图5是本发明实施例提供的一种设置与不设置冲击电流抑制电路的仿真结果对比图。示例性地，仿真实验中，以图4中的电路结构作为设置冲击电流抑制电路时的仿真电路。参见图5，示例性地，横坐标表示仿真时间，纵坐标表示向后级电路传输的电流；t1时刻为不设置冲击电流抑制电路时，供电电源上电时刻；t2时刻为设置有冲击电流抑制电路时，供电电源上电时刻。如图5所示，在不设置冲击电流抑制电路时，供电电源上电时刻的冲击电流峰值的绝对值大于9a；而设置冲击电流抑制电路时，供电电源上电时刻的冲击电流峰值的绝对值不到1a，表明本发明实施例所提供的冲击电流抑制电路，可以有效抑制供电电源上电时产生的冲击电流。
61.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。