一种供电电路、直流供电系统以及设备的制作方法

1.本实用新型涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种供电电路、直流供电系统以及设备。


背景技术：

2.在用电设备比如机器人中，不可避免的需要使用容性负载比如伺服电机驱动器，该容性负载在上电时，充电会产生较高的浪涌电流，造成电路保护。为了避免由于上电时产生浪涌电流，需要加入软启动保护电路，延长上电时间。
3.目前针对容性负载的软启动电路主要是在输入电源与容性负载之间串入热敏电阻。即容性负载电路上电时，热敏电阻阻值高，阻碍浪涌电流产生，电路导通后，热敏电阻发热，阻值降低。
4.在采用热敏电阻实现大功率负载比如伺服电机驱动器等的软启动后，由于热敏电阻发热量高，影响电源效率。同时，热敏电阻散热会造成周围电气元件温度上升，易产生过温保护。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型实施例提供一种供电电路、直流供电系统以及设备，能够有效利用电源效率，并避免过温保护的产生。
6.为实现上述目的，根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种供电电路，应用于直流电源为容性负载供电，包括：软启动电路、负载运行电路、调控模块，其中，
7.所述软启动电路包括：第一pmos管以及功率电阻，
8.所述第一pmos管的源极连接所述直流电源的输入端，漏极连接所述功率电阻的一端，栅极连接所述调控模块；
9.所述功率电阻的另一端连接所述容性负载；
10.所述负载运行电路包括：第二pmos管，
11.所述第二pmos管的源极连接所述直流电源的输入端，漏极连接所述容性负载，栅极连接所述调控模块；
12.所述调控模块，用于在所述直流电源上电时，控制所述第一pmos管导通以及所述第二pmos管断开；
13.所述调控模块，进一步用于在所述容性负载稳定后，控制所述第一pmos管断开以及所述第二pmos管导通。
14.可选地，所述调控模块包括：电路调控子模块、第一电压调控子模块以及第二电压调控子模块，其中，
15.所述电路调控子模块的一端连接所述直流电源的输入端，另一端连接所述第一电压调控子模块和所述第二电压调控子模块；
16.在所述直流电源上电时，所述电路调控子模块导通所述直流电源与所述第一电压
调控子模块之间的电路导通，并切断所述直流电源与所述第二电压调控子模块之间的电路；
17.在所述容性负载稳定后，所述电路调控子模块导通所述直流电源与所述第二电压调控子模块之间的电路，并切断所述直流电源与所述第一电压调控子模块之间的电路。
18.可选地，所述第一电压调控子模块，包括：第一电阻、第二电阻以及第一nmos管，其中，
19.所述第一电阻的一端连接所述直流电源的输入端，另一端连接所述第二电阻的一端以及所述第一pmos管的栅极；
20.所述第二电阻的另一端连接所述第一nmos管的漏极；
21.所述第一nmos管的源极接地，栅极连接所述电路调控子模块。
22.可选地，所述第二电压调控子模块，包括：第三电阻、第四电阻以及第二nmos管，其中，
23.所述第三电阻的一端连接所述直流电源的输入端，另一端连接所述第四电阻的一端以及所述第二pmos管的栅极；
24.所述第四电阻的另一端连接所述第二nmos管的漏极；
25.所述第二nmos管的源极接地，栅极连接所述电路调控子模块。
26.可选地，所述电路调控子模块，包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、电容器、比较器以及npn型三极管，其中，
27.所述第五电阻的一端、所述第六电阻的一端、所述第七电阻的一端分别连接所述直流电源的输入端；
28.所述第五电阻的另一端分别连接所述电容器一侧的极板、第八电阻的一端以及比较器的正向输入端；
29.所述第六电阻的另一端分别第九电阻的一端以及所述比较器的负向输入端；
30.所述第七电阻的另一端分别连接所述npn型三极管的集电极引脚以及所述第一电压调控子模块；
31.所述电容器另一侧的极板、所述第八电阻的另一端、所述第九电阻的另一端分别接地；
32.所述比较器的输出端分别连接所述npn型三极管的基极引脚以及所述第二电压调控子模块；
33.所述npn型三极管的发射极引脚接地。
34.可选地，所述第五电阻、所述第八电阻、所述第六电阻以及所述第九电阻之间存在如下关系：
[0035][0036]
其中，r5表征第五电阻的阻值；r8表征第八电阻的阻值；r6表征第六电阻的阻值；r9表征第九电阻的阻值。
[0037]
可选地，所述第五电阻的阻值小于所述第八电阻的阻值。
[0038]
第二方面，本实用新型实施例提供一种直流供电系统，用于为容性负载供电，包括：直流电源以及上述任一实施例提供的供电电路。
[0039]
可选地，直流供电系统应用于智能设备。
[0040]
第三方面，本实用新型实施例提供一种设备，包括：一个或多个容性负载以及上述第二方面提供的为所述容性负载供电的直流供电系统。
[0041]
上述实用新型中的一个实施例具有如下优点或有益效果：在直流电源上电时，由于调控模块控制第一pmos管导通以及第二pmos管断开，即直流电源上电时，软启动电路为容性负载供电，由于该软启动电路具有功率电阻，可以防止浪涌电流，在容性负载稳定后，调控模块控制第一pmos管断开以及第二pmos管导通，即容性负载稳定后，通过负载运行电路为容性负载供电，该负载运行电路上可以不具有消耗电能的其他元件或电阻，即通过从软启动电路切换到负载运行电路，在有效的防止浪涌电流的同时，能够有效地提高电源效率，并避免过温保护的产生。
[0042]
上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
[0043]
附图用于更好地理解本实用新型，不构成对本实用新型的不当限定。其中：
[0044]
图1是根据本实用新型一个实施例的供电电路主要结构的示意图；
[0045]
图2是根据本实用新型又一个实施例的供电电路主要结构的示意图；
[0046]
图3是根据本实用新型另一个实施例的供电电路主要结构的示意图；
[0047]
图4是根据本实用新型又一个实施例的供电电路主要结构的示意图；
[0048]
图5是根据本实用新型另一个实施例的供电电路主要结构的示意图；
[0049]
图6是根据本实用新型一个实施例的供电路径的示意图；
[0050]
图7是本实用新型实施例的直流供电系统的结构示意图；
[0051]
图8是本实用新型实施例的设备的结构示意图。
具体实施方式
[0052]
以下结合附图对本实用新型的示范性实施例做出说明，其中包括本实用新型实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本实用新型的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0053]
图1至图6是根据本实用新型实施例的一种供电电路10。如图1至图6所示，该供电电路10，应用于直流电源20为容性负载30供电，包括：软启动电路11、负载运行电路12、调控模块13，其中，
[0054]
软启动电路11包括：第一pmos管111以及功率电阻112，
[0055]
第一pmos管111的源极s连接直流电源20的输入端，漏极d连接功率电阻112的一端，栅极g连接所述调控模块13；
[0056]
功率电阻112的另一端连接容性负载30；
[0057]
负载运行电路包括：第二pmos管121，
[0058]
第二pmos管121的源极s连接直流电源20的输入端，漏极d连接容性负载30，栅极g连接调控模块13；
[0059]
调控模块13，用于在直流电源20上电时，控制第一pmos管111导通以及第二pmos管121断开；
[0060]
调控模块13，进一步用于在容性负载30稳定后，控制第一pmos管111断开以及第二pmos管121导通。
[0061]
针对调控模块13控制第一pmos管111导通以及第二pmos管121断开具体实现方式：调控模块13为第一pmos管111的栅极g提供低于直流电源20的输入电压的第一电压，并使该第一pmos管111的vgs满足第一pmos管111的导通条件，并为第二pmos管121的栅极g提供等于第二pmos管121的源极s的输入电压的第二电压(该第二电压一般等于直流电源20的输入电压)，以使该第二pmos管121断开。
[0062]
针对调控模块13控制第一pmos管111断开以及第二pmos管121导通的具体实现方式：调控模块13为第一pmos管111的栅极g提供等于直流电源20的输入电压的第三电压，以使第一pmos管111断开；为第二pmos管121的栅极g提供低于直流电源20的输入电压的第四电压，以使第二pmos管121的vgs满足该第二pmos管121的导通条件。
[0063]
其中，如图2所示，该调控模块13包括：电路调控子模块131、第一电压调控子模块132以及第二电压调控子模块133，其中，
[0064]
电路调控子模块131的一端连接直流电源20的输入端，另一端连接第一电压调控子模块132和第二电压调控子模块133；
[0065]
在直流电源20上电时，电路调控子模块131导通直流电源20与第一电压调控子模块132之间的电路导通，并切断直流电源20与第二电压调控子模块133之间的电路；
[0066]
在容性负载30稳定后，电路调控子模块131导通直流电源20与第二电压调控子模块133之间的电路，并切断直流电源20与第一电压调控子模块132之间的电路。
[0067]
通过电路调控子模块131调控直流电源20与第一电压调控子模块132之间的电路导通或切断，以及通过电路调控子模块131调控直流电源20与第二电压调控子模块133之间的电路切断或导通，以实现调控软启动电路导通的同时，切断负载运行电路，或者负载运行电路导通的同时，切断软启动电路，即通过电路调控子模块131整体调控，以实现软启动电路与负载运行电路之间无缝切换，从而保证容性负载能够稳定运行。
[0068]
在本实用新型实施例中，如图3所示，第一电压调控子模块132，包括：第一电阻1321、第二电阻1322以及第一nmos管1323，其中，
[0069]
第一电阻1321的一端连接直流电源20的输入端，另一端连接第二电阻1322的一端以及第一pmos管111的栅极g；
[0070]
第二电阻1322的另一端连接第一nmos管1323的漏极d；
[0071]
第一nmos管1323的源极s接地，栅极g连接电路调控子模块131。
[0072]
其中，第一电阻1321和第二电阻1322的电阻阻值与第一pmos管111的导通/切断参数相关，具体地电阻阻值可通过试验测试获得。
[0073]
值得说明的是，该第一nmos管1323还替换为继电器或者三极管。可以理解地，在将第一nmos管1323替换为继电器或者三极管后，该第一电压调控子模块132的结构比如第一电阻1321、第二电阻1322的连接关系等，还可增设比较器等组件，以使继电器或者三极管能够满足第一电压调控子模块132的需求。
[0074]
其中，如图4所示，第二电压调控子模块133，包括：第三电阻1331、第四电阻1332以
及第二nmos管1333，其中，
[0075]
第三电阻1331的一端连接直流电源20的输入端，另一端连接第四电阻1332的一端以及第二pmos管121的栅极g；
[0076]
第四电阻1332的另一端连接第二nmos管1333的漏极d；
[0077]
第二nmos管1333的源极s接地，栅极g连接电路调控子模块131。
[0078]
其中，第三电阻1331和第四电阻1332的电阻阻值与第二pmos管121的导通/切断参数相关，具体地电阻阻值可通过试验测试获得。
[0079]
值得说明的是，该第二nmos管1333还替换为继电器或者三极管。可以理解地，在将第一nmos管1323替换为继电器或者三极管后，该第二电压调控子模块133的结构比如第三电阻1331、第四电阻1332的连接关系等，还可增设比较器等组件，以使继电器或者三极管能够满足第二电压调控子模块133的需求。
[0080]
具体地，如图5所示，电路调控子模块131，包括：第五电阻1311、第六电阻1312、第七电阻1313、第八电阻1314、第九电阻1315、电容器1316、比较器1317以及npn型三极管1318，其中，
[0081]
第五电阻1311的一端、第六电阻1312的一端、第七电阻1313的一端分别连接直流电源20的输入端；
[0082]
第五电阻1311的另一端分别连接电容器1316一侧的极板、第八电阻1314的一端以及比较器1317的正向输入端；
[0083]
第六电阻1313的另一端分别第九电阻1315的一端以及比较器1317的负向输入端；
[0084]
第七电阻1313的另一端分别连接npn型三极管1318的集电极引脚以及第一电压调控子模块132；
[0085]
电容器1316另一侧的极板、第八电阻1314的另一端、第九电阻1315的另一端分别接地；
[0086]
比较器1317的输出端分别连接npn型三极管1318的基极引脚以及第二电压调控子模块133；
[0087]
npn型三极管1318的发射极引脚接地。
[0088]
其中，第五电阻1311和电容器1316的电容大小与容性负载所需的上电时长相关，即容性负载所需的上电时长越长，电容器1316的电容越大。该电容器1316的电容大小可通过实验确定出。
[0089]
第八电阻1314决定了电容器1316能够达到的电压。一般来说，第八电阻1314的阻值大于第七电阻1313的阻值，其中，该第七电阻1313可为10k电阻，该第七电阻1313主要用来限流。
[0090]
其中，第五电阻1311、第六电阻1312以及第九电阻1315均与直流电源的输入电压值有关，比如，直流电源的输入电压值为24v，则第五电阻1311、第六电阻1312以及第九电阻1315可为10k电阻。
[0091]
另外，上述第五电阻1311、第八电阻1314、第六电阻1312以及第九电阻1315之间存在如下关系式(1)所示的关系：
[0092]
[0093]
其中，r5表征第五电阻1311的阻值；r8表征第八电阻1314的阻值；r6表征第六电阻1312的阻值；r9表征第九电阻1315的阻值。
[0094]
通过保证第五电阻1311、第八电阻1314、第六电阻1312以及第九电阻1315之间存在上述关系，可以保证软启动电路和负载运行电路之间能够顺畅切换。
[0095]
另外，上述第五电阻1311的阻值小于第八电阻的阻值，以进一步保证软启动电路和负载运行电路之间能够顺畅切换。
[0096]
以图5和图6所示的供电电路为例，说明该供电电路的工作程序。在直流电源20开始上电时，电流通过实线箭头所指示的方向(软启动电路)为容性负载供电。具体地，在直流电源20开始上电时，电容器1316充电，比较器1317的负向输入端的输入电压高于比较器1317的正向输入端的输入电压，比较器1317的输出端输出低电平，npn型三极管1318处于断开状态，使第一nmos管1323的栅极g电压高于源极电压，且该第一nmos管1323的vgs满足第一nmos管1323的导通条件，使第一pmos管111的栅极g电压低于第一pmos管111的源极电压，且第一pmos管111的vgs满足该第一pmos管111的导通条件，从而通过实线箭头所指示的方向为容性负载供电。
[0097]
在直流电源20上电稳定后时，电流通过虚线箭头所指示的方向为容性负载供电。具体地，在直流电源20上电稳定后时，电容器1316放电，比较器1317的负向输入端的输入电压低于比较器1317的正向输入端的输入电压，比较器1317的输出端输出高电平，npn型三极管1318处于导通状态，使第一nmos管1323的栅极g电压低于源极s电压，该第一nmos管1323的断开，使第一pmos管111的栅极g电压高于第一pmos管111的源极s电压，使第一pmos管111断开，切断实线箭头所指示的方向(软启动电路)。比较器1317的输出端输出高电平，使第二nmos管1333的栅极g电压高于第二nmos管1333的源极s电压，以导通第二nmos管1333，该第二nmos管1333的导通，使第二pmos管121的栅极g电压低于第二pmos管121的源极s电压，且该第二pmos管121的vgs满足第二pmos管121的导通条件，从而通过虚线箭头所指示的方向(负载运行电路)为容性负载供电。
[0098]
针对图1至图6所示的供电电路，在直流电源上电时，由于调控模块控制第一pmos管导通以及第二pmos管断开，即直流电源上电时，软启动电路为容性负载供电，由于该软启动电路具有功率电阻，可以防止浪涌电流，在容性负载稳定后，调控模块控制第一pmos管断开以及第二pmos管导通，即容性负载稳定后，通过负载运行电路为容性负载供电，该负载运行电路上可以不具有消耗电能的其他元件或电阻，即通过从软启动电路切换到负载运行电路，在有效的防止浪涌电流的同时，能够有效地提高电源效率，并避免过温保护的产生。
[0099]
图7示出了本实用新型提供的一种直流供电系统40，用于为容性负载供电，该直流供电系统40包括：直流电源20以及供电电路10。其中，该供电电路10为上述图1至图6提供的任意一种供电电路。
[0100]
在本发明实施例中，直流供电系统应用于智能设备。该智能设备可以为扫地机器人、仓库搬运机器人等能够半自主或全自主工作的智能机器。
[0101]
图8示出了本实用新型提供的一种设备50，包括：一个或多个容性负载30以及上述图7示出的为容性负载30供电的直流供电系统40。
[0102]
该设备50可以为扫地机器人、仓库搬运机器人等能够半自主或全自主工作的智能机器。
[0103]
上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。