预充开关电路及充电机的制作方法

1.本发明涉及预充电路结构技术领域，具体涉及一种预充开关电路及充电机。


背景技术：

2.当一个容性负载接入电压源的时候，由于电容的输入阻抗非常低，同时电容上的初始电压为零，导致外部电压会在负载的输入电容上形成一个非常大的冲击电流。该电流会对电路上的开关器件形成损伤，同时也产生很大的电磁干扰，对其它设备造成干扰。因此，将一个容性负载进入电压网络之前，必须使用预充电路，对负载端的电容进行充电使其电压缓慢上升到外部水平。
3.目前，常用的预充电路通常是使用2个继电器(主继电器和预充继电器)和预充电阻组成，预充继电器会在主继电器闭合之前导通，外部电压通过预充电阻给容性负载充电直至其电压上升到接近外部电压，这时才闭合主继电器让负载电流通过。
4.但是，这种预充电路有以下缺点：一是使用的是机械触点式继电器，驱动功耗大，驱动电路复杂；且机械触点式继电器和预充电阻体积较大，占用空间。二是当负载是直流负载时，主继电器必须使用直流继电器，而且通断次数有限定。最后是机械触点有寿命的限制，在使用过程中容易被氧化导致导通阻抗增大。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述问题，本技术实施方式提供了一种预充开关电路，该电路利用场效应管的特性，实现预充和开关的同时进行，提高了充电时的稳定性和可靠性。
6.第一方面，本技术的实施方式提供了一种预充开关电路，包括：
7.关断电路、开通电路、负反馈电路和第一场效应管；
8.其中，关断电路的第一端与开通电路的第一端连接，且关断电路的第一端作为预充开关电路的输入正极端，用于连接外部电源的一端；
9.关断电路的第二端与开通电路的第二端连接，关断电路的第三端与开通电路的第三端连接；
10.关断电路的第四端作为预充开关电路的输出负极和输入负极，用于连接待充电的外部负载的一端和外部电源的另一端；
11.关断电路的第五端与外部控制设备连接；
12.开通电路的第一端与第一场效应管的源极连接，开通电路的第二端与第一场效应管的栅极以及负反馈电路的第一端连接；
13.负反馈电路的第二端与第一场效应管的漏极连接，且负反馈电路的第二端作为预充开关电路的输出正极，用于连接待充电的外部负载的另一端。
14.在本发明的一个实施方式中，关断电路包括：第一电阻、第一关断子电路、第二关断子电路和第一稳压管；
15.其中，第一关断子电路的第一端作为关断电路的第一端；
16.第一关断子电路的第二端作为关断电路的第二端；
17.第一关断子电路的第三端与第二关断子电路的第一端，以及第一稳压管的一端连接；
18.第一关断子电路的第四端与第二关断子电路的第二端连接，并作为关断电路的第四端；
19.第一关断子电路的第五端与第一稳压管的另一端连接；
20.第二关断子电路的第三端作为关断电路的第三端；
21.第二关断子电路的第四端与第一电阻的一端连接，且第一电阻的另一端作为关断电路的第五端。
22.在本发明的一个实施方式中，第一关断子电路包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管、第二场效应管和第二稳压管；
23.其中，第二电阻的一端作为第一关断子电路的第一端，与第三电阻的一端、以及第五电阻的一端连接；
24.第二电阻的另一端，与第一三极管的发射极连接；
25.第三电阻的另一端，与第四电阻的一端、以及第一三极管的基极连接；
26.第一三极管的集电极作为第一关断子电路的第二端；
27.第四电阻的另一端与第二场效应管的漏极连接；
28.第五电阻的另一端作为第一关断子电路的第三端，与第二稳压管的一端第四电阻连接；
29.第二场效应管的栅极作为第一关断子电路的第五端；
30.第二场效应管的源极作为第一关断子电路的第四端，与第二稳压管的另一端连接。
31.在本发明的一个实施方式中，第一三极管为pnp型三极管，第二场效应管为增强型n沟道绝缘栅场效应管。
32.在本发明的一个实施方式中，第二关断子电路包括：二极管和第二三极管；
33.其中，二极管的阳极作为第二关断子电路的第一端；
34.二极管的阴极作为第二关断子电路的第三端，与第二三极管的集电极连接；
35.第二三极管的发射极作为第二关断子电路的第二端；
36.第二三极管的基极作为第二关断子电路的第四端。
37.在本发明的一个实施方式中，第二三极管为npn型三极管。
38.在本发明的一个实施方式中，开通电路包括：第六电阻和第七电阻；
39.其中，第六电阻的一端作为开通电路的第三端；
40.第六电阻的另一端连接第七电阻的一端，且第六电阻的另一端作为开通电路的第二端；
41.第七电阻的另一端作为开通电路的第一端。
42.在本发明的一个实施方式中，负反馈电路包括：第八电阻和第一电容；
43.其中，第八电阻的一端作为负反馈电路的第一端；
44.第八电阻的另一端与第一电容的一端连接；
45.第一电容的另一端作为负反馈电路的第二端。
46.在本发明的一个实施方式中，第一场效应管为增强型p沟道绝缘栅场效应管。
47.第二方面，本技术实施方式提供一种充电机，该充电机包括本发明实施方式第一方面公开的预充开关电路。
48.实施本技术实施方式，具有如下有益效果：
49.可以看出，本技术实施方式所提供的预充开关电路在开通的时候，能够通过控制第一场效应管的驱动电压，使其在达到驱动阈值之后缓慢上升，从而使第一场效应管会有一段时间工作在放大区，其导通阻抗慢慢变小直至最低值。继而在第一场效应管的导通阻抗变小的阶段，完成对容性负载预充。从而利用场效应管的特性，同时实现预充和开关，提高了充电时的稳定性和可靠性。
附图说明
50.为了更清楚地说明本技术实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1为本技术实施方式提供的一种预充开关电路的电路框图；
52.图2为本技术实施方式提供的一种关断电路的电路框图；
53.图3为本技术实施方式提供的一种预充开关电路的结构示意图；
54.图4为本技术实施方式提供的一种预充开关电路工作时的仿真图。
具体实施方式
55.下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
56.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
57.在本文中提及“实施方式”意味着，结合实施方式描述的特定特征、结果或特性可以包含在本技术的至少一个实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方式，也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。
58.参阅图1，图1为本技术实施方式提供的一种预充开关电路的电路框图，该预充开关电路可以包括：关断电路101、开通电路201、负反馈电路301和第一场效应管401。
59.在本实施方式中，关断电路101的第一端与开通电路201的第一端连接，且关断电路101的第一端作为该预充开关电路的输入正极端，用于连接外部电源的一端。关断电路
101的第二端与开通电路201的第二端连接，关断电路101的第三端与开通电路201的第三端连接。关断电路101的第四端作为该预充开关电路的输出负极和输入负极，还用于连接待充电的外部负载的一端和外部电源的另一端。关断电路101的第五端与外部控制设备连接。
60.在本实施方式中，开通电路201的第一端与第一场效应管401的源极连接，开通电路201的第二端与第一场效应管401的栅极以及负反馈电路301的第一端连接。负反馈电路301的第二端与第一场效应管401的漏极连接，且该负反馈电路301的第二端作为该预充开关电路的输出正极，用于连接待充电的外部负载的另一端。
61.示例性的，如图2所示，关断电路101可以包括：第一电阻140、第一关断子电路110、第二关断子电路120和第一稳压管130。具体而言，第一关断子电路110的第一端作为关断电路101的第一端；第一关断子电路110的第二端作为关断电路101的第二端；第一关断子电路110的第三端与第二关断子电路120的第一端，以及第一稳压管130的一端连接；第一关断子电路110的第四端与第二关断子电路120的第二端连接，并作为该关断电路101的第四端；第一关断子电路110的第五端与第一稳压管130的另一端连接；第二关断子电路120的第三端作为关断电路101的第三端；第二关断子电路120的第四端与第一电阻140的一端连接，且第一电阻140的另一端作为关断电路101的第五端。
62.在本实施方式中，图3示出了一种预充开关电路的结构示意图，以下将结合图3对本实施方式中的各个电路进行详细的说明。
63.具体而言，如图3所示，第一关断子电路110可以包括：第二电阻111、第三电阻112、第四电阻113、第五电阻114、第一三极管115、第二场效应管116和第二稳压管117。
64.其中，第二电阻111的一端作为第一关断子电路110的第一端，与第三电阻112的一端、以及第五电阻114的一端连接。第二电阻111的另一端，与第一三极管115的发射极连接。第三电阻112的另一端，与第四电阻113的一端、以及第一三极管115的基极连接。第一三极管115的集电极作为第一关断子电路110的第二端。第四电阻113的另一端与第二场效应管116的漏极连接，第五电阻114的另一端作为第一关断子电路110的第三端，与第二稳压管117的一端第四电阻连接。第二场效应管116的栅极作为第一关断子电路110的第五端。第二场效应管116的源极作为第一关断子电路110的第四端，与第二稳压管117的另一端连接。
65.在可选的实施方式中，第一三极管115可以为pnp型三极管，第二场效应管116可以为增强型n沟道绝缘栅场效应管。
66.在本实施方式中，如图3所示，第二关断子电路120可以包括：二极管121和第二三极管122。其中，二极管121的阳极作为第二关断子电路120的第一端；二极管121的阴极作为第二关断子电路120的第三端，与第二三极管122的集电极连接；第二三极管122的发射极作为第二关断子电路120的第二端；第二三极管122的基极作为第二关断子电路120的第四端。
67.在可选的实施方式中，第二三极管122可以为npn型三极管。
68.在本实施方式中，如图3所示，开通电路201可以包括：第六电阻210和第七电阻220。其中，第六电阻210的一端作为开通电路201的第三端；第六电阻210的另一端连接第七电阻220的一端，且第六电阻210的另一端作为开通电路201的第二端；第七电阻220的另一端则作为开通电路201的第一端。
69.在本实施方式中，如图3所示，负反馈电路301可以包括：第八电阻310和第一电容320。其中，第八电阻310的一端作为负反馈电路301的第一端；第八电阻310的另一端与第一
电容320的一端连接；第一电容320的另一端作为负反馈电路301的第二端。
70.在可选的实施方式中，第一场效应管401可以为增强型p沟道绝缘栅场效应管。
71.在本实施方式中，图4示出了一种预充开关电路工作时的仿真图，以下，将结合图3和图4对该预充开关电路的工作原理进行说明：
72.在本实施方式中，参照图3，当控制端601输出低电平(即关闭开关，停止充电)时，输入电压通过第五电阻114和第二稳压管117，形成让第二场效应管116导通的驱动电压。此时，连接在第二场效应管116栅极和第二稳压管117的一端之间的第一稳压管130，可以提高第二场效应管116的驱动阈值。然后，随着第二场效应管116的导通，输入电压通过第二电阻111、第四电阻113和第二场效应管116使第一三极管115的发射极和基极之间形成电流，导通第一三极管115的发射极和集电极。同时，由于第一三极管115的发射极和集电极通过第二电阻111并联在第一场效应管401的栅极和源极之间，由此，第一三极管115的发射极和集电极的导通，使第一场效应管401的栅极和源极之间的电压趋近于零，继而关断第一场效应管401。
73.在本实施方式中，当控制端601输出高电平(即打开开关，开始充电)时，首先，输入电压通过第一电阻140使第二三极管122的发射极和集电极导通。具体而言，第一电阻140用于对高电平的输入电压进行限流处理，即将其转化为电流值较低的电流后，再通过该电流对第二三极管122的发射极和集电极进行导通，从而保护第二三极管122，避免第二三极管122在高电平下被击穿。然后，由于第二三极管122的发射极和集电极的导通，使第二三极管122通过二极管121将第二场效应管116的驱动电压拉低至导通阈值以下，使第二场效应管116关断。然后，由于第二场效应管116的关断，使第一三极管115同步关断，第一场效应管401的栅极和源极之间的电压通过第七电阻220和第六电阻210的分压慢慢降低至负向导通阈值。然后，当第一场效应管401的栅极和源极之间的电压达到负向导通阈值后，第一场效应管401的导通电阻开始下降，输入电压可以通过第一场效应管401开始对输出容性负载701进行预充，使输出容性负载701的电压上升。
74.同时，在本实施方式中，当输出容性负载701的电压上升时，其上升的电压通过第一电容320和第八电阻310作用在第六电阻210和第七电阻220的分压网络上，形成一个负反馈。该负反馈可以使第六电阻210的电压上升进度变得缓慢，继而使第一场效应管401可以长时间的停留在放大区。由此，可以在第一场效应管401的导通电阻下降的时间段内，完成对输出容性负载701的预充，如图4所示。
75.此外，在本实施方式中，当输出容性负载701的电压与输入电压相同时，第一场效应管401的栅极和源极之间的电压也下降到预设的阈值，使第一场效应管401进入饱和工作区。由此，使第一场效应管401的导通电阻处于最小值，使流过的电流的损耗最低。
76.在本实施方式中，当控制端601再次输出低电平时，第二三极管122关断，使第二场效应管116导通，继而使第一场效应管401的栅极和源极通过第二电阻111快速放电，关断第一场效应管401。
77.由此，本技术实施方式所提供的预充开关电路在开通的时候，能够通过控制第一场效应管的驱动电压，使其在达到驱动阈值之后缓慢上升，从而使第一场效应管会有一段时间工作在放大区，其导通阻抗慢慢变小直至最低值。继而在第一场效应管的导通阻抗变小的阶段，完成对容性负载预充。从而利用场效应管的特性，同时实现预充和开关，提高了
充电时的稳定性和可靠性。
78.在一个可能的实施方式中，本发明实施方式还提供了一种充电机，该充电机可以包括上述任一实施方式所提供的预充开关电路。其中，充电机中的预充开关电路与上述任一实施方式中描述的预充开关电路相同，在此不再叙述。
79.需要说明的是，对于前述的各发明实施方式，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施方式均属于可选实施方式，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
80.在上述实施方式中，对各个实施方式的描述都各有侧重，某个实施方式中没有详述的部分，可以参见其他实施方式的相关描述。
81.在本技术所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
82.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。
83.另外，在本技术各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序模块的形式实现。
84.所述集成的单元如果以软件程序模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本技术各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
85.本领域普通技术人员可以理解上述实施方式的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：read-only memory，简称：rom)、随机存取器(英文：random access memory，简称：ram)、磁盘或光盘等。
86.以上对本技术实施方式进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。