[發明專利]高容量電容組預充電電路

有效

• 申請號: 201810559397.6
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108964219B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 袁樂;劉鑫;蔡子琨;王天風;喬天辰;田書欣;唐厚君;楊喜軍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02;H02J7/10
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

1.一種高容量電容組預充電電路，其特征在于，包括：整流模塊、分級充電模塊；其中：

所述整流模塊的輸入端連接交流電源，所述整流模塊的輸出端與所述分級充電模塊電連接，用于將交流電轉換為直流電后，向所述分級充電模塊傳輸直流電；

所述分級充電模塊中包括電容組，用于接收外部的控制信號，并根據所述控制信號對所述電容組中的電容分別進行單獨充電；

所述分級充電模塊包括：第一熱敏電阻、N個電解電容、2N-1個可控開關、N-1個功率二極管，N為大于等于2的自然數；所述第一熱敏電阻的一端連接至所述整流模塊的輸出端的一端，所述第一熱敏電阻的另一端連接第1個電解電容的正極；所述第1個可控開關的兩端分別所述第一熱敏電阻的兩端相連，所述第1個可控開關根據第1個控制信號開啟或者斷開；所述第1個電解電容的負極分別與第1個功率二極管的正極、第2N-1個可控開關的一端相連，所述第2N-1個可控開關的另一端接地，所述第2N-1個可控開關根據第2N-1個控制信號開啟或者斷開；其中：

第i個可控開關的一端連接所述第一熱敏電阻的另一端，所述第i個可控開關的另一端分別連接第N+2-i個電解電容的正極、第N+1-i個功率二極管的負極；i＝2,3,4…N；所述第i個可控開關根據第i個控制信號開啟或者斷開；

第j個可控開關的一端分別連接所述第2N-j個電解電容的負極、所述第2N-j個功率二極管的正極，所述第j個可控開關的另一端接地；j＝N+1,N+2,N+3…,2N-2；所述第j個可控開關根據第j個控制信號開啟或者斷開；

所述分級充電模塊包括：4個電解電容、3個功率二極管、7個繼電器、7個三極管、7個電阻、7個二極管、1個熱敏電阻；其中：

第一繼電器的第1引腳、第一二極管的負極均連接至正12V電源端，所述第一繼電器的第2引腳分別連接所述第一三極管的集電極、第一二極管的正極，所述第一三極管的基極與所述第一電阻的一端相連，所述第一電阻的另一端構成第一控制信號的輸入端，所述第一三極管的發射極接地；所述第一繼電器的第4引腳連接至所述第一熱敏電阻的一端，所述第一熱敏電阻的另一端與第一繼電器的第3引腳連接；

第二繼電器的第1引腳、第二二極管的負極均連接至正12V電源端，所述第二繼電器的第2引腳分別連接所述第二三極管的集電極、第二二極管的正極，所述第二三極管的基極與所述第二電阻的一端相連，所述第二電阻的另一端構成第二控制信號的輸入端，所述第二三極管的發射極接地；所述第二繼電器的第4引腳連接至所述第一熱敏電阻的另一端，所述第二繼電器的第3引腳分別連接第4個電解電容的正極、第3個功率二極管的負極；所述第4個電解電容的負極接地；

第三繼電器的第1引腳、第三二極管的負極均連接至正12V電源端，所述第三繼電器的第2引腳分別連接所述第三三極管的集電極、第三二極管的正極，所述第三三極管的基極與所述第三電阻的一端相連，所述第三電阻的另一端構成第三控制信號的輸入端，所述第三三極管的發射極接地；所述第三繼電器的第4引腳連接至所述第一熱敏電阻的另一端，所述第三繼電器的第3引腳分別連接第3個電解電容的正極、第3個功率二極管的負極；

第四繼電器的第1引腳、第四二極管的負極均連接至正12V電源端，所述第四繼電器的第2引腳分別連接所述第四三極管的集電極、第四二極管的正極，所述第四三極管的基極與所述第四電阻的一端相連，所述第四電阻的另一端構成第四控制信號的輸入端，所述第四三極管的發射極接地；所述第四繼電器的第4引腳分別連接至所述第一熱敏電阻的另一端、第1個電解電容的正極，所述第四繼電器的第3引腳分別連接第2個電解電容的正極、第2個功率二極管的負極；

第五繼電器的第1引腳、第五二極管的負極均連接至正12V電源端，所述第五繼電器的第2引腳分別連接所述第五三極管的集電極、第五二極管的正極，所述第五三極管的基極與所述第五電阻的一端相連，所述第五電阻的另一端構成第五控制信號的輸入端，所述第五三極管的發射極接地；所述第五繼電器的第4引腳分別連接至第3個功率二極管的正極、第3個電解電容的負極；所述第五繼電器的第3引腳接地；

第六繼電器的第1引腳、第六二極管的負極均連接至正12V電源端，所述第六繼電器的第2引腳分別連接所述第六三極管的集電極、第六二極管的正極，所述第六三極管的基極與所述第六電阻的一端相連，所述第六電阻的另一端構成第六控制信號的輸入端，所述第六三極管的發射極接地；所述第六繼電器的第4引腳分別連接至第2個功率二極管的正極、第2個電解電容的負極；所述第六繼電器的第3引腳接地；

第七繼電器的第1引腳、第七二極管的負極均連接至正12V電源端，所述第七繼電器的第2引腳分別連接所述第七三極管的集電極、第七二極管的正極，所述第七三極管的基極與所述第七電阻的一端相連，所述第七電阻的另一端構成第七控制信號的輸入端，所述第七三極管的發射極接地；所述第七繼電器的第4引腳分別連接至第1個功率二極管的正極、第1個電解電容的負極；所述第七繼電器的第3引腳接地；

所述整流模塊包括：第一功率二極管、第二功率二極管、第三功率二極管、第四功率二極管、濾波電容；所述第一功率二極管的正極分別連接交流電源的一端、第二功率二極管的負極，所述第一功率二極管的負極分別連接第三功率二極管的負極、濾波電容的一端，所述第三功率二極管的正極分別連接交流電源的另一端、第四功率二極管的負極，所述第二功率二極管的正極和所述第四功率二極管的正極均與所述濾波電容的另一端連接；其中，所述濾波電容的一端構成所述整流模塊的輸出端的一端，所述濾波電容的另一端構成所述整流模塊的輸出端的另一端；

分別控制2N-1個可控開關按照時間順序開啟或關閉，以使得所述整流模塊分別對所述N個電解電容進行單獨充電；當所述N個電解電容均充電完成后，控制2N-1個可控開關全部開啟，以使所述電容組中的電解電容形成串聯結構；

當單相交流電源接通時，四個功率二極管D1～D4構成整流橋，此時控制信號均關閉，4個電解電容串聯并以熱敏電阻PTC1作為上電電阻進行充電，所述上電電阻的阻值大且串聯電解電容的容值小，充電電流小，實現軟啟動；

t2時刻時，控制信號S2為高電平，第二繼電器RL2吸合，第4個電解電容單獨接入充電回路進行預充電，直至達到額定電壓值；而后控制信號S2為低電平，第二繼電器RL2打開，由于功率二極管的反向阻斷作用，第4個電解電容的電壓值保持不變；

t3時刻時，控制信號S3和S5均為高電平，第三繼電器RL3和第五繼電器RL5吸合，第3個電解電容經過第三繼電器RL3和第五繼電器RL5接入充電回路進行預充電，直至達到額定電壓值，而后控制信號S3和S5均為低電平，第三繼電器RL3和第五繼電器RL5打開，第3個電解電容的電壓值保持不變；

t4時刻，控制信號S4和S6均為高電平，第四繼電器RL4和第六繼電器RL6吸合，第2個電解電容接入充電回路進行預充電，直至達到額定電壓值，而后控制信號S4和S6均為低電平，第四繼電器RL4和第六繼電器RL6打開，第2個電解電容的電壓值保持不變；

t5時刻時，控制信號S7為高電平，第七繼電器RL7吸合，第1個電解電容接入充電回路進行預充電，直至達到額定電壓值；

最后，控制信號S1為高電平，繼電器RL1吸合，作為上電電阻的熱敏電阻PTC1被短路，預充電完成，控制信號S2-S7均為高電平，繼電器RL2～RL7吸合，4個電解電容并聯給負載供電。

2.根據權利要求1所述的高容量電容組預充電電路，其特征在于，所述可控開關包括：繼電器、功率開關管、場效應晶體管中的任一種。