[發明專利]一種瞬態啟動電流的抑制電路、抑制方法及應用

在審

• 申請號: 202110698697.4
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113285585A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 呂吉玉;周海廷;趙建葵;宿偉;劉愛伶;徐啟潔;馬濤;田曉娟;姜靚
• 申請（專利權）人: 青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02M1/36;H02M7/48
• 代理公司: 濟南方宇專利代理事務所(普通合伙) 37251
• 代理人: 俞波

本發明公開一種瞬態啟動電流的抑制電路、抑制方法及應用，包括固定電阻R1、固定電阻R2、負溫度系數NTC電阻R3、固定電阻R4、電容C1及絕緣柵場效應管Q1，可靠的抑制具有大容量電容器的逆變電路直流環節存在的上電瞬態大電流；解決單一使用負溫度系數NTC電阻時，頻繁開機導致的低阻抗達不到限流效果的難點、以及解決負溫度系數NTC電阻不能盡快達到目標溫度，亦即不能盡快降低阻抗，影響設備在正常工況有不必要功耗的問題；同時緩解電路復雜、控制復雜、成本高的短板的問題。

技術領域

本發明涉及電子電路領域，具體為一種瞬態啟動電流的抑制電路、抑制方法及應用。

背景技術

直流環節支撐電容器具有大容量的典型特征，廣泛應用在具有逆變電路的變流器類電力電子設備的直流環節電路中，起到對整流器輸出電壓進行平滑濾波作用，以及使直流母線上的電壓波動保持在允許范圍，如圖1的C1電容器。但是由于較大的容量，如果沒有相應的電路設計，不可避免的，這類電容器在上電瞬間的微觀角度，類似于將供電回路短路。瞬態電流值由電容兩端電壓和其“內阻”決定，而“內阻”的阻抗非常小，它與電容器的等效串聯電阻R_ESR(ESR Equivalent Series Resistance)密切相關，通過調查，某型號5000uF電容器的R_ESR大約為0.02Ω(在100Hz,1V條件下測試),某型號560uF電容器的RESR大約為0.16Ω(在100Hz,1V條件下測試)，根據歐姆定律，如果工作電壓已知，可知瞬態啟動電流有多大。所以，沒有相關抑制措施的大容量電容電路，在上電瞬態，電力電子設備會因電容器而產生超過額定工作電流幾十倍甚至上百倍的短時電流。而在正常工作后，由于電容器“隔直通交”的特性，電容所工作的直流回路的電流微乎其微，不會再造成對供電端的電流沖擊。

為抑制直流供電回路大容量電容器在供電瞬態產生的大電流問題，既有設計理論和產品開發的實際應用一般有以下幾種常規方法；

(1)在電源整流輸出端的主干路上串聯電阻，如圖2所示，這個電阻可以是固定阻值的功率電阻，在上電瞬態和正常工況，減小電流值。缺點是增加了負載功率。為減小固定電阻對功率的影響，圖2的R1也可以是溫度系數電阻(正溫度系數PTC電阻、負溫度系數NTC電阻)，隨著溫度的變化，R1的阻抗會相應變化，如采用NTC電阻時，如果其達到足夠的溫度時，阻值會降到幾十毫歐，不會對正常工作工況的電路造成較大功率增加，缺點是如果頻繁開機，NTC電阻一直處于高溫狀態，阻抗會很小，達不到起到抑制上電瞬態啟動電流的目的。如果正常工作時，NTC電阻達不到一定溫度狀態，還會有一定較大阻抗，仍然會造成不必要的功率增加。

(2)采用控制方案，在設備正常工作時，旁路限流電阻，如圖3所示，R1為串聯在負載側主回路的限流電阻，一般為大功率大阻抗的固定電阻，設備上電時，通過此電阻慢慢的讓大容量的電容器C1充電，待充電達到需求的電壓后，讓控制繼電器J1或類似部件動作(閉合)，旁路掉R1。這個方案應用很廣，一般在設計階段確認和實施。缺點是成本較高，集成度比較低，不易在PCB板級實施；控制也比較復雜，需要軟件控制措施；不易用于僅能小改動需求的生產整改。

(3)在電源整流輸出端的主干路上串聯電感，如圖4所示，利用電流不能在電感中突變的特性，抑制瞬態變化的電流。缺點是此電感的感抗會比較大，造成體積大，以及發熱問題，不易具體的生產制造實施。

為達到抑制瞬態啟動電流的目的，在保證產品可靠性、降低成本、方便實施的基礎上，近年來，又有學者和工程師提出多種解決方案，這些方案大都是硬件電路優化的基礎上，使用了軟硬件檢測控制，在低成本產品項目中性價比并不高，特別電流抑制電路是從無到有的整改，實施難度比較大。

因此，特提出本專利申請。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種瞬態啟動電流的抑制電路、抑制方法及應用，解決瞬態啟動電流大的問題，旨在提出一種可靠性高、結構簡單、成本低、便于“從無到有”整改的電路方案和實施辦法。