浪涌电流调整装置及负载系统

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别涉及一种浪涌电流调整装置及负载系统。

背景技术

浪涌电流是指电气设备在接通电源时消耗的瞬时高输入电流，浪涌电流也称为接通浪涌或输入浪涌电流。产生浪涌电流的原因是电气设备(负载)中有电容器和电感器，电气设备接通电源时，电感器提供低阻抗，当电感器和电容器从零充电至最大值时，允许大电流流入电路，大电流可能高达稳态电流的20倍。即使大电流仅持续约10毫秒，它仍需要输入电源(输入交流电)的30至40个周期才能使电流稳定到正常工作值。

如果对浪涌电流没有限制，那么大电流除了会在电源线上产生电压骤降之外，还可能会导致电气设备的永久性损坏、故障或异常操作，并导致由同一电源供电的其他设备发生故障。中国法规对电子设备电磁兼容有一定的要求，设备的浪涌电流过大将无法通过EMC(电磁兼容)试验。如今很多电气设备为了限制浪涌电流的发生，在电气设备的电源输入端串入大电阻，但这样会让设备在正常的工作情况下产生额外的功耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浪涌电流调整装置及负载系统，以解决现有技术无法在限制浪涌电流的前提下避免电气设备在正常工作状态下产生额外的功耗的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种浪涌电流调整装置，包括控制模块、检测模块和电阻模块；所述电阻模块用于连接在供电电源和负载装置之间，所述检测模块用于实时检测所述负载装置的电流变化率，所述控制模块用于根据所述检测模块检测的所述负载装置的电流变化率调整所述电阻模块的电阻值。

可选地，所述电阻模块包括至少一路第一支路和至少一路第二支路，所述第一支路和所述第二支路彼此并联；所述第一支路包括第一开关器件以及与所述第一开关器件串联的至少一个电阻，所述第一支路通过所述第一开关器件调整所述电阻的工作状态；所述第二支路包括第二开关器件；所述控制模块用于驱动所述第一开关器件及所述第二开关器件的断开或闭合。

可选地，所述电阻模块包括至少两路所述第一支路，且至少两路所述第一支路相互并联。

可选地，所述控制模块包括控制器以及与所述控制器连接的至少两个继电器，其中一部分所述继电器与至少一路所述第一支路的第一开关器件相对应，另一部分所述继电器与至少一路所述第二支路的第二开关器件相对应；所述继电器在所述控制器的驱动下调整对应的所述第一开关器件及所述第二开关器件的工作状态。

可选地，所述控制模块具有多个依次递减的电流变化率区间，所述电阻模块具有与所述电流变化率区间一一对应且依次递减的多个电阻值，所述控制模块根据所述检测模块检测的电流变化率所在的电流变化率区间确定所述电阻模块的电阻值。

可选地，所述检测模块包括电流检测单元和钳形线圈，所述钳形线圈用于供所述负载装置的火线穿过；所述电流检测单元分别连接所述钳形线圈和所述控制模块，所述电流检测单元用于对所述钳形线圈的电流预处理以得到所述负载装置的电流变化率，并反馈至所述控制模块。

可选地，所述电流检测单元包括用于进行降压处理的降压子单元以及与所述降压子单元连接的电流线性输出子单元。

可选地，所述浪涌电流调整装置包括与所述控制模块连接的电源模块，所述电源模块用于向所述控制模块供电，所述电源模块包括电池以及电压调整电路，所述电压调整电路用于将所述电池提供的电源电压调整至预设电压并输出至所述控制模块。

可选地，所述电压调整电路包括稳压器、第一电容、第二电容、稳压电阻以及二极管；所述稳压器的输入端和所述第一电容的第一端共同作为所述电压调整电路的输入端，以接入所述电池；所述稳压器的输出端、所述第二电容的第一端以及所述稳压电阻的第一端共同作为所述电压调整电路的输出端，以接入所述控制模块；所述二极管的正向端与所述稳压电阻的第二端连接；所述第一电容的第二端、所述稳压器的输出可调端、所述第二电容的第二端以及所述二极管的反向端，均接地。

基于本发明的另一个方面，本发明还提供一种负载系统，其包括负载装置以及如上所述的浪涌电流调整装置；所述浪涌电流调整装置的电阻模块连接在供电电源和所述负载装置之间。

综上所述，在本发明提供的浪涌电流调整装置及负载系统中，浪涌电流调整装置包括控制模块、检测模块和电阻模块；所述电阻模块用于串联在供电电源和负载装置之间，所述检测模块用于实时检测所述负载装置的电流变化率，所述控制模块用于根据所述检测模块检测的负载装置的电流变化率调整所述电阻模块的电阻值。如此，可通过检测负载装置的电流变化率实时监测浪涌电流的变化，同时根据电流变化率调整电阻模块的电阻值，即根据浪涌电流的增大或减小而同步增大或减小电阻值，实现稳定快速减少负载装置的浪涌电流。进一步地，检测到电流变化率不再变化时，也即是负载装置正常工作后，可将电阻模块的电阻值调整至零，可以避免产生额外的功耗。

附图说明

本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1是本发明一实施例的浪涌电流调整装置的示意图；

图2是本发明一实施例的电阻模块的示意图；

图3是本发明一实施例的控制模块和检测模块的示意图；

图4是本发明一实施例的钳形线圈的示意图；

图5是本发明一实施例的电源模块的电池的示意图；

图6是本发明一实施例的电源模块的电压调整电路的示意图。

附图中：

10-控制模块；U1-控制器；K1-第一继电器；K2-第二继电器；K3-第三继电器；K4-第四继电器；K5-第五继电器；K6-第六继电器；

20-检测模块；200-电流检测单元；201-降压子单元；202-电流线性输出子单元；T-钳形线圈；

30-电阻模块；S1-第一逻辑开关；S2-第二逻辑开关；S3-第三逻辑开关；S4-第四逻辑开关；S5-第五逻辑开关；S6-第六逻辑开关；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；

40-电源模块；41-电池；42-电压调整电路；U2-稳压器；C1-第一电容；C2-第二电容；R6-稳压电阻；D-二极管；

50-负载装置；L-火线；

60-供电电源。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种浪涌电流调整装置及负载系统，以解决现有技术无法在限制浪涌电流的前提下避免电气设备在正常工作状态下产生额外功耗的问题。

下面请结合附图对本发明的浪涌电流调整装置及负载系统进行详细地说明。

图1是本发明一实施的浪涌电流调整装置的示意图。如图1所示，本实施例的浪涌电流调整装置包括控制模块10、检测模块20和电阻模块30。所述电阻模块30用于连接在供电电源60和负载装置50之间，供电电源60向负载装置50供电使得负载装置50可以运行，电流经过电阻模块30流向负载装置50。所述检测模块20用于实时检测所述负载装置50的电流变化率，从而可以在供电电源60向负载装置50供电的初期通过检测电流变化率而实时监测浪涌电流的变化。所述控制模块10用于根据所述检测模块20检测的负载装置50的电流变化率调整所述电阻模块30的电阻值，也即是根据浪涌电流的变化调整电阻模块30的电阻值，根据浪涌电流的增大或减小而同步增大或减小电阻值，实现稳定快速减少流向负载装置50的浪涌电流，使得负载装置50在上电初期能够稳定地启动，避免损坏或故障。进一步地，本实施的电阻模块30的电阻值最低可配置为零，当检测到电流变化率不再变化时，也即是负载装置50正常工作后(负载装置50的电容器和电感器充电完成)，可将电阻模块30的电阻值调整至零，从而避免产生电阻模块30带来的额外功耗。需说明的是，本实施例的电阻模块30的两端分别记作CN1和CN2，CN1接入负载装置50，CN2接入供电电源60。

进一步地，本实施例根据电流变化率所在的预设区间范围而选定相对应的电阻值，也即配置控制模块10具有多个依次递减的电流变化率区间，所述电阻模块30具有与所述电流变化率区间一一对应且依次递减的多个电阻值，所述控制模块10根据所述检测模块20检测的电流变化率所在的电流变化率区间确定所述电阻模块30的电阻值。在一示范性的实施例中，控制模块10配置有三个依次递减的电流变化率区间，分别是依次递减的第一区间、第二区间和第三区间，第一区间为电流变化率大于或者等于第一预设值，第二区间为电流变化率大于或等于第二预设值，且小于第一预设值，第三区间为电流变化率小于第二预设值。相应地，电阻模块30配置有与上述三个变化区间相对应且依次递减的第一阻值、第二阻值和第三阻值(第三阻值可以设定为零)，控制模块10根据检测模块20的反馈的电流变化率处于第一区间时，调整电阻模块30的电阻值为第一阻值；控制模块10根据检测模块20的反馈的电流变化率处于第二区间时，调整电阻模块30的电阻值为第二阻值；控制模块10根据检测模块20的反馈的电流变化率处于第三区间时，调整电阻模块30的电阻值为第三阻值。

进一步地，所述电阻模块30包括至少一路第一支路和至少一路第二支路，所述第一支路和所述第二支路彼此并联；所述第一支路包括第一开关器件以及与所述第一开关器件串联的至少一个电阻，所述第一支路通过所述第一开关器件调整所述电阻的工作状态；所述第二支路包括第二开关器件；所述控制模块用于驱动所述第一开关器件/第二开关器件断开或闭合。对于第一支路，控制模块10可以通过控制第一开关器件的断开或者闭合而控制第一支路中的电阻是否接入电路；对于第二支路，控制模块10可以通过控制第二开关器件的断开或者闭合将电阻模块30是否等效为导线。具体实施例时，检测到电流变化率大于设定值时，将第二支路的第二开关器件处于断开状态，将第一支路的第一开关器件处于闭合状态使得电阻接入电路起到阻碍电流的作用，从而减少输入至负载装置50的浪涌电流；当检测到电流变化率不超过设定值时，将第一支路中的第一开关器件断开，将一路第二支路中的第二开关器件闭合，此时电阻模块30等效为导线，减少功耗。

优选地，所述电阻模块包括至少两路所述第一支路，且至少两路所述第一支路相互并联，此外第一支路和第二支路彼此并联，如此可以使得电阻模块具有更多的电阻值选择，从而对浪涌电流实现动态调整或抑制，进而实时平稳减少输入至负载装置的浪涌电流。具体而言，检测到电流变化率大于设定值时，将第二支路的第二开关器件处于断开状态，通过分别控制各个第一支路中的第一开关器件的断开或者闭合实现电阻模块30的电阻值的实时变化，从而减少输入至负载装置50的浪涌电流；当检测到电流变化率不超过设定值时，此时可认为是负载装置50的电容器和电感器充电完成，负载装置50处于正常工作状态，将所有第一支路的第一开关器件均处于断开状态，将一路第二支路的第二开关器件处于闭合状态(需说明的是，若电阻模块30具有至少两路第二支路，此时仅需将其中一路第二支路的第二开关器件闭合，其余第二支路的第二开关器件断开)，此时电阻模块30等效为导线，接入在供电电流60和负载装置50之间。

更进一步地，所述控制模块10包括控制器U1以及与所述控制器U1连接的至少两个继电器，其中一部分所述继电器与至少一路所述第一支路的第一开关器件相对应，另一部分所述继电器与至少一路所述第二支路的第二开关器件相对应，所述继电器在所述控制器U1的驱动下调整对应的所述第一开关器件/第二开关器件的工作状态，即控制器U1通过控制继电器来驱动第一开关器件/第二开关器件处于闭合或者断开状态。

图2是本发明一实施例的电阻模块的示意图，图3是本发明一实施例的控制模块和检测模块的示意图。在一示范性的实施例中，请参阅图2，第一开关器件和第二开关器件均选择为逻辑开关，电阻模块30包括第一～第六逻辑开关以及第一～第五电阻，其中，第一逻辑开关S1和第一电阻R1串联后作为第一路第一支路，第二逻辑开关S2和第二电阻R2串联后作为第二路第一支路，第三逻辑开关S3和第三电阻R3串联后作为第三路第一支路，第四逻辑开关S4和第四电阻R4串联后作为第四路第一支路，第五逻辑开关S5和第五电阻R5串联后作为第五路第一支路，第六逻辑开关S6单独作为一路第二支路。请参阅图3，控制模块10包括第一～第六继电器，第一继电器K1用于控制第一逻辑开关S1的工作状态，第二继电器K2用于控制第二逻辑开关S2的工作状态，第三继电器K3用于控制第三逻辑开关S3的工作状态，第四继电器K4用于控制第四逻辑开关S4的工作状态，第五继电器K5用于控制第五逻辑开关S5的工作状态，第六继电器K6用于控制第六逻辑开关S6的工作状态；控制器U1比如可以是单片机。负载装置50处于上电初期时，输入瞬态的浪涌电流，控制器U1控制第六继电器K6驱使第六逻辑开关S6断开，控制器U1根据电流变化率来控制第一～第五继电器来驱使第一～第五逻辑开关处于断开或者闭合状态，从而使得第一～第五电阻中的一个单独串联或者第一～第五电阻中的至少两个相互并联，进而调整电阻模块30的电阻值，平稳减少输入至负载装置50的浪涌电流。负载装置50正常工作后，控制器U1控制第一～第五继电器来驱使第一～第五逻辑开关均处于断开状态，控制第六继电器K6来驱使第六逻辑开关S6处于闭合状态，此时电阻模块30可等效为导线接入在供电电源60和负载装置50之间。举例而言，本实施例的第一～第五电阻的阻值均为10kΩ，通过控制第一～第五电阻中的一个单独串联或者第一～第五电阻中的至少两个相互并联可以实现电阻模块30的电阻值为10kΩ、5kΩ、3.33kΩ、2.5kΩ或者2kΩ的调整。当然，在其他一些实施例中，各路第一支路中的电阻的阻值可以不等，各路第一支路中的电阻的个数也可不等。

可选的，所述浪涌电流调整装置包括与所述控制模块10连接的电源模块40，所述电源模块40用于向所述控制模块10供电，以使控制模块10启动工作。控制模块10包括控制器U1和继电器，电源模块40向控制器U1和继电器供电。

实际地，控制器U1和继电器所需要的电源通常是不同的。图5是本发明一实施例的电源模块的电池的示意图，图6是本发明一实施例的电源模块的电压调整电路的示意图，本实施例中，参阅图5和图6，本实施例的电源模块40包括电池41以及电压调整电路42，电池41模块可直接向继电器供电，电压调整电路42用于将所述电池41提供的电源电压调整至预设电压后输出至所述控制模块10的控制器U1，以向控制器U1供电。举例而言，控制器U1可以为单片机，所需要的电源通常是3.3V，继电器所需要的电源5V，电池41可以提供5V的电源电压，从而直接向继电器供电，电压调整电路42可以是降压电路，以将5V的电源电压降压处理后提供给控制器U1。当然，在其他一些实施例中，控制器U1所需要的电压大于电池41的电源电压时，电压调整电路42也可以配置为升压电路。

继续参阅图6，在一示例性的实施例中，电压调整电路42为降压电路，所述电压调整电路42包括稳压器U2、第一电容C1、第二电容C2、稳压电阻R6以及二极管D；所述稳压器U2的输入端和所述第一电容C1的第一端共同作为所述电压调整电路42的输入端，以接入所述电池41，从而获取电池41提供的电源电压；所述稳压器U2的输出端、所述第二电容C2的第一端以及所述稳压电阻R6的第一端共同作为所述电压调整电路42的输出端，以接入所述控制模块10；所述二极管D的正向端与所述稳压电阻R6的第二端连接；所述第一电容C1的第二端、所述稳压器U2的输出可调端(ADJ)、所述第二电容C2的第二端以及所述二极管D的反向端，均接地。可选地，二极管D可以是光敏二极管；稳压器U2可以采用型号为AMS1117-3.3的正向低压降稳压器。

图4是本发明一实施例的钳形线圈T的示意图。参阅图1和图4，所述检测模块20包括电流检测单元200和钳形线圈T。所述钳形线圈T用于供所述负载装置50的火线L穿过，可理解的，火线L是输送电的电源线，本实施例中，供电电源60通过火线L向负载装置50传送220V交流电。可替代地，可采用基于钳形线圈T的原理设计的磁钳形表头来采集火线的电流。所述电流检测单元200分别连接所述钳形线圈T和所述控制模块10，所述电流检测单元200用于对所述钳形线圈T的电流预处理以得到所述负载装置50的电流变化率，并反馈至所述控制模块10。考虑到220V的高压，所述预处理包括降压处理，考虑到采集的是交流电，预处理还包括电流线性处理，从而计算电流变化率。相应地，所述电流检测单元200配置有降压子单元201以及与所述降压子单元201连接的电流线性输出子单元202，分别进行降压处理和电流线性处理，如图3所示。

基于上述的浪涌电流调整装置，本实施例还提供一种负载系统，负载系统包括负载装置50以及如上所述的浪涌电流调整装置；所述浪涌电流调整装置的电阻模块30串联在供电电源60和所述负载装置50之间。可理解的，由于所述的负载系统包括所述的浪涌电流调整装置，故所述的负载系统具有所述浪涌电流调整装置所带来的有益效果，本实施例对于负载系统中的其他装置不再展开说明，本领域技术人员可根据现有技术获悉。

综上所述，在本发明提供的浪涌电流调整装置及负载系统中，浪涌电流调整装置包括控制模块、检测模块和电阻模块；所述电阻模块用于串联在供电电源和负载装置之间，所述检测模块用于实时检测所述负载装置的电流变化率，所述控制模块用于根据所述检测模块检测的负载装置的电流变化率调整所述电阻模块的电阻值。如此，可通过检测负载装置的电流变化率实时监测浪涌电流的变化，同时根据电流变化率调整电阻模块的电阻值，即根据浪涌电流的增大或减小而同步增大或减小电阻值，实现稳定快速减少负载装置的浪涌电流。进一步地，检测到电流变化率不再变化时，也即是负载装置正常工作后，可将电阻模块的电阻值调整至零，可以避免产生额外的功耗。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。