一种自适应预充开关电路

技术领域

本发明涉及预充电路结构领域，尤其涉及一种自适应预充开关电路。

背景技术

近年来，高压直流系统应用范围越来越大，是目前供配电设备发展的趋势，该系统包括有高压直流的输入电源以及许多高压用电设备，这些设备的输入端口处都会设有电容用以滤波，所以在高压直流输出电路中，其后端负载多为容性负载，会在上电瞬间产生较大的冲击电流，对输出继电器的触点造成损失，导致输出继电器失效。

目前，传统的预充保护电路在设计时要考虑后端负载的容值和预充时间参数，无法在不同的高压直流系统中使用，使用的局限性大，为了匹配不同的高压直流系统，容易产生一套高压直流系统使用一套预充保护电路的情况，通用性低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种自适应预充开关电路。

本发明通过以下技术方案得以实现。

一种自适应预充开关电路，包括：

主路继电器K1，

预充支路继电器K2，与主路继电器K1并联；

电流采集电路，与主路继电器K1的输出端相连；

电压比较电路，连接在主路继电器K1两端；

继电器隔离驱动电路，与电压比较电路相连。

所述电流采集电路包括比较器U5B，其5脚通过电阻R56、电阻R71与电源+5VCC连接，且通过电容C16接地，其8脚与电源+5VCC连接，且与电容C17、电容C18连接，其7脚与6脚连接，且7脚通过电阻R59与比较器U5A的2脚连接；比较器U5A的2脚通过电阻R60与其1脚连接，其3脚通过电阻R57输出IOUT信号，且其3脚通过电阻R58接地，且电阻R58与电容C17、电容C18的第二端连接；比较器U5A的1脚还通过电阻R61与电容C18的第一端连接。

所述电压比较电路检测对比主路继电器K1触点两端电压差，包括比较器U3A、比较器U3B、比较器U4B、比较器U4A，所述比较器U3A正向输入端与反向输入端均串联有5个电阻，比较器U3A反向输入端与输出端之间并联有电阻R47和电容C12，比较器U3A正向输入端通过电容C11接地，电容C11并联有电阻R46；比较器U3A输出端通过电阻R48与比较器U3B的正向输入端相连，比较器U3B的输出端通过电阻R50与光耦隔离电路OP1的端口1相连，光耦隔离电路OP1的端口2与光耦隔离电路OP2的端口1相连，光耦隔离电路OP2的端口2接地，端口3与比较器U3B反向输入端相连，端口4接入+5V电压；光耦隔离电路OP1的端口4一侧连接有电阻R1，另一侧与稳压二极管ZD2负极相连，稳压二极管ZD2正极接地；光耦隔离电路OP1的端口3与比较器U4B的正向输入端相连，比较器U4B的正向输入端连接有电阻R51，电阻R51另一端接地；比较器U4B的反向输入端与输出端相连，比较器U4B的输出端通过电阻R52与比较器U4A的正向输入端相连，比较器U4A的供电端接入5V电路电源，比较器U4A的反向输入端与输出端之间并联有电阻R54、电容C15和电阻R57，电阻R54第一端和电容C15第一端之间连接有电阻R53，电阻R54第二端和电容C15第二端之间连接有电阻R55。

所述继电器隔离驱动电路包括预充继电器电路、正极功率继电器电路和负极功率继电器电路，所述预充继电器控制电路包括电容EC3，电容EC3并联有电阻R19，电阻R19并联有稳压二极管ZD1，稳压二极管ZD1正极连接MOS管Q1的G极，稳压二极管ZD1负极连接MOS管Q1的D极，MOS管S极和继电器K4B和继电器K3B的一端相连，继电器K4B和继电器K3B的另一端各连接有单刀双掷开关；

所述正极功率继电器电路包括继电器K1B，继电器K1B第一端连接有两个相互并联的单刀双掷开关，继电器K1B第二端连接有电感L1，继电器K1B并联有二极管D2，且二极管D2正极和负极分别与继电器K1B的第一端和第二端相连；

所述负极功率继电器电路包括继电器K2B，二极管D3和电感L2，其中继电器K2B第一端与二极管D3正极相连，继电器K2B第二端与二极管D3负极相连，电感L2和继电器K2B第二端相连。

所述开关主电路包括继电器K1A、继电器K3A、继电器K4A、电感R0、电容C22和二极管D16，继电器K1A第二端连接有电阻R12，电阻R8第一端连接在继电器K1A和电阻R12第一端之间，电阻R8第二端串联有电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11，电阻R12第二端连接有电阻R13，电阻R13另一端串联有电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18，其中，电感R0一端连接在继电器K1A第二端，电感R0另一端连接在继电器K4A第一端，电容C22一端连接在电阻R10和电阻R11之间，电容C22另一端为HV-端口，二极管D16负极连接在电阻R17和电阻R18之间，正极为HV-端口。

还包括限流电阻R，所述限流电阻R与预充支路继电器K2相连。

本发明的有益效果在于：

本发明集成了自适应预充保护，开关控制，过流保护功能，在结构上将上述功能集成为1个模块，体积大幅减小，便于更换维修，适用于电源系统、供配电系统中高压直流输出控制电路；各电路参数可方便进行调整，解决了传统的预充保护电路在设计时要考虑后端负载的容值和预充时间参数，无法在不同的高压直流系统中使用的问题，通用性好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电压比较电路图；

图3是本发明的开关主电路图；

图4是本发明的继电器隔离驱动电路图；

图5是本发明的电流采集电路图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

一种自适应预充开关电路，采用模块化设计，可以用于电源系统、供配电系统中高压直流输出电路。主要包括主路继电器K1，预充支路继电器K2，与主路继电器K1并联；电流采集电路，与主路继电器K1的输出端相连；电压比较电路，连接在主路继电器K1两端；继电器隔离驱动电路，与电压比较电路相连。

为了实现预充和接通功能，本发明设置一个开关主电路，开关主电路包括继电器K1A、继电器K3A、继电器K4A、电感R0、电容C22和二极管D16，继电器K1A第二端连接有电阻R12，电阻R8第一端连接在继电器K1A和电阻R12第一端之间，电阻R8第二端串联有电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11，电阻R12第二端连接有电阻R13，电阻R13另一端串联有电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18，其中，电感R0一端连接在继电器K1A第二端，电感R0另一端连接在继电器K4A第一端，电容C22一端连接在电阻R10和电阻R11之间，电容C22另一端为HV-端口，二极管D16负极连接在电阻R17和电阻R18之间，正极为HV-端口；同时，在开关主电路中具备安全的高压直接测试接口，LED指示接口。

在高压直流输出电路上电时，先开启预充支路继电器，通过预充电阻进行限流后对后端负载进行充电，并通过电压比较电路自动检测主路继电器触点两端压差，当压差在设定范围内时，该压差可设定为40V；经一定延时后，为了冗余保护，一般延时设为2秒左右，开启主路继电器输出，并在延时一段时间后断开预充支路继电器，以此实现自适应预充保护功能；

为适应不同的高压直流系统，上述压差值可以通过调节电压比较电路中相应的电阻值来实现，电阻值的调节通过电位器来实现；在电压比较电路中，包括比较器U3A、比较器U3B、比较器U4B、比较器U4A，比较器U3A正向输入端与反向输入端均串联有5个电阻，比较器U3A反向输入端与输出端之间并联有电阻R47和电容C12，比较器U3A正向输入端通过电容C11接地，电容C11并联有电阻R46；比较器U3A输出端通过电阻R48与比较器U3B的正向输入端相连，比较器U3B的输出端通过电阻R50与光耦隔离电路OP1的端口1相连，光耦隔离电路OP1的端口2与光耦隔离电路OP2的端口1相连，光耦隔离电路OP2的端口2接地，端口3与比较器U3B反向输入端相连，端口4接入+5V电压；光耦隔离电路OP1的端口4一侧连接有电阻R1，另一侧与稳压二极管ZD2负极相连，稳压二极管ZD2正极接地；光耦隔离电路OP1的端口3与比较器U4B的正向输入端相连，比较器U4B的正向输入端连接有电阻R51，电阻R51另一端接地；比较器U4B的反向输入端与输出端相连，比较器U4B的输出端通过电阻R52与比较器U4A的正向输入端相连，比较器U4A的供电端接入5V电路电源，比较器U4A的反向输入端与输出端之间并联有电阻R54、电容C15和电阻R57，电阻R54第一端和电容C15第一端之间连接有电阻R53，电阻R54第二端和电容C15第二端之间连接有电阻R55，电阻R55一端与CHK_V相连；通过调整电阻R36-R45阻值与电阻R46阻值的比值来调整基准电压值，另外通过改变CHK_V输入值与电阻R54和R55之间比值来调整对比电压值，即可得到不同的压差值。

通过电流采集电路可以在电路过流时自动切断主路继电器K1和预充支路继电器K2，电流采集电路包括比较器U5B和比较器U5A，比较器U5B正向输入端与电阻R56第一端相连，电阻R56第二端分别连接有电阻R70和电阻R71，电阻R56并联有电容C16，比较器U5B反向输入端与比较器U5B输出端相连，比较器U5B输出端通过电阻R59与比较器U5A反向输入端相连，比较器U5A反向输入端相连通过电阻R60与比较器U5A输出端相连，比较器U5A正向输入端连接有电阻R57，电阻R58一端连接在比较器U5A正向输入端与电阻R57之间，电阻R58另一端接地；比较器U5A输出端连接有电阻R61，电阻R61与电容C18一端相连，电容C18另一端与电容C17一端相连，电容C17另一端与比较器U5B的电源输入端相连。

继电器隔离驱动电路包括预充继电器电路、正极功率继电器电路和负极功率继电器电路，所述预充继电器控制电路包括电容EC3，电容EC3并联有电阻R19，电阻R19并联有稳压二极管ZD1，稳压二极管ZD1正极连接MOS管Q1的G极，稳压二极管ZD1负极连接MOS管Q1的D极，MOS管S极和继电器K4B和继电器K3B的一端相连，继电器K4B和继电器K3B的另一端各连接有单刀双掷开关；

正极功率继电器电路包括继电器K1B，继电器K1B第一端连接有两个相互并联的单刀双掷开关，继电器K1B第二端连接有电感L1，继电器K1B并联有二极管D2，且二极管D2正极和负极分别与继电器K1B的第一端和第二端相连；

负极功率继电器电路包括继电器K2B，二极管D3和电感L2，其中继电器K2B第一端与二极管D3正极相连，继电器K2B第二端与二极管D3负极相连，电感L2和继电器K2B第二端相连；在继电器隔离驱动电路中，实现主继电器和预充继电器的驱动安全隔离，并能控制预充支路继电器延时断开时间。