一种直流母线电流限制电路

摘要

本发明属于电机控制和开关电源控制技术领域，涉及一种直流电流限制电路，包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、场效应管V1、三极管V2、运算放大器N1、稳压二极管D1；本发明的直流母线电流限制电路简单、器件少，自适应能力强，利用三极管管的电流放大功能和场效应管恒流区工作特性，可以实现直流母线电流限制功能，通过调整电阻参数可调节限流电流值，广泛应用于各类电机驱动器和AC/DC、DC/DC开关电源控制器中。

权利要求

1.一种直流母线电流限制电路，其特征在于：所述的限制电路包含：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、场效应管V1、三极管V2、运算放大器N1、稳压二极管D1；

所述的限制电路采样端为电阻R1的一端，

电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、稳压二极管D1的阴极、三极管V2的集电极连接，电阻R2的另一端分别与场效应管V1的栅极、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与场效应管V1的源极、电阻R4的一端、电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端、运算放大器N1的同相输入端连接，电阻R7的一端分别与电阻R8的一端、运算放大器N1的反相输入端连接，电阻R4的另一端、稳压二极管D1的阳极、三极管V2的发射极、电阻R6的另一端、电阻R7的另一端、运算放大器N1的工作电源负极均与直流电源地连接，电阻R8另一端分别与运算放大器N1的输出端、电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与三极管V2的基极连接；

所述的限制电路输入端为场效应管V1的漏极；

所述的限制电路输出端为直流电源地。

2.根据权利要求1所述的直流母线电流限制电路，其特征在于：所述的限制电路与直流母线连接时，所述的限制电路采样端与直流母线正端Uin、负载正端连接，所述的限制电路输入端与负载负端连接，所述的限制电路输出端与直流母线负端连接。

3.根据权利要求1所述的直流母线电流限制电路，其特征在于：电阻R6与R8阻值相同。

4.根据权利要求1所述的直流母线电流限制电路，其特征在于：所述的场效应管V1为N沟道增强型金属氧化物半导体场效应管。

5.根据权利要求1所述的直流母线电流限制电路，其特征在于：所述三极管V2是NPN双极型晶体管类型。

6.根据权利要求1所述的直流母线电流限制电路，其特征在于：所述三极管V2用可调节并联稳压器替代。

7.根据权利要求1所述的直流母线电流限制电路，其特征在于：所述运算放大器N1的工作电源正极接+5V。

8.根据权利要求1所述的直流母线电流限制电路，其特征在于：所述稳压二极管D1的稳压值取值为10至20V。

说明书

一种直流母线电流限制电路

技术领域

[0001] 本发明专利涉及一种直流电流限制电路，具体涉及的是一种直流母线电流限制电路，属于电机控制和开关电源控制技术领域。

背景技术

[0002] 在直流电机驱动器和AC/DC、DC/DC开关电源控制器中，通常在直流母线或前级整流后回路中设计有大容量电容，对母线直流电压进行滤波，降低整流后脉动电压或者吸收后端功率变换引起的电压扰动和尖峰。在输入电源接入的瞬间，因大容量电容电压无法突变，会出现非常大的充电电流，该过大电流会造成输入电源过载，甚至造成系统过流保护而断电，同时也会造成电容寿命降低，可靠性下降。

[0003] 在直流电机起动阶段，因为电机反电势较小，起动电流较大，通常为额定的3倍以上，该冲击电流同样会引起电机自身和电源系统的可靠性下降。

发明内容

[0004] 本发明的目的是：本发明的目的是解决直流母线回路负载电源接通时或电机起动阶段，母线电流瞬间过大的问题，降低系统寿命和可靠性，提出一种直流母线电流限制电路。

[0005] 为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

[0006] 一种直流母线电流限制电路，所述的限制电路包含：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、场效应管V1、三极管V2、运算放大器N1、稳压二极管D1；

[0007] 所述的限制电路采样端为电阻R1的一端，

[0008] 电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、稳压二极管D1的阳极、三极管V2的集电极连接，

[0009] 电阻R2的另一端分别与场效应管V1的栅极、电阻R3的一端连接，

[0010] 电阻R3的另一端分别与场效应管V1的源极、电阻R4的一端、电阻R5的一端连接，[0011] 电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端、运算放大器N1的同相输入端连接，[0012] 电阻R7的一端分别与电阻R8的一端、运算放大器N1的反相输入端连接，电阻R4的另一端、稳压二极管D1的阴极、三极管V2的发射极、电阻R6的另一端、电阻R7的另一端、运算放大器N1的工作电源负极均与直流电源地连接，

[0013] 电阻R8另一端分别与运算放大器N1的输出端、电阻R9的一端连接，

[0014] 电阻R9的另一端与三极管V2的基极连接；

[0015] 所述的限制电路输入端为场效应管V1的漏极；

[0016] 所述的限制电路输出端为直流电源地；

[0017] 所述的限制电路与直流母线连接时，所述的限制电路采样端与直流母线正端Uin、负载正端连接，所述的限制电路输入端与负载负端连接，所述的限制电路输出端与直流母线负端连接；

[0018] 优选地，所述电阻R6与R8阻值相同，电阻R5与R7阻值相同；

[0019] 优选地，所述的场效应管V1为NPN增强型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)；

[0020] 优选地，所述三极管V2是NPN双极型晶体管类型；

[0021] 在另一种实现方式中，所述三极管V2用可调节并联稳压器代替；

[0022] 优选地，所述运算放大器N1的工作电源正极接+5V,可保证运算放大器N1输出电压与工作电源电压比例合理。

[0023] 优选地，所述稳压二极管D1的稳压值取值为10至20V范围。

[0024] 本发明的有益效果是：

[0025] 本发明的直流母线电流限制电路简单、器件少，自适应能力强，利用集体管的电流放大功能和场效应管的可变电阻特性，可以实现直流母线电流限制功能，通过调整电阻参数可调节限流电流值，广泛应用于各类电机驱动器和AC/DC、DC/DC开关电源控制器中。

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，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。

[0027] 图1为本发明的结构示意图；

[0028] 图2为本发明的应用连接示意图；

具体实施方式

[0029] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。

[0031] 在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

[0032] 下面结合图1、2说明本发明的直流母线电流限制电路的一种实施方式，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、场效应管V1、三极管V2、运算放大器N1、稳压二极管D1；

[0033] 电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、稳压二极管D1的阳极、三极管V2的集电极连接，电阻R2的另一端分别与场效应管V1的栅极、电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端分别与场效应管V1的漏极、电阻R4的一端、电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端、运算放大器N1的同相输入端连接，电阻R7的一端分别与电阻R8的一端、运算放大器N1的反相输入端连接，电阻R4的另一端、稳压二极管D1的阴极、三极管V2的发射极、电阻R6的另一端、电阻R7的另一端、运算放大器N1的工作电源负极均与直流电源地连接，电阻R8另一端分别与运算放大器N1的输出端、电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与三极管V2的基极连接；

[0034] 电阻R1-R9、稳压二极管D1、三极管V2满足的条件关系如下：

[0035] 电阻R2阻值通常选取小于200Ω，电阻R3阻值大于2kΩ，且电阻R1、R2、R3对直流母线电压Uin的分压与大于稳压二极管D1的稳压值VZ，场效应管V1最大栅极电压VGSmax的关系如下：

[0036]

[0037] 其作用是在完成限流工作模式后，场效应管V1栅极电压为稳压二极管D1的稳压值，场效应管V1处于完全饱和导通工作状态；

[0038] 电阻R4阻值通常选取小于0.1Ω,其作用是实现母线回路电流的采集，形成采样电压△U；

[0039] R5、R7阻值通常选取相同值，R6、R8阻值通常选取相同值，电阻R5-R8作用是与运算放大器N1组成差分放大电路，输出电压

[0040] R9阻值的作用是提供三极管V2基极电流Ib，

[0041] 忽略R2，场效应管V1栅极电压VGS计算如下：

[0042]

[0043] 其中β为三极管V2电流放大倍数，Uin为直流母线正端电压；

[0044] 场效应管V1漏源电流，即母线电流计算如下：

[0045] ID＝Kn·(VGS-VT)2

[0046] 其中Kn为电导常数，VT为MOS管开启电压；

[0047] 本发明限制电路中三极管V2可以用可调节并联稳压器【如型号为TLV431】替代，相应地，调整R5、R6、R7、R8阻值，在母线电流为目标值时，运算放大器N1输出电压U1等于可调节并联稳压器的基准电压Uref即可。

[0048] 所述的限制电路采样端为电阻R1的一端；所述的限制电路输入端为场效应管V1的源极；所述的限制电路输出端为直流电源地；所述的限制电路与直流母线连接时，所述的限制电路采样端与直流母线正端Uin、负载正端连接，所述的限制电路输入端与负载负端连接，所述的限制电路输出端与直流母线负端连接。

[0049] 直流母线电源接通后，电压Uin通过电阻R1、R2控制场效应管V1导通，流过采样R4的母线电流增大，R4两端电压经过由电阻R5-R8、运算放大器N1组成的放大电路后，输出U1，U1经电阻R9控制三极管V2的基极和集电极电流，三极管V2的集电极电流控制场效应管V1的栅极驱动电压，从而控制场效应管V1的漏源电流，最终实现母线回路电流的限制。

[0050] 实施例1：

[0051] R1阻值为20KΩ、R2阻值为100Ω，R3阻值为20KΩ，R4阻值为0.001Ω、R5、R7阻值为1KΩ，R6、R8、R9阻值为50KΩ，N1型号为LM324，V1型号为IXFK360N15T，V2型号为3DK024，D1型号为BWB12V，直流电源正端Uin为28V，限制母线电流为10A。

[0052] 实施例2：

[0053] 三极管V2可以用可调节并联稳压器，型号为TLV431，R1阻值为40KΩ、R2阻值为120Ω，R3阻值为50KΩ，R4阻值为0.002Ω、R5、R7阻值为1KΩ，R6、R8阻值为30KΩ、R9阻值为100KΩ，N1型号为LM324，V1型号为IXFK85N60C，V2型号为3DK024，D1型号为BWB12V，直流电源正端Uin为72V，限制母线电流为20A。

[0054] 最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。