本發(fā)明涉及到電子電力應用的技術領域，特別是涉及到一種軟起動電路。

背景技術：

在電源領域中，大功率充電器、適配器、大功率充放電設備、充電樁等需要大功率充電時，在開機瞬間，會產(chǎn)生幾十到幾百安培的浪涌電流。

浪涌電流是在電源接通瞬間，流入電源設備的最大峰值電流。由于輸入濾波電容迅速充電，電容器上的初始電壓為零，相當于短路，充電瞬間會形成很大的電流，可能會導致保險絲燒斷、電網(wǎng)跳閘、合閘開關的觸點燒壞、整流橋損壞，嚴重影響電子元件的使用壽命，也會對電網(wǎng)造成嚴重的諧波，污染電網(wǎng)。

在開關電源、大功率電源等應用領域，其可靠運行在實際應用中非常重要，其中啟動過程對于裝置的安全運行與可靠性有很大影響。傳統(tǒng)的啟動方式，輸入電源通過整流后直接給電容充電，充電回路電阻很小，沖擊電流較大，這會引起網(wǎng)側沖擊電流過大，對其安全運行造成威脅等不良的狀況。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的為提供一種具有大功率、電路簡單的軟起動電路。

為了達到上述目的，本發(fā)明提出了如下的技術方案：

一種軟起動電路，包括繼電器元件、整流器、PTC熱敏電阻、電解電容和控制器；所述繼電器元件包括軟起繼電器和主路繼電器；所述軟起繼電器一端連接交流電源，另一端連接整流器的輸入端，所述整流器的輸出正端連接所述PTC熱敏電阻一端，所述PTC熱敏電阻另一端連接所述電解電容正端，所述電解電容負端與所述整流器負端相連，形成回路；所述主路繼電器一端連接交流電源，另一端與主電路連接，所述主電路連接于所述電解電容正負兩端；當交流電源輸入接通時，所述控制器控制所述軟起繼電器閉合；當所述控制器檢測所述電解電容兩端的充電電壓達到預設值時，控制所述軟起繼電器斷開，所述主路繼電器閉合。

進一步地，上述PTC熱敏電阻的阻值和功率根據(jù)負載所需電源功率大小調(diào)整。

進一步地，上述充電電壓的預設值為大于或者等于交流電源輸入電壓的60％。

進一步地，上述控制器包括單片機；所述單片機通過檢測交流電源輸入電壓，計算出所述電解電容的充電電壓預設值。

進一步地，上述單片機檢測所述電解電容兩端的實時電壓，通過所述電解電容兩端的實時電壓和預設電壓的對比；并根據(jù)對比的結果，判斷所述繼電器開關狀態(tài)。

進一步地，上述單片機在交流電源輸入接通時，所述單片機控制所述軟起繼電器閉合；

當所述單片機檢測所述電解電容充電時兩端儲存的實時電壓小于所述電解電容兩端的預設電壓值，所述單片機控制所述軟起繼電器持續(xù)閉合，所述主路繼電器不動作；

當所述單片機檢測所述電解電容充電時儲存的實時電壓大于或者等于所述電解電容兩端的預設電壓值，所述單片機控制所述軟起繼電器斷開，所述主路繼電器閉合。

進一步地，上述電解電容采用直流母線的電解電容。

進一步地，包括保險絲，所述保險絲一端連接交流電源，另一端連接所述繼電器元件。

進一步地，上述主電路包括電感和整流橋；所述主路繼電器一端連接交流電源，另一端連接所述電感的一端，所述電感的另一端連接所述整流橋輸入端，所述整流橋輸出端連接所述電解電容兩端，并對所述電解電容進行充電，所述電解電容給所需負載提供電能。

進一步地，上述整流橋包括整流管和穩(wěn)定開關元件；

所述整流管通過對所述電感的儲能進行整流，再經(jīng)過所述電解電容兩端進行濾波；

所述穩(wěn)定開關元件控制穩(wěn)定所述電解電容兩端的電壓，給所需負載提供穩(wěn)定的電能。

本發(fā)明提供的一種軟起動電路，具有的有益效果是，交流電源輸入啟動接通瞬間，控制器控制軟起繼電器閉合，通過PTC熱敏電阻限流，對電解電容進行充電，有效的避免了因交流電源輸入的浪涌電流過大，而引起電源系統(tǒng)的功率元件損壞，造成電解電容兩端電壓短路，實現(xiàn)了系統(tǒng)的安全和可靠性，減少了諧波對電網(wǎng)的污染。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施例的軟起動電路的示意圖；

圖2是本發(fā)明一實施例的軟起動電路的示意圖；

圖3是本發(fā)明另一實施例的軟起動電路的示意圖。

本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。

具體實施方式

應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參照圖1，一種軟起動電路，包括繼電器元件1、整流器2、PTC熱敏電阻3、電解電容5和控制器；繼電器元件1包括軟起繼電器和主路繼電器；軟起繼電器一端連接交流電源，另一端連接整流器2的輸入端，整流器2的輸出正端連接PTC熱敏電阻3一端，PTC熱敏電阻3另一端連接電解電容5正端，電解電容5負端與整流器2負端相連，形成回路；主路繼電器一端連接交流電源，另一端與主電路連接，主電路連接于電解電容5正負兩端；當交流電源輸入接通時，控制器控制軟起繼電器閉合，此時主路繼電器不動作，處于斷開狀態(tài)；當控制器檢測電解電容5兩端的充電電壓達到預設值時，控制軟起繼電器斷開，主路繼電器閉合。

軟起動電路的發(fā)明，為了在起動電源時，接通電源瞬間防止交流電源輸入的浪涌電流過大，對電源系統(tǒng)的功率元件沖擊而損壞，導致開關電源無法正常工作。整流器是將交流轉(zhuǎn)化為直流的裝置，將交流電變成直流電，經(jīng)電解電容濾波后給負載提供平滑的直流電壓。

本發(fā)明所采用的PTC熱敏電阻3是指正溫度系數(shù)熱敏電阻，其電阻值隨著本身的溫度的升高呈現(xiàn)出階躍性的增加，溫度越高，電阻值越大；在本實施例中，如果電解電容5兩端電壓短路，PTC熱敏電阻3溫度瞬間上升，內(nèi)阻增大，電流減少，當PTC熱敏電阻3溫度上升至大于120℃時，其電阻值高達兆歐以上，此時PTC熱敏電阻3等同于開路，有效的避免了由于電壓短路而引起其他元件的損壞。排除短路故障后，待PTC熱敏電阻3的溫度下降至85℃以下后，電路恢復正常。實現(xiàn)了軟起動電路的高可靠性，保護了開關電源的輸入電路。

本電路采用正溫度系數(shù)的PTC熱敏電阻3，瞬時功率大、體積小、抗浪涌強且不易損壞的優(yōu)點。

上述預設值指的是在交流電源的輸入電路中設置的一個電解電容5兩端的電壓值，該電壓值為交流電源輸入電路接通瞬間，電解電容5兩端的電壓所需達到的預設電壓值。

如圖2-3所示，在本實施例中，還包括保險絲7，保險絲7一端連接交流電源，另一端連接繼電器元件1。繼電器元件1的另一端連接整流器2輸入端，當交流電源輸入接通，控制器控制軟起繼電器閉合，此時，主路繼電器不動作，處于斷開狀態(tài)，交流電源通過保險絲到軟起繼電器再到整流器2輸入端，通過整流器2對交流電進行整流，整流器2通過把經(jīng)過的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電，整流的直流電通過PTC熱敏電阻3，由PTC熱敏電阻3對電流實現(xiàn)限流，再給電解電容5進行充電；當電解電容5兩端的電壓達到預設值后，控制器控制軟起繼電器斷開，同時主路繼電器閉合，此時，交流電源由主路繼電器流入，并通過電解電容5濾波，為所需負載提供平滑的直流電源，從而實現(xiàn)軟起動的過程。當電解電容5兩端電壓短路時，PTC熱敏電阻3溫度瞬間上升，內(nèi)阻增大，電流減少，當PTC熱敏電阻3溫度上升大于120℃時，其電阻值達到兆歐，此時PTC熱敏電阻3等同于開路，有效的避免了由于電壓短路而引起其他元件的損壞。

軟起動通過保險絲7、整流器2整流、PTC熱敏電阻3限流，給電解電容5充電，有效的實現(xiàn)了軟起動，減少對電源系統(tǒng)的功率元件的沖擊，防止輸入的保險絲燒斷，電網(wǎng)跳閘、合閘開關的觸點燒壞等，影響設備及電子元件的使用壽命。

在本實施例中，PTC熱敏電阻3的阻值和功率可以根據(jù)負載所需電源功率大小調(diào)整。當負載所需的電源功率較大，采用相對較小阻值的PTC熱敏電阻3，電流變大，對電容的充電時間短，縮短了實現(xiàn)軟起動的充電時間。

在本實施例中，上述電容5充電電壓的預設值為大于或者等于交流電源電壓的60％。例如電容5的充電電壓的預設值等于交流電源電壓的60％，交流電源采用220V，當交流電源的電壓為220V時，接通電源，預設值為交流電源電壓220V的60％，即預設值為132V，當對電解電容5實時充電時，電解電容5兩端實時儲存的電壓達到時，控制器控制軟起繼電器斷開，同時主路繼電器閉合。

通過采用PTC熱敏電阻3限流，設置電解電容5兩端充電儲存的實時電壓值，可以有效的預防電源開關瞬間，由于電流過大，瞬間產(chǎn)生的浪涌電流過大，對電源系統(tǒng)的功率元件沖擊而損壞，起到保護元器件的作用。

在本實施例中，上述控制器包括單片機；單片機通過檢測交流電源的電壓，獲取電解電容兩端5的充電電壓預設值。單片機檢測電解電容5兩端的實時電壓，通過電解電容5兩端的實時電壓和預設電壓的對比，并根據(jù)對比結果，判斷繼電器開關狀態(tài)。單片機通過檢測交流電源的電壓，例如，交流電源采用220V，當單片機檢測到交流電源的電壓為220V時，預設值為交流電源兩端電壓220V的60％，則單片機獲取到電解電容5兩端的充電電壓的預設值為接通電源，當對電解電容5實時充電時，單片機檢測電解電容5兩端的實時電壓，通過檢測電解電容5兩端的實時電壓和預設電壓值的對比，根據(jù)對比的結果，判斷繼電器1的開關狀態(tài)是否正確。若單片機檢測電解電容5兩端的實時電壓小于預設電壓值則判斷軟起繼電器是否處于閉合狀態(tài)，主路繼電器是否處于斷開的狀態(tài)，若軟起繼電器處于閉合狀態(tài)，主路繼電器處于斷開狀態(tài)，則可以判斷繼電器1的開關狀態(tài)正確，若錯誤則發(fā)出錯誤信號。同理，若單片機檢測電解電容5兩端的實時電壓大于或等于預設電壓值則判斷軟起繼電器是否處于斷開狀態(tài)，主路繼電器是否處于閉合的狀態(tài)，若軟起繼電器處于斷開狀態(tài)，主路繼電器處于閉合狀態(tài)，則可以判斷繼電器1的開關狀態(tài)正確，若錯誤則發(fā)出錯誤信號。

在本實施例中，單片機在交流電源輸入接通時，單片機控制軟起繼電器閉合；當單片機檢測電解電容5充電時兩端儲存的實時電壓小于電解電容5兩端的預設電壓值，單片機控制軟起繼電器持續(xù)閉合，5至10秒后電解電容5仍然達不到預設電壓值時，故障燈指示，主路繼電器不動作；當單片機檢測電解電容5充電時兩端儲存的實時電壓大于或者等于電解電容5兩端的預設電壓值，單片機控制軟起繼電器斷開，主路繼電器閉合。當單片機控制軟起繼電器斷開，主路繼電器閉合，電路的軟起動完成，大功率充電器、適配器、大功率充放電設備、充電樁等開始正常工作，斷開的軟起繼電器直到下次電源重新接通才會再次閉合。

采用單片機來采集交流電源的電壓值可以獲取到充電電壓的預設值，通過檢測電解電容5兩端儲存的實時電壓值并與預設值對比，可以判斷電路中的軟起繼電器和主路繼電器的開關是否正確，同時，還可以通過單片機控制繼電器的開關狀態(tài)。

在本實施例中，例如:中國電網(wǎng)電壓標稱220V的交流電源源；當單片機檢測到交流電源的電壓為220V時，預設值為交流電源電壓220V的60％，則單片機獲取到電解電容5兩端的充電電壓的預設值為132V，接通電源，當對電解電容5實時充電時，單片機檢測電解電容5兩端的實時電壓，通過檢測電解電容5兩端的實時電壓和預設電壓值的對比，當電解電容實時儲存的電壓未達到時，控制器控制軟起繼電器持續(xù)閉合，主路繼電器持續(xù)不動作，此時主流繼電器處于斷開狀態(tài)，直到單片機檢測到電解電容5兩端實時儲存的電壓達到時，單片機控制軟起繼電器斷開，主路繼電器閉合，完成電路的軟起動過程。

在另一實施例中，例如:美國電網(wǎng)電壓標稱120V的交流電源；當單片機檢測到交流電源的電壓為120V時，預設值為交流電源電壓120V的60％，則單片機獲取到電解電容5兩端的充電電壓的預設值為72V，接通電源，當對電解電容5實時充電時，單片機檢測電解電容5兩端的實時電壓，通過檢測電解電容5兩端的實時電壓和預設電壓值的對比，當電解電容實時儲存的電壓未達到時，控制器控制軟起繼電器持續(xù)閉合，主路繼電器持續(xù)不動作，此時主流繼電器處于斷開狀態(tài)，直到單片機檢測到電解電容5兩端實時儲存的電壓達到時，單片機控制軟起繼電器斷開，同時主路繼電器閉合，完成電路的軟起動過程。

在又一實施例中，例如:英國電網(wǎng)電壓標稱240V的交流電源；當單片機檢測到交流電源的電壓為240V時，預設值為交流電源電壓240V的60％，則單片機獲取到電解電容5兩端的充電電壓的預設值為144V，接通電源，當對電解電容5實時充電時，單片機檢測電解電容5兩端的實時電壓，通過檢測電解電容5兩端的實時電壓和預設電壓值的對比，當電解電容實時儲存的電壓未達到時，控制器控制軟起繼電器持續(xù)閉合，主路繼電器持續(xù)不動作，此時主流繼電器處于斷開狀態(tài)，直到單片機檢測到電解電容5兩端實時儲存的電壓達到時，單片機控制軟起繼電器斷開，同時主路繼電器閉合，完成電路的軟起動過程。

單片機的使用，使系統(tǒng)結構簡單，使用方便，實現(xiàn)模塊化，可靠性高，工作時間長，處理功能強，速度快，低電壓，低功耗，控制功能強，環(huán)境適應能力強。

在本實施例中，上述軟起動電路的電解電容5采用直流母線的電解電容，在本實施例中采用直流母線的電解電容(BUS電容)來充電和放電，可以采用多個電解電容并聯(lián)，為負載提供所需直流電壓。

如圖1-3所示，在本實施例中，上述主電路還包括電感6和整流橋4；主路繼電器一端連接交流電源，另一端連接電感6的一端，電感6的另一端連接整流橋4輸入端，整流橋4輸出端連接電解電容5兩端，通過電解電容的正端進行濾波，電解電容5給所需負載提供平滑的直流電能。上述整流橋4包括整流管和穩(wěn)定開關元件；整流管通過對電感6的儲能進行整流，通過電解電容5進行濾波，對電解電容5兩端進行穩(wěn)壓；穩(wěn)定開關元件控制電解電容5兩端電壓的穩(wěn)定，給所需的負載提供穩(wěn)定電能。通過對電感6進行儲能、整流橋4中整流管整流、電解電容5濾波和穩(wěn)定開關對電壓的穩(wěn)定，給負載提供穩(wěn)定的直流電壓。

如圖1-3所示，在本實施例中，在開關電源輸入電路中，軟起繼電器包括S2、S3，主路繼電器包括S1、S4，交流電源輸出端連接保險絲7一端，保險絲7另一端連接繼電器S1、S2、S3、S4一端，繼電器S2、S3的另一端連接整流器2的輸入端，整流器2的輸出正端連接PTC熱敏電阻3一端，PTC熱敏電阻3另一端連接直流母線的電解電容正端(BUS電容)，直流母線的電解電容(BUS電容)負端連接整流器2的負端，形成回路。

軟起動過程：當單片機檢測到交流電源輸入電壓，在設定額定輸入電壓的±10％，例如：設定額定輸入交流電壓220V,額定輸入電壓的+10％為242V，額定輸入電壓的-10％就是198V時，因此，在額定輸入電壓198V-242V的范圍內(nèi)，軟起繼電器吸合、經(jīng)整流器2整流、PTC熱敏電阻3限流、給直流母線的電解電容5(BUS電容)充電，直流母線的電解電容(BUS電容)初始電壓為零，通過限流慢慢充到交流電源電壓的時(交流轉(zhuǎn)直流計算公式：198*60％*1.414＝167V；242*60％*1.414＝205V)，單片機控制繼電器S2、S3斷開，同時單片機控制繼電器S1、S4閉合，從而實現(xiàn)了軟起動過程。

如圖3所示，在本實施例中，主電路工作包括，交流電源連接保險絲一端，另一端接繼電器S1、S2、S3、S4一端，繼電器S1的另一端連接電感L1一端，電感L1另一端連接Q1的S端和Q3的D端；繼電器S4的另一端連接電感L2一端，電感L2另一端連接Q2的S端和Q4的D端；形成一個交互式PFC(功率因數(shù)校正)BOOST(升壓電路)電路。在升壓穩(wěn)定過程中，單片機檢測到交流電源處于正半周時Q3 PWM開始工作，Q3 PWM開通時電感L1儲能，Q1利用內(nèi)部二極管單向?qū)щ娞匦苑聪蚨刂?，Q3關斷時，電感相當于一個電源與交流電源串聯(lián)，電壓高于直流母線的電解電容(BUS電容)兩端電壓，利用Q1內(nèi)部二極管整流，直流母線的電解電容濾波，由于在軟起動過后直流母線的電解電容已經(jīng)有電了，因此只起濾波作用，給負載提供平滑的直流電源，正半周結束后Q3 PWM結束。單片機檢測到交流電源處于負半周時Q4 PWM開始工作，Q4 PWM開通時電感L2儲能，Q2利用內(nèi)部二極管單向?qū)щ娞匦苑聪蚨刂?，Q4關斷時，電感相當于一個電源與交流電源串聯(lián)，電壓高于直流母線的電解電容(BUS電容)兩端電壓，利用Q2內(nèi)部二極管整流，直流母線的電解電容濾波，給負載提供平滑的直流電源，負半周結束后Q4 PWM結束。

本發(fā)明的軟起動電路，在交流電源啟動接通瞬間，單片機控制軟起繼電器閉合，通過PTC熱敏電阻限流，對電解電容進行充電，有效的避免了因交流電源輸入的浪涌電流過大，造成電解電容兩端電壓短路，對電源系統(tǒng)的功率元件沖擊而損壞，實現(xiàn)了充電的安全和可靠性。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。