软开启电子开关.pdf

本发明提供了一种软开启电子开关。其中，该软开启电子开关包括比较器、控制开关及续流电路。比较器产生控制信号，该控制信号包括占空比从窄到宽的脉冲信号以及保持为高电平的开关信号；控制开关配置在输入电压的正极或负极，并与比较器连接，控制开关在控制信号的控制下以占空比逐渐增加到完全导通方式开启；续流电路与控制开关连接，当控制开关开启时为负载提供平滑上升的电压。根据本发明的软开启电子开关对负载冲击小、功耗小且电磁干扰小。

权利要求书
1.  一种软开启电子开关，包括：比较器、控制开关和续流电路，其 中
所述比较器产生控制信号，该控制信号包括占空比从窄到宽的脉冲 信号以及保持为高电平的开关信号；
所述控制开关配置在输入电压的正极或负极，并与所述比较器连接， 所述控制开关在所述比较器产生的控制信号的控制下以占空比逐渐增加 到完全导通方式开启；
所述续流电路与所述控制开关连接，当所述控制开关开启时为负载 提供平滑上升的电压。

2.  根据权利要求1所述的软开启电子开关，其特征在于，所述续流 电路包括分别跨接在传输线路的正、负极之间的二极管和电容，且电感 配置在二极管和电容之间的传输线路上。

3.  根据权利要求2所述的软开启电子开关，其特征在于，所述电容 在正极传输线路上，或者在负极传输电路上。

4.  根据权利要求1所述的软开启电子开关，其特征在于，所述控制 开关器件为金属-氧化层半导体场效晶体管、绝缘栅双极型晶体管、半导 体三极管、可控硅晶闸管、可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管、电子 注入增强栅晶体管、MOS控制型晶闸管、双向可控硅、逆导晶闸管、 CoolMOS、静态感应晶体管、静电感应晶闸管、继电器或接触器。

5.  根据权利要求1所述的软开启电子开关，其特征在于，所述比较 器由以下之一实现：比较器、运算放大器、单片机、数字信号处理DSP 芯片、逻辑电路、现场可编程门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD。

6.  根据权利要求1所述的软开启电子开关，其特征在于，所述比较 器将输入信号与三角波时钟信号进行比较，其中所述三角波时钟信号的 波形低电平高于所述输入信号的低电平，所述三角波时钟信号的波形高 电平低于所述输入信号的高电平。

7.  根据权利要求1至6中任意一项所述的软开启电子开关，其特征 在于，所述续流电路将所述控制开关输出的脉冲直流电压转换为平滑的 直流电压。

说明书软开启电子开关
技术领域
本发明涉及电力领域，特别地，涉及软开启电子开关。
背景技术
在电源控制电路中，电子开关应用极为广泛。例如，在感性和容性 负载电路中，软开启具有非常重要的用途。
现有的电子开关软开启功能一般采用线性降压技术或占空比渐变控 制技术。但是，采用线性降压技术的软开启电子开关由于开关压降大， 导致开关的功耗大、发热高；采用脉占空比渐变控制技术的软开启电子 开关在开启过程中，输出电压为高频脉冲，因此电磁干扰大。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种软开启电子开关，以解决现有电子开关 软开启过程中功耗大及电磁干扰大的问题。
一方面，本发明提供了一种软开启电子开关，包括：比较器、控制 开关和续流电路，其中比较器产生控制信号，该控制信号包括占空比从 窄到宽的脉冲信号以及保持为高电平的开关信号；控制开关配置在输入 电压的正极或负极，并与比较器连接，控制开关在比较器产生的控制信 号的控制下以占空比逐渐增加到完全导通方式开启；续流电路与控制开 关连接，当控制开关开启时为负载提供平滑上升的电压。
可选地，续流电路包括分别跨接在传输线路的正、负极之间的二极 管和电容，且电感配置在二极管和电容之间的传输线路上。
可选地，比较器将输入信号与三角波时钟信号进行比较，其中三角 波时钟信号的波形低电平高于输入信号的低电平，三角波时钟信号的波 形高电平低于输入信号的高电平。
可选地，续流电路将所述控制开关输出的脉冲直流电压转换为平滑 的直流电压。
由上可知，根据本发明的软开启电子开关对负载冲击小、功耗小且 电磁干扰小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图 仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1为根据本发明的软开启电子开关的电路图的一个实施例。
图2为根据本发明的软开启电子开关的控制时序图。
图3为根据本发明的软开启电子开关的电路图的另一实施例。
图4为根据本发明的软开启电子开关的电路图的另一实施例。
图5为根据本发明的软开启电子开关的电路图的另一实施例。
具体实施方式
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，都应属于本 发明保护的范围。
为了解决现有电子开关软开启过程中的功耗大及电磁干扰大的问 题，本发明提出了能够降低功耗。
图1是根据本发明的软开启电子开关的电路原理图。如图所示，该 软开启电子开关的电路包括比较器、控制开关和续流电路。
其中，比较器将输入信号与三角波时钟信号进行比较，产生控制信 号，该控制信号由两个部分组成，一个部分是占空比从窄到宽的脉冲信 号，另一个部分为保持为高电平的开关信号。
其中，控制开关配置在输入电压Ui的正极或负极，并与比较器连接。 控制开关在比较器产生的控制信号的控制下，完成输电端口的通断，从 而实现输出端口的输出电压Uo的开与关。
其中，续流电路与控制开关连接，并为负载提供电能。该续流电路 包括分别跨接在传输线路的正、负极之间的二极管和电容，且电感配置 在二极管和电容之间的传输线路上。这里，电感可以在正极传输线路上， 也可以在负极传输电路上。如图所示，续流电路中的电容与负载并联， 因而当负载内部具有输入滤波电容时，续流电路中的电容也可使用负载 内部的滤波电容替代。
参见图2所示的控制时序图，输入信号是从低电平到高电平线性渐 变且最后保持为高电平，这个渐变过程就对应软开启过程。三角波时钟 信号要求三角波的波形低电平略高于输入信号的低电平，三角波的波形 高电平略低于输入信号的高电平。从而，产生如图所示的比较器输出的 控制信号，该控制信号由占空比从窄到宽的脉冲信号以及保持为高电平 的开关信号组成。于是，控制开关在该控制信号的控制下，通断输入电 压Ui，并产生与控制信号的电压图形相对应的电压Ux。即，控制开关以 占空比逐渐增加到完全导通方式开启。由于续流电路能够将脉冲直流电 压转换为平滑的直流电压，进而产生续流电路的输出电压Uo，如图所示。 由此可见，负载获得具有软开启特性的输入电压Uo。
由上可知，本发明的软开启电子开关具有损耗小和输出电压平滑的 特点，因此可以降低开关元件的参数要求，降低散热要求，降低电磁干 扰，对负载冲击小。
本发明的软开启电子开关的控制过程如下所述：
将输入信号与三角波时钟信号提供给比较器，其中输入信号是从低 电平到高电平线性渐变且最后保持为高电平；
比较器比较输入信号与三角波时钟信号并产生控制信号，其中所述 三角波时钟信号的波形低电平高于所述输入信号的低电平，所述三角波 时钟信号的波形高电平低于所述输入信号的高电平；
与比较器连接的控制开关获得控制信号，其中该控制信号由两个部 分组成，一个部分是占空比从窄到宽的脉冲信号，另一个部分为保持为 高电平的开关信号；
控制开关在控制信号的控制下完成输电端口的通断，从而实现输出 电压Uo的开与关，由于控制开关在控制信号的高电平处接通而在低电平 处断开，因此经过控制开关通断后输出的电压Ux包括占空比从窄到宽的 脉冲直流电压与保持为高电平的直流电压；
由二极管、电容和电感组成的续流电路将控制开关通断后的输出电 压Ux中的脉冲直流电压转换为平滑的线性渐变的直流电压，因此最终提 供给电压包括平滑的线性渐变的直流电压和高电平的直流电压。
由此，本发明的软开启电子开关能够克服现有电子开关软开启过程 中功耗大及电磁干扰大的问题。
图3至图5提供了根据本发明的软开启电子开关的电路图的另一些 实施例。
例如，图3所示的软开启电子开关的电路图与图1所示的软开启电 子开关的电路图的区别在于控制开关的位置由输电端口的负极变为正 极。图4所示的软开启电子开关的电路图与图1所示的软开启电子开关 的电路图的区别在于续流电路中的电感由输电线路的正极变为负极。
此外，本发明的软开启电子开关中的控制开关可以采用下器件之一 或多种：金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET， Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)器件的体二极管、绝缘 栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)、半导体三极 管(如，双极型功率晶体管(BJT/GTR，Bipolar Junction Transistor/Giant  Transistor))、可控硅晶闸管(SCR，Silicon Controlled Rectifier)、可关断 晶闸管(GTO，Gate Turn-Off Thyristor)、集成门极换流晶闸管(IGCT， Integrated Gate Commutated Thyristors)、电子注入增强栅晶体管(IEGT， Injection Enhanced Gate Transistor)、MOS控制型晶闸管(MCT，MOS  Controlled Thyristor)、双向可控硅(TRIAC，TRI-ELECTRODE AC  SWITCH)、逆导晶闸管(RCT，Reverse-Conducting Thyristir)、CoolMOS、 静态感应晶体管(SIT，Static Induction Transistor)、静电感应晶闸管(SITH， Static Induction Thyristor)、继电器、接触器。例如，图5所示的软开启电 子开关的电路图中控制开关采用了IGBT。
可选地，比较器也可以由比较器、运算放大器、单片机、数字信号 处理(DSP，Digital Signal Process)芯片、逻辑电路、现场可编程门阵列 (FPGA，Field－Programmable Gate Array)、复杂可编程逻辑器件(CPLD， Complex Programmable Logic Device)等实现。
由上可知，根据本发明的软开启电子开关功耗小且电磁干扰小。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本 发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。