预充电流的调控方法和电路
阅读：880发布：2024-01-04
专利汇可以提供预充电流的调控方法和电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种预充 电流 的调控方法和 电路 。该方法，包括：基于预设的 电压 递增规则，控制多个并联的 半导体 开关 器件中每个 半导体开关 器件栅极的驱动电压，从预设的初始驱动电压逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压，以调控与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的预充电流；其中，预设的初始驱动电压大于半导体开关器件的 阈值 电压，初始驱动电压的最大值根据主回路中所有器件能够承受的最大电流确定。根据本发明 实施例 提供的预充电流的调控方法和预充电流的调控电路，避免了引入额外的预充回路，简化了系统结构，并降低了总体的成本。，下面是预充电流的调控方法和电路专利的具体信息内容。
1.一种预充电流的调控方法，其特征在于，所述方法包括：
基于预设的电压递增规则，控制多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件栅极的驱动电压，从预设的初始驱动电压逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压，以调控与所述多个并联的半导体开关器件连接的主回路的预充电流；
其中，所述预设的初始驱动电压大于半导体开关器件的阈值电压，所述初始驱动电压的最大值根据所述主回路中所有器件能够承受的最大电流确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的电压递增规则，控制多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件栅极的驱动电压，从预设的初始驱动电压逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压，包括：
基于所述预设的电压递增规则，控制所述每个半导体开关器件栅极的驱动电压，从所述初始驱动电压以阶梯方式逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述多个并联的半导体开关器件中任一半导体开关器件，若每一级驱动电压的持续驱动时间，达到与所述驱动电压对应的预设时间阈值，则按照所述电压递增规则增加所述半导体开关器件栅极的驱动电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设的电压递增规则和所述每一级驱动电压对应的预设时间阈值根据预设的预充时间确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述多个并联的半导体开关器件中任一半导体开关器件，在每一级驱动电压下，若所述主回路中等效容性负载的电压大于与所述驱动电压对应的预设参考电压，则按照所述电压递增规则增加所述半导体开关器件栅极的驱动电压。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，半导体开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制所述每个半导体开关器件栅极的驱动电压时，通过脉冲宽度调制PWM信号控制所述驱动电压为脉冲电压。
8.一种预充电流的调控电路，其特征在于，所述电路包括：
电源模块，与多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件的栅极连接，用于向所述每个半导体开关器件的栅极提供驱动电压；
处理模块，与所述电源模块连接，用于基于预设的电压递增规则向所述电源模块发送控制信号，以使所述电源模块根据所述控制信号，控制所述每个半导体开关器件栅极的驱动电压从预设的初始驱动电压逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压，以调控与所述多个并联的半导体开关器件连接的主回路的预充电流；
其中，所述预设的初始驱动电压大于半导体开关器件的阈值电压，所述初始驱动电压的最大值根据所述主回路中所有器件能够承受的最大电流确定。
9.根据权利要求8的电路，其特征在于，所述处理模块，与所述主回路中等效容性负载连接，用于采集所述等效容性负载两端的电压；
所述处理模块，还用于：
对于所述多个并联的半导体开关器件中任一半导体开关器件，在每一级驱动电压下，若所述主回路中等效容性负载的电压大于与所述驱动电压对应的预设参考电压，则按照所述电压递增规则增加所述半导体开关器件栅极的驱动电压。
10.根据权利要求8的电路，其特征在于，所述处理模块，还用于：
对于所述多个并联的半导体开关器件中任一半导体开关器件，若每一级驱动电压的持续驱动时间，达到与所述驱动电压对应的预设时间阈值，则按照所述电压递增规则增加所述半导体开关器件栅极的驱动电压。
11.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述电源模块包括：
电源单元，与多路选通器的多个输入端连接；
多路选通器，与所述处理模块连接，所述多路选通器的输出端与所述每个半导体开关器件的栅极连接，用于在接收到所述处理模块输出的控制信号时，控制所述电源单元输出与所述控制信号对应的电压至所述每个半导体开关器件的栅极。
12.根据权利要求11所述的电路，其特征在于，所述电源模块还包括多个电压跟随器；
所述电源单元通过所述多个电压跟随器，与所述多路选通器的多个输入端连接，所述电源单元和每个输入端之间连接的电压跟随器不同。
预充电流的调控方法和电路
技术领域
背景技术
[0002] 在动力电池汽车的电池管理系统中，通常使用继电器作为动力电池所在主回路上的开关保护器件。然而当电池的负载端电容值比较大时，在主继电器闭合瞬间，主回路中的电流将会以A/μs或者A/ns的速率上升，造成非常大的冲击电流，容易损坏动力电池所在主回路中的器件，尤其是主继电器本身。
[0003] 目前通过加入预充回路，在主继电器闭合前对主回路进行预充，以降低主回路导通时的瞬间电流，进而降低主继电器的失效率并提高电路性能。
[0004] 但是，预充回路需要使用预充继电器和大量均衡电阻，预充时间长，占据面积大，均衡电阻的热功耗大。贴有均衡电阻的PCB板需要做特殊散热处理，并且贴有均衡电阻的PCB板的外壳需要预留空间贴装导热垫使均衡电阻热量能通过外壳散热，即预充回路增加了成本。
发明内容
[0005] 本发明实施例一种预充电流的调控方法和预充电流的调控电路，避免了引入额外的预充回路，简化了系统结构，并降低了总体的成本。
[0006] 根据本发明实施例的一方面，提供一种预充电流的调控方法，该方法包括：
[0007] 基于预设的电压递增规则，控制多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件栅极的驱动电压，从预设的初始驱动电压逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压，以调控与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的预充电流；
[0008] 其中，预设的初始驱动电压大于半导体开关器件的阈值电压，初始驱动电压的最大值根据主回路中所有器件能够承受的最大电流确定。
[0009] 在一个实施例中，基于预设的电压递增规则，控制多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件栅极的驱动电压，从预设的初始驱动电压逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压，包括：
[0010] 基于预设的电压递增规则，控制每个半导体开关器件栅极的驱动电压，从初始驱动电压以阶梯方式逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压。
[0011] 在一个实施例中，对于多个并联的半导体开关器件中任一半导体开关器件，若每一级驱动电压的持续驱动时间，达到与驱动电压对应的预设时间阈值，则按照电压递增规则增加半导体开关器件栅极的驱动电压。
[0012] 在一个实施例中，预设的电压递增规则和每一级驱动电压对应的预设时间阈值根据预设的预充时间确定。
[0013] 在一个实施例中，对于多个并联的半导体开关器件中任一半导体开关器件，在每一级驱动电压下，若主回路中等效容性负载的电压大于与驱动电压对应的预设参考电压，则按照电压递增规则增加半导体开关器件栅极的驱动电压。
[0016] 根据本发明实施例的另一方面，提供一种预充电流的调控电路，该电路包括：
[0017] 电源模块，与多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件的栅极连接，用于向每个半导体开关器件的栅极提供驱动电压；
[0018] 处理模块，与电源模块连接，用于基于预设的电压递增规则向电源模块发送控制信号，以使电源模块根据控制信号，控制每个半导体开关器件栅极的驱动电压从预设的初始驱动电压逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压，以调控与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的预充电流；
[0019] 其中，预设的初始驱动电压大于半导体开关器件的阈值电压，初始驱动电压的最大值根据主回路中所有器件能够承受的最大电流确定。
[0020] 在一个实施例中，处理模块，与主回路中等效容性负载连接，用于采集等效容性负载两端的电压；
[0021] 处理模块，还用于：
[0022] 对于多个并联的半导体开关器件中任一半导体开关器件，在每一级驱动电压下，若主回路中等效容性负载的电压大于与驱动电压对应的预设参考电压，则按照电压递增规则增加半导体开关器件栅极的驱动电压。
[0023] 在一个实施例中，处理模块，还用于：
[0024] 对于多个并联的半导体开关器件中任一半导体开关器件，若每一级驱动电压的持续驱动时间，达到与驱动电压对应的预设时间阈值，则按照电压递增规则增加半导体开关器件栅极的驱动电压。
[0025] 在一个实施例中，电源模块包括：
[0026] 电源单元，与多路选通器的多个输入端连接；
[0027] 多路选通器，与处理模块连接，多路选通器的输出端与每个半导体开关器件的栅极连接，用于在接收到处理模块输出的控制信号时，控制电源单元输出与控制信号对应的电压至每个半导体开关器件的栅极。
[0028] 在一个实施例中，电源模块还包括多个电压跟随器；
[0029] 电源单元通过多个电压跟随器，与多路选通器的多个输入端连接，电源单元和每个输入端之间连接的电压跟随器不同。
[0030] 根据本发明实施例中的预充电流的调控方法和预充电流的调控电路，能够将主回路中的冲击电流限制在主回路中器件能够承受的最大电流之下，避免了引入额外的预充回路，简化了系统结构，降低了总体的成本。附图说明
[0031] 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，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。
[0032] 图1示出本发明一些实施例提供的预充电流的调控方法的流程示意图；
[0033] 图2示出本发明一些实施例提供的预充电流的调控电路的结构示意图；
[0034] 图3示出本发明另一些实施例提供的预充电流的调控电路的结构示意图；
[0035] 图4示出本发明另一些实施例提供的预充电流的调控方法的流程示意图；
[0036] 图5示出本发明一些实施例提供的主回路的电流和驱动电压随时间的变化曲线图；
[0037] 图6示出本发明再一些实施例提供的预充电流的调控电路的结构示意图。
具体实施方式
[0038] 下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
[0039] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0040] 为了更好的理解本发明，下面将结合附图，详细描述根据本发明实施例的预充电流的调控方法和电路，应注意，这些实施例并不是用来限制本发明公开的范围。
[0041] 图1示出本发明一些实施例提供的预充电流的调控方法100的流程示意图。本发明实施例提供一种预充电流的调控方法，该方法包括：
[0042] S110，基于预设的电压递增规则，控制多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件栅极的驱动电压，从预设的初始驱动电压逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压，以调控与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的预充电流。
[0043] 其中，预设的初始驱动电压大于半导体开关器件的阈值电压，初始驱动电压的最大值根据主回路中所有器件能够承受的最大电流确定。
[0044] 在本发明的实施例中，根据主回路中所有器件能够承受的最大电流确定半导体开关器件栅极的初始驱动电压，能够大大降低将主回路中的冲击电流限制。并且，控制半导体开关器件栅极的驱动电压从预设的初始驱动电压逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压，使主回路能够正常工作，避免了引入额外的预充回路，简化了系统结构，降低了总体的成本。
[0045] 由于主继电器失效率高同时还需要由大量均衡电阻组成的预充回路，而使用半导体开关器件替代主继电器可以降低主回路开关的失效率，并且不需要构建额外的预充回路，可以降低成本。
[0046] 并且，半导体开关器件还具有寿命长、开关速度快、噪声小和体积小等众多优势，因而其得到越来越广泛的应用。因此，为提高主开关在电池管理系统中的使用性能，本发明实施例采用半导体开关器件替代主继电器实现电池主回路的通断。
[0047] 图2示出本发明实施例提供的预充电流的调控电路的结构示意图。如图2所示，预充电流的调控电路包括：
[0048] 电源模块G，与多个并联的半导体开关器件中每个半导体开关器件的栅极连接，用于向每个半导体开关器件的栅极提供驱动电压。
[0049] 处理模块P，与电源模块G连接，用于基于预设的电压递增规则向电源模块发送控制信号，以使电源模块根据控制信号，控制每个半导体开关器件栅极的驱动电压从预设的初始驱动电压逐级增加至半导体开关器件能够正常工作的驱动电压，以调控与多个并联的半导体开关器件连接的主回路的预充电流。
[0050] 其中，预设的初始驱动电压大于半导体开关器件的阈值电压，初始驱动电压的最大值根据主回路中所有器件能够承受的最大电流确定。
[0051] 如图2所示，预充电流的调控电路还包括多个并联的半导体开关器件M1，M2……Mn。其中，多个并联的半导体开关器件位于电池包的主回路中，作为电池包的主回路的开关保护器件。主回路中不仅包括电池包，还包括等效容性负载C0、负载和开关。其中，主回路中的负载为用电器，例如空调加热设备、电机等用电器。当主回路导通时，电池包用于对主回路中的各种负载进行供电。
[0052] 在本发明的实施例中，处理模块P通过基于预设的电压递增规则向电源模块G发送控制信号，以使电源模块G输出逐级递增的驱动电压至半导体开关器件的栅极。处理模块P通过控制电源模块G输出初始驱动电压至每个半导体开关器件的栅极，能够将主回路中的冲击电流限制在主回路中器件能够承受的最大电流之下，避免了损坏主回路中的器件，并降低了总体的成本。
[0053] 下面结合一具体预充电流的调控电路对本发明实施例的预充电流的调控方法的实现过程进行详细介绍。
[0054] 图3示出本发明实施例中一示例性实施例预充电流的调控电路的结构示意图。图3示出图2中各个模块的具体结构。
[0055] 如图3所示，半导体开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)管。图3中包括串联于主回路中的两个半导体开关器件阵列。其中，半导体开关器件阵列1为主回路的开关保护器件，包括多个并联的功率MOS管M1，M2……Mn。半导体开关器件阵列2包括多个并联的防反MOS管N1，N2……Nn，防反MOS管利用体二极管的单向导电性来实现防反接保护。其中，n为正整数。
[0056] 处理模块P为微处理单元(Microcontroller Unit，MCU)，与多路选通器A连接。其中，MCU通过不同的控制引脚输出不同的控制信号，以使多路选通器根据不同的控制信号输出不同的电压。
[0057] 电源模块G包括电源单元B和多路选通器A。其中，电源单元B与多路选通器A的多个输入端连接，并与每个防反MOS管N1，N2……Nn的栅极连接，用于给每个防反MOS管供电。电源单元B可以输出不同大小的电压。
[0058] 多路选通器A，与MCU连接，多路选通器A的输出端与MOS管M1，M2……Mn的栅极连接，用于在接收到处理模块P输出的控制信号时，控制电源单元B输出与控制信号对应的电压至每个半导体开关器件的栅极。
[0059] 其中，多路选通器A的多个输入端与输出端构成多个电压输入通道。电源单元B向多路选通器A中的每个电压输入通道输入的电压均不相同。当MCU通过控制引脚输出一个控制信号至多路选通器A时，多路选通器A选择与该控制信号对应的电压输入通道，并通过该电压输入通道输出与该通道对应的电压至每个MOS管的栅极。
[0060] 作为一个示例，多路选通器A包括第一电压输入通道和第二电压输入通道。MCU可以通过一个控制引脚输出高电平或低电平(即1或0)，实现多路选通器A在第一电压输入通道和第二电压输入通道之间进行切换。依次类推，MCU可以利用多个控制引脚，控制多路选通器A在多个电压输入通道之间进行切换。
[0061] 其中，MCU与主回路中等效容性负载C0的两个端口分别连接，用于采集等效容性负载C0两端的电压。
[0062] 另外，MCU还可以输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号至多路选通器，控制多路选通器A输出的电压以接收到的PWM信号的频率和占空比进行周期性振荡。
[0064] 在一些示例中，为了保证电源电压输出的稳定性，电源模块G还包括多个电压跟随器LDO_1，LDO_2……LDO_m。其中，电源单元B通过多个电压跟随器，与多路选通器A的多个输入端连接，电源单元B和每个多路选通器A的输入端之间连接的电压跟随器不同。
[0065] 另外，图3中的电路还包括电阻分流器SHUNT。作为一个示例，电阻分流器SHUNT包括两个并联的电阻。电阻分流器SHUNT设置于主回路中。电阻分流器SHUNT的两端均与MCU连接。MCU通过采集电阻分流器两端的电压以及根据预先获取的电阻分流器的电阻值，即可以计算流过电阻分流器的电流，即主回路的电流。
[0066] 下面结合图3中的电路对预充电流的调控方法的实现方式进行说明。
[0067] 在介绍预充电流的调控方法之前，需要先确定MOS管栅极的初始驱动电压值的最大值。首先确定一个安全电流限值，即主回路中器件能够承受的最大电流。根据安全电流值以及主回路中等效电容性负载C0、负载和电池包的总电压VPACK，可以计算出在安全电流之下需要的MOS管的导通电阻Rc。对于MOS管，工作于线性区的MOS管的导通电阻Ron与驱动电压VGS的关系如下：
[0068]
[0069] 其中K为比例系数，由MOS管的设计与制造工艺决定；VGS为MOS管的栅源电压，即栅极的驱动电压；VTH为MOS管的阈值电压，为一确定值。
[0070] 由公式(1)可以获得当导通电阻为Rc时对应的栅源电压VGS’，即MOS管的初始驱动电压的最大值为VGS’。也就是说，多路选通器A输出至每个MOS管栅极的初始驱动电压值在VTH和VGS’之间。
[0071] 当根据主回路中所有器件能承受的电流最大值预先计算出MOS管栅极的初始驱动电压值的最大值之后。根据预充时间需求，设定电压递增规则和每一级驱动电压对应的预设时间阈值。也就是说，根据预设的预充时间，设定多路选通器输出的每一级驱动电压的电压值大小，以及每一级驱动电压的停留时间阈值。其中，多路选通器A输出至每个MOS管的最大驱动电压应该等于MOS管能够正常工作时的栅极电压。
[0072] 在一些示例中，若需求的预充时间较短，则可以将驱动电压的级数设置的少一点，并提高初始驱动电压的电压值。
[0073] 在一些示例中，若对预充时间的需求较长，以保证预充电流可以稳定下降，则可以设置三级或三级以上的驱动电压，并降低初始驱动电压的电压值，同时叠加PWM信号使MOS管的栅极驱动电压做周期性震荡。
[0074] 也就是说，在实施本发明实施例提供的预充电流的调控方法之前，需要根据安全电流值预先设置初始驱动电压值，并根据预充时间预先确定每一级驱动电压的大小。其中，预设的电压递增规则包括将预设的多级驱动电压从小到大递增输出。
[0075] 在本发明的实施例中，通过利用预充时间的需求确定预设电压增加规则和每一级驱动电压的停留时间阈值，可以实现针对不同的需求调控主回路中的预充电流，适用性更加广泛。
[0076] 当预先设定好多路选通器输出的每一级驱动电压的电压值以及每一级驱动电压停留时间阈值之后，可以利用MCU控制多路选通器输出阶梯式电压。下面介绍一个多路选通器输出阶梯形式电压的具体示例。
[0077] 如图3，在多路选通器A多通道输入端口的每一个端口外各配置一个低压差电压跟随器(LDO_1，LDO_2……LDO_m)，m为大于1的正整数。将低压差电压跟随器按照对应的多路选通器输入端口序号进行排序。按照序号从小到大，相应的低压差电压跟随器分别输出由小到大不同大小的驱动电压。电压范围为从初始驱动电压到能够使MOS管正常工作的驱动电压。
[0078] MCU控制多路选通器A根据预设的电压递增规则，依次选通不同的输入端口并保持每一级驱动电压对应的停留时间，以实现输出的驱动电压以阶梯形式输出。其中，多路选通器输入端口的低压差电压跟随器可以使用电阻分压器进行替代。
[0079] 下面介绍图3中的调控电路调控主回路的预充电流的具体实施方式。
[0080] 首先，当电池管理系统刚开始工作时，MCU一直输出有效信号。图3中的电路刚启动时，MCU输出控制信号至多路选通器A，以控制多路选通器A从电压跟随器LDO_1处获取第一级驱动电压(初始驱动电压)，并输出第一级驱动电压至每个MOS管的栅极。
[0081] 由公式(1)可知，MOS管的初始驱动电压越小，MOS管的导通内阻越大。如图3所示，第j个电压跟随器LDO_j输出电压记为VGSj，则在此驱动电压下的MOS管的导通电阻记为Ronj，Ronj满足公式(1)的关系。其中，j小于等于m。因此，若第j-1个电压跟随器LDO_j-1与第j个LDO_j存在如下关系：VGSj>VGSj-1，则Ronj＜Ronj-1。当MOS管栅极的驱动电压为VGSj，若检测到此时的等效容性负载两端的电压差VC，此时主回路的电流为Ij可以利用下面的表达式进行计算：
[0082] Ij＝(VPACK-VC)/Ronj (2)
[0083] 其中，VPACK为电池包电压。由于初始驱动电压值在VTH和VGS’之间，则MOS管的导通电阻Ron非常大，源漏之间过流能力较弱，即主回路中的电流就比较小，这样就大幅度降低了主回路导通瞬间的大电流，有效保护了主回路的器件免受冲击。
[0084] 然后，MCU判断第一级驱动电压是否达到该驱动电压对应的停留时间阈值。若未达到，则继续用第一驱动电压驱动MOS的栅极。若达到，则MCU再次输出控制信号至多路选通器A，以控制多路选通器A从电压跟随器LDO_2处获取第二级驱动电压，并输出第二级驱动电压至每个MOS管的栅极。
[0085] 接着，MCU判断第二级驱动电压是否达到该驱动电压对应的停留时间阈值。若达到，则MCU再次输出控制信号至多路选通器A，以控制多路选通器A从电压跟随器LDO_3处获取第三级驱动电压。
[0086] 最后，以此类推，MCU根据预设的多级驱动电压以及每一级驱动电压对应的停留时间阈值，控制多路选通器依次选择由小到大的输入电压并输出给MOS管栅极，使流经MOS管源漏之间的电流可控。
[0087] 当多路选通器输出的电压达到多级驱动电压中的最大值(即MOS管能够正常工作的驱动电压)时，MCU多路选通器保持输出的最大电压恒定不变，主回路开始正常工作，并通过电阻分流器SHUNT进行持续电流采样。
[0088] 也就是说，对于并联的多个MOS管中的任一MOS管而言，当MCU判断每一级驱动电压的持续驱动时间，达到与该驱动电压对应的预设停留时间阈值时，则按照预设的电压递增规则，将MOS管的驱动电压增加至下一级驱动电压。
[0089] 其中，随着MOS管栅极的驱动电压的逐级增加，同时也在对等效容性负载C0进行预充，等效容性负载C0预充完毕后，主回路的冲击电流降为零。
[0090] 在本发明的实施例中，多路选通器子单元、分流器采样子单元、MOS管开关子单元的硬件反应时间分别都是μs级。根据器件的选型和电路搭建，每个子单元反应时间最多为几个到几十μs。硬件的反应时间远远短于预充需求时间，因此多路选通器输出的阶梯形式驱动电压的停留时间阈值可以设定得非常短，也可以设定得较长，以适应不同要求下的预充时间。
[0091] 在本发明的一些实施例中，每一级驱动电压对应的停留时间也可以是动态的，即根据等效容性负载C0两端的电压进行确定。具体来说，对于半导体开关阵列1中的每个MOS管，在每一级驱动电压下，若主回路中等效容性负载的电压大于与该驱动电压对应的预设参考电压，则按照电压递增规则增加半导体开关器件栅极的驱动电压。
[0092] 参见图3，第j个电压跟随器LDO_j输出电压记为VGSj。假设随着电压跟随器序号的增加，电压跟随器输出的电压依次增加，即VGS1＜VGS2＜…＜VGSm。其中，对于m个电压跟随器输出的电压，共有m个参考电压，也就是说，每个LDO的序号与参考电压需要一一对应，即VGSj对应的预设参考电压为Vsj。
[0093] 如图4所示，开始时另i＝1，即MCU以VGS1驱动半导体开关阵列1中的每个MOS管，并且MCU实时采集等效容性负载C0两端的电压VC1。
[0094] 然后，MCU判断VC1是否小于与VGS1对应的预设参考电压Vs1。
[0095] 若VC1小于Vs1，则继续以VGS1驱动MOS管，直至VC1大于等于Vs1。若VC1大于等于Vs1，则i＝i+1，并判断更新后的i是否等于m。
[0096] 若更新后的i等于m，则停止，即VGS2为最大驱动电压，MCU控制多路选通器保持VGS2恒定，主回路开始正常工作。
[0097] 若更新后的i不等于m，即MCU以VGSi驱动半导体开关阵列1中的每个MOS管，并且MCU实时采集等效容性负载C0两端的电压VCi。
[0098] MCU判断VCi是否小于与VGSi对应的预设参考电压Vsi。
[0099] 若VCi小于Vsi，则继续以VGSi驱动MOS管，直至VCi大于等于Vsi；若VCi大于等于Vsi，则返回步骤：i＝i+1，并判断更新后的i是否等于m，直至停止。
[0100] 在本发明的实施例中，通过利用等效容性负载C0两端的电压以及预设的参考电压，动态调整每一级驱动电压的持续驱动时间，使主回路中的预充电流可以平稳下降。
[0101] 综上，在本发明的实施例中，首先将每个MOS管的驱动电压设置为预设p个驱动电压中的第一驱动电压；判断第一级驱动电压是否满足该第一级驱动电压对应的第一预设条件；若第一级驱动电压满足第一预设条件，则将每个MOS管的驱动电压更新为多个驱动电压中第二驱动电压，判断第二级驱动电压是否满足该第二级驱动电压对应的第二预设条件；依次类推，直至将每个MOS管的驱动电压更新为第p驱动电压；
[0102] 其中，p个驱动电压中，第q驱动电压大于第q-1驱动电压，且第一驱动电压大于半导体开关器件的阈值电压，第一驱动电压的最大值根据主回路中所有器件能够承受的最大电流确定，q为小于等于p的正整数，p为大于1的正整数。
[0103] 其中，每个驱动电压对应的预设条件包括：驱动电压的持续时间大于该驱动电压对应的预设时间阈值，或，在该驱动电压下采集的等效容性负载C0两端的电压大于等于该驱动电压对应的预设参考电压。
[0104] 需要说明的是，本发明实施例中的半导体开关器件不仅可以为MOS管，还可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。
[0105] 在本发明的实施例中，为降低成本，缩短预充时间，优选将驱动电压设定为两级，即只需要两个电压跟随器输出不同电压值给多路选通器以供多路选通器进行选择。其中，第一级驱动电压，即初始驱动电压从VTH和VGS’之间选取，第二级驱动电压为MOS管正常工作时的栅极电压。根据公式(2)，第一级驱动电压越高，MOS管的导通电阻越小，主回路冲击电流会越大，从而使预充时间会更短。
[0106] 图5示出在两级驱动电压下主回路的电流和驱动电压随时间的变化曲线。其中，实线对应的是主回路的电流I随时间的变化曲线。虚线为MOS管的驱动电压VGS随时间的变化曲线。其中，VGS1为第一级驱动电压，第一级驱动电压对应的停留时间阈值为0.004s。
[0107] 参见图5，通过将第一级驱动电压施加在MOS管的栅极，使主回路中的电流降至300A以下，大大降低了主回路中的冲击电流。第二级驱动电压即为MOS管的正常工作电压，当MOS管的驱动电压在0.004s上升至第二驱动电压VGS2后，主回路中的电流几乎降为0。
[0108] 通过利用两级驱动电压对主回路中的预充电流进行调控，可将主回路冲击电流控制在很小的值，并且预充时间更短。
[0109] 在本发明的实施例中，还可以通过MCU持续输出一个PWM调制信号给多路选通器控制其输出电压以脉冲形式输出。具体地，MCU给多路选通器输出特定频率和占空比的PWM信号，控制多路选通器输出的电压以接收到的PWM信号的频率和占空比进行周期性脉冲，通过加PWM信号控制栅极电压以阶梯方式增加的同时还以一定的频率进行震荡。
[0110] 通过将栅极的驱动电压以脉冲形式输出，可以降低主回路中高电流的持续时间，使主回路的电流以脉冲形式下降，并且可以调整预充时间，具有很强的移植性。
[0111] 在本发明的实施例中，MCU输出控制多路选通器选择不同大小的输入电压输出给MOS管，来控制MOS管的栅极电压以阶梯形式上升，进而将主回路中的冲击电流限制在安全电流值之下。其中，主回路电流由MCU通过电阻分流器SHUNT采集检测。
[0112] 如图6所示，利用上述预充电流的调控方法也可以对半导体开关阵列2中的防反MOS管N1，N2……Nn进行相类似的调控。与图2不同的是，多路选通器A的输出端与每个半导体开关器件N1，N2……Nn的栅极连接。电源模块G与每个功率MOS管M1，M2……Mn的栅极连接，用于给每个功率MOS管供电。由于通过控制每个功率MOS管M1，M2……Mn栅极的驱动电压调控预充电流的方法与通过控制每个防反MOS管N1，N2……Nn栅极的驱动电压调控预充电流的方法相类似，在此不再赘述。
[0113] 本发明实施例提供的预充电流的调控方法和电路，避免了引入额外的预充回路，简化了系统结构，并降低了总体的成本，同时还可在保证安全的情况下大幅减少预充所需要的时间，实现快速预充，有效的提高了电路的性能。
[0114] 还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序。
[0115] 以上，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 交联的聚烯烃隔膜及其制造方法 | 2020-05-08 | 205 |
| 减少腐蚀的硫化铁垢清除液 | 2020-05-08 | 709 |
| 具有阻挡胶粘层的层压膜结构 | 2020-05-11 | 403 |
| 通过蒸发形成电化电池的元件的方法 | 2020-05-08 | 264 |
| 使用谷氧还蛋白增进植物生长和产量 | 2020-05-08 | 204 |
| 用于聚氨酯应用的新的组合物 | 2020-05-08 | 172 |
| 具有长开放时间和快速固化速度的无溶剂液体可湿气固化聚氨酯组合物 | 2020-05-08 | 494 |
| 低极化锂氧气电池组 | 2020-05-08 | 1028 |
| 含酸基（甲基）丙烯酸酯树脂、固化性树脂组合物、阻焊剂用树脂材料及抗蚀剂构件 | 2020-05-08 | 167 |
| 用于将醛氧化酯化成羧酸酯的催化剂 | 2020-05-08 | 844 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈