本发明涉及一种限制冲击电流的软切换电路及方法。
背景技术：
低功率工业产品在日常生活中的使用非常广泛。因而对低功率工业产品的电源部分的输入存在许多要求。其中由于日常生活中的供电电压的多样性，通常要求低功率工业产品的电源部分具有宽输入范围，而宽的电压输入范围常常会导致出现过大的输入冲击电流。
为了抑制过大的输入冲击电流，人们常常采用以下几种方式：
(1)将电阻器或负温度系数(ntc)电阻器串联在电源部分的输入线路中，以便限制过大的输入冲击电流。但是这样方式难于匹配宽的输入范围，并无法解决电阻器发热问题，并且因为ntc电阻器具有较长的恢复时间，所以对输入电压瞬时下陷造成的冲击电流不能很好抑制。
(2)将电阻器串联在电源部分的输入线路中，并使用继电器控制该电阻器是否与电源部分的输入线路接通。但是这样方式需要引入机械继电器和cpu的控制，因而体积比较大，控制复杂。
(3)将mosfet串联在电源部分的输入线路中，并使用rc延迟电路控制该mosfet延迟导通。这是一种开环控制，难于匹配宽的输入范围。
(4)在电源部分的输入线路中使用恒流源来限制输入冲击电流，但是这样的方式会使电源部分的整流电路的电容器充电时间过长，并且也浪费mosfet的功率容量。
为解决上述问题，研究如何提供一种有效限制冲击电流的软切换方法是目前需要解决的重要问题之一。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可有效限制冲击电流的软切换电路。
本发明的另一目的在于提供一种有效限制冲击电流的软切换方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的目的在于提供一种限制冲击电流的软切换电路，包括主动电源u1、被动电源u2，主动电源u1通过切换开关q1给被动电源u2供电，所述切换开关q1与软开关电路相连；所述软开关电路包括开关电路、增幅电路、增宽电路、乘法电路；其中开关电路分别与增幅电路、增宽电路输入端连通；增幅电路、增宽电路的输出端与乘法电路输入端相连，乘法电路输出端与切换开关q1相连。
所述主动电源u1为恒定电压源。
所述的切换开关q1为mosfets、晶体管或其他有源开关中的任一种。
所述的被动电源u2为任何可容性负载。
所述开关电路接受外部电路指令开通或关断切换开关q1。
所述的被动电源u2为一个以上，主动电源u1连接一个或多个被动电源u2。
所述主动电源u1与任一被动电源u2之间均设切换开关q1。
一种限制冲击电流的软切换方法，包括以下步骤：
1)主动电源u1通过切换开关q1给被动电源u2供电，切换开关q1与软开关电路相连；所述软开关电路包括开关电路、增幅电路、增宽电路、乘法电路；其中开关电路分别与增幅电路、增宽电路输入端连通；增幅电路、增宽电路的输出端与乘法电路输入端相连，乘法电路输出端与切换开关q1相连；
2)开关电路接收外部指令闭合切换开关q1；
3)与开关电路相连接的增幅电路接受开通指令后，电压从零开始逐渐增长到最大值并输出；
4)与步骤3)同步的，与开关电路相连接的增宽电路接受开通指令后，增宽电路使脉冲从最小脉冲逐渐增大直至最大；
5)乘法电路接受增幅电路和增宽电路的输出，把两个电路合成幅值和宽度可变的开通信号；
6)经乘法电路合成的开通信号开通切换开关q1，限制切换开关q1直接开通时电路的冲击电流，给被动电源u2供电。
有益效果：本发明的一种限制冲击电流的软切换电路及方法，与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明通过在主动电源u1与被动电源u2之间设切换开关q1，并且切换开关q1与软开关电路相连，其中软开关电路的开关电路分别与增幅电路、增压电路输入端相连通，在开关电路接收开关信号后分别经过增幅电路、增宽电路处理后，再经乘法电路合成幅值和宽度可变的开通信号，并输出至切换开关q1，用较小额定电流的开关得到和大额定电流开关相同的效果，较好的提高了有效开关寿命，有效的减弱了整个系统的电磁干扰。
附图说明
图1为限制冲击电流的软切换电路结构示意图；
图2为实施例1电路结构图；
图3为硬开关状态下冲击电流测试曲线图；
图4为软开关状态下冲击电流测试曲线图；
其中：1.主动电源u1、2.被动电源u2、3.切换开关q1、4.软开关电路、41.开关电路、42.增幅电路、43.增宽电路、44.乘法电路。
具体实施方式
如图1所示的一种限制冲击电流的软切换电路，包括主动电源u11、被动电源u22，主动电源u11通过切换开关q13给被动电源u22供电，所述切换开关q13与软开关电路4相连；所述软开关电路4包括开关电路41、增幅电路42、增宽电路43、乘法电路44；其中开关电路41分别与增幅电路42、增宽电路43输入端相连；增幅电路42、增宽电路43的输出端均与乘法电路44相连，乘法电路44输出端与切换开关q13相连；其中主动电源u11为恒定电压源，切换开关q13为mosfets、晶体管或其他有源开关中的任一种，被动电源u22为任何可容性负载。
开关电路41接受外部电路指令开通或关断切换开关q13，主动电源u11连接一个或多个被动电源u22。
实施例1
如图2所示一种限制冲击电流的软切换电路，包括一个恒定电压源u11、切换开关q13、容性装置u22，电容、负载及软开关电路4，开通或关断指令通过开关电路41控制，开关电路41控制与之相连接的增幅电路42、增压电路43分别对电信号进行增幅、增压处理；经增幅电路42、增压电路43处理后的电信号经乘法电路44混合，混合后的电信号输出至切换开关q1和/或q2进行柔性开通或关断，有效的减少了电压源的容量和切换开关q1和/或q2的额定电流，并且有效的减小了整机系统的电磁干扰。
一种限制冲击电流的软切换方法，包括以下步骤：
1)主动电源u1通过切换开关q1、q2分别给被动电源u2供电，切换开关q1与软开关电路相连；所述开关电路41分别与增幅电路42、增宽电路43输入端相连；增幅电路42、增宽电路43的输出端与乘法电路44相连，乘法电路44输出端与切换开关q1相连；
2)开关电路41接收外部指令闭合切换开关q1和/或q2；
3)开关电路41分别与增幅电路42、增宽电路43输入端相连通，增幅电路43接受开通指令后，增幅电路42将电压从零开始逐渐增长到最大值并输出，其中增幅电路可通过电容的充电实现；
4)与步骤3)同步的，增宽电路43使脉冲从最小脉冲逐渐增大直至最大；占空比的扩展通过电压幅值的升高和锯齿波的切割形成；
5)乘法电路44接受增幅电路42和增宽电路43的输出，把两个电路的输出合成幅值和宽度可变的开通信号可通过运放组成的乘法电路实现；也可以通过mcu利用算法产生；
6)经乘法电路44合成的开通信号开通切换开关q1，限制切换开关q1直接开通时电路的冲击电流。
图3是普通电路直接开通时的开通电流测试曲线图，其峰值达到91.9a；此电流是由于电压源u1的限功率导致的，从波形上可以确认这一点。
图4是添加软开关电路后，电路开通时冲击电流测试曲线图；加入软开关电路后的电流，其电流峰值达到36.8a，达到优化前的40％左右；实际上通过改变幅值上升时间和占空比扩展时间，其峰值电流还可以进一步减少。
本发明有效改变传统开关硬开通方式，抑制传统开关开通时的电流失控问题，这种软开通方式可以用较小额定电流的开关得到和大额定电流开关相同的效果，较好的提高了有效开关寿命，有效的减弱了整个系统的电磁干扰。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种限制冲击电流的软切换电路，其特征在于：包括主动电源u1(1)、被动电源u2(2)，主动电源u1(1)通过切换开关q1(3)给被动电源u2(2)供电，所述切换开关q1(3)与软开关电路(4)相连；所述软开关电路(4)包括开关电路(41)、增幅电路(42)、增宽电路(43)、乘法电路(44)；其中开关电路(41)分别与增幅电路(42)、增宽电路(43)输入端连通；增幅电路(42)、增宽电路(43)的输出端与乘法电路(44)输入端相连，乘法电路(44)输出端与切换开关q1(3)相连。
2.根据权利要求1所述的一种限制冲击电流的软切换电路，其特征在于：所述主动电源u1(1)为恒定电压源。
3.根据权利要求1所述的一种限制冲击电流的软切换电路，其特征在于：所述的切换开关q1(3)为mosfets、晶体管或其他有源开关中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种限制冲击电流的软切换电路，其特征在于：所述的被动电源u2(2)为任何可容性负载。
5.根据权利要求1所述的一种限制冲击电流的软切换电路，其特征在于：所述开关电路(41)接受外部电路指令开通或关断切换开关q1(3)。
6.根据权利要求1所述的一种限制冲击电流的软切换电路，其特征在于：所述的被动电源u2(2)为一个以上，主动电源u1(1)连接一个或多个被动电源u2(2)。
7.根据权利要求1或6所述的一种限制冲击电流的软切换电路，其特征在于：所述主动电源u1(1)与任一被动电源u2(2)之间均设切换开关q1(3)。
8.一种限制冲击电流的软切换方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)主动电源u1(1)通过切换开关q1(3)给被动电源u2(2)供电，切换开关q1(3)与软开关电路(4)相连；所述软开关电路(4)包括开关电路(41)、增幅电路(42)、增宽电路(43)、乘法电路(44)；其中开关电路分别与增幅电路(42)、增宽电路(43)输入端连通；增幅电路(42)、增宽电路(43)的输出端与乘法电路(44)输入端相连，乘法电路(44)输出端与切换开关q1(3)相连；
2)开关电路接收外部指令闭合切换开关q1(3)；
3)与开关电路相连接的增幅电路(42)接受开通指令后，电压从零开始逐渐增长到最大值并输出；
4)与步骤3)同步的，与开关电路相连接的增宽电路(43)接受开通指令后，增宽电路(43)使脉冲从最小脉冲逐渐增大直至最大；
5)乘法电路(44)接受增幅电路(42)和增宽电路(43)的输出，把两个电路合成幅值和宽度可变的开通信号；
6)经乘法电路(44)合成的开通信号开通切换开关q1(3)，限制切换开关q1(3)直接开通时电路的冲击电流，给被动电源u2供电。
技术总结