一种可抑制浪涌电流的电机供电开关电路及电机开关设备的制作方法

1.本技术涉及供电开关电路的技术领域，尤其是涉及一种可抑制浪涌电流的电机供电开关电路及电机开关设备。


背景技术：

2.目前，在一些能够自动导航和移动的设备中，均通过驱动电机来带动设备进行移动，例如无人清扫机器人，挂载的电机种类众多，而且电机功率大，电机驱动器的电源输入端电容值往往很大，大功率驱动器输入电容达到5000μf，在母线电源开关闭合瞬间，电容器充电瞬间会形成极大的浪涌电流，电流值高达100a，在这种情况下，极易对电气设备或开关器件造成损坏。
3.现已有授权公开号为202123393228.6的专利，其公开了一种直流输入的浪涌电流抑制电路，其包括缓启动电路、mos开关电路和预充电电路；缓启动电路的输出端分别与mos开关电路的栅极和预充电电路的输入端连接；缓启动电路的输入端和开关电路的源极分别与电源连接；开关电路的漏极和预充电电路的输出端分别与负载连接。其中，mos开关电路采用pmos管作为开关。
4.在实际应用中，持续导通电流达到100a的pmos选型较少，成本很高，且pmos管导通阻抗较大，产生的能源损耗较大。


技术实现要素：

5.为了在抑制浪涌电流的同时，减小能源损耗，对负载和开关器件进行保护，本技术提供了一种可抑制浪涌电流的电机供电开关电路及电机开关设备。
6.第一方面，本技术提供一种可抑制浪涌电流的电机供电开关电路，采用如下的技术方案：
7.一种可抑制浪涌电流的电机供电开关电路，包括控制单元、延时单元、开关单元和限流预充单元；所述控制单元的输出端分别连接于所述延时单元的控制端和所述限流预充单元内的控制端，所述延时单元的输出端连接于所述开关单元的控制端，所述开关单元的输出端连接于负载，所述限流预充单元的输出端连接于负载。
8.通过采用上述技术方案，当需要减小浪涌电流时，控制单元输出高电平信号，延时单元和限流预充单元接收到高电平信号，此时延时单元开始进行延时，进行延时的这段时间，限流预充单元进行充电，并对浪涌电流进行限制，从而减小浪涌电流对负载或开关器件的伤害，同时采用延时控制开关单元导通能够使为负载提供平稳的电流，减小浪涌电流对负载或开关器件冲击的可能性，进一步对负载或开关器件进行保护。
9.可选的，所述开关单元包括第一控制芯片和第一nmos管；所述第一控制芯片的控制端连接于所述延时单元，所述第一控制芯片的输出端连接于所述第一nmos管的栅极，所述第一nmos管的源极连接于第二供电端，所述第一nmos管的漏极连接于所述负载。
10.通过采用上述技术方案，采用nmos管进行导通能够减小nmos管的导通电流，从而
降低损耗，对开关器件进行保护。
11.可选的，所述开关单元还包括第二nmos管，所述第二nmos管与所述第一nmos管并联。
12.通过采用上述技术方案，采用两个nmos管并联的形式，能够减小nmos管的导通阻抗，进一步减小导通电流，从而减小浪涌电流对nmos管的冲击，延长使用寿命。
13.可选的，所述延时单元包括延时开关模块、调节模块和第二控制芯片，所述延时开关模块的输入端连接于所述控制单元的输出端，所述延时开关模块的输出端分别连接所述第二控制芯片和所述调节模块，所述调节模块的输出端连接于所述第二控制芯片的输入端，所述第二控制芯片的输出端连接于所述开关单元的输入端。
14.通过采用上述技术方案，通过延时开关模块和调节模块能够对第二控制芯片接收的触发信号进行延时，在延时这段时间内，能够延时对开关单元的导通，从而减小浪涌电流对负载或开关器件的冲击。
15.可选的，所述延时开关模块包括第一三极管和第二三级管，所述第一三极管和所述第二三极管的基极均连接于所述控制单元的输出端，所述第一三极管的集电极连接于接地端gnd，所述第一三极管的发射极分别连接于第一供电端vcc和第二控制芯片，所述第二三极管的发射极连接于接地端gnd，所述第二三极管的集电极连接于所述调节模块。
16.通过采用上述技术方案，第一三极管导通时，能够对第二控制芯片进行复位，从而使第二控制芯片输出的更加平稳，运行的更加稳定。
17.可选的，所述调节模块包括第七电阻器r7、第六电阻器r6和第一电容器c1，所述第七电阻器r11的一端连接于第一供电端vcc，所述第七电阻器r7的另一端分别连接于所述第六电阻器r6的一端、所述第一电容器c1的一端和第二控制芯片，所述第六电阻器r6的另一端连接于所述第二三极管的集电极，所述第一电容器c1的另一端连接于接地端gnd。
18.通过采用上述技术方案，根据需要的延时时间对第七电阻器、第六电阻器和第一电容器的参数进行设置，以达到足够的延时时间。
19.可选的，所述限流预充单元包括限流电阻器、第三三极管、pmos管和第三百四十八电容器c348，所述限流电阻器和所述第三百四十八电容器c348串联，所述限流电阻器的一端连接于电源输入端vin，所述第三百四十八电容器c348的另一端连接于所述第三三极管的集电极，所述第三三极管的基极连接于所述控制单元的输出端，所述第三三极管的发射极连接于接地端gnd，所述pmos管的栅极连接于所述第三三极管的集电极，所述pmos管的源极连接于所述限流电阻器和所述第三百四十八电容器c348的连接点，所述pmos管的漏极连接于所述负载。
20.通过采用上述技术方案，在接收到高电平信号之后，限流预充单元进行充电，开关单元在限流预充单元充电完成之后才导通，进一步抑制浪涌电流，从而达到降低并抑制电源上电时产生的浪涌电流，减小负载和开关器件损坏的可能性。
21.可选的，所述限流电阻器为ntc热敏电阻器。
22.通过采用上述技术方案，ntc热敏电阻器随着温度的升高，电阻阻值降低，减小阻抗，从而降低损耗。
23.第二方面，本技术提供一种电机开关设备，采用如下的技术方案：
24.一种电机开关设备，包括第一方面任一项所述的可抑制浪涌电流的电机供电开关
电路、供电单元和负载，所述供电单元和所述负载均连接于所述可抑制浪涌电流的电机供电开关电路。
25.通过采用上述技术方案，当需要减小浪涌电流时，控制单元输出高电平信号，延时单元和限流预充单元接收到高电平信号，此时延时单元开始进行延时，进行延时的这段时间，限流预充单元进行充电，并对浪涌电流进行限制，从而减小浪涌电流对负载或开关器件的伤害，同时采用延时控制开关单元导通能够使为负载或开关器件提供平稳的电流，减小浪涌电流对负载或开关器件冲击的可能性，进一步对负载或开关器件进行保护。
26.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
27.1. 当需要减小浪涌电流时，控制单元输出高电平信号，延时单元和限流预充单元接收到高电平信号，此时延时单元开始进行延时，进行延时的这段时间，限流预充单元进行充电，并对浪涌电流进行限制，从而减小浪涌电流对负载和开关器件的伤害，同时采用延时控制开关单元导通能够使为负载和开关器件提供平稳的电流，减小浪涌电流对负载和开关器件冲击的可能性，进一步对负载和开关器件进行保护；
28.2. 采用两个nmos管并联的形式，能够减小nmos管的导通阻抗，进一步减小导通电流，从而减小浪涌电流对nmos管的冲击，延长使用寿命；
29.3. ntc热敏电阻器随着温度的升高，电阻阻值降低，减小阻抗，从而降低损耗。
附图说明
30.图1是本技术实施例可抑制浪涌电流的供电开关电路的结构框图。
31.图2是本技术实施例延时单元的电路原理图。
32.图3是本技术实施例开关单元的电路原理图。
33.图4是本技术实施例限流预充单元的电路原理图。
34.图5是本技术实施例电机开关设备的结构框图。
35.附图标记说明：1、控制单元；2、延时单元；3、开关单元；4、限流预充单元；5、负载；6、供电单元。
具体实施方式
36.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-4及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
37.本技术实施例公开一种可抑制浪涌电流的电机供电开关电路。参照图1，可抑制浪涌电流的电机供电开关电路包括控制单元1、延时单元2、开关单元3和限流预充单元4；控制单元1的信号输出端分别连接于延时单元2的输入端和限流预充单元4的输入端，延时单元2的输出端连接于开关单元3的输入端，开关单元3的输出端和限流预充单元4的输出端均连接有负载5。
38.为了减小浪涌电流，降低开关电源的成本，减少损耗，当需要为负载5进行供电时，控制单元1分别向延时单元2和限流预充单元4提供控制信号，然后延时单元2开始计时，此时限流预充单元4开始进行限流充电，当延时单元2计时结束后，开关单元3导通，限流预充单元4完成充电，然后通过限流预充单元4和开关单元3为负载5供电。在这过程中，延时单元
2经过延时一定时间控制开关单元3导通，能够有效抑制浪涌电流，同时负载5经过预充电之后，开关单元3导通也不会再次产生浪涌电流，进而对负载5或开关器件进行了保护。其中，开关器件包括开关单元3内的元器件。
39.参照图1和图2，作为本实施例的一种可选实施方式，延时单元2包括延时开关模块、调节模块和第二控制芯片u2，延时开关模块的输入端连接于控制单元1的输出端，延时开关模块的输出端连分别连接于第二控制芯片u2和调节模块的输入端，调节模块的输出端连接于第二控制芯片u2的输入端，第二控制芯片u2的输出端连接于开关单元3。
40.作为本实施例的一种可选实施方式，第二控制芯片u2的可选型号为ne555。
41.在本实施例中，延时开关模块包括第一电阻器r1、第二电阻器r2、第三电阻器r3、第四电阻器r4、第五电阻器r5、第六电阻器r6、第一三极管q1和第二三极管q2；第一电阻器r1的一端连接于控制单元1的输出端，第一电阻器r1的另一端连接于第一三极管q1的基极，第一三极管q1的发射极分别连接于第五电阻器r5的一端和第二控制芯片的复位端reset，第五电阻器r5的另一端连接于第一供电端vcc，第一三极管q1的集电极连接于接地端gnd，第一三极管q1的基极还连接于第三电阻器r3的一端，第三电阻器r3的另一端连接于接地端gnd；第二电阻器r2的一端连接于控制单元1的输出端，第二电阻器r2的另一端连接于第二三极管q2的基极，第二三极管q2的集电极连接于调节模块一端，第二三极管q2的发射极连接于接地端gnd，第二三极管q2的基极还连接于第四电阻器r4的一端，第四电阻器r4的另一端连接于接地端gnd。
42.在本实施例中，第一三极管q1的可选型号为pnp型三极管，第二三极管q2的可选型号为npn型三极管。
43.作为本实施例的一种可选实施方式，调节模块包括第六电阻器r6、第七电阻器r7和第一电容器c1，第一电阻器r7的一端连接于第一供电端vcc，第七电阻器r7的另一端分别连接于第六电阻器r6的一端和第一电容器c1的一端，第六电阻器r6的另一端连接于第二三极管q2的集电极，第一电容器c1的另一端连接于接地端gnd，第七电阻器r7与第六电阻器r6的连接点还连接于第二控制芯片u2的输入端thres，第七电阻器r7与第一电容器c1的连接点还连接于第二控制芯片u2的输入端trig。
44.延时单元2还包括第八电阻器r8、第二电容器c2和第九电阻器r9，第二控制芯片u2的disch端连接于第八电阻器r8的一端，第八电阻器r8的另一端连接于第一供电端vcc，第二控制芯片u2的cont端连接于第二电容器c2的一端，第二电容器c2的另一端连接于接地端gnd，第二控制芯片u2的接地端接地，第二控制芯片u2的输出端out连接于第九电阻器r9的一端，第九电阻器r9的另一端连接于开关单元3。
45.在本实施例中，通过设置第六电阻器r6、第七电阻器r7和第一电容器c1的参数来设置延时时间；第二控制芯片u2为根据触发信号输出信号的芯片。
46.在每次启动第二控制芯片u2时，需要对第二控制芯片u2进行复位，以便每次均能够保证第二控制芯片u2复位启动。
47.当控制单元1输出高电平信号时，第一三极管q1导通，对第二控制芯片u2进行复位，然后通过第六电阻器r6、第七电阻器r7和第一电容器c1的延时作用，控制第二三极管q2导通，从而使第二控制芯片u2的输入端延时接收控制单元1输出的高电平信号，进而起到延时的作用。
48.参照图1、图2和图3，作为本实施例的一种可选实施方式，开关单元3包括第十电阻器r10、第十电阻器r10、第十电阻器r10、第十电阻器r10、第十电阻器r10、第十电阻器r10、第十电阻器r10、第三电容器c3、第三电容器c3、第三电容器c3、第三电容器c3、第三电容器c3、第一控制芯片u1和第一nmos管q3；第一控制芯片u1的第1引脚连接于外部供电端5v，第一控制芯片u1的第1引脚还连接于第三电容器c3的一端，第三电容器c3的另一端连接于接地端gnd，第一控制芯片u1的第4引脚连接于第九电阻器r9，第一控制芯片u1的第5引脚连接于第十电阻器r10的一端，第十电阻器r10的另一端连接于接地端gnd，第一控制芯片u1的第5引脚连接于第十一电阻器r11的一端，第十一电阻器r11的另一端连接于第二供电端vin，第一控制芯片u1的第3引脚和第一控制芯片u1的第11引脚均连接于接地端gnd，第一控制芯片u1的第2引脚连接于第十四电阻器r14的一端，第十四电阻器r14的另一端连接于接地端gnd，第一控制芯片u1的第9引脚连接于第四电容器c4的一端，第四电容器c4的另一端连接于第一控制芯片u1的第八引脚，第一控制芯片u1的第6引脚连接于第十三电阻器r13的一端，第十三电阻器r13的另一端连接于第十七电阻器r17的一端，第十七电阻器r17的另一端连接于第一nmos管q3的栅极，第一控制芯片u1的第7引脚连接于第十二电阻器r12的一端，第十二电阻器r12的另一端连接于第十三电阻器r13与第十七电阻器r17的连接点；第一nmos管q3的漏极连接于第二供电端vin，第一nmos管q3的源极连接于负载5，第一nmos管q3的源极还分别连接于第六电容器c6的一端和第七电容器c7的一端，第六电容器c6的另一端和第七电容器c7的另一端均连接于接地端gnd，第十三电阻器r13与第十七电阻器r17的连接点还连接于第十五电阻器r15的一端，第十五电阻器r15的另一端连接于第五电容器c5的一端，第五电容器c5的另一端连接于接地端gnd。
49.作为本实施例的一种可选实施方式，第一控制芯片u1的可选型号为ltc7001。
50.在本实施例中，开关单元3还包括第二nmos管q4，第二nmos管q4并联在第一nmos管q3上。
51.在第一nmos管q3上并联一个第二nmos管q5能够减小导通阻抗，从而降低损耗。
52.当第二控制芯片u2输出控制信号时，第一控制芯片u1的第4引脚根据接收的控制信号控制第6引脚输出高电平信号，第一nmos管和第二nmos管均导通，从而使第二供电端vin为负载5进行持续供电。
53.参照图2、图3和图4，作为本实施例的一种可选实施方式，限流预充单元4包括第十八电阻器r18、第十九电阻器r19、第三三极管q5、第二十电阻器r20、第二十一电阻器r21、限流电阻器r22、第八电容器c8、第九电容器c9和pmos管q6；第十八电阻器r18的一端连接于控制单元1，第十八电阻器r18的另一端连接于第三三极管q5的基极，第三三极管q5的基极还连接于第十九电阻器r19的一端，第十九电阻器r19的另一端连接于接地端gnd，第三三极管q5的发射极连接于接地端gnd，第三三极管q5的集电极连接于第二十电阻器r20的一端，第二十电阻器r20的另一端分别连接于第二十一电阻器r21的一端和pmos管q6的栅极，第二十一电阻器r21的另一端分别连接于pmos管的源极和限流电阻器r22的一端，限流电阻器r22的另一端连接于第二供电端vin，第八电容器c8的两端并联在pmos管q6的栅极和源极，pmos管q6的漏极分别连接于负载5和第九电容器c9的一端，第九电容器c9的另一端连接于接地端gnd。
54.在本实施例中，当控制单元1输出高电平信号时，第三三级管q5导通，此时pmos管
q6的栅极电压被拉低，使得pmos管q6导通，浪涌电流经过限流电阻器r22的限制被降低，此时pmos管q6的漏极为负载5内的电容进行小电流充电从而减小开关单元3中开关器件受到的浪涌电流的冲击。
55.作为本实施例的一种可选实施方式，限流电阻器r22采用ntc热敏电阻器；在进行充电的过程中，限流电阻器r22逐渐升温，电阻值变小，从而降低损耗。
56.本技术实施例一种可抑制浪涌电流的电机供电开关电路的实施原理为：当控制单元1输出高电平信号时，第一三极管q1导通，第二控制芯片u2进行复位，此时第二三极管q2导通，当到达调节模块设置的延时时间时，第二控制芯片u2接收触发信号，然后通过第3引脚输出控制信号至开关单元3，开关单元3接收到控制信号时，第一控制芯片u1控制第一nmos管q3和第二nmos管q4导通，为负载5提供电源。
57.在未到达调节模块设置的延时时间时，控制单元1的高电平信号控制第三三极管q5导通，然后pmos管q6栅极电压被拉低，pmos管导通，限流电阻器r22对浪涌电流记性限制，从而使第二供电端vin为第八电容器c8和第九电容器c9充电，在到达延时时间时，第二电容器c8和第九电容器c9充满电，从而为负载5提供电源。
58.参照图5，本技术实施例还提供一种电机开关设备，包括上述可抑制浪涌电流的电机供电开关电路、供电单元6和负载5，供电单元6和负载5均连接于可抑制浪涌电流的电机供电开关电路。
59.在本实施例中，电机开关设备可以是无人清洁机器人、工业机器人或avg小车。
60.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。