预充电阻和预充继电器的工作原理和功用

王勇军

一、预充电阻的工作原理和功用
1.1 工作原理
预充电阻是一种额定电流为较大值（通常为数百毫安到几安）的电阻，用于电源电压升高过程中的电容器预充电。
预充电阻是一种特殊的电阻，用于在电动汽车高压系统上电初期对电容器进行缓慢充电。如果没有预充电阻，过大的充电电流可能会击穿电容器，损坏高压电气元件。因此，在设计电路时，通常会加入预充电阻以确保电路安全。目前常用的预充电阻类型是铝壳电阻。

其简单电路如图1所示。


图1 预充电阻电路图
在电源刚开始工作的时候，电容器的电压为零。如果不使用预充电阻，那么电容器的充电电流将非常大，甚至会引起电磁干扰或者烧坏电源开关。因此需要预充电阻作为限制电容器充电电流的元件，减小充电电流的冲击。
1.2 功用
预充电阻的主要功用是避免开关电源启动瞬间瞬间冲击电容器所带来的瞬间大电流，限制充电电流并保证电源的正常工作。
预充电阻的主要作用是限制电流，保护高压电气元件。
1.3  应用回路

在电动汽车中，高压电路中有两处需要使用预充电阻，分别是电机控制器预充回路和高压附件预充回路。电机控制器中有较大的电容器，需要进行预充以控制充电电流。高压附件中包括DCDC转换器、OBC车载充电机、PDU高压配电盒、油泵、水泵、AC空调压缩机等部件，这些部件内部也可能包含大电容器，因此也需要进行预充。

1.4  设计要素

预充电阻的设计需要考虑多个因素，包括动力电池电压、接触器额定电流、电容值、最高环境温度、电阻温升、预充后电压、预充时间、绝缘电阻值和脉冲能量等。预充时间通常为3~5倍的RC时间常数，一般为毫秒级别。预充是否完成的判断条件通常是是否达到动力电池电压的90%。在选型时，需要考虑脉冲能量的计算公式，以及连续脉冲时的总能量。

根据实际设计验证发现，陶瓷电阻比较适用于预充电和放电等要求。它具有较高的比热容，能够在短时间内吸收预充时产生的高能量。


二、预充继电器的工作原理和功用
2.1 工作原理
预充继电器是一种根据电路控制信号输入，可控制电路的开关状态的继电器。其工作原理如图2所示。


图2 预充继电器原理图
在电路开始工作之前，K1继电器断开，这时的电路是断路状态，无法供电，电容器充电电流为零。当电源开始工作时，控制信号将K1继电器吸合，电路处于通路状态，电容器可以充电了。在关闭电源时，K1继电器断开，这时电容器的电量依旧保持住了，这就保证了下次开启电源时电容器已经预充电了。
2.2 功用
预充继电器的主要功用是保护电源电容器和内部元器件，防止电容器电压高涨时对元器件造成损害。通过控制开关信号，预充继电器可以实现安全顺畅的电源启动，一定程度上提高了电源的使用寿命。同时，预充继电器也可以起到一定的延时作用，加大了电路调试的空间，提高调试效率。

三、预充电阻和预充继电器的区别
预充电阻和预充继电器在应用场景上有一定的差异。预充电阻通常用于低压开关电源中，预充继电器则适用于高压直流开关电源。此外，也有一些电子设备会同时使用预充电阻和预充继电器，以实现更安全稳定地启动电路。
总之，预充电阻和预充继电器是保护电源和内部元器件的两种重要元件。在电路设计中，选择合适的预充电阻和预充继电器，可以充分发挥它们的功用，提高电源安全性和可靠性。

预充电阻的作用是( )。
A.车辆高压上电时降低冲击电流

B.  为电池充电之前的检测电阻

C.  不是车辆上必须的结构

D.  交流充电时的安全保护电阻