CN102064810B - 一种电动汽车直流高压开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压开关领域，具体地说是一种电动汽车直流高压开关，其特征在于由两路高压开关回路(1)和(2)、温度保护电路(3)和低电压及短路保护回路(4)组成，高压开关回路(1)的VH+端连接高压电池，O1端连接输出端，场效应管连接驱动电路U1，U1的1端接有D1和R1，R1两端抽头两线设有D5和D7，D5连接PV端，D7连接TEPO端，在D7一端旁路D9，设有LVP端，LVP端连接低电压及短路保护回路(4)的LVP端，PV端分别连接低电压及短路保护回路(4)和温度保护电路(3)的PV端，TEPO端连接温度保护电路的运算放大器U4的TEPO端，本发明解决了小电流高电压直流带负载的开关切换，具有低电压保护和温度保护，且功耗低、电路稳定、性价比高。

Description

一种电动汽车直流高压开关

[技术领域]

本发明涉及高压开关领域，具体地说是一种电动汽车直流高压开关。

[背景技术]

目前，全球环保意识的提高促进着环保杀手之一汽车的生产发生变革，电动汽车和混合动力汽车成为发展的重点，电池电源控制作为这两种汽车的必要部分同样面领着改革。现在市场上的高压直流电源几乎都为国外厂商生产的高压直流接触器或开关，具有以下特点：

1、价格高，小电流（10A左右）的产品也需要上千万人民币；

2、体积大；

3、一般只有100A以上的产品，30A以下产品仅可用于无负载开关，待载开关产品基本没有；

4、供货周期长。

[发明内容]

本发明的目的是生产一种直流高压开关，弥补30A以下待载开关的空白，并且解决上述4大问题。

为实现上述目的，本发明设计一种电动汽车直流高压开关，其特征在于由第一路和第二路高压开关回路、温度保护电路和低电压及短路保护回路组成，其中所述第一路高压开关回路中的驱动电路U1和所述第二路高压开关回路中的驱动电路U2均采用PVI1050光生伏打电路；

所述的第一路高压开关回路的场效应管Q1的D极连接高压电池的VH+端，S极连接输出高压O1端，DS两极之间连接有电阻R2、电容C1，S极与高压电池VH-端之间连接电阻RO1、二极管DO1，场效应管Q1的GS极之间连接稳压管Z1、Z2，G极连接驱动电路U1的5端，S极连接U1的8端，驱动电路U1的6、7端相连，U1的1端连接二极管D1的负端，D1的正端与电源V1+端之间连接有电阻R1，U1的4端接地并连接电源V1-端，U1的2、3端分别相连；，R1两端抽头两线分别连接二极管D5、D7的正端，所述二极管D5的负端连接PV端，所述二极管D7的负端连接TEPO端，D7的正端旁路连接二极管D9的正端，所述二极管D9的负端连接LVP端；

所述的第二路高压开关回路的场效应管Q2的D极连接高压电池的VH+端，S极连接输出高压O2端，DS两极之间连接有电阻R4、电容C2，S极与高压电池VH-端之间连接电阻RO2、二极管DO2，场效应管Q2的GS极之间连接稳压管Z3、Z4，G极连接驱动电路U2的5’端，S极连接U2的8’端，驱动电路U2的6’、7’端相连，U2的1’端连接二极管D3的负端，D3的正端与电源V2+端之间连接有电阻R3，U2的4’端接地并连接电源V2-端，U2的2’、3’端相连，R3两端抽头两线分别连接二极管D8、D6的正端，所述二极管D8的负端连接PV端，所述二极管D6的负端连接TEPO端，D6的正端旁路连接二极管D10的正端，所述二极管D10的负端连接LVP端；

所述的温度保护电路的运算放大器U4的输出端连接TEPO端，正电源端连接VP端，负电源端接地，U4的反相输入端连接电阻R5，同相输入端连接电阻R6， R5的另一端通过电阻NTC连接一PV端，通过电阻R7接地，R6的另一端通过电阻R9连接另一PV端，通过电阻R8接地， R7两端之间连接有电容C5；

所述的低电压及短路保护回路的三极管Q3集电极连接LVP端，抽头依次连接电阻R10和一PV端，Q3发射极接地，Q3基极依次连接电阻R11和光电耦合器U5，R11另一端抽头依次连接电阻R12和另一PV端，U5中二极管正端连接电阻R13，U5中二极管负端连接高压电池VH-端，高压电池VH+和高压电池VH-两端之间连接有电阻R14和电阻R15，电阻R13另一端连接在R14和R15之间；

所述的第一路和第二路高压开关回路的LVP端均连接低电压及短路保护回路的连接于三极管Q3集电极LVP端，所述的第一路和第二路高压开关回路的PV端分别连接低电压及短路保护回路连接于电阻R10的PV端和温度保护电路连接于电阻R9的PV端，所述的第一路和第二路高压开关回路的PV端抽头一端分别连接温度保护电路连接于电阻NTC的PV端和低电压及短路保护回路连接于电阻R12的PV端，所述的第一路和第二路高压开关回路的TEPO端均连接温度保护电路的连接于运算放大器U4的输出端的TEPO端。

工作原理是在第一路高压开关回路中电源V1+端和V1-端之间输入12V电压时，驱动电路U1的5-8端之间由光电效应产生10V输出电压，所述的10V输出电压加在Q1的GS极之间，Q1开启，12V控制电压撤销，10V输出电压撤销，Q1关断，Z1、Z2为Q1的G极的电压尖峰双向抑制电路，吸收Q1开关之间产生的电压尖峰；

在第二路高压开关回路中电源V2+端和V2-端之间输入12V电压时，驱动电路U2的5’-8’端之间由光电效应产生10V输出电压，所述的10V输出电压加在Q2的GS极之间，Q2开启，12V控制电压撤销，10V输出电压撤销，Q2关断，Z3、Z4为Q2的G极电压尖峰双向抑制电路，吸收Q2开关之间产生的电压尖峰；

在温度保护电路中运算放大器U4通过电阻NTC采样温度，与设定温度点进行比较，所述温度点由R9、R8分压给定，过温时U4的输出端变低，通过D6、D7将隔离控制前端拉低，使所述第一路和第二路高压开关回路中的驱动电路U1和U2停止输出，关断Q1和Q2，断开主回路；

在低电压及短路保护回路中，外电路发生短路或电压低于定值时，所述定值由R13、R14、R15确定，U5中的二极管关断，三极管Q3上端变高，Q3导通，连接于Q3集电极的LVP端输出低电平，同时D9、D10将隔离控制前端拉低，使所述第一路和第二路高压开关回路中的驱动电路U1和U2停止输出，关断Q1和Q2，断开主回路。

Q1和Q2采用600V、低导通内阻的场效应管，U5采用PC817，运算放大器U4采用LM2901D，稳压管Z1、Z2、Z3、Z4采用ZMM5242B。

本发明具有以下优点：

1、解决30A以下高电压（400VDC）直流带负载的开关切换；

2、高压开关（MOSFET）驱动的强弱电的光电隔离；

3、具有负载电路及低电压保护和温度保护；

4、功耗低、驱动线路简单、电路稳定；

5、体积小，重量轻，性价比高。

[附图说明]

图1为第一路高压开关回路的回路电原理图；

图2为第二路高压开关回路的回路电原理图；

图3为温度保护电路电原理图；

图4为低电压及短路保护电路的回路电原理图

[具体实施方式]

结合附图，对本发明做进一步说明。

本发明由第一路和第二路高压开关回路、温度保护电路和低电压及短路保护回路组成，所述的第一路和第二路高压开关回路的V1和VH+端连接高压电池，另一端连接场效应管Q1和Q2的D极（源极），通过G极（栅极）控制由S极输出高压O1和O2端； G极连接驱动电路U1和U2的5端和5’端，S极连接驱动电路U1和U5的8端和8’端，驱动电路U1和U2的1端和1’端接有两极管D1、电阻R1和两极管D3、电阻R3，驱动电路U1和U2的4端和4’端接地；电阻R1两端抽头两线设有两极管D5和D7，D5连接PV端，D7连接TEPO端，在D7一端旁路两极管D9，设有LVP端；电阻R3两端抽头两线设有两极管D6和D8，D8连接PV端，D6连接TEPO端，在D6一端旁路两极管D10，设有LVP端；所述的LVP端连接低电压及短路保护回路的三极管Q3集电极LVP端，所述第一路和第二路高压开关回路的PV端分别连接低电压及短路保护回路电阻R10的PV端和温度保护电路电阻R9的PV端；所述第一路和第二路高压开关回路的PV端抽头一端连接温度保护电路电阻NTC的PV端和低电压及短路保护回路电阻R12的PV端，所述的第一路和第二路高压开关回路的TEPO端连接温度保护电路的运算放大器U4的TEPO端。

在第一路高压开关回路中V1端输入12V电压时，驱动电路U1和U2的5-8端、5’-8’端之间由光电效应产生10V的输出电压，将所述10V电压加在Q1和Q2的GS极之间，Q1和Q2开启，12V控制电压撤销，10V输出电压撤销，Q1和Q2关断，Z1、Z2、Z3、Z4为Q1和Q2的G极电压尖峰双向抑制电路，吸收Q1和Q2开关之间产生的电压尖峰；在温度保护电路中运算放大器U4通过NTC10K采样温度，与设定温度店（由R9、R8分压给定）进行比较，过温时U4的1脚变低，通过D6、D7将格力控制前段拉低，使第一路和第二路高压开关回路中的驱动电路U1和U2停止输出，关断Q1和Q2，断开主回路；在低电压及短路保护回路中，外电路发生短路或电压低于定值（电压点由R13、R14、R15确定），U5中的二极管关断，三极管Q3上端变高，Q3导通，LVP端输出低电平，同时D9、D10将隔离控制前端拉低，使第一路和第二路高压开关回路中的驱动电路U1和U2停止输出，关断Q1和Q2，断开主回路。

采用高压低内阻的Q1和Q2直接串于高压电源的正极，作为待载功率开关使用，完全光电隔离的光生伏打电路U1和U2保证开关驱动的同时隔离了控制弱电和高压强电回路。

本发明可应用于电动汽车、混合动力汽车以及相关直流电源的大功率开关。

Claims (3)

1.一种电动汽车直流高压开关，其特征在于由第一路和第二路高压开关回路、温度保护电路和低电压及短路保护回路组成，其中所述第一路高压开关回路中的驱动电路U1和所述第二路高压开关回路中的驱动电路U2均采用PVI1050光生伏打电路；

所述的第一路高压开关回路的场效应管Q1的D极连接高压电池的VH+端，S极连接输出高压O1端，DS两极之间连接有电阻R2、电容C1，S极与高压电池VH-端之间连接电阻RO1、二极管DO1，场效应管Q1的GS极之间连接稳压管Z1、Z2，G极连接驱动电路U1的5端，S极连接U1的8端，驱动电路U1的6、7端相连，U1的1端连接二极管D1的负端，D1的正端与电源V1+端之间连接有电阻R1，U1的4端接地并连接电源V1-端，U1的2、3端分别相连，R1两端抽头两线分别连接二极管D5、D7的正端，所述二极管D5的负端连接PV端，所述二极管D7的负端连接TEPO端，D7的正端旁路连接二极管D9的正端，所述二极管D9的负端连接LVP端；

所述的第二路高压开关回路的场效应管Q2的D极连接高压电池的VH+端，S极连接输出高压O2端，DS两极之间连接有电阻R4、电容C2，S极与高压电池VH-端之间连接电阻RO2、二极管DO2，场效应管Q2的GS极之间连接稳压管Z3、Z4，G极连接驱动电路U2的5’端，S极连接U2的8’端，驱动电路U2的6’、7’端相连，U2的1’端连接二极管D3的负端，D3的正端与电源V2+端之间连接有电阻R3，U2的4’端接地并连接电源V2-端，U2的2’、3’端相连，R3两端抽头两线分别连接二极管D8、D6的正端，所述二极管D8的负端连接PV端，所述二极管D6的负端连接TEPO端，D6的正端旁路连接二极管D10的正端，所述二极管D10的负端连接LVP端；

所述的温度保护电路的运算放大器U4的输出端连接TEPO端，正电源端连接 VP端，负电源端接地，U4的反相输入端连接电阻R5，同相输入端连接电阻R6，R5的另一端通过电阻NTC连接一PV端，通过电阻R7接地，R6的另一端通过电阻R9连接另一PV端，通过电阻R8接地， R7两端之间连接有电容C5；

所述的低电压及短路保护回路的三极管Q3集电极连接LVP端，抽头依次连接电阻R10和一PV端，Q3发射极接地，Q3基极依次连接电阻R11和光电耦合器U5，R11另一端抽头依次连接电阻R12和另一PV端，U5中二极管正端连接电阻R13，U5中二极管负端连接高压电池VH-端，高压电池VH+和高压电池VH-两端之间连接有电阻R14和电阻R15，电阻R13另一端连接在R14和R15之间；

所述的第一路和第二路高压开关回路的LVP端均连接低电压及短路保护回路的连接于三极管Q3集电极LVP端，所述的第一路和第二路高压开关回路的PV端分别连接低电压及短路保护回路连接于电阻R10的PV端和温度保护电路连接于电阻R9的PV端，所述的第一路和第二路高压开关回路的PV端抽头一端分别连接温度保护电路连接于电阻NTC的PV端和低电压及短路保护回路连接于电阻R12的PV端，所述的第一路和第二路高压开关回路的TEPO端均连接温度保护电路的连接于运算放大器U4的输出端的TEPO端。

2.如权利要求1所述的一种电动汽车直流高压开关，其特征在于工作原理是在第一路高压开关回路中电源V1+端和V1-端之间输入12V电压时，驱动电路U1的5-8端之间由光电效应产生10V输出电压，所述的10V输出电压加在Q1的GS极之间，Q1开启，12V控制电压撤销，10V输出电压撤销，Q1关断，Z1、Z2为Q1的G极的电压尖峰双向抑制电路，吸收Q1开关之间产生的电压尖峰；

在第二路高压开关回路中电源V2+端和V2-端之间输入12V电压时，驱动电路U2的5’-8’端之间由光电效应产生10V输出电压，所述的10V输出电压加 在Q2的GS极之间，Q2开启，12V控制电压撤销，10V输出电压撤销，Q2关断，Z3、Z4为Q2的G极电压尖峰双向抑制电路，吸收Q2开关之间产生的电压尖峰；

在温度保护电路中运算放大器U4通过电阻NTC采样温度，与设定温度点进行比较，所述温度点由R9、R8分压给定，过温时U4的输出端变低，通过D6、D7将隔离控制前端拉低，使所述第一路和第二路高压开关回路中的驱动电路U1和U2停止输出，关断Q1和Q2，断开主回路；

在低电压及短路保护回路中，外电路发生短路或电压低于定值时，所述定值由R13、R14、R15确定，U5中的二极管关断，三极管Q3上端变高，Q3导通，连接于Q3集电极的LVP端输出低电平，同时D9、D10将隔离控制前端拉低，使所述第一路和第二路高压开关回路中的驱动电路U1和U2停止输出，关断Q1和Q2，断开主回路。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车直流高压开关，其特征在于Q1和Q2采用600V、低导通内阻的场效应管，U5采用PC817，运算放大器U4采用LM2901D，稳压管Z1、Z2、Z3、Z4采用ZMM5242B。 

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