CN102891595A

CN102891595A - 用于车辆的功率转换器

Info

Publication number: CN102891595A
Application number: CN2012102505124A
Authority: CN
Inventors: 大久保卓也; 山下刚
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: CN102891595B; JP5321651B2; US8829739B2; US20130021017A1; JP2013027147A

Abstract

本发明提供了一种功率转换器（1），其能够激活其中的控制电路（11）而不增加用于传送外部激活信号的配线的长度。在功率转换器（1）中，转换器电路（10）隔离第一电源（B10）的第一电压，将第一电压转换为第二电压，并且将第二电压输出到第二电源（B11）。第一电源连接电路(12）响应于激活信号而将第一电源（B10）连接到转换器电路（10）。激活电路（13）基于转换器电路（10）的输入端子之间的电压确定第一电源连接电路（12）是否已接收到激活信号并且当确定第一电源连接电路（12）已接收到激活信号时，激活控制电路（11）。

Description

用于车辆的功率转换器

技术领域

本发明涉及用于车辆的功率转换器。

背景技术

公知的功率转换器包括如在第H7-087601号日本专利申请早期公开公布中所公开的用于电动车辆的电源单元。

所公开的用于电动车辆的电源单元在主开关接通时激活，隔离并逐步降低主电源（用于行驶的电源）的高直流（DC）电压，并且将逐步降低后的电压供给至具有低DC电压的辅助电源，其中该电源单元包括激活电路、变压器、开关电路以及整流-平滑电路。主电源将高DC电压供给至牵引马达。辅助电源将低DC电压供给至控制单元或者车灯等。

当主开关接通时，激活电路将主电源连接到开关电路以激活开关电路，并且将主电源连接到变压器。开关电路在主电源的高DC电压施加到开关电路时激活，通过切换开关电路来将高DC电压转换为交流（AC）电压，并且将AC电压供给至变压器的初级绕组。变压器隔离并逐步降低施加到变压器的初级绕组的AC电压，并且从变压器的次级绕组输出逐步降低后的AC电压。整流-平滑电路将从变压器的次级绕组输出的逐步降低后的AC电压转换为低DC电压以将低DC电压供给至辅助电源。

换言之，在所公开的用于电动车辆的电源单元中，主电源经由激活电路电连接到开关电路以激活开关电路。此后，主电源电连接到变压器，其中，隔离并逐渐降低通过开关电路从高DC电压转换的AC电压以通过整流-平滑电路将低DC电压供给至辅助电源。

然而，所公开的用于电动车辆的电源单元具有如下缺点：由于在施加主电源的高DC电压时激活开关电路，因此，被施加高DC电压的开关电路的部件必须承受高电压。这导致制造成本的增加。

存在另一种用于电动车辆的电源单元，其中，在辅助电源的低DC电压施加到开关电路时激活开关电路。然而，这样的用于电动车辆的电源单元必须包括激活电路，该激活电路在主开关接通时将辅助电源连接到开关电路以激活开关电路，其中必须将关于主开关的状态的信息传送到激活电路。因此，用于传送关于主开关的状态的信息的配线的长度随着从主开关到激活电路的距离变长而增加，这导致制造成本的增加。

考虑到前述情况，本发明的示例性实施例旨在提供一种功率转换器，该功率转换器能够激活控制电路而不增加用于传送激活信号的配线的长度，其中控制电路在响应于激活信号而电连接到低压电源时激活。

发明内容

根据本发明的示例性实施例，提供了一种功率转换器，其包括：转换器电路，隔离施加在转换器电路的输入端子之间的、第一电源的第一电压，将第一电压转换为与第一电压不同的第二电压，并且将第二电压从转换器电路的输出端子输出到第二电源；控制电路，由第二电源供电，并且控制转换器电路；第一电源连接电路，响应于外部激活信号而将第一电源连接到转换器电路的输入端子；以及激活电路，响应于激活信号而将第二电源连接到控制电路以激活控制电路。激活电路被适配成基于转换器电路的输入端子之间的电压来确定第一电源连接电路是否已接收到激活信号，并且当确定第一电源连接电路已接收到激活信号时激活控制电路。

对于该配置，可以基于转换器电路的输入端子之间的电压确定激活信号的状态，例如，第一电源连接电路是否已接收到激活信号，这允许激活控制电路而不增加用于传送激活信号的配线的长度。

根据一个实施例，激活电路包括：第二电源连接电路，将第二电源连接到控制电路；以及第一驱动电路，电连接到转换器电路的输入端子。第一驱动电路被适配成基于转换器电路的输入端子之间的电压来确定第一电源连接电路是否已接收到激活信号，并且当确定第一电源连接电路已接收到激活信号时驱动第二电源连接电路以将第二电源连接到控制电路。

这使得能够响应于激活信号而可靠地激活控制电路。

根据一个实施例，激活电路还包括第二驱动电路，该第二驱动电路响应于来自控制电路的连接保持指令而驱动第二电源连接电路。连接保持指令是用于保持第二电源与控制电路之间的电连接的指令。在激活控制电路之后，控制电路通过连接保持指令控制第二驱动电路驱动第二电源连接电路以便保持第二电源与控制电路之间的电连接。

即使当转换器电路的输入端子之间的电压随时间变化或者在激活控制电路后第一驱动电路由于转换器电路的开关噪声等而发生故障时，这也能够保持第二电源与控制电路之间的电连接。

根据一个实施例，激活电路还包括断开电路，该断开电路响应于来自控制电路的断开指令而将第一驱动电路与转换器电路的输入端子断开。在保持第二电源与控制电路之间的电连接期间，控制电路通过断开指令控制断开电路以将第一驱动电路与转换器电路的输入端子断开。

这导致在激活控制电路之后抑制了第一驱动电路的功耗的浪费。

根据一个实施例，转换器电路还被适配成隔离第二电源的第二电压，将第二电压转换为与第二电压不同的第一电压，并且将第一电压输出到第一电源。

这使得不仅能够从第一电源向第二电源供电，而且能够从第二电源向第一电源供电。

根据一个实施例，功率转换器安装在车辆中。

这允许激活控制电路而不增加用于传送激活信号的配线的长度。

附图说明

在附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的功率转换器的示意电路图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更充分地描述本发明。本发明示例性地应用于安装在车辆中的功率转换器，其中隔离并逐步降低高压电池的DC电压以供给至低压电池。

现在，将参照图1说明根据本发明的一个实施例的功率转换器。图1示出了功率转换器的示意电路图。

参照图1，功率转换器1被适配成隔离并逐步降低高压电池B10（第一电源）的高直流（DC）电压（第一电压）以将低于高DC电压的低DC电压（第二电压）供给至低压电池B11（第二电源）。高压电池B10是用于驱动车辆驱动马达（未示出）的电源。低压电池B11是用于驱动安装在车辆中的控制单元或车灯等的电源。高压电池B10的负极端子与车体浮置隔离（floating isolated）。低压电池B11的负极端子电连接到车体。功率转换器1包括转换器电路10、控制电路11、主开关12（第一电源连接电路）以及激活电路13。

转换器电路10（其为包括开关元件和变压器的公知的隔离转换器电路）被适配成隔离并逐步降低在转换器电路10的输入端子之间由高压电池B10施加的电压，然后从转换器电路10的输出端子输出低DC电压以将低DC电压供给至低压电池B11。转换器电路10的正极输入端子和负极输入端子分别电连接到主开关12和高压电池B10的负极端子。转换器电路10的正极输出端子和负极输出端子分别电连接到低压电池B11的正极端子和负极端子。另外，转换器电路10的控制端子电连接到控制电路11。

控制电路11在低压电池B11的低DC电压施加到控制电路11时激活，并且控制转换器电路10。在激活之后，控制电路11控制激活电路13以保持低压电池B11与控制电路11之间的电连接。在建立低压电池B11与控制电路11之间的电连接之后，控制电路11控制激活电路13以将激活电路13与转换器电路10的输出端子电断开。控制电路11的正电极电源端子和负电极电源端子分别电连接到激活电路13和车体。控制电路11的两个控制端子中的一个控制端子电连接到转换器电路10，而另一个控制端子连接到激活电路13。

主开关12被适配成响应于外部激活信号而将高压电池B10连接到转换器电路10的一个输入端子（在实施例中为正极输入端子）。更具体地，主开关12通常处于关断状态。在接收到激活信号时，主开关12接通并且将高压电池B10的正极端子连接到转换器电路10的正极输入端子。在本实施例中，主开关12的一端电连接到转换器电路10的正极输入端子，并且主开关12的另一端电连接到高压电池10的正极端子。主开关12的控制端子接收激活信号。

激活电路13被适配成响应于激活信号而将低压电池B11连接到控制电路11以激活控制电路11。更具体地，激活电路13基于转换器电路10的正极输入端子与负极输入端子之间的电压来确定主开关12是否已接收到激活信号（即，激活信号的状态），并且当确定主开关12已接收到激活信号时激活控制电路11。激活电路13包括低压电池连接电路130（第二电源连接电路）、第一驱动电路131、第二驱动电路132以及断开开关133（断开电路）。

包括FET 130a和电阻器130b、130c的低压电池连接电路130被适配成将低压电池B11连接到控制电路11。FET 130a的源极电连接到低压电池B11的正极端子，并且FET 130a的漏极电连接到控制电路11的正电极电源端子。FET 130a的栅极经由电阻器130b电连接到第一驱动电路131和第二驱动电路132。电阻器130c电连接在FET 130a的栅极与源极之间。各个电阻器130b、130c的电阻值被设置成使得在电阻器130b的一端（不同于电阻器130b的连接到FET 130a的栅极的端）电连接到车体时，由电阻器130b、130c分压的、低压电池B11的低DC电压被施加到FET 130a的栅极，从而FET 130a导通。

包括电阻器131a和光电耦合器131b的第一驱动电路131被适配成基于转换器电路10的正极输入端子与负极输入端子之间的电压来确定主开关12是否已接收到激活信号，并且当确定主开关12已接收到激活信号时，驱动低压电池连接电路130。更具体地，当转换器电路10的正极输入端子与负极输入端子之间的电压超过预定电压时，第一驱动电路131确定主开关12已接收到激活信号，并且驱动低压电池连接电路130以将低压电池B11连接到控制电路11。电阻器131a的一端电连接到转换器电路10的正极输入端子，并且电阻器131a的另一端经由断开开关133电连接到光电耦合器131b。光电耦合器131b的发光二极管的阳极经由断开开关133电连接到电阻器131a的另一端。光电耦合器131b的发光二极管的阴极电连接到转换器电路10的负极输入端子。光电耦合器131b的光电晶体管的集电极和发射极分别电连接到电阻器130b的一端（不同于电阻器130b的连接到FET 130a的栅极的端）和车体。电阻器131a的电阻值被设置成使得在高压电池B10的高DC电压施加在转换器电路10的输入端子之间时，光电耦合器131b的发光二极管发射光，并且光电晶体管从而能够导通。

包括二极管132a、晶体管132b以及电阻器132c、132d的第二驱动电路132被适配成响应于来自控制电路11的连接保持指令而驱动低压电池连接电路130，其中该连接保持指令是用于保持低压电池B11与控制电路11之间的电连接的指令。更具体地，在激活控制电路11之后并且在接收到来自控制电路11的连接保持指令时，第二驱动电路132驱动低压电池连接电路130以保持低压电池B11与控制电路11之间的电连接。二极管132a的阳极和阴极分别电连接到电阻器130b的一端（不同于电阻器130b的连接到FET 130a的栅极的端）和晶体管132b。晶体管132b的集电极和发射极分别电连接到二极管132a的阴极和车体。晶体管132b的基极经由电阻器132c电连接到控制电路11的控制端子。晶体管132b的基极还经由电阻器132d电连接到车体。各个电阻器132c、132d的电阻值被设置成使得当由控制电路11将预定电压施加到电阻器132c的一端时，由电阻器130b、130c分压的预定电压被施加到电阻器132b的基极，并且晶体管132b从而能够导通。

断开开关133被适配成响应于来自控制电路11的断开指令而将电连接到转换器电路10的输入端子的第一驱动电路131与该转换器电路10的输入端子断开，其中该断开指令是用于将第一驱动电路131与转换器电路10的输入端子断开的指令。更具体地，断开开关133通常处于接通状态。当在保持控制电路11与低压电池B11之间的电连接期间接收到断开指令时，断开开关133关断以将第一驱动电路131与转换器电路10的输入端子断开。断开开关133的一端电连接到电阻器131a的一端（不同于电阻器131a的连接到转换器电路10的正极输入端子的端），并且断开开关133的另一端电连接到光电耦合器131b的发光二极管的阳极。

现在将参照图1说明功率转换器1的操作。

当车辆的点火开关（未示出）接通时，外部设备（未示出）生成激活信号。在从外部设备接收到激活信号时，主开关12接通以将高压电池B10连接到转换器电路10，这允许将高压电池B10的高DC电压施加在转换器电路10的输入端子之间。在高压电池B10的高DC电压施加在转换器电路10的输入端子之间时，电流经过电阻器131a和断开开关133流入光电耦合器131b的发光二极管，这触发发光二极管发射光。这导致光电耦合器131b的光电晶体管导通。在光电耦合器131b的光电晶体管导通时，电阻器130b的一端电连接到车体，并且低压电池B11的低DC电压由电阻器130b、130c分压。在分压后的电压施加到FET 130a的栅极时，FET130a导通。从而，低压电池B11的低DC电压施加到控制电路11的正电极电源端子，这导致控制电路11激活。

在激活控制电路11之后，控制电路11将预定电压施加到电阻器132c的一端。预定电压被电阻器132c、132d分压。在分压后的电压施加到晶体管132b的基极时，晶体管132b导通。因此，无论光电耦合器131b的光电晶体管是处于导通状态还是截止状态，电阻器130b的一端都电连接到车体，并且FET 130a的导通状态将被保持。因此，允许保持低压电池B11与控制电路11之间的电连接。

在建立控制电路11与低压电池B11之间的连续电连接之后，控制电路11关断断开开关133，以将第一驱动电路131与转换器电路10的输入端子断开。

此后，控制电路11控制转换器电路10以隔离并逐步降低高压电池B10的高DC电压，从而将低DC电压供给至低压电池B11。

现在，将参照图1说明根据上述实施例的功率转换器1的一些优点。

在上述实施例中，激活电路13基于转换器电路10的输入端子之间的电压来确定主开关12是否已接收到激活信号。这使得可以激活控制电路11而不增加在这样的车辆安装的功率转换器1中用于传送激活信号的配线的长度，其中功率转换器1隔离并逐步降低高压电池B10的高DC电压以将低DC电压供给至低压电池B11。

在上述实施例中，激活电路13包括：低压电池连接电路130，被适配成将低压电池B11连接到控制电路11；以及第一驱动电路131，被适配成基于转换器10的输入端子之间的电压来确定主开关12是否已接收到激活信号，并且当确定主开关12已接收到激活信号时，驱动低压电池连接电路130。这使得可以基于激活信号可靠地激活控制电路11。

另外，在上述实施例中，激活电路13包括第二驱动电路132，该第二驱动电路132被适配成响应于来自控制电路11的指令（连接保持指令）而驱动低压电池连接电路130。在激活控制电路11之后，控制电路11控制第二驱动电路132驱动低压电池连接电路130，以便保持低压电池B11与控制电路11之间的电连接。因此，即使当转换器电路10的输入端子之间的电压（即，高压电池B10的高DC电压）随时间变化或者在激动控制电路11之后第一驱动电路131由于转换器电路10的开关噪声等发生故障时，控制电路11也可以保持低压电池B11与控制电路11之间的电连接。另外，由于控制电路11不会受到开关噪声等的不利影响，因此，第一驱动电路131不必远离转换器电路10布置。因此，允许将驱动电路131布置在任意位置。

另外，在上述实施例中，激活电路13包括断开开关133，该断开开关133被适配成将电连接到转换器电路10的输入端子的第一驱动电路131与转换器电路10的输入端子断开。在建立低压电池B11与控制电路11之间的连续电连接之后，控制电路11控制断开开关133以将第一驱动电路131与转换器电路10的输入端子断开。这导致在激活控制电路11后抑制了第一驱动电路131的功耗的浪费。

在上述实施例中，转换器电路10为所谓的降压型转换器电路。替选地，转换器电路10可以为降升压型转换器电路，其中转换器电路10隔离低压电池B11的低DC电压，将低DC电压转换为高DC电压，并且将高DC电压输出到高压电池B10。这使得不仅能够从高压电池B10向低压电池B11供电，而且能够从低压电池B11向高压电池B10供电。替选地，转换器电路10可以为升压型转换器电路。这使得不仅能够从高压电池B10向低压电池B11供电，而且能够从低压电池B11向高压电池B10供电。

在上述实施例中，在激活电路13中使用FET 130a，并且在第二驱动电路132中使用晶体管132b。替选地，FET 130a和晶体管132b中的每一个均可以用任何其他类型的开关元件或开关替换。

受益于前述描述和相关联附图中介绍的教导的、本发明所属的技术领域的技术人员将会想到本发明的许多变型和其他实施例。因此，可以理解，本发明不限于所公开的特定实施例，并且上述变型和其他实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。尽管本文中使用了特定术语，但是其仅以一般的且描述性意义使用，而不是出于限制的目的。

Claims

1.一种功率转换器（1），包括：

转换器电路（10），隔离施加在所述转换器电路（10）的输入端子之间的、第一电源（B10）的第一电压，将所述第一电压转换为与所述第一电压不同的第二电压，并且将所述第二电压从所述转换器电路（10）的输出端子输出到第二电源（B11）;

控制电路（11），由所述第二电源（B11）供电，并且控制所述转换器电路（10）；

第一电源连接电路（12），响应于外部激活信号而将所述第一电源（B10）连接到所述转换器电路（10）的输入端子；以及

激活电路（13），响应于所述激活信号而将所述第二电源（B11）连接到所述控制电路（11），以激活所述控制电路（11），

其中，所述激活电路（13）基于所述转换器电路（10）的输入端子之间的电压来确定所述第一电源连接电路（12）是否已接收到所述激活信号，并且当确定所述第一电源连接电路（12）已接收到所述激活信号时激活所述控制电路（11）。

2.根据权利要求1所述的功率转换器（1），其中，所述激活电路（13）包括：

第二电源连接电路（130），将所述第二电源（B11）连接到所述控制电路（11）；以及

第一驱动电路（131），电连接到所述转换器电路（10）的输入端子，所述第一驱动电路（131）被适配成基于所述转换器电路（10）的输入端子之间的电压来确定所述第一电源连接电路（12）是否已接收到所述激活信号，并且当确定所述第一电源连接电路（12）已接收到所述激活信号时，驱动所述第二电源连接电路（130）以将所述第二电源（B11）连接到所述控制电路（11）。

3.根据权利要求2所述的功率转换器（1），其中

所述激活电路（13）还包括第二驱动电路（132），所述第二驱动电路响应于来自所述控制电路（11）的连接保持指令而驱动所述第二电源连接电路（130），所述连接保持指令是用于保持所述第二电源（B11）与所述控制电路（11）之间的电连接的指令，并且

在激活所述控制电路（11）后，所述控制电路（11）通过所述控制保持指令控制所述第二驱动电路（132）驱动所述第二电源连接电路（130），以便保持所述第二电源（B11）与所述控制电路（11）之间的电连接。

4.根据权利要求3所述的功率转换器（1），其中

所述激活电路（13）还包括断开电路（133），所述断开电路响应于来自所述控制电路（11）的断开指令而将所述第一驱动电路（131）与所述转换器电路（10）的输入端子断开，并且

在保持所述第二电源（B11）与所述控制电路（10）之间的电连接期间，所述控制电路（11）通过所述断开指令控制所述断开电路（133）以将所述第一驱动电路（131）与所述转换器电路（10）的输入端子断开。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率转换器（1），其中，所述转换器电路（10）还被适配成隔离所述第二电源（B11）的第二电压，将所述第二电压转换为与所述第二电压不同的所述第一电压，并且将所述第一电压输出到所述第一电源（B10）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的功率转换器（1），其中，所述功率转换器（1）安装在车辆中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的功率转换器（1），其中

所述第一电压是高DC电压，所述第一电源（B10）是高压电池，所述第二电压是低于所述高DC电压的低DC电压，并且所述第二电源是低压电池，以及

所述控制电路（11）由所述低压电池供电。