CN105471265A - 电源转换装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电源转换装置及其方法。根据本发明一个方面的电源转换装置包括：第一切换元件，其通过开-关将高压电池供应的第一直流电压转换为方波形的第一交流电压；变压器，其通过减压所述第一交流电压输出第二交流电压；整流电路，其整流所述第二交流电压；平流电路，其通过对所述第二交流电压进行交流-直流转换生成第二直流电压；以及直流-直流转换器，其通过对所述第二直流电压进行大小转换输出大于所述第二直流电压的第三直流电压。本发明能够向采用高压电池的车辆电装部件较为稳定地供应电压，能够预防目前的非绝缘型转换器发生故障时车辆内大部分电装部件无法工作的现有问题，并且在车辆故障应对方面也优于目前的电源转换装置。

Description

电源转换装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种电源转换技术，尤其涉及一种将高压电池的电压转换成对应于车辆电装部件的工作电源的电源转换装置及其方法。
背景技术
电动车辆或混合动力车辆搭载有充电数百V直流电压的高压电池，通过转换装置将高压电池的电压转换成48V或14V并供给到车辆的电装部件。
如图1所示的一个实施例，现有的转换装置通过全桥(full-bridge)形态且脉宽调制(PulseWidthModulation；PWM)方式的控制电路②将高压电池①输出的数百V的直流电压转换为具有所需脉冲宽度(PulseWidth)的交流电压。并且，变压器③首先将交流电压传递到二次侧，根据匝数比(turnratio)降压一次电压，整流二极管④将交流电压重新转换为直流电压。感应滤波器⑤通过过滤(filtering)直流电压去除纹波(ripple),将其转换为干净的直流电压，并向混合动力车辆的电装负荷⑥输出48V。非绝缘型转换器⑦将48V降压至14V并向14V电装部件及12V辅助电池⑧输出14V。
如上所述，目前的使用14V电源的车辆电装部件中，向需要高电流的MDPS、ARS等装置供应的电源部分采用48V电压。其原因在于电压从14V增大到48V时电流消耗下降，因此能够提高车辆燃油效率。
发明内容
技术问题
在上述背景技术的基础上，本发明的目的在于提供一种能够向采用高压电池的车辆电装部件较为稳定地供应电压的电源转换装置及其方法。
本发明的目的不限于以上所述的内容，本领域普通技术人员可通过以下记载明确理解未记载的其他目的。
技术方案
根据本发明一个方面的电源转换装置包括：第一切换元件，其按预先设定的第一周期开-关(ON-OFF)，通过输出或不输出高压电池供应的第一直流电压转换为方波形的第一交流电压；变压器，其通过减压所述第一交流电压输出第二交流电压；整流电路，其整流所述第二交流电压；平流电路，其通过平流所述第二交流电压生成第二直流电压；以及直流-直流转换器，其通过升压所述第二直流电压输出大于所述第二直流电压的第三直流电压。
所述直流-直流转换器包括：第二切换元件，其通过开-关切换将所述第二直流电压转换为第二方波；电感器，其在所述第二切换元件进行开-关切换时储存所述第二直流电压的能量；二极管，其通过整流所述第二方波输出正向方波；以及电容器，其通过过滤所述正向方波转换为所述第三直流电压。
所述电源转换装置还包括：控制部，其控制所述第一切换元件及所述第二切换元件的切换，其中，在感测到施加所述第一直流电压时控制所述第一切换元件的开-关，在所述平流电路输出所述第二直流电压时使所述第二切换元件开始切换。
所述第二直流电压的电压值为14V±预先设定的第一误差，所述第三直流电压的电压值为48V±预先设定的第二误差。
根据本发明另一方面的减压高压电池的电压并供应给车辆内电装部件的方法包括：在连接到所述高压电池时使第一切换元件按预先设定的第一周期开-关(ON-OFF)，以输出或不输出所述高压电池供应的第一直流电压的步骤；减压通过输出或不输出所述第一直流电压生成的所述第一交流电压以输出第二交流电压的步骤；通过整流及平流所述第二交流电压生成第二直流电压的步骤；以及通过升压所述第二直流电压生成大于所述第二直流电压的第三直流电压的步骤。
生成第三直流电压的所述步骤包括：通过第二切换元件的开-关切换将所述第二直流电压转换为第二方波的步骤；在所述第二切换元件进行开-关切换时将所述第二直流电压的能量储存到电感器的步骤；通过整流所述第二方波输出正向方波的步骤；以及通过过滤所述正向方波转换为所述第三直流电压的步骤。
减压所述高压电池的电压并供应给车辆内电装部件的方法还包括：在感测到施加所述第一直流电压时控制所述第一切换元件的开-关的步骤；以及，所述第二直流电压输出时使所述第二切换元件开始切换的步骤。
减压所述高压电池的电压并供应给车辆内电装部件的方法还包括：向使用所述第二直流电压的至少一个第一电装部件供应所述第二直流电压的步骤；以及，向以所述第三直流电压为工作电源的至少一个第二电装部件供应所述第三直流电压的步骤。
所述第二直流电压为14V±预先设定的第一误差，所述第三直流电压为48V±预先设定的第二误差。
技术效果
本发明能够向采用高压电池的车辆电装部件较为稳定地供应电压。具体来讲，本发明的实施例是首先生成用于车辆内更多电装部件的14V电源，然后通过上转换(upconverting)14V电压生成48V电源作为少数电装部件的电能供应源。因此，本发明的实施例能够预防目前的非绝缘型转换器发生故障时车辆内大部分电装部件无法工作的现有问题。
并且，本发明的实施例在车辆故障应对(Fail-Safe)方面也优于目前的电源转换装置。
附图说明
图1为显示现有转换装置的一个例子的电路图；
图2为显示根据本发明实施例的电源转换装置的电路图；
图3为显示根据本发明实施例的电源转换/供应方法的流程图。
附图标记说明
20：电源转换装置210：第一切换元件
220：变压器230：整流电路
240：控制部250：平流电路
260：直流-直流转换器
具体实施方式
参照附图及以下说明的实施例便可明确本发明的优点、特征及实现方法。但是，本发明并非限定于以下公开的实施例，而是以不同的多种形态实现，本实施例仅仅使本发明的公开更加完整，使本发明所属技术领域的普通技术人员容易理解本发明的范畴，本发明由技术方案的范畴定义。在说明书全文中相同的附图标记表示相同的构成要素。另外，本说明书中使用的术语用于说明实施例，而并非限定本发明。若无特殊记载，本说明书中所述的单数型还包括复数型。说明书中使用的“包括(comprises)”及/或“包括的(comprising)”是指记载的构成要素、步骤、动作及/或元件不排除存在或还有一个以上的其他构成要素、步骤、动作及/或元件。
图2为显示根据本发明实施例的电源转换装置的电路图。
如图2所示，本发明实施例的电源转换装置20包括控制部240、第一切换元件210、变压器220、整流电路230、平流电路250及直流-直流转换器260。
第一切换元件210在高压电池供应100V以上的第一直流电压时，在控制部240的控制下按预先设定的第一周期开/关，将充电于高压电池的电能转换为方波形的第一交流电压。第一切换元件210可以是场效应晶体管(FieldEffectTransistor；FET)等。其中，第一交流电压的大小可以随第一周期改变。
变压器220按匝数比(turnratio)减压第一交流电压并输出第二交流电压。变压器220具有能够使第一交流电压与第二交流电压之间绝缘的特性。
整流电路230包括第一二极管D1及第二二极管D2，整流第二交流电压且防止第二交流电压的电流逆流。因此，整流电路230输出正的第二交流电压。
平流电路250平流经过整流的第二交流电压生成第二直流电压。平流电路250包括第一电感器L1及第一电容器C1，第一电感器L1过滤整流电路230整流的电流并储存能量。第一电容器C1过滤经过整流电路230整流的电压并转换为直流电压。其中，第二直流电压可以是大小为14V±预先设定的第一误差的电压，第二直流电压的大小可以随变压器220的匝数改变。
第二直流电压供应到混合动力车辆或电动车辆内使用14V电压的电装部件。
直流-直流转换器260通过对第二直流电压进行大小转换(UpConversion)输出大于第二直流电压的第三直流电压。
直流-直流转换器260包括第二切换元件E、第二电感器L2、第三二极管D3及第二电容器C2。
第二切换元件E在控制部240的控制下按第二周期进行开-关切换，将第二直流电压转换为升压的第二方波。在第二切换元件E进行开-关切换使得电压升压时，第二电感器L2储存第二直流电压的能量。第三二极管D3整流升压的第二方波且防止电流逆流，输出正的方波。第二电容器C2通过过滤正的方波转换为第三直流电压。其中，第三直流电压可以是大小为48V±预先设定的第二误差的电压。此时，第一误差及第二误差可以随电源转换装置20及电装部件的性能改变，第三直流电压的大小可以随第二周期改变。
控制部240是微通道板(MicroChannelPlate；MCP)等元件，可以控制第一切换元件210及第二切换元件E的切换及切换周期。
具体来讲，在高压电池通过通用输入输出(GeneralPurposeInputOutput；GPIO)接口等施加第一直流电压时，控制部240可以感测高压电池的连接并使第一切换元件210开-关。此时，通过车辆启动时短路、熄火时断开的开关10使第一直流电压施加或不施加到电源转换装置20。此时，开关10可以是电源转换装置20的一个构成要素。
并且，控制部240感测到通过GPIO接口施加了第二直流电压时，可以开始控制第二切换元件E的开-关，以此生成第三直流电压。
另外，上述例子说明了电源转换装置20不包括图2中的其他构成要素(电流变换器(currenttransformer；CT)、绝缘元件等)的情况。但电源转换装置20的构成还可以包括图2中的其他构成要素或除此之外的其他构成要素。
并且，根据电源转换装置及车辆电装部件的构成，第二直流电压的大小可以小于第三直流电压的大小。例如，上述例子举例说明了第二直流电压对应于14V，第三直流电压对应于48V的情况。但这种情况下，本发明的实施例仍根据使用各电压的电装部件的数量，使得利用先生成的第二直流电压的电装部件的数量多于使用后生成的第三直流电压的电装部件的数量。通过这种构成，本发明的实施例能够使得即使电源转换装置的后端出现问题，大部分电装部件的工作也不会出现问题。
如上，本发明的实施例是首先生成用于车辆内更多电装部件的14V电源，然后通过上转换(upconverting)14V电压生成48V电源作为少数电装部件的电能供应源。因此，本发明的实施例能够预防目前的非绝缘型转换器发生故障时车辆内大部分电装部件无法工作的现有问题。
并且，本发明的实施例在车辆故障应对(Fail-Safe)方面也优于目前的电源转换装置。
以下参照图3说明根据本发明实施例的电源转换/供应方法。
图3为显示根据本发明实施例的电源转换/供应方法的流程图。
在步骤S310中，控制部240确认高压电池是否连接。其中，控制部240可通过GPIO接口等感测高压电池的电压，以此感测高压电池的连接。
在步骤S320中，控制部240按预先设定的第一周期使第一切换元件210进行开-关切换，以输出或不输出高压电池提供的第二直流电压。
在步骤S330中，变压器220对输出或不输出第二直流电压的情况下生成的第一交流电压减压并相应地输出第二交流电压。
在步骤S340中，整流电路230整流第二交流电压，平流电路250平流经过整流的第二交流电压，以此生成第二直流电压。此时，第二直流电压可以供应到使用生成的第二直流电压的至少一个第一电装部件。
在步骤S350中，直流-直流转换器260通过升压第二直流电压生成第三直流电压。此时，第三直流电压可以供应到以第三直流电压为工作电源的至少一个第二电装部件。其中，第二电装部件可包括电流消耗量大于第一电装部件的电动助力转向(MotorDrivenPowerSteering；MDPS)装置及主动侧倾稳定(ActiveRollStabilization；ARS)装置。
此时，直流-直流转换器260在控制部240的控制下按预先设定的第二周期开/关，将能量储存到第二电感器L2以升压输入电压。
如上，本发明的实施例是首先生成用于车辆内更多电装部件的14V电源，然后通过上转换(upconverting)14V电压生成48V电源作为少数电装部件的电能供应源。
因此，本发明的实施例能够预防非绝缘型转换器发生故障时车辆内大部分电装部件无法工作的现有问题。
并且，本发明的实施例在车辆故障应对(Fail-Safe)方面也优于目前的电源转换方法。
本发明参考附图所示的实施例进行了说明，但这仅作为示例，本发明所属技术领域的普通技术人员应理解还可以做多种变形或变更。因此本发明的保护范围为技术方案中所记载的内容，而不受限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种电源转换装置，其特征在于，包括：
第一切换元件，其按预先设定的第一周期开-关，通过输出或不输出高压电池供应的第一直流电压转换为方波形的第一交流电压；
变压器，其通过减压所述第一交流电压输出第二交流电压；
整流电路，其整流所述第二交流电压；
平流电路，其通过平流所述第二交流电压生成第二直流电压；以及
直流-直流转换器，其通过对所述第二直流电压进行大小转换输出第三直流电压。
2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述直流-直流转换器包括：
第二切换元件，其通过开-关切换将所述第二直流电压转换为第二方波；
电感器，其在所述第二切换元件进行开-关切换时储存所述第二直流电压的能量；
二极管，其通过整流所述第二方波输出正向方波；以及
电容器，其通过过滤所述正向方波转换为所述第三直流电压。
3.根据权利要求2所述的电源转换装置，其特征在于，还包括：
控制部，其控制所述第一切换元件及所述第二切换元件的切换，其中，在感测到施加所述第一直流电压时控制所述第一切换元件的开-关，在所述平流电路输出所述第二直流电压时使所述第二切换元件开始切换。
4.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于：
所述第二直流电压的电压值为14V±预先设定的第一误差。
5.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于：
所述第三直流电压的电压值为48V±预先设定的第二误差。
6.一种电源转换/供应方法，是减压高压电池的电压并供应给车辆内电装部件的方法，其特征在于，包括：
在连接到所述高压电池时按预先设定的第一周期开-关，将所述高压电池供应的第一直流电压转换为方波形的第一交流电压的步骤；
通过减压所述第一交流电压输出第二交流电压的步骤；
通过平流所述第二交流电压生成第二直流电压的步骤；以及
通过对所述第二直流电压进行大小转换生成第三直流电压的步骤。
7.根据权利要求6所述的电源转换/供应方法，其特征在于，生成第三直流电压的所述步骤包括：
通过第二切换元件的开-关切换将所述第二直流电压转换为第二方波的步骤；
在所述第二切换元件进行开-关切换时将所述第二直流电压的能量储存到电感器的步骤；
通过整流所述第二方波输出正向方波的步骤；以及
通过过滤所述正向方波转换为所述第三直流电压的步骤。
8.根据权利要求7所述的电源转换/供应方法，其特征在于，还包括：
在感测到施加所述第一直流电压时控制所述第一切换元件的开-关的步骤；以及
所述第二直流电压输出时使所述第二切换元件开始切换的步骤。
9.根据权利要求6所述的电源转换/供应方法，其特征在于，还包括：
向使用所述第二直流电压的至少一个第一电装部件供应所述第二直流电压的步骤；以及
向以所述第三直流电压为工作电源的至少一个第二电装部件供应所述第三直流电压的步骤。
10.根据权利要求1所述的电源转换/供应方法，其特征在于：
所述第二直流电压为14V±预先设定的第一误差，所述第三直流电压为48V±预先设定的第二误差。
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