CN105762902A - 一种可实现dc/dc转换功能的车载充电机电路 - Google Patents

一种可实现dc/dc转换功能的车载充电机电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，通过在原主变压器上增加一个输出绕组，就可以在原边主驱动电路停止工作的情况下，通过对付边同步整流管的调制驱动，实现原车载DC/DC电源的功能。本发明解决了采用完全独立的两套电路来实现原车载充电机和DC/DC变换器的功能。本发明大大简化了器件的使用量和结构件设计，优化了车载一体化电源的成本，且电路原理简单、可靠，对电路的其它功能和指标没有影响。

Description

一种可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路
技术领域
本发明涉及车载电源领域，具体地说，特别涉及到一种可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路。
背景技术
在纯电动汽车中车载充电机和DC/DC转换电源是两个重要的电器部件，一般这两大部件是独立配置分开安装在前置车舱内，近年来也有部分新结构是采用两者一体化结构，即：两套独立的电气设计部件安装在同一个壳体内。它的优点是能够节约结构件和部分配线成本。这种方式已经开始越来越获得整车厂家的认可。这种方式唯一的缺点是：这个一体化部件内部的电子零件数量大大增加，结构相对紧凑带来制造工艺复杂。整机的可靠性面临考验。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，包括充电机电路，所述充电机电路通过连接DC/DC驱动控制电路和整流滤波电路组成DC/DC转换电源电路。
进一步的，所述充电机电路包括依次连接的整流滤波电模块路、充电机主开关电路、主变压器、同步整流及驱动电路和输出滤波电路；所述充电机电路的两端分别连接市电输入和动力电池。
进一步的，所述DC/DC转换电源电路包括依次连接的输出滤波电路、同步整流及驱动电路、主变压器、DC/DC驱动控制电路和整流滤波电路；所述DC/DC转换电源电路的两端分别连接动力电池和低压电器。
进一步的，还包括用于MCU，MCU检测端的一支路通过主控制驱动连接充电机电路，MCU检测端的另一支路通过DC/DC驱动控制电路连接DC/DC转换电源电路。
进一步的，所述MCU的输出端连接通过连接状态显示模块组成车载显示单元。
进一步的，所述DC/DC驱动控制电路包括辅助绕组NS2、整流器件D1、D2和电感L1，通过对输出电压的反馈控制实现稳定的输出。
进一步的，所述辅助绕组NS2的匝数计算过程如下：
1)设充电机电路的主绕组匝数N1、输出最低电压V3、最高均充电压V4、充电机主开关电路的最大输出占空比为Dm、DC/DC转换电源电路的额定输出电压为V2；
N 2 = V 2 * N 1 V 3 * D m
2)考虑到充电机电路在充电状态时，输出电压会达到最高点V4，此时DC/DC转换电源电路的电压可高达：
V m = N 2 N 1 * V 4.
进一步的，所述MCU包括同步整流控制芯片IC1、同步整流控制芯片IC2和同步整流开关KS1，其对充电机电路和DC/DC转换电源电路的控制逻辑如下：
1)在充电机电路工作时，同步整流控制芯片IC2的CS端检测到Vds两端电压为负且达到Vth-cs-on时，同步整流控制芯片IC2的驱动输出端Drv输出高电平给同步整流开关KS1、直至流经整流管的电流逐步下降至Vds端电压达到Vth-cs-off，然后驱动输出端Drv输出低电平，同步整流开关KS1关断；
2)在DC/DC转换电源电路工作时，由同步整流控制芯片IC1输出端OUTA提供PWM脉宽调制信号，经Q1电平转换后加载至由C1，R5，R6组成的微分电路，然后提供给IC2的CS脚，完成触发驱动；
此时，在CS端出现一个负电平的微分信号，以模拟同步整流管的体二极管导通信号，只要其幅值大于Vth-cs-on，在同步整流控制芯片IC2的DRV脚就可以输出驱动同步整流开关KS1的脉冲前沿，直至在t2时转换成低电平，此时同步整流控制芯片IC2的CS2端出现上跳沿，由于其幅值原高于Vth-cs-off，DRV输出关闭；
所述Vds为同步整流管DS端电压，Vth-cs-on为同步整流管开通时的DS端门限电压，Vth-cs-off为同步整流管关断时的DS端门限电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
通过采用双向能量流动的原理，在充电机停止工作而同步整流管可以独立驱动、控制，就可以使动力电池的电能反向流动，只需在原主变压器上加一个低压输出隔离绕组，就可以实现车载DC/DC电源的功能。
附图说明
图1为本发明所述的车载充电机电路的结构框图。
图2为本发明所述的车载充电机电路的电路图。
图3为本发明所述的MCU的结构框图。
图4为本发明所述的充电机电路的波形图。
图5为本发明所述的DC/DC转换电源电路的波形图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明所述的一种可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，包括充电机电路，所述充电机电路通过连接DC/DC驱动控制电路和整流滤波电路组成DC/DC转换电源电路。所述充电机电路包括依次连接的整流滤波电模块路、充电机主开关电路、主变压器、同步整流及驱动电路和输出滤波电路；所述充电机电路的两端分别连接市电输入和动力电池。所述DC/DC转换电源电路包括依次连接的输出滤波电路、同步整流及驱动电路、主变压器、DC/DC驱动控制电路和整流滤波电路；所述DC/DC转换电源电路的两端分别连接动力电池和低压电器。
还包括用于MCU，MCU检测端的一支路通过主控制驱动连接充电机电路，MCU检测端的另一支路通过DC/DC驱动控制电路连接DC/DC转换电源电路。
所述MCU的输出端连接通过连接状态显示模块组成车载显示单元。
所述DC/DC驱动控制电路包括辅助绕组NS2、整流器件D1、D2和电感L1，通过对输出电压的反馈控制实现稳定的输出。
参见图2，由主电路开关K1，K2及谐振回路CS，LS及主变压器T1构成典型的LLC半桥主电路，为提高输出整流效率，采用KS1，KS2代替普通整流管实现了同步整流功能。
本发明是在主变压器上增加了一个绕组NS2及后续整流器件D1，D2及电感L1，就完成了一个标准的DC/DCPWM主电路构架，通过对输出电压V2的反馈控制就能实现稳定的输出。
为了确保两种方式工作而不产生冲突，由MCU控制单元根据功能要求来分别对“LLC主控制电路”及“PWM控制器”进行使能。
“同步控制器”在“充电机状态”工作时产生全脉宽信号来驱动K1，K2以实现同步整流功能。而在“DC/DC状态”工作时受PWM调制信号控制来实现稳定输出的功能。
为避免在“充电状态”工作时DC/DC输出不稳定电压对低压电器造成影响，MCU将在此状态通过使能开关关闭低压输出端V2。
也有一些车载电源系统也需要在充电状态时有一个小功率的DC/DC以满足低压电器的部分特定功能需求，只需要在使能开关两端并接一下小功率的DC/DC就能满足这个要求。
所述隔离绕组可以根据DC/DC输出电压，源波动(即原充电机的输出波动范围)来计算匝数比及所需的匝数。这个计算原理和一般的DC/DC并无二致。
对于充电机使用的其他类型PWM主电路，由于其滤波电感一般放在主电路输出侧，这样就可以共用一个滤波电感，即DC/DC部分就不需要再添加滤波电感了，其附加绕组的设计可以按照实际的拓扑结构来考虑了。
所述辅助绕组NS2的匝数计算过程如下：
1)设充电机电路的主绕组匝数N1、输出最低电压V3、最高均充电压V4、充电机主开关电路的最大输出占空比为Dm、DC/DC转换电源电路的额定输出电压为V2；
N 2 = V 2 * N 1 V 3 * D m ;
2)考虑到充电机电路在充电状态时，输出电压会达到最高点V4，此时DC/DC转换电源电路的电压可高达：
V m = N 2 N 1 * V 4.
参见图3，所述MCU包括同步整流控制芯片IC1、同步整流控制芯片IC2和同步整流开关KS1，其对充电机电路和DC/DC转换电源电路的控制逻辑如下：
参见图4，在充电机电路工作时，同步整流控制芯片IC2的CS端检测到Vds两端电压为负且达到Vth-cs-on时，同步整流控制芯片IC2的驱动输出端Drv输出高电平给同步整流开关KS1、直至流经整流管的电流逐步下降至Vds端电压达到Vth-cs-off，然后驱动输出端Drv输出低电平，同步整流开关KS1关断；
参见图5，在DC/DC转换电源电路工作时，由同步整流控制芯片IC1输出端OUTA提供PWM脉宽调制信号，经Q1电平转换后加载至由C1，R5，R6组成的微分电路，然后提供给IC2的CS脚，完成触发驱动；
此时，在CS端出现一个负电平的微分信号，以模拟同步整流管的体二极管导通信号，只要其幅值大于Vth-cs-on，在同步整流控制芯片IC2的DRV脚就可以输出驱动同步整流开关KS1的脉冲前沿，直至在t2时转换成低电平，此时同步整流控制芯片IC2的CS2端出现上跳沿，由于其幅值原高于Vth-cs-off，DRV输出关闭。
对于采用DSP技术来实现主电路及同步驱动及反馈控制的充电机电路，实现以上控制原理的方式就简单多了，只需根据以上原理修改相关软件就可以完成以上控制功能
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，包括充电机电路，其特征在于：所述充电机电路通过连接DC/DC驱动控制电路和整流滤波电路组成DC/DC转换电源电路。
2.根据权利要求1所述的可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，其特征在于：所述充电机电路包括依次连接的整流滤波电路、充电机主开关电路、主变压器、同步整流及驱动电路和输出滤波电路；所述充电机电路的两端分别连接市电输入和动力电池。
3.根据权利要求2所述的可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，其特征在于：所述DC/DC转换电源电路包括依次连接的输出滤波电路、同步整流及驱动电路、主变压器、DC/DC驱动控制电路和整流滤波电路；所述DC/DC转换电源电路的两端分别连接动力电池和低压电器。
4.根据权利要求3所述的可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，其特征在于：还包括用于MCU，MCU检测端的一支路通过主控制驱动连接充电机电路，MCU检测端的另一支路通过DC/DC驱动控制电路连接DC/DC转换电源电路。
5.根据权利要求4所述的可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，其特征在于：所述MCU的输出端通过连接状态显示模块组成车载显示单元。
6.根据权利要求1或3所述的可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，其特征在于：所述DC/DC驱动控制电路包括辅助绕组NS2、整流器件D1、D2和电感L1，通过对输出电压的反馈控制实现稳定的输出。
7.根据权利要求6所述的可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，其特征在于：所述辅助绕组NS2的匝数计算过程如下：
1)设充电机电路的主绕组匝数N1、输出最低电压V3、最高均充电压V4、充电机主开关电路的最大输出占空比为Dm、DC/DC转换电源电路的额定输出电压为V2；根据一般正激(推挽)PWM变换器的工作原理，可以确定：
N 2 = V 2 * N 1 V 3 * Dm
2)考虑到充电机电路在充电状态时，输出电压会达到最高点V4，此时DC/DC转换电源电路的电压可高达：
V m = N 2 N 1 * V 4
8.根据权利要求4所述的可实现DC/DC转换功能的车载充电机电路，其特征在于：所述MCU包括同步整流控制芯片IC1、同步整流控制芯片IC2和同步整流开关KS1，其对充电机电路和DC/DC转换电源电路的控制逻辑如下：
1)在充电机电路工作时，同步整流控制芯片IC2的CS端检测到Vds为负且达到Vth-cs-on时，同步整流控制芯片IC2的驱动输出端Drv输出高电平给同步整流开关KS1、直至流经整流管的电流逐步下降至Vds端电压达到Vth-cs-off，然后驱动输出端Drv输出低电平，同步整流开关KS1关断；
2)在DC/DC转换电源电路工作时，由同步整流控制芯片IC1输出端OUTA提供PWM脉宽调制信号，经Q1电平转换后加载至由C1，R5，R6组成的微分电路，然后提供给IC2的CS脚，完成触发驱动；
此时，在CS端出现一个负电平的微分信号，以模拟同步整流管的体二极管导通信号，只要其幅值大于Vth-cs-on，在同步整流控制芯片IC2的DRV脚就可以输出驱动同步整流开关KS1的脉冲前沿，直至在t2时转换成低电平，此时同步整流控制芯片IC2的CS2端出现上跳沿，由于其幅值原高于Vth-cs-off，DRV输出关闭；
所述Vds为同步整流管DS端电压，Vth-cs-on为同步整流管开通时的DS端门限电压，Vth-cs-off为同步整流管关断时的DS端门限电压。
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Denomination of invention: A Vehicle Charger Circuit with DC/DC Conversion Function

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Denomination of invention: A kind of on-board charger circuit that can realize DC/DC conversion function

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Denomination of invention: A kind of on-board charger circuit that can realize DC/DC conversion function

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