CN106274528A - 具有自动控制功能的预充电电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有自动控制功能的预充电电路及方法，包括由反馈二极管、晶闸管主开关、NTC热敏电阻组成的并联电路，及与之串联的感应电阻，感应电阻的两端各具有引出端，所述引出端接入至用于控制所述晶闸管主开关的自动控制电路，所述自动控制电路的信号输出端连接于所述晶闸管主开关的信号输入端。本发明的有益效果主要体现在：实现晶闸管自动控制开关，适合在控制器内安装，无需软件进行控制，避免因为软件问题或回路故障损坏；实现控制器的预充电效果，避免对电池组以及控制器内回路产生冲击；完成作为弱电回路的自动控制电路与作为强电回路的电动机控制器回路的结合；为反馈能量提供了通道，进一步发挥电动汽车节能的优势。

Description

具有自动控制功能的预充电电路及方法
技术领域
本发明涉及高速（高压）电动汽车电机驱动器技术领域，具体而言，尤其涉及一种电机驱动器的预充电电路及方法。
背景技术
高速（高压）电动汽车电池电压通常在直流400V以上，电机的主控制器一般直接接在这个直流母线上。而由于控制器吸收逆变驱动端纹波电流的需要，通常在驱动器内需要放置几百微法乃至几千微法的电容。因此，当控制器接入直流电的一瞬间，直流电会对电容直接充电，由于电容的等效串联阻抗（ESR）通常为几十个毫欧级别，在高压下会产生上千安培的瞬时充电电流，这对于电池组以及电容等回路均具有一定的破坏影响。
目前，业界为了消除上述的高冲击电流影响，一般通常采用直流接触器等器件来进行控制，而直流接触器则由于体积大且价格昂贵通常不能够放置在控制器内部而必须外置，由控制器引线出去进行控制，是一个价格贵，占空间，控制繁琐的方案。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种具有自动控制功能的预充电电路及方法，防止产生瞬时冲击电流。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种具有自动控制功能的预充电电路，连接在电动汽车的电池组和控制器之间，所述控制器用于控制电动汽车的电动机，所述控制器至少包括起滤波作用的主电容和逆变驱动电路，所述预充电电路包括由反馈二极管、晶闸管主开关、NTC热敏电阻组成的并联电路，及与之串联的感应电阻，所述感应电阻的两端各具有一个引出端，所述引出端均接入至一用于控制所述晶闸管主开关的自动控制电路，所述自动控制电路的信号输出端连接于所述晶闸管主开关的信号输入端。
优选的，所述自动控制电路包括仪表放大器电路，所述仪表放大器电路的两个输入端分别为所述感应电阻的两个引出端，所述仪表放大器电路连接于一比较器的负脚，所述比较器的正脚连接于控制器内PCB板载变压器，所述比较器的输出脚连接于一光电耦合器，所述光电耦合器的负边回路中连接有晶体管，所述晶体管接收PCB板载变压器的第二电压，并具有信号输出端，所述信号输出端连接于所述晶闸管主开关的信号输入端。
优选的，所述PCB板载变压器连接于所述比较器的正脚的第一电压值是稳定的15V。
优选的，所述PCB板载变压器输出电压经过电阻分压，作为稳定的参考电压。
优选的，所述PCB板载变压器连接于所述晶体管的第二电压值是5V。
本发明的具有自动控制功能的预充电电路，应用于电动汽车电机驱动器。
本发明还揭示了一种具有自动控制功能的预充电电路的预充电方法，包括如下步骤：
首先，电池组通电，通过NTC热敏电阻对所述主电容进行预充电；
随着充电持续，NTC热敏电阻受热导致其阻值变小，则在电压稳定的条件下通过其电流变大，但同时其两侧电压差也减小，充电电流变小，总的充电电流呈缓慢下降趋势；
其次，当主电容预充电结束后，逆变驱动电路启动；此时，感应电阻的两端的引出端之间具有电压降，该电压降是随着电流变化而变动；
当所述电压降高于预定值时，比较器翻转，导通光电耦合器，该光电耦合器的负边回路中产生电流，使晶体管导通；此时，PCB板载变压器输出电压通过所述晶体管输出一个晶闸管导通信号，从而打开晶闸管主开关，使电流通过晶闸管主开关持续导通至电动汽车逆变驱动电路。
优选的，所述预定值为PCB板载变压器输出第一电压值。
优选的，当电动汽车的电动机制动或减速时，所述晶闸管主开关关闭，电流通过反馈二极管反向导通输入至电池组。
本发明的有益效果主要体现在：1、晶闸管价格低廉，尺寸较小，适合在控制器内安装，并且适合在高电压大电流环境下工作；2、实现晶闸管自动控制开关，无需软件进行控制，避免因为软件问题或回路故障损坏；3、完美实现控制器的预充电效果，避免对电池组以及控制器内回路产生冲击；4、完成作为弱电回路的自动控制电路与作为强电回路的电动机控制器回路的完美结合；5、为反馈能量提供了通道，进一步发挥电动汽车节能的优势。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明预充电电路应用于电动汽车控制器的示意图；
图2：图1中预充电电路的晶闸管主开关的自动控制电路图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明揭示了一种利用晶闸管作为高压电动车控制器缓冲充电回路的方法，其实现了充电缓冲，自动控制晶闸管开通以及能量反馈三个功能。
如图1、图2所示，具有自动控制功能的预充电电路，连接在电动汽车的电池组1和控制器之间，所述控制器用于控制电动汽车的电动机8，所述控制器至少包括起滤波作用的主电容6和逆变驱动电路7，所述预充电电路包括由反馈二极管2、晶闸管主开关3、NTC热敏电阻4组成的并联电路，及与之串联的感应电阻5，所述感应电阻5的两端各具有一个引出端，所述引出端DC+、I+均接入至一用于控制所述晶闸管主开关3的自动控制电路，所述自动控制电路的信号输出端G连接于所述晶闸管主开关3的信号输入端。优选的，所述自动控制电路包括仪表放大器电路，所述仪表放大器电路的两个输入端分别为所述感应电阻5的两个引出端DC+、I+，所述仪表放大器电路连接于一比较器A3-A的负脚，所述比较器A3-A的正脚通过分压电阻连接于控制器内PCB板载变压器，所述比较器A3-A的输出脚连接于一光电耦合器U5，所述光电耦合器U5的负边回路中连接有晶体管Q5，所述晶体管Q5接收PCB板载变压器的第二电压，并具有信号输出端G，所述信号输出端G连接于所述晶闸管主开关3的信号输入端。
优选的，所述PCB板载变压器连接于所述比较器A3-A的正脚的第一电压值是稳定的15V。所述PCB板载变压器输出电压经过电阻R54、R55分压，作为稳定的参考电压。所述PCB板载变压器连接于所述晶体管Q5的第二电压值是5V。
下面介绍一下本发明的设计原理。
NTC热敏电阻4是直接连接电池组1和主电容6的，所以上电时，电流首先通过NTC热敏电阻4对主电容6充电。使用NTC热敏电阻4的原因在于；NTC热敏电阻的初始电阻约在几十欧姆，所以初始充电电流冲击约为几十安培，是完全安全的。随着充电持续，NTC热敏电阻受热其阻值变小，允许电流变大，但同时两侧电压差也减小，充电电流变小，总的充电电流呈缓慢下降趋势。而如果采用固定阻值电阻，一则电阻的瞬间耐焦耳值需要很大，价格昂贵，二则由于受到电压差下降电流减小这个唯一因素的影响，充电时间较长。这样，采用NTC热敏电阻比采用固定阻值电阻大大减小充电时间而且成本较为低廉。
对于晶闸管主开关而言，开通需要满足以下2个条件：
a：晶闸管承受正向电压；
b：流过晶闸管的电流必须满足一定的维持电流，通常约一百余毫安。
所以，初期电流仅仅通过NTC热敏电阻4对主电容6充电，而晶闸管主开关3不导通。
当主电容6预充电结束后，逆变驱动电路7启动，需要有较大电流流过预充电回路；此时，感应电阻5的两端的引出端DC+、I+之间具有电压降，该电压降是随着电流变化而变动。
具体如图2所示，首先由PCB板载变压器产生两组独立电压，分别为+15V/+5V,这个2个电压相对于DC+产生，所以其值始终保持稳定。第一电压+15V经过电阻R54、R55分压，产生一个稳定的参考电压输入比较器A3-A的正脚作为参考。
所述感应电阻5的两侧引出2组信号，分别为引出端DC+和I+，由于有电流流过，在所述感应电阻5的两侧会产生一个电压降V。相对于DC+，其电压降V是随着电流变化而变动的。这个电压降V经过仪表放大器电路处理后产生一个比较电压输入比较器A3的负脚。
由于该感应电阻5的阻值较小（通常在10毫欧以内），所以其上产生的电压降也较小，所以本发明的三个放大器U21-A、U21-C、U21-D构成一个仪器放大器电路，可以对微小的电压信号进行放大。侦测信号可以设计在10A左右触发回路。
本发明中，当引出端I+低于DC+一定数值的时候，比较器翻转，从而产生一个低电平，使光电耦合器U5导通。光电耦合器U5导通后，其负边3,4脚之间产生电流，使晶体管Q5导通，第二电压+5V通过晶体管Q5从而输出一个晶闸管主开关3的导通信号G，从而打开晶闸管主开关3。
本发明中，晶闸管主开关3可以被安装在控制器内部，A极接在电池组电压上，K极可以接在电路板上连接主电容回路，G极连接在电路板上，和上文所说的触发信号连接在一起。反馈二极管和充电电阻NTC皆焊接在电路板上，共同组成一个预充电回路。感应电阻通常为5~10毫欧的5W左右电阻，在电流较大时，可以选择2个或以上并联。主电容6可以选择铝电解电容或者薄膜电容，逆变开关器件多为IGBT模块。
简单来讲，本发明的预充电方法，包括如下步骤：
首先，电池组通电，通过NTC热敏电阻4对所述主电容6进行预充电；
随着充电持续，NTC热敏电阻4受热导致其阻值变小，则在电压稳定的条件下通过其电流变大，但同时其两侧电压差也减小，充电电流变小，总的充电电流呈缓慢下降趋势；
其次，当主电容6预充电结束后，逆变驱动电路7启动；此时，感应电阻5的两端的引出端DC+、I+之间具有电压降，该电压降是随着电流变化而变动；
当所述电压降高于预定值时，比较器A3-A翻转，导通光电耦合器U5，该光电耦合器U5的负边回路中产生电流，使晶体管Q5导通；此时，PCB板载变压器输出电压通过所述晶体管Q5输出一个晶闸管导通信号G，从而打开晶闸管主开关3，使电流通过晶闸管主开关3持续导通至电动汽车逆变驱动电路7。
当电动汽车的电动机8制动或减速时，所述晶闸管主开关3关闭，电流通过反馈二极管2反向导通输入至电池组1。
本发明的有益效果主要体现在：1、晶闸管价格低廉，尺寸较小，适合在控制器内安装，并且适合在高电压大电流环境下工作；2、实现晶闸管自动控制开关，无需软件进行控制，避免因为软件问题或回路故障损坏；3、完美实现控制器的预充电效果，避免对电池组以及控制器内回路产生冲击；4、完成作为弱电回路的自动控制电路与作为强电回路的电动机控制器回路的完美结合；5、为反馈能量提供了通道，进一步发挥电动汽车节能的优势。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有自动控制功能的预充电电路，连接在电动汽车的电池组（1）和控制器之间，所述控制器用于控制电动汽车的电动机（8），所述控制器至少包括起滤波作用的主电容（6）和逆变驱动电路（7），其特征在于：所述预充电电路包括由反馈二极管（2）、晶闸管主开关（3）、NTC热敏电阻（4）组成的并联电路，及与之串联的感应电阻（5），所述感应电阻（5）的两端各具有一个引出端，所述引出端（DC+、I+）均接入至一用于控制所述晶闸管主开关（3）的自动控制电路，所述自动控制电路的信号输出端（G）连接于所述晶闸管主开关（3）的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的具有自动控制功能的预充电电路，其特征在于：所述自动控制电路包括仪表放大器电路，所述仪表放大器电路的两个输入端分别为所述感应电阻（5）的两个引出端（DC+、I+），所述仪表放大器电路连接于一比较器（A3-A）的负脚，所述比较器（A3-A）的正脚连接于控制器内PCB板载变压器，所述比较器（A3-A）的输出脚连接于一光电耦合器（U5），所述光电耦合器（U5）的负边回路中连接有晶体管（Q5），所述晶体管（Q5）接收PCB板载变压器的第二电压，并具有信号输出端（G），所述信号输出端（G）连接于所述晶闸管主开关（3）的信号输入端。
3.根据权利要求2所述的具有自动控制功能的预充电电路，其特征在于：所述PCB板载变压器连接于所述比较器（A3-A）的正脚的第一电压值是稳定的15V。
4.根据权利要求3所述的具有自动控制功能的预充电电路，其特征在于：所述PCB板载变压器输出电压经过电阻（R54、R55）分压，作为稳定的参考电压。
5.根据权利要求2所述的具有自动控制功能的预充电电路，其特征在于：所述PCB板载变压器连接于所述晶体管（Q5）的第二电压值是5V。
6.根据权利要求1所述的具有自动控制功能的预充电电路，其特征在于：应用于电动汽车电机驱动器。
7.一种具有自动控制功能的预充电电路的预充电方法，其特征在于：包括如下步骤，
首先，电池组通电，通过NTC热敏电阻（4）对所述主电容（6）进行预充电；
随着充电持续，NTC热敏电阻（4）受热导致其阻值变小，则在电压稳定的条件下通过其电流变大，但同时其两侧电压差也减小，充电电流变小，总的充电电流呈缓慢下降趋势；
其次，当主电容（6）预充电结束后，逆变驱动电路（7）启动；此时，感应电阻（5）的两端的引出端（DC+、I+）之间具有电压降，该电压降是随着电流变化而变动；
当所述电压降高于预定值时，比较器（A3-A）翻转，导通光电耦合器（U5），该光电耦合器（U5）的负边回路中产生电流，使晶体管（Q5）导通；此时，PCB板载变压器输出电压通过所述晶体管（Q5）输出一个晶闸管导通信号G，从而打开晶闸管主开关（3），使电流通过晶闸管主开关（3）持续导通至电动汽车逆变驱动电路（7）。
8.根据权利要求7所述的具有自动控制功能的预充电电路的预充电方法，其特征在于：所述预定值为PCB板载变压器输出第一电压值。
9.根据权利要求8所述的具有自动控制功能的预充电电路的预充电方法，其特征在于：当电动汽车的电动机（8）制动或减速时，所述晶闸管主开关（3）关闭，电流通过反馈二极管（2）反向导通输入至电池组（1）。
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