CN107294381A - 提供差分电压的装置和方法以及直流-直流转换器 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于提供差分电压的装置和方法、直流(DC)‑DC转换器以及包括该DC‑DC转换器的混合动力汽车。用于提供差分电压的装置包括：辅助电源产生部件，连接到第一电源，被配置为产生辅助电源；电压提供部件，被配置为接收第二电源和辅助电源，并输出辅助电源和第二电源中的一个；以及输出部件，被配置为向外部提供由电压提供部件输出的电源和第一电源。

Description

提供差分电压的装置和方法以及直流-直流转换器
技术领域
本公开实施例涉及一种用于提供差分电压的装置和方法、直流(DC)-DC转换器以及包括该DC-DC转换器的混合动力汽车。
背景技术
在混合动力汽车中，为了利用诸如电动压缩机、电加热器、动力转向和电动泵等高电力负载，定义额外的48V电池系统级别。在该48V电池系统与14V电池系统之间需要布置DC-DC转换器。
图1示出在48V电池系统与14V电池系统之间连接DC-DC转换器的示意图，其中，单元1和单元2是DC-DC转换器的两个主电路。在该电路连接中，当在电容器C2上没有电压时如果接通开关S1，则会发生电弧放电效应。为了尽可能地减少该电弧放电效应，通常需要预充电功能，即首先将电容器C2从0V预充电到48V，然后再接通开关S1来开始传递电力。
通常，需要控制电路来控制和/或实现该预充电功能，并且该控制电路需要差分电压来正常工作，因此，需要一种能为控制电路的正常工作提供差分电压的机制。
发明内容
根据本公开实施例，提供一种用于提供差分电压的装置，包括：辅助电源产生部件，连接到第一电源，被配置为产生辅助电源；电压提供部件，被配置为接收第二电源和辅助电源，并输出辅助电源和第二电源中的一个；以及输出部件，被配置为向外部提供由电压提供部件输出的电源和第一电源。
在一个例子中，所述辅助电源产生部件包括半波整流电路，并且所述辅助电源的参考地是所述第一电源的正极端。
在一个例子中，所述半波整流电路包括：浮置绕组，该浮置绕组的第一端连接到第一电源，且第二端连接到第一二极管的阴极；第一二极管，该第一二极管的阳极连接到所述电压提供部件；和电容器，连接在浮置绕组的第一端和第一二极管的阳极之间。
在一个例子中，所述辅助电源产生部件是反激式转换器的次级部分，并且所述反激式转换器的初级部分连接到所述第一电源。
在一个例子中，所述电压提供部件包括：第二二极管，该第二二极管的阴极连接到专用于第二电源的端口，且阳极连接到所述输出部件；和第三二极管，该第三二极管的阴极连接到所述辅助电源产生部件，且阳极连接到所述输出部件。
在一个例子中，所述第二二极管和第三二极管的阳极端彼此连接，并且在所述专用于第二电源的端口与所述第二电源之间连接有一开关。
在一个例子中，当所述开关断开时，所述电压提供部件经由所述第三二极管输出所述辅助电源，并且当所述开关接通时，所述电压提供部件经由所述第二二极管输出所述第二电源。
在一个例子中，所述装置被配置为使用所输出的差分电压向控制电路提供差分电压，以便控制直流DC-DC转换器。
在一个例子中，所述电压提供部件输出的电源和第一电源之间的电压差大于或等于10V。
根据本公开另一实施例，提供一种被配置为在第一电源和第二电源之间转换电压的直流DC-DC转换器，包括：第一端口，被配置为连接到第一电源；第二端口，被配置为连接到第二电源；转换部件，连接在第一端口和第二端口之间；第一电容器(C1)，连接在第一端口和地之间，所述地被配置为连接到第一电源的负极引脚和第二电源的负极引脚；第二电容器(C2)，连接在第二端口和地之间；以及安全器件，连接到第一端口，并被配置为连接到第一电源和前述装置，其中，通过所述装置输出的差分电压来控制所述DC-DC转换器。
根据本公开再一实施例，提供一种包括前述DC-DC转换器的混合动力汽车。
根据本公开再一实施例，提供一种提供差分电压的方法，包括：以第一电源为参考地产生辅助电源；以及向外部提供第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个。
在一个例子中，向外部提供第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个包括：在接通第二电源以前，向外部提供第一电源和所述辅助电源；以及在接通第二电源以后，向外部提供第一电源和所述第二电源。
在一个例子中，向外部提供第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个包括使用所输出的差分电压向控制电路提供差分电压，以便控制直流DC-DC转换器。
在一个例子中，第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个之间的电压差大于或等于10V。
因此，根据本公开实施例，输出部件所提供的电源和第一电源之间具有电压差，所以可以提供差分电压，从而其他电路可以利用该差分电压来正常工作。
附图说明
通过以下借助附图的详细描述，将会更容易地理解本公开，其中相同的标号指定相同结构的单元，并且在其中：
图1示出在48V电池系统与14V电池系统之间连接DC-DC转换器的示意图；
图2示出根据本公开实施例的用于提供差分电压的装置的示意性框图；
图3示出根据本公开实施例的装置与用于控制和/或实现预充电功能的控制电路的连接示意图；
图4示出根据本公开实施例的用于提供差分电压的装置与控制电路的具体电路的示意图；以及
图5示出根据本公开实施例的提供差分电压的方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图2示出根据本公开实施例的用于提供差分电压的装置200的示意性框图。
如图2中所示，该装置200包括辅助电源产生部件201、电压提供部件202和输出部件203。
辅助电源产生部件201连接到第一电源，被配置为产生辅助电源。电压提供部件202被配置为接收第二电源和辅助电源，并输出辅助电源和第二电源中的一个。输出部件203被配置为向外部提供由电压提供部件输出的电源和第一电源。
在一个例子中，第一电源例如为14V，并且第二电源例如为48V。
因此，根据本公开实施例，输出部件203所提供的电源和第一电源之间具有电压差，所以装置200可以提供差分电压，从而其他电路可以利用该差分电压来正常工作。
图3示出根据本公开实施例的装置200与用于控制和/或实现预充电功能的控制电路的连接示意图。
如图3中所示，装置200连接在第一电源(14V)和第二电源(48V)之间，并且向控制电路提供两路电压输出。该控制电路控制DC-DC转换器中的主电路、诸如单元1和单元2处于升压模式。装置200输出的两路电压是差分电压，使得控制电路能够正常工作并利用该差分电压来控制所述DC-DC转换器。
图4示出根据本公开实施例的用于提供差分电压的装置与控制电路的具体电路的示意图。
在图4中，控制电路被示出为例如德州仪器的LM5170，但是显然控制电路可以被具体化为其他任何合适的电路。在图4中仅示出了单元1和单元2，但是本领域人员应当明白，DC-DC转换器的主电路的个数不限于两个，还可以更多或更少。
如图4中所示，辅助电源产生部件(Auxiliary Power Supply，APS)201可以包括半波整流电路，并且所述辅助电源的参考地是第一电源(14V)的正极端。
根据本公开实施例，半波整流电路可以包括浮置绕组、第一二极管D1和电容器C3。
浮置绕组的第一端连接到第一电源(14V)，且第二端连接到第一二极管D1的阴极。第一二极管D1的阳极连接到电压提供部件202。电容器C3连接在浮置绕组的第一端和第一二极管D1的阳极之间。
辅助电源产生部件201基于第一电源(14V)可以产生12V/P14V的假电压信号，该假电压信号相对于地的电压可以为12V+14V＝26V。
辅助电源产生部件201可以是反激式转换器的次级部分，并且反激式转换器的初级部分连接到所述第一电源(14V)。辅助电源产生部件201从反激式转换器的初级部分汲取电力，以便提供辅助电源。也就是说，反激式转换器的初级部分从第一电源14V汲取电力，以便向辅助电源产生部件201提供能量，以便传递辅助电源。
如图4中所示，电压提供部件202可以包括第二二极管D2和第三二极管D3。
第二二极管D2的阴极连接到专用于第二电源(48V)的端口，且阳极连接到输出部件203。第三二极管D3的阴极连接到辅助电源产生部件201，且阳极连接到输出部件203。
此外，第二二极管D2和第三二极管D3的阳极端彼此连接。因此，在图4中，D2和D3被示出为并联连接到LM5170的VIN端口，以向LM5170提供辅助电源12V/P14V或第二电压48V。
在一个例子中，在专用于第二电源(48V)的端口与所述第二电源之间连接有一开关S1。当开关S1断开时，电压提供部件202经由第三二极管D3输出辅助电源12V/P14V，并且当开关S1接通时，电压提供部件202经由第二二极管D2输出第二电源48V。
此外，第三二极管D3可以防止当第一二极管和电容器C3短路时在48V端口与14V端口之间发生短路，并且第二极管D2可以防止当C2短路时14V电池系统发生短路。
输出部件203可以简单地被具体化为分别连接到D2和D3的导线。
这样，当开关S1未被接通之前，装置200可以向控制电路提供第一电源14V和辅助电源12V/P14V，从而控制电路可以接收到具有12V电压差的差分电压。当开关S1被接通之后，装置200可以向控制电路提供第一电源14V和第二电源48V，从而控制电路可以接收到具有34V电压差的差分电压。因此，装置200可以被配置为使用所输出的差分电压向例如LM5170的控制电路提供差分电压，以便控制直流DC-DC转换器。
具体地，对于LM5170而言，为了确保电路断路器功能，其需要接收具有大于10V的电压差的差分电压，并且根据本公开实施例的装置200至少可以提供具有12V电压差的差分电压，因此，利用根据本公开实施例的装置200，LM5170即使在开关S1断开时也能够正常工作。
虽然在图4中示出DC-DC转换器的主电路仅包括两个主电路单元1和单元2，但是可以明白，LM5170还可以驱动4路电路等等。
此外，通过调整装置200、尤其是辅助电源产生部件201中各组件的大小，可以保证电压提供部件202输出的电源和第一电源14V之间的电压差大于或等于10V。
此外，因为利用分立的模拟器件来实现装置200，所以结构简单且成本低廉。
控制电路连接到DC-DC转换器的安全器件。如图4中所示，安全器件包括两个共源极安全金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。两个安全MOSFET可以是N型MOSFET。
C2的预充电过程分为两个阶段，在第一阶段中，C1和C2被从0V充电到14V；并且在第二阶段中，C2被继续充电到48V。两个共源极安全MOSFET仅在第一阶段起作用，而在第二阶段中，两个共源极安全MOSFET均被导通，起到导线作用。
根据本公开实施例，参考图4，还提供一种被配置为在第一电源(例如，14V)和第二电源(例如，48V)之间转换电压的直流DC-DC转换器，包括第一端口、第二端口、第一电容器(C1)、第二电容器(C2)和安全器件。
第一端口、例如用于第一电源的端口被配置为连接到第一电源(14V)。第二端口、例如用于第二电源的端口被配置为连接到第二电源(48)。转换部件，连接在第一端口和第二端口之间。这里，转换部件是例如单元1和单元2的DC-DC转换器的主电路。第一电容器(C1)连接在第一端口和地之间，地被配置为连接到第一电源的负极引脚和第二电源的负极引脚。第二电容器(C2)连接在第二端口和地之间。安全器件连接到第一端口，并被配置为连接到第一电源，并且连接到如上所述的装置200。安全器件例如是如图4中所示的两个共源极安全MOSFET。
通过装置200输出的差分电压来控制DC-DC转换器。
此外，本公开实施例还提供一种包括如上所述的DC-DC转换器的混合动力汽车。
图5示出根据本公开实施例的提供差分电压的方法500的示意性流程图。
如图5中所示，在方法500的S510，以第一电源为参考地产生辅助电源。在S520，向外部提供第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个。
因此，根据本公开实施例，所提供的电源和第一电源之间具有电压差，所以可以提供差分电压，从而其他电路可以利用该差分电压来正常工作
在一个例子中，向外部提供第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个包括：在接通第二电源以前，向外部提供第一电源和所述辅助电源；以及在接通第二电源以后，向外部提供第一电源和所述第二电源。
在一个例子中，向外部提供第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个包括使用所输出的差分电压向控制电路提供差分电压，以便控制直流DC-DC转换器。
在一个例子中，第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个之间的电压差大于或等于10V。
应当注意的是，为了清楚和简明，在图2至图4中仅示出了与本发明实施例相关的部分，但是本领域技术人员应当明白，图2至图4中所示出的设备或器件可以包括其他必要的单元。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种用于提供差分电压的装置，包括：
辅助电源产生部件，连接到第一电源，被配置为产生辅助电源；
电压提供部件，被配置为接收第二电源和辅助电源，并输出辅助电源和第二电源中的一个；以及
输出部件，被配置为向外部提供由电压提供部件输出的电源和第一电源。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述辅助电源产生部件包括半波整流电路，并且所述辅助电源的参考地是所述第一电源的正极端。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述半波整流电路包括：
浮置绕组，该浮置绕组的第一端连接到第一电源，且第二端连接到第一二极管的阴极；
第一二极管，该第一二极管的阳极连接到所述电压提供部件；和
电容器，连接在浮置绕组的第一端和第一二极管的阳极之间。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其中，所述辅助电源产生部件是反激式转换器的次级部分，并且所述反激式转换器的初级部分连接到所述第一电源。
5.根据权利要求1-4中的一个所述的装置，其中，所述电压提供部件包括：
第二二极管，该第二二极管的阴极连接到专用于第二电源的端口，且阳极连接到所述输出部件；和
第三二极管，该第三二极管的阴极连接到所述辅助电源产生部件，且阳极连接到所述输出部件。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二二极管和第三二极管的阳极端彼此连接，并且在所述专用于第二电源的端口与所述第二电源之间连接有一开关。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，当所述开关断开时，所述电压提供部件经由所述第三二极管输出所述辅助电源，并且当所述开关接通时，所述电压提供部件经由所述第二二极管输出所述第二电源。
8.根据权利要求1-7中的任何一个所述的装置，其中，所述装置被配置为使用所输出的差分电压向控制电路提供差分电压，以便控制直流DC-DC转换器。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述电压提供部件输出的电源和第一电源之间的电压差大于或等于10V。
10.一种被配置为在第一电源和第二电源之间转换电压的直流DC-DC转换器，包括：
第一端口，被配置为连接到第一电源；
第二端口，被配置为连接到第二电源；
转换部件，连接在第一端口和第二端口之间；
第一电容器(C1)，连接在第一端口和地之间，所述地被配置为连接到第一电源的负极引脚和第二电源的负极引脚；
第二电容器(C2)，连接在第二端口和地之间；以及
安全器件，连接到第一端口，并被配置为连接到第一电源和根据权利要求1-9中的任一个所述的装置，
其中，通过所述装置输出的差分电压来控制所述DC-DC转换器。
11.一种包括根据权利要求10所述的DC-DC转换器的混合动力汽车。
12.一种提供差分电压的方法，包括：
以第一电源为参考地产生辅助电源；以及
向外部提供第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，向外部提供第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个包括：
在接通第二电源以前，向外部提供第一电源和所述辅助电源；以及
在接通第二电源以后，向外部提供第一电源和所述第二电源。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，向外部提供第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个包括使用所输出的差分电压向控制电路提供差分电压，以便控制直流DC-DC转换器。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，第一电源以及所述辅助电源和第二电源中的一个之间的电压差大于或等于10V。
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