CN107579658A - 一种可并联的低压大电流双向dc/dc直流电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，应用于电动叉车的大功率驱动电源，根据叉车大小不同，对电源的功率需求也不同，因此根据不同功率等级需求的叉车，采用电源并联的方式实现扩容就可以满足需求。另外，从节能角度考虑，可以在叉车刹车或者工作台下降过程中将叉车动能以及工作台重力势能回馈给供电电池，因此叉车驱动电源的功率流需要实现双向流动。本发明中的一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，单模块功率等级为6kW,可以实现高效率运行，功率密度高，体积小重量轻，同时具有CAN通信接口，针对不同功率等级的叉车需求，可实现多模块并联运行，各模块之间通过通信协调控制。

Description

一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源

技术领域

本发明是一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，属于能源技术领域。

背景技术

由于环境污染问题日益严重，各类柴汽油机车尾气是对空气造成污染的主要原因之一，由于大功率叉车功率等级高，原来的柴油或汽油叉车在工作时会释放出大量的尾气污染环境，近些年随着电池技术的发展，电动叉车的概念逐渐变为现实，本应用为应用于电动叉车的大功率驱动电源，根据叉车大小不同，对电源的功率需求也不同，因此根据不同功率等级需求的叉车，采用电源并联的方式实现扩容就可以满足需求。另外，从节能角度考虑，可以在叉车刹车或者工作台下降过程中将叉车动能以及工作台重力势能回馈给供电电池，因此叉车驱动电源的功率流需要实现双向流动。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，包括：空气开关K1，输入处理电路板B1，三路并联电路板B2，三路并联电感L1～L3，输出处理电路板B3，控制板B4，辅助电源板B5，显示电路板B6，机箱外壳W，散热器S，散热风扇F1、散热风扇F2，进线航插接口P1，出线航插接口P2，通信接口T1，其特征在于：所述外壳W的后侧内部设有散热风扇F1和散热风扇F2以及进线航插接口P1和出线航插接口P2，所述进线航插接口P1即为高压侧输入端DCin+和DCin-，所述进线航插接口P1与空气开关K1相连接，然后与输入处理电路板B1的防雷电路相连，所述防雷电路的输出与输入处理电路板B1内的高压侧预充电环节相连，所述输入处理电路板B1的高压侧预充电环节的输出接三路并联电路板B2的高压侧采样电路，所述高压侧采样电路接输入滤波电容C1，所述滤波电容C1的正负两端接三路并联斩波电路，所述三路并联斩波电路再接输出侧的三路并联电感L1～L3，所述三路并联电感L1～L3连接输出处理电路板B3的三路保险FU3～FU5,三路保险再连接三路电流检测分流器FL1～FL3，三路电流检测分流器FL1～FL3输出侧并在一起，经输出滤波电容C2，所述输出滤波电容C2正极连接低压侧预充电环节，低压侧预充电环节经压敏电阻RV4后，再经输出侧采样分压电阻R3和R4后至输出端DCout+和DCout-，散热风扇F1和散热风扇F2供电电路DLfan分别连接输出端DCout+和DCout-，其中，DCout+在散热风扇F1和散热风扇F2供电电路DLfan中经温控开关St后连接至散热风扇F1和散热风扇F2正极端，DCout-直接连接至散热风扇F1和散热风扇F2的负极端，外壳W的前侧机箱面板设有显示电路板B6以及通信接口T1。

作为本发明的一种优选实施方式，所述进线航插接口P1和出线航插接口P2分别位于外壳W最后侧的两端，所述散热风扇F1和散热风扇F2在外壳W最后侧的中间位置，位于进线航插接口P1和出线航插接口P2的中间；所述散热器S位于外壳W内部后侧，所述三路并联电路板B2位于散热器S的上端，所述输入处理电路板B1位于外壳W内部右侧前端，即散热器S前端右侧位置；所述控制板B4位于散热器S前端，输入处理电路板B1的左侧；所述辅助电源板B5位于控制板B4的前端，输入处理电路板B1的左侧；所述三路并联电感L1～L3位于外壳W内部左前侧，散热器S的前端，10控制板B4的左侧；所述输出处理电路板B3位于外壳W内部左前侧，三路并联电感L1～L3的前端，辅助电源板B5的左侧；所述通信接口T1位于外壳W的最前端机箱面板最左侧，所述显示电路板B6位于外壳W的最前端机箱面板中间部分，所述空气开关K1位于外壳W的最前端机箱面板最右侧。

作为本发明的一种优选实施方式，所述输入处理电路板B1包括并不限于：熔断器FU1、压敏电阻RV1、压敏电阻RV2、压敏电阻RV3、放电管G1、软起继电器KM1、防反二极管D1、软起电阻R1、熔断器FU2。

作为本发明的一种优选实施方式，所述三路并联电路板B2包括并不限于：电流霍尔传感器H1、限流电阻Rx、电压霍尔传感器H2、输入滤波电容C1、斩波桥臂1、斩波桥臂2、斩波桥臂3。

作为本发明的一种优选实施方式，所述输出处理电路板B3包括并不限于：熔断器FU1、熔断器FU2、熔断器FU3、分流器FL1、分流器FL2、分流器FL3、输出滤波电容C2、软起继电器KM2、熔断器FU6、软起电阻R2、防反二极管D2、压敏电阻RV4、采样电阻R3和R4、接地电容C3和C4。

作为本发明的一种优选实施方式，所述辅助电源板B5的正负输入端为直流母线正极DC+和直流母线负极DC-，输出为+15V端口、-15V端口、5V端口以及AGND端口，所述辅助电源板B5为控制板B4、显示电路板B6以及电流霍尔传感器H1和电压霍尔传感器H2供电。

作为本发明的一种优选实施方式，所述控制板B4包括并不限于：供电、继电器KM1和KM2控制信号输入、开关管S1～S6驱动信号输出、硬件故障信号输入、控制开关量输入输出、关键点温度采样信号输入、AD采样信号输入、CAN通讯以及参数显示信号输出。

本发明的一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，有益效果如下：

本发明开关器件选用MOSFET功率开关管，开关频率可达到100kHz，单个模块内采用三路斩波桥臂并联的形式，另外三路桥臂通过各自移相120°实现交错并联控制，这样可以大大降低输出电流纹波，因此通过高的开关频率以及三路桥臂之间的交错并联控制，可以大大降低输出滤波电感及电容的体积，整体上提高该电源的功率密度。本发明提出将电源输出端DCout+定义为模拟地AGND，这样AGND就可以作为输出侧电压采样以及电流采样的参考地，因此可以采用分流器采样三路电流，采用分压电阻的形式采样输出电压，这样可以避免输出侧采用霍尔传感器进行采样，大大降低了成本，也提高了采样精度。本发明可以实现多模块的并联，各模块之间通过通信协调控制，可针对不同叉车功率等级需求实现扩容，可实现功率流双向流动，可将叉车和动能以及工作台势能回馈给供电电池，这样大大提高了系统效率，增加了叉车工作时间，也提高了电池的利用率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源电路原理图。

图2为本发明一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源整体结构俯视图。

图中：1.外壳W、2.散热器S、3.三路并联电感L1～L3、4.输出处理电路板B3、5.通信接口T1、6.显示电路板B6、7.空气开关K1、8.辅助电源板B5、9.输入处理电路板B1、10.控制板B4、11.三路并联电路板B2、12.进线航插接口P1、13.散热风扇F1、14.散热风扇F2、15.出线航插接口P2。

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。

请参阅图1-图2，本发明提供一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，包括：空气开关K17，输入处理电路板B19，三路并联电路板B211，三路并联电感L1～L33，输出处理电路板B34，控制板B410，辅助电源板B58，显示电路板B66，机箱外壳W 1，散热器S 2，散热风扇F113、散热风扇F214，进线航插接口P112，出线航插接口P215，通信接口T15，其特征在于：所述外壳W 1的后侧内部设有散热风扇F113和散热风扇F214以及进线航插接口P112和出线航插接口P215，所述进线航插接口P112即为高压侧输入端DCin+和DCin-，所述进线航插接口P112与空气开关K17相连接，然后与输入处理电路板B19的防雷电路相连，所述防雷电路的输出与输入处理电路板B19内的高压侧预充电环节相连，所述输入处理电路板B19的高压侧预充电环节的输出接三路并联电路板B211的高压侧采样电路，所述高压侧采样电路接输入滤波电容C1，所述滤波电容C1的正负两端接三路并联斩波电路，所述三路并联斩波电路再接输出侧的三路并联电感L1～L33，所述三路并联电感L1～L33连接输出处理电路板B34的三路熔断器FU3～FU5,三路熔断器FU3～FU5再连接三路电流检测分流器FL1～FL3，三路电流检测分流器FL1～FL3输出侧并在一起，经输出滤波电容C2，所述输出滤波电容C2正极连接低压侧预充电环节，压侧预充电环节经压敏电阻RV4后，再经输出侧采样分压电阻R3和R4后至输出端DCout+和DCout-，散热风扇F113和散热风扇F214供电电路DLfan分别连接输出端DCout+和DCout-，其中，DCout+在散热风扇F113和散热风扇F214供电电路DLfan中经温控开关St后连接至散热风扇F113和散热风扇F214正极端，DCout-直接连接至散热风扇F113和散热风扇F214的负极端，外壳W 1的前侧机箱面板设有显示电路板B66以及通信接口T15。

请参阅图1和图2，作为本发明的一种优选实施方式，所述进线航插接口P112和出线航插接口P215分别位于外壳W 1最后侧的两端，所述散热风扇F113和散热风扇F214在外壳W 1最后侧中间位置，位于进线航插接口P112和出线航插接口P215的中间；所述散热器S2位于外壳W 1内部后侧，所述三路并联电路板B211位于散热器S 2的上端，所述输入处理电路板B19位于外壳W 1内部右侧前端，即散热器S 2前端右侧位置；所述控制板B410位于散热器S 2前端，输入处理电路板B19的左侧；所述辅助电源板B58位于控制板B410的前端，输入处理电路板B19的左侧；所述三路并联电感L1～L33位于外壳W 1内部左前侧，散热器S 2的前端，控制板B410的左侧；所述输出处理电路板B34位于外壳W 1内部左前侧，三路并联电感L1～L33的前端，辅助电源板B58的左侧；所述通信接口T15位于外壳W 1的最前端机箱面板最左侧，所述显示电路板B66位于外壳W 1的最前端机箱面板中间部分，所述空气开关K17位于外壳W1的最前端机箱面板最右侧。

请参阅图1和图2，作为本发明的一种优选实施方式，所述输入处理电路板B19包括并不限于：熔断器FU1、压敏电阻RV1、压敏电阻RV2、压敏电阻RV3、放电管G1、软起继电器KM1、防反二极管D1、软起电阻R1、熔断器FU2。

请参阅图1和图2，作为本发明的一种优选实施方式，所述三路并联电路板B211包括并不限于：电流霍尔传感器H1、限流电阻Rx、电压霍尔传感器H2、输入滤波电容C1、斩波桥臂1、斩波桥臂2、斩波桥臂3。

请参阅图1和图2，作为本发明的一种优选实施方式，所述输出处理电路板B34包括并不限于：熔断器FU1、熔断器FU2、熔断器FU3、分流器FL1、分流器FL2、分流器FL3、输出滤波电容C2、软起继电器KM2、熔断器FU6、软起电阻R2、防反二极管D2、压敏电阻RV4、采样电阻R3和R4、接地电容C3和C4。

请参阅图1和图2，作为本发明的一种优选实施方式，所述辅助电源板B58的正负输入端为直流母线正极DC+和直流母线负极DC-，输出为+15V端口、-15V端口、5V端口以及AGND端口，所述辅助电源板B58为控制板B410、显示电路板B66以及电流霍尔传感器H1和电压霍尔传感器H2供电。

请参阅图1和图2，作为本发明的一种优选实施方式，所述控制板B410包括并不限于：供电、继电器KM1和KM2控制信号输入、开关管S1～S6驱动信号输出、硬件故障信号输入、控制开关量输入输出、关键点温度采样信号输入、AD采样信号输入、CAN通讯以及参数显示信号输出。

一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，其连接方式如下：电源高压侧输入端DCin+和DCin-，DCin+和DCin-接双路空气开关K1的正负输入端，双路空气开关K1的正极输出端DCK+接熔断器FU1的一端，熔断器FU1的另一端接压敏电阻RV1和压敏电阻RV3的一端，同时接软起继电器KM1的一端和防反二极管D1的一端，压敏电阻RV1的另一端接放电管G1的一端和压敏电阻RV2的一端，放电管G1的另一端接机箱外壳W,压敏电阻RV2的另一端和压敏电阻RV3的另一端接双路空气开关K1的负极输出端DCK-，防反二极管D1的另一端接软起电阻R1的一端，软起电阻R1的另一端接熔断器FU2的一端，熔断器FU2的另一端和软起继电器KM1的另一端同时接输入侧电流霍尔传感器H1的输入端，电流霍尔传感器H1的输出端接直流母线正极DC+以及输入侧电压采样限流电阻Rx的一端，限流电阻Rx的另一端接输入侧电压霍尔传感器H2的一端，输入侧滤波电容C1的一端接直流母线正极DC+，输入侧滤波电容C1的另一端以及电压霍尔传感器H2的另一端接直流母线负极DC-,且直流母线负极DC-与空气开关K1的负极输出端DCK-为同一端。三路并联斩波电路中斩波桥臂1的1端口、斩波桥臂2的1端口和斩波桥臂3的1端口接在直流母线正极DC+，斩波桥臂1的3端口、斩波桥臂2的3端口和斩波桥臂3的3端口接在直流母线负极DC-，斩波桥臂1的2端口接三路并联滤波电感L1～L3中的滤波电感L1的一侧，斩波桥臂2的2端口接三路并联滤波电感L1～L3中的滤波电感L2的一侧，斩波桥臂3的2端口接三路并联滤波电感L1～L3中的滤波电感L3的一侧，三路并联滤波电感L1～L3中的滤波电感L1的另一侧接熔断器FU3的一侧，三路并联滤波电感L1～L3中的滤波电感L2的另一侧接熔断器FU4的一侧，三路并联滤波电感L1～L3中的滤波电感L3的另一侧接熔断器FU5的一侧，熔断器FU3的另一侧接三路电流检测分流器FL1～FL3中分流器FL1的正极+，熔断器FU4的另一侧接三路电流检测分流器FL1～FL3中分流器FL2的正极+，熔断器FU5的另一侧接三路电流检测分流器FL1～FL3中分流器FL3的正极+，三路电流检测分流器FL1～FL3中分流器FL1的负极-、三路电流检测分流器FL1～FL3中分流器FL2的负极-和三路电流检测分流器FL1～FL3中分流器FL3的负极-并在一起接输出滤波电容C2的一端，同时接软起继电器KM2的一端以及熔断器FU6的一端。熔断器FU6的另一端接软起电阻R2的一端，软起电阻R2的另一端接防反二极管D2的一端，防反二极管D2的另一端和软起继电器KM2的另一端同时接至输出正极DCout+上。输出滤波电容C2的另一端接到输出负极DCout-上，且DCout-与直流母线负极DC-及空气开关K1的负极输出端DCK-为同一端，压敏电阻RV4一端接输出正极DCout+，压敏电阻RV4另一端接输出负极DCout-。电压采样电阻R3和R4串联在一起且与输出滤波电容C2并联。散热风扇供电电路DLfan中温控开关St一端接输出正极DCout+,温控开关St另一端接散热风扇的输入正极Vin+,散热风扇的输入负极Vin-接电源输出负极DCout-。接地电容C3的一侧接电源输出正极DCout+，接地电容C4的一侧接电源输出负极DCout-。接地电容C3的另一侧和接地电容C4的另一侧同时接至接机箱外壳W。同时定义电源输出正极DCout+为模拟参考地AGND。

本发明开关器件选用MOSFET功率开关管，开关频率可达到100kHz，单个模块内采用三路斩波桥臂并联的形式，另外三路桥臂通过各自移相120°实现交错并联控制，这样可以大大降低输出电流纹波，因此通过高的开关频率以及三路桥臂之间的交错并联控制，可以大大降低输出滤波电感及电容的体积，整体上提高该电源的功率密度。本发明提出将电源输出端DCout+定义为模拟地AGND，这样AGND就可以作为输出侧电压采样以及电流采样的参考地，因此可以采用分流器采样三路电流，采用分压电阻的形式采样输出电压，这样可以避免输出侧采用霍尔传感器进行采样，大大降低了成本，也提高了采样精度。本发明可以实现多模块的并联，各模块之间通过通信协调控制，可针对不同叉车功率等级需求实现扩容，可实现功率流双向流动，可将叉车和动能以及工作台势能回馈给供电电池，这样大大提高了系统效率，增加了叉车工作时间，也提高了电池的利用率。

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,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，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，各实施例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。

Claims (7)

1.一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，包括：空气开关K1(7)，输入处理电路板B1(9)，三路并联电路板B2(11)，三路并联电感L1～L3(3)，输出处理电路板B3(4)，控制板B4(10)，辅助电源板B5(8)，显示电路板B6(6)，机箱外壳W(1)，散热器S(2)，散热风扇F1(13)、散热风扇F2(14)，进线航插接口P1(12)，出线航插接口P2(15)，通信接口T1(5)，其特征在于：所述外壳W(1)的后侧内部设有散热风扇F1(13)和散热风扇F2(14)以及进线航插接口P1(12)和出线航插接口P2(15)，所述进线航插接口P1(12)即为高压侧输入端DCin+和DCin-，所述进线航插接口P1(12)与空气开关K1(7)相连接，然后与输入处理电路板B1(9)的防雷电路相连，所述防雷电路的输出与输入处理电路板B1(9)内的高压侧预充电环节相连，所述输入处理电路板B1(9)的高压侧预充电环节的输出接三路并联电路板B2(11)的高压侧采样电路，所述高压侧采样电路接输入滤波电容C1，所述滤波电容C1的正负两端接三路并联斩波电路，所述三路并联斩波电路再接输出侧的三路并联电感L1～L3(3)，所述三路并联电感L1～L3(3)连接输出处理电路板B3(4)的三路保险FU3～FU5,三路保险再连接三路电流检测分流器FL1～FL3，三路电流检测分流器FL1～FL3输出侧并在一起，经输出滤波电容C2，所述输出滤波电容C2正极连接低压侧预充电环节，低压侧预充电环节经压敏电阻RV4后，再经输出侧采样分压电阻R3和R4后至输出端DCout+和DCout-，散热风扇F1(13)和散热风扇F2(14)供电电路DLfan分别连接输出端DCout+和DCout-，其中，DCout+在散热风扇F1(13)和散热风扇F2(14)供电电路DLfan中经温控开关St后连接至散热风扇F1(13)和散热风扇F2(14)正极端，DCout-直接连接至散热风扇F1(13)和散热风扇F2(14)的负极端，外壳W(1)的前侧面板设有显示电路板B6(6)以及通信接口T1(5)。

2.根据权利要求1所述的一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，其特征在于：所述进线航插接口P1(12)和出线航插接口P2(15)分别位于外壳W(1)最后侧的两端，所述散热风扇F1(13)和散热风扇F2(14)在外壳W(1)最后侧的中间位置，位于进线航插接口P1(12)和出线航插接口P2(15)的中间；所述散热器S(2)位于外壳W(1)内部后侧，所述三路并联电路板B2(11)位于散热器S(2)的上端，所述输入处理电路板B1(9)位于外壳W(1)内部右侧前端，即散热器S(2)前端右侧位置；所述控制板B4(10)位于散热器S(2)前端，输入处理电路板B1(9)的左侧；所述辅助电源板B5(8)位于控制板B4(10)的前端，输入处理电路板B1(9)的左侧；所述三路并联电感L1～L3(3)位于外壳W(1)内部左前侧，散热器S的前端，10控制板B4的左侧；所述输出处理电路板B3(4)位于外壳W(1)内部左前侧，三路并联电感L1～L3(3)的前端，辅助电源板B5(8)的左侧；所述通信接口T1(5)位于外壳W(1)的最前端机箱面板最左侧，所述显示电路板B6位于外壳W(1)的最前端机箱面板中间部分，所述空气开关K1(7)位于外壳W(1)的最前端机箱面板最右侧。

3.根据权利要求1所述的一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，其特征在于：所述输入处理电路板B1(9)包括并不限于：熔断器FU1、压敏电阻RV1、压敏电阻RV2、压敏电阻RV3、放电管G1、软起继电器KM1、防反二极管D1、软起电阻R1、熔断器FU2。

4.根据权利要求1所述的一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，其特征在于：所述三路并联电路板B2(11)包括并不限于：电流霍尔传感器H1、限流电阻Rx、电压霍尔传感器H2、输入滤波电容C1、斩波桥臂1、斩波桥臂2、斩波桥臂3。

5.根据权利要求1所述的一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，其特征在于：所述输出处理电路板B3(4)包括并不限于：熔断器FU1、熔断器FU2、熔断器FU3、分流器FL1、分流器FL2、分流器FL3、输出滤波电容C2、软起继电器KM2、熔断器FU6、软起电阻R2、防反二极管D2、压敏电阻RV4、采样电阻R3和R4、接地电容C3和C4。

6.根据权利要求1所述的一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，其特征在于：所述辅助电源板B5(8)的正负输入端为直流母线正极DC+和直流母线负极DC-，输出为+15V端口、-15V端口、5V端口以及AGND端口，所述辅助电源板B5(8)为控制板B4(10)、显示电路板B6(6)以及电流霍尔传感器H1和电压霍尔传感器H2供电。

7.根据权利要求1所述的一种可并联的低压大电流双向DC/DC直流电源，其特征在于：所述控制板B4(10)包括并不限于：供电、继电器KM1和KM2控制信号输入、开关管S1～S6驱动信号输出、硬件故障信号输入、控制开关量输入输出、关键点温度采样信号输入、AD采样信号输入、CAN通讯以及参数显示信号输出。