CN107666177A - 电源切换电路、电动助力转向系统以及新能源汽车 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种电源切换电路、电动助力系统以及新能源汽车，其中电源切换电路包括：检测模块，用于检测当前向负载供电的电源的供电状态；脉宽调制控制模块，用于在检测模块检测到当前向负载供电的电源为异常供电状态时，输出脉宽调制信号；隔离式变换调压模块，用于在接收到脉宽调制模块输出的脉宽调制信号时，将另一电源的电压调整为负载适用的电压；输出模块，用于输出负载适用的电压。待切换电源可以为任意电源，不受电源电压等级的影响，并且，通过脉宽调制信号控制调压模块可以较为精确的输出所需的电压。适用范围广，降低成本。

Description

电源切换电路、电动助力转向系统以及新能源汽车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及到一种电源切换电路、电动助力 转向系统以及新能源汽车。

背景技术

通常负载的供电电源为一个电源，在电源供电故障时，可能导致负载 停止工作，在负载停止工作时可能会导致较多问题，例如在电动助力转向 系统中为电机提供电能的通常为汽车的动力电池，动力电池出现故障，动 力电池无输出，电机不能启动，导致电动助力转向系统失效，在行驶的过 程中不能转向，危及行车及人员安全。

现有技术中的电源切换电路采用动力电池和储蓄电池两个电源，控制 器判断两个电源的电压范围，动力电池电压小于第一预设值时且储蓄电池 电压大于第二预设值时，控制器控制储蓄电池与负载之间的继电器闭合， 由储蓄电池供电。然而，由于两个电源为同一个负载供电，上述两个电源 必须为相同电压等级的储蓄电池，适应范围较小，且成本较高。

因此，如何简便的切换电源成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于较为简便的切换电源。

为此，根据第一方面，本发明实施例提供了一种电源切换电路，用于 切换向负载供电的电源，电路包括：检测模块，用于检测当前向负载供电 的电源的供电状态，检测到所述当前向负载供电的电源为异常供电状态时， 发出电源切换指令；脉宽调制控制模块，用于接收到所述检测模块发出的 电源切换指令，启动脉宽调制控制功能运行；调压模块，用于在脉宽调制 控制模块的控制下，将另一电源的电压调整为负载适用的电压；输出模块，用于合并所述当前向负载供电的电源通道和所述调压模块输出的电源通道 以形成唯一的输出通道并输出至负载。

可选地，检测模块包括：光电耦合器，与当前向负载供电的电源连接， 检测当前向负载供电的电源的供电极性和电压量级是否正常，在当前向负 载供电的电源异常时，输出用于表征异常供电状态的信号。

可选地，检测模块还包括：指令输出电路，用于根据所述用于表征异 常供电状态的信号输出所述电源切换指令。

可选地，检测模块还包括：电磁兼容电路，设置在光耦合器和当前向 负载供电的电源之间，用于去除当前向负载供电的电源的电磁干扰信号。

可选地，调压模块还用于将另一电源与输出模块进行电气隔离。

可选地，输出模块包括：功率级线或逻辑电路，用于将当前向负载供 电的电源通道和调压模块输出的电源通道通过线或逻辑形成唯一的输出通 道并输出至负载。

可选地，包括：整流滤波模块，用于对隔离电压变换模块输出的电源 进行整流滤波，并将整流滤波后的电压输出到输出模块。

可选地，包括：稳压反馈模块，设置在整流滤波模块与脉宽调制控制 模块之间，用于稳定调压模块输出的电压。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种电动助力转向系统，包括： 电机；主电源，用于向电机供电；至少一个辅助电源，用于在主电源的供 电状态为异常供电状态时向电机供电；上述第一方面任意一项描述的电源 切换电路，用于切换主电源和至少一个辅助电源向电机供电。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种新能源汽车，包括：上述第 二方面描述的电动助力转向系统。

本发明实施例提供的电源切换电路、电动助力系统以及新能源汽车， 检测模块，用于检测当前向负载供电的电源的供电状态；脉宽调制控制模 块，用于在检测模块检测到当前向负载供电的电源为异常供电状态时，输 出脉宽调制信号；调压模块，用于在接收到脉宽调制模块输出的脉宽调制 信号时，将另一电源的电压调整为负载适用的电压；输出模块，用于输出 负载适用的电压。待切换电源可以为任意电源，不受电源电压等级的影响，并且，通过脉宽调制信号控制调压模块可以较为精确的输出所需的电压。 适用范围广，降低成本。

本发明实施例提供的电源切换电路、电动助力系统以及新能源汽车， 高电压动力电池系统作为主电源，当车辆行驶中该主驱动电源发生故障等 紧急情况下，通过电源切换电路启动独立的辅助电源作电机驱动的能源， 并将该辅助电源变换为与主驱动电源电压相近的形式以匹配电动助力转向 系统电机的运行，避免了行车中失去转向操控功能。提高用户驾车的安全 性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的电源切换电路模块化的示意图；

图2示出了本发明实施例的电源切换电路的示意图；

图3示出了本发明实施例的电动助力转向系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术 语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以 是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以 是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连 通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而 言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种电源切换电路，用于切换向负载供电的电源， 如图1所示，该电路可以包括：检测模块10，用于检测当前向负载供电的 电源的供电状态；脉宽调制控制模块20，用于在检测模块检10测到当前向 负载供电的电源为异常供电状态时，输出脉宽调制信号；调压模块30，用 于在接收到脉宽调制模块20输出的脉宽调制信号时，将另一电源的电压调 整为负载适用的电压；输出模块40，用于输出负载适用的电压。在具体的 实施例中，检测模块10的输入侧连接当前向负载供电的电源，其输出侧连 接输出模块40第一输入端A；检测模块10能够检测当前向负载供电的电 源的供电状态，并将检测结果发送至脉宽调制控制模块20。在本实施例中， 在图1中以当前向负载供电的电源为主电源，另一电源为辅助电源示例性 的示出。

在本实施例中，检测模块可以检测到当前向负载供电的电源电压突然 变小，即供电状态异常，并能发送供电异常状态信号，例如，检测模块10 可以包括光电耦合器13，与当前向负载供电的电源连接，并在连通的通路 上可以串联一个限流电阻，当前向负载供电的电源正常的情况下通过限流 电阻限流，例如，电流为10mA，使得光电耦合器13点亮，输出正常供电 状态信号，在本实施例中，正常供电状态信号可以为高电平也可以为低电 平，在当前向负载供电的电源异常时，驱动光电耦合器13的电流不足以点 亮光电耦合器13，光电耦合器13输出供电异常状态信号，在本实施例中， 供电异常状态信号可以为高电平，可以为低电平，与正常供电状态信号电 平相反。在本实施例中，由于光电耦合器13为电气隔离器件，检测模块可 以将当前向负载供电的电源与脉宽调制控制模块进行电气隔离。

在本实施例中，检测模块10还可以包括比较电路，将当前向负载供电 的电源的电压与基准电压进行比较，在当前向负载供电的电源的电压高于 基准电压时，输出正常供电状态信号，在当前向负载供电的电源的电压低 于基准电压时，输出异常供电状态信号，在本实施例中，正常供电状态信 号可以为高电平，异常状态信号可以为低电平。所称基准电压可以根据经 验设置。

在本实施中，脉宽调制控制模块20在检测模块10输出正常供电状态 信号时，脉宽调制控制模块20不工作，在异常状态信号的触发下，脉宽调 制控制模块输出脉宽调制信号，脉宽调制信号作用于调压模块30，调压模 块根据脉宽调制信号的占空比启动工作，对另一电源进行电压调整，并调 整至负载适用的电压，在本实施例中，电压调整模块采用DC/DC升压电路， 例如推挽正激变换器和隔离boost变换器，可以根据脉宽调制信号将电压升至负载适用的电压。

在本实施例中，输出模块40的第一输入端A连接在当前向负载供电的 电源上第二输入端B连接在调压模块30的输出端上，其输出端输出负载适 用的电压，具体的，输出模块40可以将当前向负载供电的电源的电压与调 压模块输出的电压进行线或逻辑计算，并根据计算结果输出，例如，当前 向负载供电的电源为主电源，电压为300V，另一电源为辅助电源，电压为 48V，辅助电源经调压模块30调压后，电压达到与主电压相似的电压，例 如295V，在本实施例中，对辅助电源调压后，调整后的电压相比于主电源 的电压小，在输出模块中，如果主电源回复正常，输出模块可以屏蔽变压 后的辅助电源，输出主电源。

检测模块检测当前向负载供电的电源的供电状态；脉宽调制控制模块， 用于在检测模块检测到当前向负载供电的电源为异常供电状态时，输出脉 宽调制信号；调压模块，用于在接收到脉宽调制模块输出的脉宽调制信号 时，将另一电源的电压调整为负载适用的电压；输出模块，用于输出负载 适用的电压。待切换电源可以为任意电源，不受电源电压等级的影响，并 且，通过脉宽调制信号控制调压模块可以较为精确的输出所需的电压。适用范围广，降低成本。

为保证检测模块检测的准确性，在可选的实施例中，检测模块10还可 以包括：电磁兼容电路11，设置在光耦合器和当前向负载供电的电源之间， 用于去除当前向负载供电的电源的电磁干扰信号。电磁干扰信号可以影响 到检测电源是否异常的准确性，在本实施例中，在对电源的供电装填进行 检测时，加入电磁兼容电路11，可以较为有效去除电磁干扰信号。

在可选地实施例中，在检测模块10和脉宽调制控制模块20之间还可 以包括指令输出电路12，与脉宽调制控制模块20用于接收异常状态信号， 并将异常状态信号转换为电源切换指令。在本实施例中，指令输出电路12 采用数字逻辑电路或者微控制器可以实现上述功能。

在另一电源的负极为用户使用的工具时，例如，电动车仪表的电源， 负极为车身，在动力电池故障时，切换至仪表的电源为负载供电，由于动 力电池与负载连接，如果仪表的电源与负载无电气隔离，可能发生触电的 危险，在可选地实施例中，调压模块30还用于将另一电源与输出模块40 进行电气隔离。在本实施例中，调压模块30为隔离电压变换装置，具体的 可以为推挽正激变换器和隔离boost变换器等直流隔离升压变压器，如图2 所示，QN11、QN12、QN21、QN22为功率开关管，或者选用耐压60V 以上、工作电流100A以上的其他功率开关亦可。推挽功率开关变压器T1 选用功率铁氧体磁芯结构。可以对另一电源进行升压，同时变压器T1起到 电气隔离的作用。

在可选的实施例中，输出模块还可以包括线或逻辑电路41，用于将当 前向负载供电的电源的电压和调压模块输出的电压后通过线或逻辑输出负 载适用的电压。

在可选的实施例中，还包括整流滤波模块50，用于对调压模块30输出 的电源进行整流滤波，并将整流滤波后的电压输出到输出模块40。具体的 如图2所示，变压器T1的次级绕组连接二极管D1、D2、D3、D4组成并 进行缓冲滤波变换为与当前向负载供电的电源的电压相近的直流电源，同 时，型整流二极管D1、D2还构成正极性的输出模块的第二输入端B通道。

稳压反馈模块60，设置在整流滤波模块50与脉宽调制控制模块20之 间，用于稳定隔离电压变换模块输出的电压。在图2中所示，次级输出电 压还经过整流和取样隔离反馈至U31的引脚1构成稳压反馈。通过稳压反 馈可以使得调压模块输出的电压更为稳定。

本发明实施例还提供了一种电动助力转向系统，如图3所示，包括： 电机100；主电源200，可以为新能源汽车中的高电压动力电池系统，用于 向电机供电；辅助电源300，可以为新能源汽车中的辅助仪表电源，用于在 主电源200的供电状态为异常供电状态时，向电机100供电；上述实施例 描述的电源切换电路400，用于切换主电源200和辅助电源300向电机100 供电。在本实施例中，电源切换电路400能够主电源200的异常状态产生 电源切换指令并用该指令控制电源切换电路400运行，即在主电源故障状 态时自动启动电源切换电路400运行；独立的辅助电源300通过电源切换 电路400的输入，电源切换电路400运行时将辅助电源300转换为与主电 源相近的电压并输出到电机100。以驱动电机运行。

高电压动力电池系统作为主电源，当车辆行驶中该主驱动电源发生故 障等紧急情况下，通过电源切换电路启动独立的辅助电源作电机驱动的能 源，并将该辅助电源变换为与主驱动电源电压相近的形式以匹配电动助力 转向系统电机的运行，避免了行车中失去转向操控功能。提高用户驾车的 安全性

本发明实施例还提供了一种新能源汽车，包括上述实施例中描述的电 动助力系统。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在 不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和 变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种电源切换电路，用于切换向负载供电的电源，其特征在于，所述电路包括：

检测模块，用于检测当前向负载供电的电源的供电状态，检测到所述当前向负载供电的电源为异常供电状态时，发出电源切换指令；

脉宽调制控制模块，用于接收到所述检测模块发出的电源切换指令，启动脉宽调制控制功能运行；

调压模块，在所述脉宽调制控制模块的控制下，将另一电源的电压调整为所述负载适用的电压；

输出模块，用于合并所述当前向负载供电的电源通道和所述调压模块输出的电源通道以形成唯一的输出通道并输出至所述负载。

2.如权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述检测模块包括：

光电耦合器，与所述当前向负载供电的电源连接，检测所述当前向负载供电的电源的供电极性和电压量级是否正常，在所述当前向负载供电的电源异常时，输出用于表征异常供电状态的信号。

3.如权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，所述检测模块包括：指令输出电路，用于根据所述用于表征异常供电状态的信号输出所述电源切换指令。

4.如权利要求2所述的电源切换电路，其特征在于，所述检测模块还包括：电磁兼容电路，设置在所述光耦合器和所述当前向负载供电的电源之间，用于去除所述当前向负载供电的电源的电磁干扰信号。

5.如权利要求1所述的电源切换电路其特征在于，所述调压模块还用于将所述另一电源与所述输出模块进行电气隔离。

6.如权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，所述输出模块包括：

功率级线或逻辑电路，用于将所述当前向负载供电的电源通道和所述调压模块输出的电源通道通过线或逻辑唯一的输出通道并输出至所述负载。

7.如权利要求1所述的电源切换电路，其特征在于，还包括：整流滤波模块，用于对所述调压模块输出的电源进行整流滤波，并将整流滤波后的电压输出到所述输出模块。

8.如权利要求7所述的电源切换电路，其特征在于，还包括：

稳压反馈模块，设置在所述整流滤波模块与脉宽调制控制模块之间，用于稳定所述调压模块输出的电压。

9.一种电动助力转向系统，其特征在于，包括：

电机；

主电源，用于向所述电机供电；

至少一个辅助电源，用于在所述主电源的供电状态为异常供电状态时向所述电机供电；

如权利要求1-8任意一项所述的电源切换电路，用于切换所述主电源和所述至少一个辅助电源向所述电机供电。

10.一种新能源汽车，其特征在于，包括：如权利要求9所述的电动助力转向系统。