CN107911026A - 用于电动汽车的转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明实施方式提供一种用于电动汽车的转换电路，属于电动汽车领域。所述转换电路包括：电压转换单元，用于将该转换电路的高压端口输入的高压电信号转换成低压的电信号或将该转换电路的低压端口输入的低压电信号转换成高压的电信号；整流单元，用于隔离该高压端口和低压端口的电信号，避免两端电信号相互影响；处理器，根据生成控制该电压转换单元和整流单元的电信号。该转换电路能够实现电源转换电路的双向通讯，解决了现有技术中车载电源的转换电路只能够单向导通的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，具体地涉及一种用于电动汽车的转换电路。
背景技术
传统新能源车载DC-DC电源一般都是单向工作，主要是将动力电池高压电转换成蓄电池低压电，目前主流电路有双管正激拓扑、移相全桥拓扑(如图3)，这些拓扑虽然电路结构简单，但是效率低、工作频率不高，体积大并需要额外散热等缺点，越来越不满足汽车主机厂的要求。目前国内外出现多级拓扑结构的DC-DC电源，该电路前级使用BUCK电路，将一定范围的动力电池电压转换成一定的直流输出电压，后级电路将直流输出电压使用全桥电路转换成隔离的给蓄电池充电的直流输出电压，该电路一定程度上提高了产品的效率，减少了体积。但是随着新能源汽车需求的增加，这样的电路无法逐渐无法满足电动汽车的使用要求。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种用于电动汽车的转换电路，该转换电路能够实现电源转换电路的双向通讯，解决了现有技术中车载电源的转换电路只能够单向导通的问题。
为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种电动汽车的转换电路，该转换电路可以包括：
电压转换单元，用于将高压端口输入的高压的直流电转换成低压的直流电或将接收到的低压的直流电转换成高压的直流电并通过高压端口输出；
电压转换单元包括：
第一电容器、第二电容器、第一场效应管、第二场效应管和第一电感器，第一场效应管的漏极与高压端口的正极端口连接，第一场效应管的源极与第一电感器的第一端连接，第一电感器的第二端与第二电容器的第一端连接，第二电容器的第二端与第二场效应管的源极连接，第二场效应管的源极与第一电容器的第二端连接，第一电容器的第一端与第一场效应管的漏极连接，第一电容器的第二端与高压端口的负极端口连接；
整流单元，整流单元包括：
第一整流模块，第一整流模块包括：第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管，第三场效应管的漏极与第一电感器的第二端连接，第三场效应管的源极与第四场效应管的漏极连接，第四场效应管的源极与第二电容器的第二端连接，第五场效应管的漏极与第三场效应管的漏极连接，第五场效应管的源极与第六场效应管的漏极连接，第六场效应管的源极与第四场效应管的源极连接；
第二电感器，第二电感器的第一端与第三场效应管的源极和第四场效应管的漏极之间的节点连接；
第二整流模块，第二整流模块包括：第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管，第九场效应管的漏极与低压端口的正极端口连接，第九场效应管的源极与第十场效应管的漏极连接，第十场效应管的源极与低压端口的负极端口连接，第七场效应管的漏极与第九场效应管的漏极连接，第七场效应管的源极与第八场效应管的漏极连接，第八场效应管的源极与第十场效应管的源极连接；
第三电感器，第三电感器的第二端与第七场效应管的源极和第八场效应管的漏极之间的节点连接；
互感器，互感器包括第一线圈和第二线圈，第一线圈的第一端与第二电感器的第二端连接，第二线圈的第二端与第五场效应管的源极和第六场效应管的漏极之间的节点连接，第二线圈的第一端与第三电感器的第一端连接，第二线圈的第二端与第九场效应管的源极和的第十场效应管的漏极之间的节点连接；
处理器，第一场效应管的栅极、第二场效应管的栅极、第三场效应管的栅极、第四场效应管的栅极、第五场效应管的栅极、第六场效应管的栅极、第七场效应管的栅极、第八场效应管的栅极、第九场效应管的栅极、第十场效应管的栅极与处理器的控制端连接，处理器用于：生成用于控制第一场效应管和第二场效应管交替导通的第一PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)信号和第二PWM信号。
可选地，转换电路可以进一步包括第一电流传感器，第一电流传感器设置在电压转换单元和高压端口之间，用于检测高压端口的电流大小；处理器进一步用于：判断高压端口的输入电流是否大于转换电路的最大允许输入电流；在判断输入电流大于最大允许输入电流的情况下，断开第一场效应管和第二场效应管。
可选地，处理器可以进一步用于：生成用于控制第三场效应管、第六场效应管、第七场效应管和第十场效应管的第三PWM信号和控制第四场效应管、第五场效应管、第八场效应管和第九场效应管的第四PWM信号。
可选地，转换电路可以进一步包括第一电压采集单元，第一电压采集单元包括：第一比较器，第一比较器的正相输入端与低压端口连接，第一比较器的反相输入端用于接收预设的斜波信号，第一比较器的输出端与处理器连接，用于向处理器发送根据比较结果生成的第五PWM信号，处理器还用于根据第五PWM信号生成第一PWM信号和第二PWM信号。
可选地，处理器还用于根据第五PWM信号生成第一PWM信号和第二PWM信号可以包括：处理器用于将第五PWM信号与第一方波信号进行与非运算以生成第一PWM信号，以及将第五PWM信号与第二方波信号进行与非运算以生成第二PWM信号，其中第一方波信号的相位与第二方波信号的相位相差180°。
可选地，第一电感器、第二电感器和第三电感器的电感系数相等，第一电容器和第二电容器的电容值相等，处理器进一步用于：根据公式(1)计算转换电路的谐振频率fr；
其中，Lr为电感系数，Cr为电容值；根据谐振频率生成第三PWM信号和第四PWM信号。
可选地，第三PWM信号的频率和第四PWM信号的频率相等，以及第三PWM信号的相位和第四PWM信号的相位相差180°。
可选地，转换电路进一步包括：上位机，上位机与处理器连接，上位机用于：控制处理器的启动和关闭；调节处理器的工作模式。
可选地，该转换电路可以进一步包括第二电流传感器，第二电流传感器设置在整流单元和低压端口之间，用于检测低压端口的电流大小；处理器进一步用于：判断低压端口的输入电流是否大于转换电路的最大允许输入电流；在判断输入电流大于最大允许输入电流的情况下，断开第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管。
可选地，转换电路可以进一步包括第二电压采集单元，第二电压采集单元包括：第二比较器，第二比较器的正相输入端与高压端口连接，第二比较器的反相输入端用于接收预设的斜波信号，第二比较器的输出端与处理器连接，用于向处理器发送根据比较结果生成的第六PWM信号，处理器还用于根据第六PWM信号生成第一PWM信号和第二PWM信号。
通过上述技术方案，该转换电路能够通过前端的电压转换单元实现电压的升高或降低，通过后端的整流电路实现输入和输出电压的隔离，避免了相互的影像，满足了现有的电动汽车的电源转换要求，提高了电源的电压转换效率。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一实施方式的用于电动汽车的转换电路的结构示意图；
图2是根据本发明的一实施方式的第一电压采集单元的结构示意图；
图3是根据本发明的一实施方式的第二电压采集单元的结构示意图；
图4是根据本发明的一实施方式的BUCK电路的结构示意图；
图5是根据本发明的一实施方式的BUCK电路的结构示意图；
图6是根据本发明的一实施方式的反馈单元的结构示意图；以及
图7是根据本发明的一实施方式的各PWM信号和通过第一电感器和第二电感器的电流的对应时序关系图。
附图标记说明
1、高压端口 2、低压端口
3、处理器 4、第一电流传感器
5、第一电压采集单元 6、第一比较器
7、上位机 8、第二电流传感器
9、第二电压采集单元 10、反馈单元
11、处理器 12、电流采样器
13、比较器 M1、第一场效应管
M2、第二场效应管 M3、第三场效应管
M4、第四场效应管 M5、第五场效应管
M6、第六场效应管 M7、第七场效应管
M8、第八场效应管 M9、第九场效应管
M10、第十场效应管 C1、第一电容器
C2、第二电容器 C3、第三电容器
C4、第四电容器 C5、第五电容器
C6、第六电容器 L1、第一电感器
L2、第二电感器 L3、第三电感器
L4、第四电感器 L5、第五电感器
R1、第一电阻 R2、第二电阻
D1、第一二极管 D2、第二二极管
D3、第三二极管 D4、第四二极管
K1、第一可控开关 K2、第二可控开关
S1、第一驱动电源 T、互感器
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
如图1所示是根据本发明的一实施方式的用于电动汽车的转换电路的示意图。在图1中该转换电路可以包括：电压转换单元，该电压转换单元用于在正向的工作模式下将高压端口1输入的高压的直流电转换成低压的直流电；在逆向的工作模式下将接收到的低压的直流电转换成高压的直流电并通过所述高压端口1输出。
在图1中，该电压转换单元可以包括：
第一电容器C1、第二电容器C2、第一场效应管M1、第二场效应管M2和第一电感器L1。第一场效应管M1的漏极与高压端口1的正极端口连接，第一场效应管M1的源极与第一电感器L1的第一端连接，该第一电感器C1的第二端与第二电容器C2的第一端连接，该第二电容器C2的第二端与第二场效应管M2的源极连接，该第二场效应管M2的源极与第一电容器C1的第二端连接，第一电容器C1的第一端与第一场效应管M1的漏极连接，第一电容器C1的第二端与高压端口1的负极端口连接。
该转换电路还可以包括整流单元，该整流单元可以包括：
第一整流模块，该第一整流模块可以包括：第三场效应管M3、第四场效应管M4、第五场效应管M5和第六场效应管M6。该第三场效应管M3的漏极与第一电感器L1的第二端连接，第三场效应管M3的源极与第四场效应管M4的漏极连接，该第四场效应管M4的源极与第二电容器C2的第二端连接，第五场效应管M5的漏极与第三场效应管M3的漏极连接，第五场效应管M5的源极与第六场效应管M6的漏极连接，第六场效应管M6的源极与第四场效应管M4的源极连接。
第二电感器L2，该第二电感器L2的第一端与第三场效应管M3的源极和第四场效应管M4的漏极之间的节点连接。
第二整流模块，第二整流模块包括：
第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9和第十场效应管M10。第九场效应管M9的漏极与低压端口2的正极端口连接，第九场效应管M9的源极与第十场效应管M10的漏极连接，第十场效应管M10的源极与低压端口2的负极端口连接，第七场效应管M7的漏极与第九场效应管M9的漏极连接，第七场效应管M7的源极与第八场效应管M8的漏极连接，第八场效应管M8的源极与第十场效应管M10的源极连接。
第三电感器L3，第三电感器L3的第二端与第七场效应管M7的源极和第八场效应管M8的漏极之间的节点连接。
互感器T，互感器T包括第一线圈和第二线圈。第一线圈的第一端与第二电感器L2的第二端连接，第二线圈的第二端与第五场效应管M5的源极和第六场效应管M6的漏极之间的节点连接，第二线圈的第一端与第三电感器L3的第一端连接，第二线圈的第二端与第九场效应管M9的源极和的第十场效应管M10的漏极之间的节点连接。
该转换电路还可以包括处理器3，第一场效应管M1的栅极、第二场效应管M2的栅极、第三场效应管M3的栅极、第四场效应管M4的栅极、第五场效应管M5的栅极、第六场效应管M6的栅极、第七场效应管M7的栅极、第八场效应管M8的栅极、第九场效应管M9的栅极、第十场效应管M10的栅极与处理器3的对应控制端连接。处理器3用于：生成用于控制第一场效应管M1和第二场效应管M2交替导通的第一PWM信号和第二PWM信号。
在本发明的一个示例中，该转换电路可以进一步包括第一电流传感器4，该第一电流传感器4设置在电压转换单元和高压端口1之间，用于检测高压端口1的电流大小。处理器3可以进一步用于：判断高压端口1的输入电流是否大于转换电路的最大允许输入电流；在判断该输入电流大于最大允许输入电流的情况下，断开第一场效应管M1和第二场效应管M2。在该实施方式中，断开第一场效应管M1和第二场效应管M2的功能可以是通过处理器3对该第一场效应管M1和第二场效应管M2的栅极输出低电平来实现。
在本发明的一个实施方式中，该处理器3可以进一步用于：生成用于控制第三场效应管M3、第六场效应管M6、第七场效应管M7和第十场效应管M10的第三PWM信号和控制第四场效应管M4、第五场效应管M5、第八场效应管M8和第九场效应管M9的第四PWM信号。
在本发明的一个实施方式中，该转换电路可以进一步包括第一电压采集单元5。如图2所示，该第一电压采集单元5可以包括：第一比较器6，该第一比较器6的正相输入端与低压端口2连接，在本发明的一个示例中，该第一比较器6的正相输入端和低压端口2之间可以连接有第一电阻R1，该第一电压采集单元5还可以包括第四电容器C4，该第四电容器C4的一端连接至低压端口2和第一电阻R1之间的节点，该第四电容器C4的另一端可以接地，这样便于滤出采集信号中的交流干扰信号。第一比较器6的反相输入端用于接收预设的斜波信号，第一比较器6的输出端与处理器3连接，用于向处理器3发送根据比较结果生成的第五PWM信号。处理器3接收到该第五PWM信号后，可以根据第五PWM信号生成第一PWM信号和第二PWM信号。在本发明的一个示例中，该处理器3可以将第五PWM信号与第一方波信号进行与非运算以生成第一PWM信号，以及将第五PWM信号与第二方波信号进行与非运算以生成第二PWM信号，由于第一场效应管M1和第二场效应管M2不能够同时导通，所以，在该实施方式中，该第一方波信号的相位与第二方波信号的相位可以相差180°。本领域技术人员也可以根据实际需要的控制策略来制定其他的方波信号对第五PWM信号进行与非运算。斜波信号可以通过斜波信号发生器来生成。
虽然图2中示出了第一电压采集单元5的特定的组件和电路结构，但是本领域技术人员可以理解，图2示出的是第一电压采集单元5的示例，因此第一电压采集单元5不限于图2示出的特定的示例。
在本发明的一个实施方式中，处理器3可以进一步用于：根据公式(1)计算转换电路的谐振频率fr；
其中，Lr为电感系数，Cr为电容值；并根据谐振频率生成第三PWM信号和第四PWM信号。在本发明的一个示例中，第三PWM信号的频率和第四PWM信号的频率可以是相等的，第三PWM信号的相位和第四PWM信号的相位相差180°。
在本发明的一个实施方式中，该转换电路可以进一步包括：上位机7，上位机7与处理器连接。上位机7可以用于：控制处理器3的启动和关闭；调节处理器3的工作模式。
在本发明的一个实施方式中，该转换电路可以进一步包括第二电流传感器8。该第二电流传感器8设置在整流单元和低压端口2之间，用于检测低压端口2的电流大小。处理器3可以进一步用于：判断低压端口2的输入电流是否大于转换电路的最大允许输入电流；在判断输入电流大于最大允许输入电流的情况下，断开第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9和第十场效应管M10。在本发明的一个实施方式中，该处理器3可以通过向第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9和第十场效应管M10的栅极输出低电平来实现断开第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9和第十场效应管M10的功能。
在本发明的一个实施方式中，该转换电路可以进一步包括第二电压采集单元9。如图3所示，第二电压采集单元9可以包括：第二比较器10，第二比较器10的正相输入端与高压端口1连接。在本发明的一个示例中，该第二比较器10的正相输入端和高压端口1之间可以连接有第二电阻R2。该第二电压采集单元9可以进一步包括第五电容器C5。该第五电容器C5的一端可以连接至第二电阻R2和高压端口1之间的节点，该第五电容器C5的另一端可以接地，这样便于滤出采集信号中的干扰交流信号。第二比较器10的反相输入端用于接收预设的斜波信号。在本发明的一个实施方式中，该斜波信号可以是通过信号发生器产生并输入该第二比较器10的反向输入端。为了使得电路的设计更加简便，在该实施方式中，该斜波信号也可以是处理器3直接产生并输入该第二比较器10的反相输入端。第二比较器10的输出端与处理器3连接，用于向处理器3发送根据比较结果生成的第六PWM信号。处理器3还可以用于根据第六PWM信号生成第一PWM信号和第二PWM信号。处理器根据第六PWM信号生成第一PWM信号和第二PWM信号的工作方式和处理器3对第五PWM信号的处理方式类似，此处不再赘述。
虽然图3中示出了第二电压采集单元9的特定的组件和电路结构，但是本领域技术人员可以理解，图3示出的是第二电压采集单元9的示例，因此第二电压采集单元9不限于图3示出的特定的示例。
在正向的工作模式下，第一电流传感器4检测高压端口1的输入电流。处理器3接收该输入电流并将该输入电流与预设的该转换电路的最大允许输入电流进行比较，在判断该输入电流大于预设的最大允许输入电流的情况下，向第一场效应管M1和第二场效应管M2的栅极输出低电压，使得第一场效应管M1和第二场效应管M2输出断开以启动该转换电路的第一保护模式，避免因为输入端的高强度电流损坏电子器件。
处理器3在判断该输入电流小于预设的最大允许输入电流的情况下，生成第一初始PWM信号和第二初始PWM信号以使得第一场效应管M1和第二场效应管M2交替导通。该高压端口1输入的电信号经过电压转换单元降压后，经过整流单元的第一整流模块进行整流(此时，该电信号被转换成交流电)，并通过互感器T传输至第二整流模块。其中，互感器T既能够导通第一整流模块和第二整流模块，也能够避免两个整流模块之间的电流相互影响。
该高压端口1输入的电信号经过第二整流模块后，转换为直流电。该直流电经过输出端的第三电容器C3滤波后，通过低压端口输出。
第一电压采集单元5用于采集低压端口2的电压。在本发明的一个实施方式中，该低压端口2为输出端口。第一电压采集单元5采集该低压端口2的输出电压。将该输出电压与预设的斜波信号进行比较，生成第五PWM信号。处理器3将该第五PWM信号与预设的第一方波信号进行与非运算，生成第一PWM信号(在该实施方式中，该第一PWM信号可以是用来替换之前用于控制第一场效应管M1的第一PWM信号)以控制第一场效应管M1，处理器3还将该第五PWM信号与预设的第二方波信号进行与非运算，生成第二PWM信号以控制第二场效应管M2(与第一PWM信号的替换方式类似)。工作人员可以通过调节斜波信号的幅度来控制该第五PWM信号的占空比，进而控制第一PWM信号和第二PWM信号的占空比，最终达到调节低压端口2的输出功率的目的。
在逆向的工作模式下，第二电流传感器8检测低压端口2的输入电流，处理器3接收该输入电流并将该输入电流与预设的该转换电路的最大允许输入电流进行比较。处理器3在判断该输入电流大于预设的最大允许输入电流的情况下，向第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9和第十场效应管M10输出低电平，使得第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9和第十场效应管M10断开以启动该转换电路的第二保护模式，避免因为输入端的高强度电流损坏电子器件。
在逆向的工作模式下，该转换电路的其他器件的工作方式和正向的工作模式相似，此处不再赘述。
工作人员也可以通过上位机7控制处理器3以调节该转换电路的工作模式。此外，该转换电路无论是在正向工作模式还是逆向工作模式下，该处理器3都根据公式(1)计算谐振频率fr，
其中，Lr为第一电感器L1、第二电感器L2和第三电感器L3的电感系数，Cr为第一电容器C1和第二电容器C2的电容值。处理器3还根据该谐振频率fr生成第三PWM信号和第四PWM信号。在本发明的一个示例中，该第三PWM信号和第四PWM信号的相位相差180度。通过上述谐振频率生成的第三PWM信号和第四PWM信号能够使得整流单元部分的各个场效应管在ZVS(Zero Voltage Switch，零电压开关)、ZCS(Zero Current Switch，零电流开关)的模式下工作，提高了电路的整体工作效率。
通过上述技术方案，该转换电路包括以下优点：
1、通过转换电路中的各个器件的特性计算该电路的各个PWM信号的频率，使得该电路在ZVS和ZCS的模式下工作，提高电路的整体工作效率。
2、通过转换电路中的电压转换单元和整流单元实现了高压端口1和低压端口2的隔离以及双向通讯，满足了电动汽车对电源的需求，降低了转换电路的设计成本。
图4是根据本发明的一实施方式的BUCK电路的结构示意图，在该图中，该BUCK电路可以包括：
第一BUCK单元，该第一BUCK单元可以包括第一可控开关K1、第一二极管D1和第四电感器L4，该第四电感器L4的第一端通过第一可控开关K1与电源的正极连接，第四电感器L4的第二端与输出端连接，第一二极管D1的负极与第四电感器L4的第一端连接，第一二极管D1的正极与电源的负极连接。
第二BUCK单元，包括第二可控开关K2、第二二极管D2和第五电感器L5，该第五电感器L5的第一端通过第二可控开关K2与电源的正极连接，第五电感器L5的第二端与输出端连接，第二二极管D2的负极与第五电感器L5的第一端连接，第二二极管D2的正极与电源的负极连接。
反馈单元10，与输出端连接，用于采集输出端的电压信号，并根据该电压信号反馈相应的反馈信号；
处理器11，用于根据反馈单元10输出的反馈信号生成分别用于调节第一可控开关K1和第二可控开关K2的第一PWM信号和第二PWM信号。
在该实施方式中，该电源的负极可以接地。
该处理器11可以为通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何其它类型的集成电路(IC)、状态机等。此外，该处理器11也可以选用例如型号为L6559、TL494、SG3525等的电源芯片。
在该实施方式中，该处理器11可以进一步用于在该BUCK电路接入电源时生成第一初始PWM信号和第二初始PWM信号。该第一初始PWM信号可以用于控制第一可控开关K1的导通和断开，该第二初始PWM信号可以用于控制第二可控开关K2的导通和断开。在该实施方式中，该第一初始PWM信号和第二初始PWM信号的相位相差半个周期(即180°)，那么，在该BUCK电路工作时，该第一可控开关K1和第二可控开关K2就会交替导通，使得第一可控开关K1和第二可控开关K2的电流应力减小，提高了该第一可控开关K1和第二可控开关K2的使用寿命。同时，减少输出端输出的电流的开关波纹。
在本发明的一个实施方式中，该BUCK电路还可以包括电流采样器12。如图5所示，该电流采样器12连接在第一可控开关K1和电源的正极之间，用于采集电源的输入电流大小。在该实施方式中，该处理器11可以进一步用于：根据该输入电流的大小判断该输入电流是否大于该BUCK电路的最大允许输入电流；在判断该输入电流大于最大允许输入电流的情况下，断开第一可控开关K1和第二可控开关K2，使得该BUCK电路进入保护保护模式，避免损坏电路器件。在该实施方式中，该电流采样器12可以为互感器，该互感器的一个线圈连接在电源的正极与第一可控开关K1之间，该互感线圈的另一个线圈可以与处理器11连接。
在本发明的一个实施方式中，反馈单元10可以包括比较器13。如图3所示，该比较器13的正相输入端可以与BUCK电路的输出端连接，该比较器13的反相输入端用于接收预设的斜波信号。在该实施方式中，该斜波信号可以是通过斜波信号发生器发出，也可以是直接通过处理器11产生，并通过该反相输入端输入。该比较器13通过将BUCK电路的输出端的电压信号与斜波信号比较，生成第三PWM信号，并将该第三PWM信号通过该比较器13的输出端发送至处理器11。
在本发明的一个实施方式中，该处理器11在接收到第三PWM信号后，将该第三PWM信号与预设的与该第三PWM信号同频率的第一方波信号进行与非运算，生成第一PWM信号以修正原本用于控制第一可控开关K1的第一初始PWM信号。该处理器11还用于在接收到第三PWM信号后，将该第三PWM信号与预设的与该第三PWM信号同频率的第二方波信号进行与非运算，生成第二PWM信号以修正原本用于控制第二可控开关K1的第二初始PWM信号。在该实施方式中，该第一方波信号和第二方波信号的相位可以是相反的(相位差180°)。在本发明的一个示例中，处理器11可以通过将调节该斜波信号的信号幅度来调节该第三PWM信号的占空比，以调节第一PWM信号和第二PWM信号的占空比，从而控制该BUCK电路的输出功率。在该实施方式中，该BUCK电路的输出端的正极和负极之间可以连接有电容器C1，该电容器C1用于滤出正负极间的交流信号。
在本发明的一个实施方式中，如图6所示，反馈单元还可以包括：第一驱动电源S1、第三二极管D3和第四二极管D4，该第三二极管D3的负极与第一驱动电源S1连接，第三二极管D3的正极与比较器13的输出端连接，该第四二极管D4的负极与第三二极管D3的正极连接，第四二极管D4的正极接地。
虽然图6中示出了反馈单元10的特定的组件和电路结构，但是本领域技术人员可以理解，图6示出的是反馈单元10的示例，因此反馈单元10不限于图6示出的特定的示例。
在该BUCK电路接入电源时，直流电经过电流采样器12(互感器)进入电路。处理器11与该电流采样器12连接，用于根据该电源的电流大小判断该电流是否大于该BUCK电路的最大允许输入电流。
在该电流小于最大允许输入电流的情况下，处理器11生成用于控制第一可控开关K1的第一初始PWM信号和用于控制第二可控开关K2的第二初始PWM信号。该第一初始PWM信号和第二初始PWM信号的相位相差半个周期，第一可控开关K1和第二可控开关K2交替导通。在该实施方式中，该交替导通的方式可以是：
在第一初始PWM信号为高电平时，第二初始PWM信号为低电平。此时，第一可控开关K1导通，电源经过第四电感器L4向输出端供电。
在第一初始PWM信号输出为低电平时，由于PWM信号的占空比的存在，此时，第二初始PWM信号输出暂时为低电平。此时，第一可控开关K1与第二可控开关K2均断开，此时，第四电感器L4开始续流。
在第二初始PWM信号为高电平时，第一初始PWM信号为低电平。此时，第一可控开关K1断开，第二可控开关K2导通。电源经过第五电感器L5向输出端供电。
在第二初始PWM信号为低电平时，由于PWM信号的占空比的存在，第一初始PWM信号暂时为低电平。此时，第二可控开关K2与第一可控开关K1军断开，第五电感器L5开始续流。
图7示出了该第一初始PWM信号(PWM1)、第二初始PWM信号(PWM2)、通过第四电感器L4和通过第五电感器L5的电流之间的时序关系。
反馈单元10将输出端的信号通过比较器13与预设的斜波信号(在该实施方式中，该斜波信号可以是工作人员根据用电器的额定功率在处理器11中预设的)进行比对，根据比对结果生成第三PWM信号。处理器11将该第三PWM信号和与该第三PWM信号同频率的第一方波信号进行与非运算，生成第一PWM信号以修正第一初始PWM信号(在该实施方式中，该修正方式可以是直接替换)；处理器11将该第三PWM信号和与第一方波信号同频率且相位相差半个周期的第二方波信号进行与非运算，生成第二PWM信号以修正第二初始PWM信号。
通过上述技术方案，该BUCK电路的技术效果如下：
1、通过两个BUCK单元分别输出电流，使得该电路的工作频率相对现有技术提高了一倍，在输出端的电流的电流开关波纹也相应减少了一半。
2、通过两个BUCK单元交错连接，在应用的过程中不仅能够应用到现有技术中的BUCK电路的应用领域，还能够在通过提高电路的功率等级来应用到其他高功率电路中。
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。
Claims (10)
1.一种用于电动汽车的转换电路，其特征在于，所述转换电路包括：
电压转换单元，用于将高压端口输入的高压的直流电转换成低压的直流电或将接收到的低压的直流电转换成高压的直流电并通过所述高压端口输出；
所述电压转换单元包括：
第一电容器、第二电容器、第一场效应管、第二场效应管和第一电感器，所述第一场效应管的漏极与所述高压端口的正极端口连接，所述第一场效应管的源极与所述第一电感器的第一端连接，所述第一电感器的第二端与所述第二电容器的第一端连接，所述第二电容器的第二端与所述第二场效应管的源极连接，所述第二场效应管的源极与所述第一电容器的第二端连接，所述第一电容器的第一端与所述第一场效应管的漏极连接，所述第一电容器的第二端与所述高压端口的负极端口连接；
整流单元，所述整流单元包括：
第一整流模块，所述第一整流模块包括：第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管和第六场效应管，所述第三场效应管的漏极与所述第一电感器的第二端连接，所述第三场效应管的源极与所述第四场效应管的漏极连接，所述第四场效应管的源极与所述第二电容器的第二端连接，所述第五场效应管的漏极与所述第三场效应管的漏极连接，所述第五场效应管的源极与所述第六场效应管的漏极连接，所述第六场效应管的源极与所述第四场效应管的源极连接；
第二电感器，所述第二电感器的第一端与所述第三场效应管的源极和所述第四场效应管的漏极之间的节点连接；
第二整流模块，所述第二整流模块包括：第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管和第十场效应管，所述第九场效应管的漏极与所述低压端口的正极端口连接，所述第九场效应管的源极与所述第十场效应管的漏极连接，所述第十场效应管的源极与所述低压端口的负极端口连接，所述第七场效应管的漏极与所述第九场效应管的漏极连接，所述第七场效应管的源极与所述第八场效应管的漏极连接，所述第八场效应管的源极与所述第十场效应管的源极连接；
第三电感器，所述第三电感器的第二端与所述第七场效应管的源极和所述第八场效应管的漏极之间的节点连接；
互感器，所述互感器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的第一端与所述第二电感器的第二端连接，所述第二线圈的第二端与所述第五场效应管的源极和所述第六场效应管的漏极之间的节点连接，所述第二线圈的第一端与所述第三电感器的第一端连接，所述第二线圈的第二端与所述第九场效应管的源极和所述的第十场效应管的漏极之间的节点连接；
处理器，所述第一场效应管的栅极、所述第二场效应管的栅极、所述第三场效应管的栅极、所述第四场效应管的栅极、所述第五场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极、所述第七场效应管的栅极、所述第八场效应管的栅极、所述第九场效应管的栅极、所述第十场效应管的栅极与所述处理器的控制端连接，所述处理器用于：生成用于控制所述第一场效应管和第二场效应管交替导通的第一脉冲带宽调制PWM信号和第二PWM信号。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的转换电路，其特征在于，所述转换电路进一步包括第一电流传感器，所述第一电流传感器设置在所述电压转换单元和所述高压端口之间，用于检测所述高压端口的电流大小；
所述处理器进一步用于：
判断所述高压端口的输入电流是否大于所述转换电路的最大允许输入电流；
在判断所述输入电流大于所述最大允许输入电流的情况下，断开所述第一场效应管和所述第二场效应管。
3.根据权利要求1所述的用于电动汽车的转换电路，其特征在于，所述处理器进一步用于：
生成用于控制所述第三场效应管、所述第六场效应管、所述第七场效应管和所述第十场效应管的第三PWM信号和控制所述第四场效应管、所述第五场效应管、所述第八场效应管和所述第九场效应管的第四PWM信号。
4.根据权利要求1所述的用于电动汽车的转换电路，其特征在于，所述转换电路进一步包括第一电压采集单元，所述第一电压采集单元包括：第一比较器，所述第一比较器的正相输入端与所述低压端口连接，所述第一比较器的反相输入端用于接收预设的斜波信号，所述第一比较器的输出端与所述处理器连接，用于向所述处理器发送根据比较结果生成的第五PWM信号，所述处理器还用于根据所述第五PWM信号生成所述第一PWM信号和所述第二PWM信号。
5.根据权利要求4所述的用于电动汽车的转换电路，其特征在于，所述处理器还用于根据所述第五PWM信号生成所述第一PWM信号和所述第二PWM信号包括：
所述处理器用于将所述第五PWM信号与第一方波信号进行与非运算以生成所述第一PWM信号，以及将所述第五PWM信号与第二方波信号进行与非运算以生成所述第二PWM信号，其中所述第一方波信号的相位与所述第二方波信号的相位相差180°。
6.根据权利要求3所述的用于电动汽车的转换电路，其特征在于，所述第一电感器、所述第二电感器和所述第三电感器的电感系数相等，所述第一电容器和所述第二电容器的电容值相等，所述处理器进一步用于：
根据公式(1)计算所述转换电路的谐振频率fr；
<mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
<msqrt>
<mrow>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<msub>
<mi>C</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
</mrow>
</msqrt>
</mrow>
</mfrac>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，Lr为所述电感系数，Cr为所述电容值；
根据所述谐振频率生成所述第三PWM信号和所述第四PWM信号。
7.根据权利要求6所述的用于电动汽车的转换电路，其特征在于，所述第三PWM信号的频率和所述第四PWM信号的频率相等，以及所述第三PWM信号的相位和所述第四PWM信号的相位相差180°。
8.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述转换电路进一步包括：上位机，所述上位机与所述处理器连接，所述上位机用于：
控制所述处理器的启动和关闭；
调节所述处理器的工作模式。
9.根据权利要求8所述的转换电路，其特征在于，所述转换电路进一步包括第二电流传感器，所述第二电流传感器设置在所述整流单元和所述低压端口之间，用于检测所述低压端口的电流大小；
所述处理器进一步用于：
判断所述低压端口的输入电流是否大于所述转换电路的最大允许输入电流；
在判断所述输入电流大于所述最大允许输入电流的情况下，断开所述第七场效应管、所述第八场效应管、所述第九场效应管和所述第十场效应管。
10.根据权利要求1所述的用于电动汽车的转换电路，其特征在于，所述转换电路进一步包括第二电压采集单元，所述第二电压采集单元包括：第二比较器，所述第二比较器的正相输入端与所述高压端口连接，所述第二比较器的反相输入端用于接收预设的斜波信号，所述第二比较器的输出端与所述处理器连接，用于向所述处理器发送根据比较结果生成的第六PWM信号，所述处理器还用于根据所述第六PWM信号生成所述第一PWM信号和所述第二PWM信号。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108809095A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-13 | 深圳市瑞能实业股份有限公司 | 一种应用于三相交流电网的双向交直流变换电路及装置 |
Citations (4)
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| CN105634288A (zh) * | 2016-01-04 | 2016-06-01 | 河南理工大学 | 一种基于超级电容器储能系统的双向dc/dc变换器拓扑 |
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