CN108880244A - 电动汽车dc-dc变换器同步整流控制电路 - Google Patents

电动汽车dc-dc变换器同步整流控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供电动汽车DC‑DC变换器同步整流控制电路，包括输出电流采样电路、一级信号放大电路、二级信号比较电路、开关控制电路、同步整流开启电路，输出电流采样电路输入端连接至电动汽车DC‑DC变换器输出电流采样电阻的两端，输出电流采样电路输出端与一级信号放大电路输入端连接，一级信号放大电路输出端与二级信号比较电路输入端连接，二级信号放大电路输出端与开关控制电路输入端连接，开关控制电路输出端与同步整流开启电路输入端连接，同步整流开启电路输出端与PWM控制电路连接。本发明能够在DC‑DC变换器空载或输出负载较小时，控制PWM控制器的同步信号使能无法开启，使PWM控制器关闭同步整流驱动，防止开关管误导通被烧毁；提高电源的可靠性。

Description

电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域，尤其涉及电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路。
背景技术
电动汽车因其绿色、环保、节能等特点已成为行业发展的方向。在电动汽车领域，DC-DC变换器为关键部件，DC-DC变换器的输出电压主要由电池电压决定，电池电压一般为12V或24V,通常DC-DC变换器的输出电压在14V或28V左右，而DC-DC变换器的输出功率多在1KW以上，常见的有1.0KW、1.2KW、1.5KW、2.0KW、3.0KW等；尤其当DC-DC变换器输出电压较低时，如14V 1KW DC-DC变换器的额定最大输出电流为72.5A，瞬时峰值电流为86A。部分DC-DC变换器采用传统的肖特基二极管整流，最高效率约在92％，用MOSFET管作同步整流时，效率可达95％，明显降低了损耗，且DC-DC变换器拓扑多采用软开关技术，如LLC，移相全桥等，现有的PWM控制器在开关电源DC-DC变换器中应用广泛，具有同步整流输出驱动信号，满足了高转换效率电源必须有同步整流驱动信号输出的要求，但因布线或其它干扰，当DC-DC变换器空载或输出轻载时，PWM控制器检测初级开关管电流，决定同步整流驱动是否开启，但因干扰等原因，有时即使输出空载，初级开关管电流检测信号可能为干扰信号，也会错误开启输出同步整流信号，从而导致开关管误导通被烧毁。
发明内容
本发明正是基于上述技术问题至少之一，提出了电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，当DC-DC变换器空载或输出轻载时，禁止开启PWM控制器的同步信号的使能，使PWM控制器关闭同步整流驱动，防止开关管误导通被烧毁。
为达到上述目的，本发明提供电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，包括输出电流采样电路、一级信号放大电路、二级信号比较电路、开关控制电路、同步整流开启电路，所述输出电流采样电路输入端连接至电动汽车DC-DC变换器输出电流采样电阻的两端，所述输出电流采样电路输出端与所述一级信号放大电路输入端连接，所述一级信号放大电路输出端与所述二级信号比较电路输入端连接，所述二级信号比较电路输出端与所述开关控制电路输入端连接，所述开关控制电路输出端与所述同步整流开启电路输入端连接，所述同步整流开启电路输出端与PWM控制电路连接。
进一步地，所述一级信号放大电路采用由运算放大器组成的放大电路。
进一步地，所述二级信号比较电路采用由运算放大器组成的比较电路。
进一步地，所述开关控制电路采用由三极管组成的开关电路。
进一步地，所述同步整流开启电路包括第一参考电源、第一电阻、第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联接在所述第一参考电源和所述三极管的集电极之间。
进一步地，所述PWM控制电路采用移相全桥PWM集成电路组成PWM信号发生器。
进一步地，所述三极管未导通时，所述PWM信号发生器的DCM引脚通过所述第一电阻上拉至所述第一参考电源。
进一步地，所述一级信号放大电路的正输入端连接至所述DC-DC变换器的采样电阻的电流采样信号的正端，所述一级信号放大电路的负输入端连接至所述DC-DC变换器的采样电阻的电流采样信号的负端。
进一步地，还包括参考基准电路，所述参考基准电路包括第二参考电源、第三电阻、第四电阻，所述第三电阻和所述第四电阻串联接入所述第二参考电源。
进一步地，所述二级信号比较电路的正输入端与所述一级放大电路的输出端连接，所述二级信号比较电路的负输入端与所述第四电阻(R9)并联，并通过所述第三电阻(R8)接入所述第二参考电源。
与现有技术相比，本发明的优势在于：本发明提供电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，包括输出电流采样电路、一级信号放大电路、二级信号比较电路、开关控制电路、同步整流开启电路，输出电流采样电路输入端连接至电动汽车DC-DC变换器输出电流采样电阻两端，输出电流采样电路输出端与一级信号放大电路输入端连接，一级信号放大电路输出端与二级信号比较电路输入端连接，二级信号比较电路输出端与开关控制电路输入端连接，开关控制电路输出端与同步整流开启电路输入端连接，同步整流开启电路输出端与PWM控制电路连接。本发明输出电流采样电路采样输出的电流信号，通过一级信号放大电路对采样电流信号进行检测和放大，二级信号比较电路对放大后的信号与基准信号进行比较，并根据比较结果输出信号，控制开关控制电路的导通和关断，通过开关电路的导通和关断控制PWM控制器DCM引脚的输入信号，通过DCM引脚的输入信号控制PWM控制器的同步信号使能的开启和关闭，从而控制开启或关闭同步整流信号输出。本发明能够在DC-DC变换器空载或输出轻载时，由二级信号比较电路的输入负端设定输出翻转电压，以设定开启同步整流管的最小输出电流值，如：满载电流的20％，输出电流小于设定值时，如：满载电流的20％，控制PWM控制器的同步信号使能关闭，PWM控制器无同步整流驱动输出，输出整流由同步整流管的内置寄生体二极管续流，防止开关管误导通被烧毁，提高电源的轻载时可靠性；输出电流大于设定值时，如：满载电流的20％，控制PWM控制器的同步信号使能开启，PWM控制器输出同步整流驱动，输出同步整流管因有驱动信号，并随之导通或截止，MOS的导通损耗显著低于二极管的导通损耗，提高电源的重载时的转换效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
下面结合附图和本发明的实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路原理框图；
图2为本发明的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，如图1所示，包括输出电流采样电路、一级信号放大电路、二级信号比较电路、开关控制电路、同步整流开启电路。输出电流采样电路输入端连接至电动汽车DC-DC变换器输出的电流采样电阻两端，输出电流采样电路输出端与一级信号放大电路输入端连接，一级信号放大电路输出端与二级信号比较电路输入端连接，二级信号比较电路输出端与开关控制电路输入端连接，开关控制电路输出端与同步整流开启电路输入端连接，同步整流开启电路输出端与PWM控制电路连接。
如图2所示，优选的，一级信号放大电路采用由运算放大器组成的放大电路。优选的，一级信号放大电路的正输入端连接至DC-DC变换器的输出电流采样电阻的电流采样信号的正端，一级信号放大电路的负输入端连接至DC-DC变换器的输出电流采样电阻的电流采样信号的负端。图2中U1为一级信号放大电路的运算放大器，如：TVL272Q，Is_+Vo+为DC-DC变换器输出电流采样电阻的电流采样信号的正输出信号，Is_+Vo-为DC-DC变换器输出电流采样电阻的电流采样信号的负输出信号。Is_+Vo+通过R1、R4接入U1的正输入端；Is_+Vo-通过R3、R5接入U1的负输入端；U1的输出端通过R7、C5接入U1的负输入端形成反馈。本实施例中，R1阻值为1K，R2阻值为100Ω，R3阻值为1K，R4阻值为1K，R5阻值为1K，R6阻值为240K，R7阻值为240K。
在一实施例中，优选的，二级信号比较电路采用由运算放大器组成的比较电路。如图2所示，优选的，还包括参考基准电路，参考基准电路包括参考电源、第三电阻、第四电阻，第三电阻和第四电阻串联接入参考电源。优选的，二级信号比较电路的正输入端通过电阻R15与一级放大电路的输出端连接，二级信号比较电路的负输入端与第四电阻并联，并通过第三电阻接入参考电源。图2中+Vref_+5V为参考电源+5V，R8为第三电阻，R9为第四电阻，图2中U2为二级信号比较电路的运算放大器，如：TVL272Q，U1的输出端接入通过电阻R15连接至U2的正输入端，U2的负输入端接在R8和R9之间，U2的输出端通过D1、R10接入U2的正输入端形成反馈，本实施例中，R8阻值为3.9K，R9阻值为1K，R10阻值为100K，D1为BAT54，参考基准电路为U2提供参考基准，且U2参考电压可调，实际调节输出电流的开启门限，如20％满载电流时，开启同步整流驱动，提高电源转换效率，U2将U1输出的信号与参考电压进行比较，U1输出的信号达到预定值，则U2输出信号控制开关控制电路导通或关闭，可根据实际使用情况进行具体的设置，从而达到由输出电流的大小来决定是否开启输出同步整流驱动信号；避免轻载时，初级电流采样信号被干扰，导致同步整流驱动信号错误开启，烧坏开关管等故障。
如图2所示，优选的，开关控制电路采用三极管组成。图2中Q1为MMBT4401三极管，U2的输出端接入Q1的基极，Q1的发射极接地，Q1的集电极与同步整流开启电路连接，本实施例中，R11阻值为4.7K，R16阻值为10K。
如图2所示，优选的，同步整流开启电路包括第一参考电源、第一电阻(R12)、第二电阻(R13)，第一电阻和第二电阻串联接在第一参考电源和三极管的集电极之间。图2中+Vref_+5V为第一参考电源，R12为第一电阻，R13为第二电阻，Q1的集电极依次与R13、R12串联接入+Vref_+5V，R12和R13之间接PWM控制电路，本实施例中，R12阻值为16.2K，R13阻值为1K，R12,R13阻值可以根据实际需要作相应调整。
如图2所示，优选的，PWM控制电路采用移相全桥PWM集成电路UCC28950组成PWM信号发生器，也可采用其它方案，如：HT16163，单片机或DSP芯片，如：TMS320F28035。图2中U3为UCC28950移相全桥PWM集成电路组成PWM信号发生器，DCM脚设定由初级电流的值决定输出同步整流的开启门限值，并由DCM脚外接的电阻分压确定；当初级电流较小时，初级电流没有达到由DCM引脚外电阻设定的由分压值对应的初级电流值，芯片关闭输出同步整流驱动信号；只有当初级电流增大至某个值时，超过由DCM引脚设定的对应的初级电流值，芯片才会开启输出同步整流信号；并由DCM脚外置的分压电阻设定初级电流的对应阀值；初级电流小于阀值时，不输出同步整流信号；初级电流大于阀值时，输出同步整流信号；但因干扰等原因，有时即使输出空载，初级电流检测端乃有足够大的感应电压，超出DCM脚设定的值，使同步整流管开启，尤其是开机时刻此干扰使输出同步整流管导通，造成开关管烧毁。
其原因为：
1、当DCM外的下偏置电阻接地时，同步整流信号的有无，只由检测的初级电流的值有关，尽管初级电流正比于输出电流；
2、同步整流信号有无只与输入电流采样信号相关，不受输出电流控制；即使输出空载，初级有一开关管击穿损坏时，初级电流较大，输出无电流，依然会有同步整流驱动信号输出，输出同步整流电路不能关闭，降低了产品的可靠性；
本申请增加了输出电流检测，由输出电流及输入电流的大小共同决定同步整流驱动信号的开启，并且输出电流及输入电流的阀值可以分别独立设定，增加了电路的灵活性及产品的可靠性。如输出电流达到足够大时，如：满载电流的20％，才允许电阻R13接地，避免了轻载时的干扰信号导致输出同步整流误导通，增强了产品的可靠性。
在一实施例中，优选的，三极管未导通时，PWM信号发生器的DCM引脚通过R12上拉至+Vref_+5V。通过UCC28950的DCM脚外的电阻网络设置初级电流对应的输出同步整流开启门限值；而只有电阻R13接地时，才有效；否则，即使初级电流较大，如输出控制，初级侧有一开关管击穿短路，同步整流信号也不会开启，增加了电路的可靠性。
开启同步信号的使能，允许有同步整流驱动输出，即Q1与DCM引脚外的电阻网络，决定了DCM脚的电压，从而控制输出同步整流信号的开启与关闭。
当输出轻载时，一级信号放大器输出信号不足以使第二级信号比较器翻转，三极管Q1保持在截止状态，DCM脚高电位，输出同步整流信号无输出。
当输出重载时，一级信号放大器输出信号足以使第二级信号比较器翻转，三极管Q1保持在导通状态，DCM脚电位由其外部分压电阻决定(输出电流较大且输入电流较大时)，允许输出同步整流信号输出，降低输出整流损耗，提高电源转换效率。
即：同步整流信号的输出，由输出电流的大小与输入电流的大小共同决定，并且各自阀值可以独立由电阻设定。防止了轻载时，因初级电流采样端的干扰导致错误开启输出同步整流信号，导致开机时的开关管烧毁现象，提高了电源轻载时的可靠性及重载时的电源转换效率。
本发明提供电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，包括输出电流采样电路、一级信号放大电路、二级信号比较电路、开关控制电路、同步整流开启电路。输出电流采样电路输入端连接至电动汽车DC-DC变换器输出电流采样电阻的两端，输出电流采样电路输出端与一级信号放大电路输入端连接，一级信号放大电路输出端与二级信号比较电路输入端连接，二级信号比较电路输出端与开关控制电路输入端连接，开关控制电路输出端与同步整流开启电路输入端连接，同步整流开启电路输出端与PWM控制电路连接。本发明输出电流采样电路采样输出的电流信号，通过一级信号放大电路对采样电流信号进行检测和放大，二级信号比较电路对放大后的信号与基准信号进行比较，基准信号可调整，并根据比较结果输出信号控制开关控制电路的导通和关断，通过开关电路的导通和关断控制PWM控制器DCM引脚的输入信号，通过DCM引脚的输入信号控制PWM控制器的同步信号使能的开启和关闭，从而控制开启或关闭同步整流信号输出。本发明能够在DC-DC变换器空载或输出轻载时，关闭控制PWM控制器的同步信号使能，使PWM控制器禁止同步整流驱动信号，防止开关管误导通被烧毁。重载时，开启控制PWM控制器的同步信号使能，使PWM控制器输出同步整流驱动信号，输出同步整流管并随之导通或截止，相比二极管整流，MOS的损耗显著降低，因而提高了电源在重载时的转换效率。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，其特征在于：包括输出电流采样电路、一级信号放大电路、二级信号比较电路、开关控制电路、同步整流开启电路，所述输出电流采样电路输入端连接至电动汽车DC-DC变换器输出电流采样电阻的两端，所述输出电流采样电路输出端与所述一级信号放大电路输入端连接，所述一级信号放大电路输出端与所述二级信号比较电路输入端连接，所述二级信号比较电路输出端与所述开关控制电路输入端连接，所述开关控制电路输出端与所述同步整流开启电路输入端连接，所述同步整流开启电路输出端与PWM控制电路连接。
2.如权利要求1所述的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，其特征在于：所述一级信号放大电路采用由运算放大器组成的放大电路。
3.如权利要求2所述的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，其特征在于：所述二级信号比较电路采用由运算放大器组成的比较电路。
4.如权利要求1所述的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，其特征在于：所述开关控制电路采用由三极管组成的开关电路。
5.如权利要求4所述的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，其特征在于：所述同步整流开启电路包括第一参考电源、第一电阻、第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻串联接在所述第一参考电源和所述三极管的集电极之间。
6.如权利要求5所述的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，其特征在于：所述PWM控制电路采用移相全桥PWM集成电路组成PWM信号发生器。
7.如权利要求6所述的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，其特征在于：所述三极管未导通时，所述PWM信号发生器的DCM引脚通过所述第一电阻上拉至所述第一参考电源。
8.如权利要求3所述的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，其特征在于：所述一级信号放大电路的正输入端连接至所述DC-DC变换器的采样电阻采样的电流采样信号正端，所述一级信号放大电路的负输入端连接至所述DC-DC变换器的采样电阻的电流采样信号负端。
9.如权利要求8所述的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，其特征在于：还包括参考基准电路，所述参考基准电路包括第二参考电源、第三电阻、第四电阻，所述第三电阻和所述第四电阻串联接入所述第二参考电源。
10.如权利要求9所述的电动汽车DC-DC变换器同步整流控制电路，其特征在于：所述二级信号比较电路的正输入端与所述一级放大电路的输出端连接，所述二级信号比较电路的负输入端与所述第四电阻并联，并通过所述第三电阻接入所述第二参考电源。
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