CN109495006A - 一种用于车载双向dc-dc的逆变电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于车载双向DC‑DC的逆变电路，包括：BUCK/BOOST电路、全桥开关电路、变压器及推挽开关电路。正向工作时，先由BUCK电路完成预稳压功能，经全桥变换后经过变压器隔离降压，由推挽开关电路完成同步整流，经滤波输出低压直流。当控制电路切换至反向逆变时，由推挽开关电路完成固定比升压，经全桥开关电路整流后，由后级BOOST电路完成升压和稳压功能。本发明可以实现非常高效率的正向隔离变换，反向工作时也能输出接近正向的输出功率，原理简单明了，易实现且成本较低低，效果接近理想。
Description
技术领域
本发明属于属于大功率车载电源技术领域，尤其涉及一种用于车载双向DC-DC的逆变电路。
背景技术
新能源纯电动车的重要电子部件：车载DC-DC，其功能是把动力电池的电能转换成汽车上所有低压电器所需要的低压大功率输出，其负载包括：雨刮器、电动车窗、大灯、音响、助力机械及制动防抱死系统等娱乐安全设备。
由于车载DC-DC承担了整车太多的负载，尤其是电动助力，刹车等瞬间高负荷，导致低压回路的配电系统成本高昂，同时助力泵等电机负载在大电流下工作工况往往不太理想，其迫切需要使用高压泵来彻底解决现实问题。但是高压泵所使用的动力电池在极端情况下突然失电又会导致新的安全问题，所以高压侧的不间断供电成为必须解决的问题。
在整车原有DC-DC的基础上另外加装一套大功率逆变电源是一个简单有效的方法。但是其增加的成本和占用的空间对主机厂来说是一个下策。况且还需要加装一套复杂的切换电路，对于紧凑的前舱空间也是不能接受的。
所以一种既能采用较低成本又能不增加体积且能可靠地切换是目前存在于这种场合使用中需要解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于车载双向DC-DC的逆变电路。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
在一些可选的实施例中，提供一种用于车载双向DC-DC的逆变电路，包括：BUCK/BOOST电路、全桥开关电路、变压器及推挽开关电路；
在逆变电路正向工作时，高压电经BUCK电路预稳压后进入所述全桥开关电路，再经所述变压器隔离变换后，由所述推挽开关电路同步整流后输出低压直流；
在逆变电路反向工作时，低压电经所述推挽开关电路升压后，再由所述变压器隔离变换后，再进入所述全桥开关电路整流，最后由BOOST电路完成升压和稳压后输出高压。
在一些可选的实施例中，所述BUCK/BOOST电路包括：MOS管K1、电感L1及MOS管K2；MOS管K1的D脚连接高压输入端，MOS管K1的S脚和MOS管K2的D脚相连并同时连接电感L1，电感L1的另一端连接谐振电容C2，MOS管K2的S脚与输入地线相连。
在一些可选的实施例中，在逆变电路正向工作时，高压电流经BUCK电路预稳压后，再经电感L2、谐振电容C3滤波后进入所述全桥开关电路。
在一些可选的实施例中，所述全桥开关电路包括：MOS管K3、MOS管K4、MOS管K5及MOS管K6；MOS管K3的D脚和MOS管K5的D脚相连，并同时连接到谐振电容C3和电感L2相连的一端，谐振电容C3的另一端连接输入地线；MOS管K4的S脚和MOS管K6的S脚相连并同时连接到输入地线；MOS管K3的S脚与MOS管K4的D脚相连并同时连接到所述变压器的原边绕组的一端；MOS管K5的S脚和MOS管K6的D脚相连并同时与谐振电感L3一端相连，谐振电感L3另一端连接所述变压器的原边原绕组的另一端。
在一些可选的实施例中，所述推挽开关电路包括：MOS管K7及MOS管K8；在逆变电路正向工作时，MOS管K7及MOS管K8进行同步整流；在逆变电路反向工作时，MOS管K7及MOS管K8作为一对推挽开关。
在一些可选的实施例中，MOS管K7的S脚和MOS管K8的S脚相连并与输出地线连接；MOS管K7的D脚和MOS管K8的D脚分别与所述变压器副边绕组的两端连接；所述变压器副边绕组的中点抽头连接到输出正极。
在一些可选的实施例中，所述的一种用于车载双向DC-DC的逆变电路，还包括：控制电路；逆变电路由所述控制电路进行控制，在正向工作和反向工作之间进行切换。
本发明所带来的有益效果：与一般常见全桥LLC或PWM电路实现双向DC-DC相比，本发明效果优良且原理简单，成本最优；取代目前需两个独立模块进行切换的方案，在满足成本较低、不增加整体体积的同时可以可靠地切换；实现非常高效率的正向隔离变换，反向工作时也能输出接近正向的输出功率，易实现且成本较低，效果接近理想。
为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
附图说明
图1是本发明一种用于车载双向DC-DC的逆变电路的电路图；
图2是本发明实施案例的原理图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。
如图1所示，在一些说明性的实施例中，提供一种用于车载双向DC-DC的逆变电路，包括：BUCK/BOOST电路、全桥开关电路、变压器T1、推挽开关电路及控制电路。
本发明的车载双向DC-DC的逆变电路既可降压，又可以升压。降压过程是将动力电池电源转化为12V低压电源，为蓄电池充电，为整车12V低压用电器供电。升压过程是将12V蓄电池电源转化为高压电源，为高压转向系统供电。且升压过程只有当整车高压意外切断时才会启动，目的是持续为转向系统供电，供电时间≤30秒，保证驾驶员可以安全的将车辆停靠的路边。
BUCK/BOOST电路即为升压和降压电路，升压和降压电路作为一个整体出现在电路设计当中，在正向工作时拓扑为BUCK，反向工作时拓扑为BOOST。
在逆变电路正向工作时，高压电经降压电路BUCK电路预稳压后，再经电感L2、谐振电容C3滤波后进入全桥开关电路，再经变压器T1隔离变换后，由推挽开关电路同步整流后输出低压直流。
当控制电路切换至反向逆变时，即在逆变电路反向工作时，低压电经推挽开关电路完成固定占空比的升压后，再由变压器T1隔离变换后，再进入全桥开关电路整流，最后由BOOST电路完成升压和稳压后输出高压。
BUCK/BOOST电路包括：MOS管K1、电感L1及MOS管K2。MOS管K1的D脚连接高压输入端，MOS管K1的S脚和MOS管K2的D脚相连并同时连接电感L1，电感L1的另一端连接谐振电容C2，MOS管K2的S脚与输入地线相连。
全桥开关电路包括：MOS管K3、MOS管K4、MOS管K5及MOS管K6；MOS管K3的D脚和MOS管K5的D脚相连，并同时连接到谐振电容C3和电感L2相连的一端，谐振电容C3的另一端连接输入地线；MOS管K4的S脚和MOS管K6的S脚相连并同时连接到输入地线；MOS管K3的S脚与MOS管K4的D脚相连并同时连接到所述变压器的原边绕组的一端；MOS管K5的S脚和MOS管K6的D脚相连并同时与谐振电感L3一端相连，谐振电感L3另一端连接所述变压器的原边原绕组的另一端。
推挽开关电路包括：MOS管K7及MOS管K8。MOS管K7的S脚和MOS管K8的S脚相连并与输出地线连接；MOS管K7的D脚和MOS管K8的D脚分别与变压器T1副边绕组的两端连接；变压器T1副边绕组的中点抽头连接到输出正极。
在逆变电路正向工作时，MOS管K7及MOS管K8进行同步整流。
在逆变电路反向工作时，MOS管K7及MOS管K8作为一对推挽开关，完成固定占空比的推挽逆变工作。经变压器T1隔离后，由谐振电感L3、谐振电容C3、电感L2构成谐振LCL电路实现原副边回路的软开关，从而实现高效低噪音逆变。此时MOS管K3、MOS管K4、MOS管K5及MOS管K6利用体二极管实现全桥整流。为提升逆变后的高压输出，由BOOST电路完成升压和稳压功能。
本发明的用于车载双向DC-DC的逆变电路，还包括：控制电路，包括：MCU以及对应于BUCK/BOOST电路、全桥开关电路、变压器T1、推挽开关电路的驱动。逆变电路由控制电路进行控制，在正向工作和反向工作之间进行切换。
BUCK/BOOST电路的MOS管K1与MOS管K2，以及全桥开关电路的MOS管K3、MOS管K4、MOS管K5及MOS管K6可以使用内置高速体二极管的MOS管，也可以使用具有超快恢复二极管的绝缘栅双极型晶体管，高频下理想工作也可以使用SIC MOS或氮化镓MOS。
如图2所示，由K1、K2两颗SIC MOS和电感L1构成BUCK/BOOST电路，其正反向PWM控制由两个独立的PWM芯片IC1、IC2控制。IC3l6387完成K1的上位驱动。
K3至K6四个20N60普通MOS完成全桥驱动，由主变压器T1完成原副边隔离。全桥开关电路的MOS管由IC4、IC5完成驱动。
由IC7，即MCU完成正反向时序控制。IC7输出的全脉宽信号同时驱动IC4、IC5和IC6。IC6的输出驱动隔离变压器T2完成同步整流管K7、K8的驱动。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于车载双向DC-DC的逆变电路，其特征在于，包括：BUCK/BOOST电路、全桥开关电路、变压器及推挽开关电路；
在逆变电路正向工作时，高压电经BUCK电路预稳压后进入所述全桥开关电路，再经所述变压器隔离变换后，由所述推挽开关电路同步整流后输出低压直流；
在逆变电路反向工作时，低压电经所述推挽开关电路升压后，再由所述变压器隔离变换后，再进入所述全桥开关电路整流，最后由BOOST电路完成升压和稳压后输出高压。
2.根据权利要求1所述的一种用于车载双向DC-DC的逆变电路，其特征在于，所述BUCK/BOOST电路包括：MOS管K1、电感L1及MOS管K2；MOS管K1的D脚连接高压输入端，MOS管K1的S脚和MOS管K2的D脚相连并同时连接电感L1，电感L1的另一端连接谐振电容C2，MOS管K2的S脚与输入地线相连。
3.根据权利要求2所述的一种用于车载双向DC-DC的逆变电路，其特征在于，在逆变电路正向工作时，高压电流经BUCK电路预稳压后，再经电感L2、谐振电容C3滤波后进入所述全桥开关电路。
4.根据权利要求3所述的一种用于车载双向DC-DC的逆变电路，其特征在于，所述全桥开关电路包括：MOS管K3、MOS管K4、MOS管K5及MOS管K6；MOS管K3的D脚和MOS管K5的D脚相连，并同时连接到谐振电容C3和电感L2相连的一端，谐振电容C3的另一端连接输入地线；MOS管K4的S脚和MOS管K6的S脚相连并同时连接到输入地线；MOS管K3的S脚与MOS管K4的D脚相连并同时连接到所述变压器的原边绕组的一端；MOS管K5的S脚和MOS管K6的D脚相连并同时与谐振电感L3一端相连，谐振电感L3另一端连接所述变压器的原边原绕组的另一端。
5.根据权利要求4所述的一种用于车载双向DC-DC的逆变电路，其特征在于，所述推挽开关电路包括：MOS管K7及MOS管K8；
在逆变电路正向工作时，MOS管K7及MOS管K8进行同步整流；
在逆变电路反向工作时，MOS管K7及MOS管K8作为一对推挽开关。
6.根据权利要求5所述的一种用于车载双向DC-DC的逆变电路，其特征在于，MOS管K7的S脚和MOS管K8的S脚相连并与输出地线连接；MOS管K7的D脚和MOS管K8的D脚分别与所述变压器副边绕组的两端连接；所述变压器副边绕组的中点抽头连接到输出正极。
7.根据权利要求6所述的一种用于车载双向DC-DC的逆变电路，其特征在于，还包括：控制电路；逆变电路由所述控制电路进行控制，在正向工作和反向工作之间进行切换。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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