CN112737341A - 一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源 - Google Patents

一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源 Download PDF

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Abstract

本发明的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源涉及控制电源领域，目的是为了克服现有辅助控制电源设计繁琐以及精度差，频率低且效率不高的问题，包括：控制器的高频触发信号输出端与电源输入单元的高频触发信号输入端电气连接，用于控制电源输入单元的开关频率；第一高频控制电源输出单元的电压输入端与电源输入单元的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据开关频率生成第一直流电压；第二高频控制电源输出单元的电压输入端与电源输入单元的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据开关频率生成第二直流电压。

Description

一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源
技术领域
本发明涉及控制电源领域。
背景技术
随着汽车的普及，电器的发展，人们在乘车的时候使用电器的需求越来越高，带来对车载逆变器要求越来越高的，而稳定可靠的的逆变器离不开其稳定的辅助控制电源。
而现有车载逆变器的辅助控制电源在应用于车载逆变器的控制回路时，由于逆变器存在低压侧升压控制和高压侧的逆变控制会造成两个控制电路相互不共地，无法用同一非隔离电源供电，从而导致辅助控制电源的设计繁琐；同时由于主回路工作也会对控制电源产品很大的干扰，因此现有的辅助控制电源稳压精度差，频率低且效率不高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有辅助控制电源设计繁琐以及精度差，频率低且效率不高的问题，提供了一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源。
本发明的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，包括控制器、电源输入单元、第一高频控制电源输出单元和第二高频控制电源输出单元；
控制器的高频触发信号输出端与电源输入单元的高频触发信号输入端电气连接，用于控制电源输入单元的开关频率；
第一高频控制电源输出单元的电压输入端与电源输入单元的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据开关频率生成第一直流电压，第一直流电压通过第一高频控制电源输出单元的电压输出端输出至逆变器的低压侧升压控制电源的电压输入端；
第二高频控制电源输出单元的电压输入端与电源输入单元的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据开关频率生成第二直流电压，第二直流电压通过第二高频控制电源输出单元的电压输出端输出至逆变器的高压侧逆变控制电源的电压输入端。
进一步地，还包括输出电压采样单元；
输出电压采样单元的电压输入端与电源输入单元的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据开关频率生成采样电压，采样电压通过输出电压采样单元的电压输出端与控制器的采样电压输入端电气连接。
进一步地，还包括输入电流采样单元；
输入电流采样单元的电压输入端与电源输入单元的电压输出端电气连接，输入电流采样单元的电流输出端与控制器的采样电流输入端电气连接。
进一步地，控制器为XMC1302控制器。
进一步地，电源输入单元包括功率MOS管PMT280ENEA和开关变压器T的初级；
功率MOS管PMT280ENEA的栅极、源极和漏极分别与XMC1302控制器的高频触发信号输出端、直流母线的负极和开关变压器T的初级的一端电气连接；
开关变压器T的初级的另一端与直流母线的正极电气连接。
进一步地，第一高频控制电源输出单元包括开关变压器T的第一次级和第一整流二极管D1；
第一次级的一端与第一整流二极管D1的阳极电气连接；
第一整流二极管D1的阴极和第一次级的另一端作为第一高频控制电源输出单元的电压输出端。
进一步地，第二高频控制电源输出单元包括开关变压器T的第二次级和第二整流二极管D2；
第二次级的一端与第二整流二极管D2的阳极电气连接；
第二整流二极管D2的阴极和第二次级的另一端作为第二高频控制电源输出单元的电压输出端。
进一步地，输出电压采样单元包括开关变压器T的第三次级、第三整流二极管D3、电阻R7、电阻R8、电阻R9和运算放大器U2；
第三次级的一端与第三整流二极管D3的阳极电气连接，第三整流二极管D3的阴极与电阻R7的一端电气连接；第三次级的另一端同时与电阻R8的一端和运算放大器U2的反相输入端电气连接；
运算放大器U2的同相输入端同时与电阻R7的另一端和电阻R8的另一端电气连接；
电阻R9的一端同时与运算放大器U2的反相输入端和运算放大器U2的输出端电气连接；电阻R9的另一端作为输出电压采样单元的电压输出端。
进一步地，输入电流采样单元包括电阻R2～R6、电容C2、运算放大器U1；
直流母线的负极同时与电阻R2的一端和电阻R4的一端电气连接；电阻R4的另一端同时与运算放大器U1的反相输入端、电阻R5的一端和电容C2的一端电气连接；
电阻R2的另一端和电阻R3的一端电气连接，电阻R3的另一端与运算放大器U1的同相输入端电气连接；
运算放大器U1的输出端同时与电阻R5的另一端、电容C2的另一端和电阻R6的一端电气连接；
电阻R6的另一端作为输入电流采样单元的电流输出端。
进一步地，还包括吸收电路；
吸收电路包括电阻R1和电容C1；
电阻R1的一端与功率MOS管PMT280ENEA的漏极电气连接、另一端与电容C1的一端电气连接，电容C1的另一端与功率MOS管PMT280ENEA的源极电气连接。
本发明的有益效果是：
本发明的辅助高频控制电源应用于车载逆变器中，为车载逆变器控制回路提供了可靠的控制电源。
其中，多路输出相互隔离解决不共地问题，简化了辅助控制电源的设计；并且控制器发出高频触发信号控制MOS管的通断，控制了变压器初级的开关频率，从而两组次级分别感应出不同的电压经整流二极管整流成直流电压，同时提供两组高频，高精度的控制电源，分别提供给低压侧升压控制电源和高压侧的逆变控制电源，提升了电源精度，输出直流电压精度达到96％；同时高频也降低了控制电源的纹波，为逆变器转换的稳定性的提供了可靠保证。
并且，还能够还通过控制高频触发信号的脉冲宽度来调节不同负载下控制电源的带载能力。
附图说明
图1为本发明的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源的总电路拓扑图；
图2为图1中的电源输入单元和吸收电路的电路拓扑图；
图3为图1中的控制器、第一高频控制电源输出单元、第二高频控制电源输出单元和输出电压采样单元的电路拓扑图；
图4为图1中的输入电流采样单元的电路拓扑图。
具体实施方式
具体实施方式一，如图1所示，本实施方式的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，包括控制器1、电源输入单元2、第一高频控制电源输出单元3和第二高频控制电源输出单元4；
控制器1的高频触发信号输出端与电源输入单元2的高频触发信号输入端电气连接，用于控制电源输入单元2的开关频率；
第一高频控制电源输出单元3的电压输入端与电源输入单元2的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据开关频率生成第一直流电压，第一直流电压通过第一高频控制电源输出单元3的电压输出端输出至逆变器的低压侧升压控制电源的电压输入端；
第二高频控制电源输出单元4的电压输入端与电源输入单元2的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据开关频率生成第二直流电压，第二直流电压通过第二高频控制电源输出单元4的电压输出端输出至逆变器的高压侧逆变控制电源的电压输入端。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，还包括输出电压采样单元5；
输出电压采样单元5的电压输入端与电源输入单元2的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据开关频率生成采样电压，采样电压通过输出电压采样单元5的电压输出端与控制器1的采样电压输入端电气连接。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，还包括输入电流采样单元6；
输入电流采样单元6的电压输入端与电源输入单元2的电压输出端电气连接，输入电流采样单元6的电流输出端与控制器1的采样电流输入端电气连接。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，控制器1为XMC1302控制器。
具体地，采用XMC1302进行触发信号的发出及其频率的脉宽的调整。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，电源输入单元2包括功率MOS管PMT280ENEA和开关变压器T的初级；
功率MOS管PMT280ENEA的栅极、源极和漏极分别与XMC1302控制器的高频触发信号输出端、直流母线的负极和开关变压器T的初级的一端电气连接；
开关变压器T的初级的另一端与直流母线的正极电气连接。
具体地，如图2所示，XMC1302控制器的高频触发信号输出引脚连接功率MOS管PMT280ENEA的G(栅极)，功率MOS管PMT280ENEA的S(源极)连接到直流母线24V的负极，功率MOS管PMT280ENEA的D(漏极)连接到开关变压器T的1脚，多绕组开关变压器T的2脚连接到直流母线24V的正极。
开关变压器T采用多绕组变压器，次级分别对应连接各自的整流二极管形成两路隔离输出。且多绕组开关变压器T的开关频率达到100k。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，第一高频控制电源输出单元3包括开关变压器T的第一次级和第一整流二极管D1；
第一次级的一端与第一整流二极管D1的阳极电气连接；
第一整流二极管D1的阴极和第一次级的另一端作为第一高频控制电源输出单元3的电压输出端。
具体地，如图1和图3所示，多绕组开关变压器T的3脚连接到第一整流二极管D1的A极；多绕组开关变压器T的4脚与到第一整流二极管D1的K极构成第一高频控制电源输出。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，第二高频控制电源输出单元4包括开关变压器T的第二次级和第二整流二极管D2；
第二次级的一端与第二整流二极管D2的阳极电气连接；
第二整流二极管D2的阴极和第二次级的另一端作为第二高频控制电源输出单元4的电压输出端。
具体地，如图1和图3所示，多绕组开关变压器T的5脚连接到第二整流二极管D2的K极；多绕组开关变压器T的6脚与到第二整流二极管D2的K极构成第二高频控制电源输出.
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，输出电压采样单元5包括多绕组开关变压器T的第三次级、第三整流二极管D3、电阻R7、电阻R8、电阻R9和运算放大器U2；
第三次级的一端与第三整流二极管D3的阳极电气连接，第三整流二极管D3的阴极与电阻R7的一端电气连接；第三次级的另一端同时与电阻R8的一端和运算放大器U2的反相输入端电气连接；
运算放大器U2的同相输入端同时与电阻R7的另一端和电阻R8的另一端电气连接；
电阻R9的一端同时与运算放大器U2的反相输入端和运算放大器U2的输出端电气连接；电阻R9的另一端作为输出电压采样单元5的电压输出端。
具体地，如图1和图3所示，多绕组开关变压器T的7脚与到第三整流二极管D3的K极构成第三电压反馈输出。
XMC1302控制器同时利用辅助绕组进行输出电压的反馈采样，输出电压采样单元5的电路包括：电阻R7、R8、R9，集成运放U2，XMC1302控制器，多绕组开关变压器T和第三整流二极管D3；
多绕组开关变压器T的7脚连接到第三整流二极管D3的A极，第三整流二极管D3的K极连接到电阻R7的一端；电阻R7的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端作为连接到多绕组开关变压器T的8脚，电阻R7和R8L连接的点与集成运放U2的信号3输入端连接，电阻R8的与多绕组开关变压器T的8脚的连接点与集成运放U2的信号2输入端连接，集成运放U2的信号1输出端与集成运放U2的信号2输入端连接后连接到电阻R9的一端，电阻R9的另一端作为输出端连接到XMC1302控制器的35引脚。
本实施方式中的电路通过对电阻R8两端的电压进行采样进而转化为是输出电压进行采样，实现了电压输出反馈的采样，XMC1302控制器根据采样到的电压值进行脉宽调整。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，输入电流采样单元6包括电阻R2～R6、电容C2、运算放大器U1；
直流母线的负极同时与电阻R2的一端和电阻R4的一端电气连接；电阻R4的另一端同时与运算放大器U1的反相输入端、电阻R5的一端和电容C2的一端电气连接；
电阻R2的另一端和电阻R3的一端电气连接，电阻R3的另一端与运算放大器U1的同相输入端电气连接；
运算放大器U1的输出端同时与电阻R5的另一端、电容C2的另一端和电阻R6的一端电气连接；
电阻R6的另一端作为输入电流采样单元6的电流输出端。
具体地，车载逆变器的辅助高频控制电源具备电流采样保护，输入电流采样单元6的电路包括：电阻R2、R3、R4、R5、R6，电容C2，集成运放U1，XMC1302控制器；
电阻R2的一端电阻R3的一端连接作为集成运放U1的信号3输入端，电阻R2的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端作为集成运放U1的信号2输入端，U1的信号1输输出端与电阻R6的一端连接，电阻R4的另一端作为输出端连接到XMC1302控制器的37引脚，电阻R5和C2并联后连接到集成运放U1的输入端2和输出端1。
电路通过对电阻R2两端的电压进行采样进而转化为是对电流进行采样，实现了电压信号到电流信号的转换，XMC1302控制器根据采样到的电流值进行保护操作。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，还包括吸收电路7；
吸收电路7包括电阻R1和电容C1；
电阻R1的一端与功率MOS管PMT280ENEA的漏极电气连接、另一端与电容C1的一端电气连接，电容C1的另一端与功率MOS管PMT280ENEA的源极电气连接。
具体地，MOS管PMT280ENEA两端并接吸收电路，吸收电路7包括：电阻R1，电容C1和功率MOS管PMT280ENEA；
电阻R1的一端与功率MOS管PMT280ENEA的D(漏极)连接，电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端与功率MOS管PMT280ENEA的S(源极)连接。
电路通过电阻R1与电容C1组成RC吸收电路，并接到功率MOS管PMT280ENEADS端。对功率MOS管PMT280ENEA的开关电压尖峰进行吸收。
并且，本装置散热方式为自冷散热。

Claims (10)

1.一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，其特征在于，包括控制器(1)、电源输入单元(2)、第一高频控制电源输出单元(3)和第二高频控制电源输出单元(4)；
所述控制器(1)的高频触发信号输出端与电源输入单元(2)的高频触发信号输入端电气连接，用于控制电源输入单元(2)的开关频率；
所述第一高频控制电源输出单元(3)的电压输入端与所述电源输入单元(2)的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据所述开关频率生成第一直流电压，所述第一直流电压通过第一高频控制电源输出单元(3)的电压输出端输出至逆变器的低压侧升压控制电源的电压输入端；
所述第二高频控制电源输出单元(4)的电压输入端与所述电源输入单元(2)的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据所述开关频率生成第二直流电压，所述第二直流电压通过第二高频控制电源输出单元(4)的电压输出端输出至逆变器的高压侧逆变控制电源的电压输入端。
2.根据权利要求1所述的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，其特征在于，还包括输出电压采样单元(5)；
所述输出电压采样单元(5)的电压输入端与所述电源输入单元(2)的电压输出端通过电磁感应连接，用于根据所述开关频率生成采样电压，所述采样电压通过输出电压采样单元(5)的电压输出端与控制器(1)的采样电压输入端电气连接。
3.根据权利要求2所述的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，其特征在于，还包括输入电流采样单元(6)；
所述输入电流采样单元(6)的电压输入端与电源输入单元(2)的电压输出端电气连接，输入电流采样单元(6)的电流输出端与控制器(1)的采样电流输入端电气连接。
4.根据权利要求3所述的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，其特征在于，控制器(1)为XMC1302控制器。
5.根据权利要求4所述的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，其特征在于，电源输入单元(2)包括功率MOS管PMT280ENEA和开关变压器T的初级；
功率MOS管PMT280ENEA的栅极、源极和漏极分别与XMC1302控制器的高频触发信号输出端、直流母线的负极和开关变压器T的初级的一端电气连接；
开关变压器T的初级的另一端与直流母线的正极电气连接。
6.根据权利要求5所述的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，其特征在于，第一高频控制电源输出单元(3)包括开关变压器T的第一次级和第一整流二极管D1；
第一次级的一端与第一整流二极管D1的阳极电气连接；
第一整流二极管D1的阴极和第一次级的另一端作为第一高频控制电源输出单元(3)的电压输出端。
7.根据权利要求5所述的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，其特征在于，第二高频控制电源输出单元(4)包括开关变压器T的第二次级和第二整流二极管D2；
第二次级的一端与第二整流二极管D2的阳极电气连接；
第二整流二极管D2的阴极和第二次级的另一端作为第二高频控制电源输出单元(4)的电压输出端。
8.根据权利要求5所述的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，其特征在于，输出电压采样单元(5)包括开关变压器T的第三次级、第三整流二极管D3、电阻R7、电阻R8、电阻R9和运算放大器U2；
第三次级的一端与第三整流二极管D3的阳极电气连接，第三整流二极管D3的阴极与电阻R7的一端电气连接；第三次级的另一端同时与电阻R8的一端和运算放大器U2的反相输入端电气连接；
运算放大器U2的同相输入端同时与电阻R7的另一端和电阻R8的另一端电气连接；
电阻R9的一端同时与运算放大器U2的反相输入端和运算放大器U2的输出端电气连接；电阻R9的另一端作为输出电压采样单元(5)的电压输出端。
9.根据权利要求5所述的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，其特征在于，输入电流采样单元(6)包括电阻R2～R6、电容C2、运算放大器U1；
直流母线的负极同时与电阻R2的一端和电阻R4的一端电气连接；电阻R4的另一端同时与运算放大器U1的反相输入端、电阻R5的一端和电容C2的一端电气连接；
电阻R2的另一端和电阻R3的一端电气连接，电阻R3的另一端与运算放大器U1的同相输入端电气连接；
运算放大器U1的输出端同时与电阻R5的另一端、电容C2的另一端和电阻R6的一端电气连接；
电阻R6的另一端作为输入电流采样单元(6)的电流输出端。
10.根据权利要求5所述的一种应用于车载逆变器的辅助高频控制电源，其特征在于，还包括吸收电路(7)；
所述吸收电路(7)包括电阻R1和电容C1；
电阻R1的一端与功率MOS管PMT280ENEA的漏极电气连接、另一端与电容C1的一端电气连接，电容C1的另一端与功率MOS管PMT280ENEA的源极电气连接。
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