CN116039383B - 车载充电机故障快速保护系统、方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明属于充电机技术领域，具体涉及车载充电机故障快速保护系统、方法及车辆，包括PFC功率电路、高压母线电容、桥式隔离变换功率电路、PFC控制器和桥式电路控制器；PFC功率电路分别与高压母线电容和PFC控制器连接；桥式隔离变换功率电路分别与高压母线电容、桥式电路控制器连接；桥式电路控制器与PFC控制器通过硬线通道连接；PFC控制器根据采样信号判断PFC功率电路是否有导致电路失效的异常状态，若有，输出故障保护信号并通过硬线通道输入给桥式电路控制器；桥式电路控制器在检测到PFC控制器输出的故障保护信号时，停止桥式隔离变换功率电路的输出。本发明在充电机出现故障时能够进行快速保护。

Description

车载充电机故障快速保护系统、方法及车辆

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体涉及车载充电机故障快速保护系统、方法及车辆。

背景技术

车电机在充电过程中会出现异常，如何在出现异常时降低对硬件的影响非常重要。如专利文献CN111463874A公开的一种新能源汽车AC/DC转换充电机过载保护电路及过载控制方法，包括：抗干扰电源模块、过载保护模块、整流控制模块，所述抗干扰电源模块中共模电感LF1对交流电中产生的电磁干扰信号进行过滤，阻值干扰信号外放；过载保护模块获取抗干扰电源模块提供的电压，运算放大器U1根据获取电压值调节电压导通路径，通过电阻R6、电阻R7和电阻R8组成降压电路，防止主电路电压过大导致内部器件温度升高，从而影响输出电压的安全；整流控制模块通过变压器TR1将交流电转换成直流电，再通过桥式稳压器DRT对转换后的电压进行稳压处理，电容C6和电阻R10组成整流电路，在通过三极管Q1对转换后的直流电正极端进行控制，从而保护充电机在AC/DC转换中电压的安全。又如专利文献CN105098701A公开的一种车载充电机短路保护电路及方法，其包括放大电路、比较电路、逻辑判断电路和中央处理单元。高压输出端的电流与电压分别输入各自的放大电路，放大电路分别连接比较电路，比较电路连接逻辑判断电路，逻辑判断电路进行判断。短路保护方法是：对高压输出端的电流与电压进行检测，通过放大电路对检测到的信号进行放大，与比较电路的基准值进行比较，通过逻辑电路进行判断，若真实发生短路状况时，关断斩波电路驱动管与输出回路上的继电器，从而达到对车载充电机电路保护的目的。本保护电路其独立于过流保护，在短路发生时能够快速动作，保护充电机内部器件的安全，关闭充电机输出，保护人身安全。毫无疑问，上述两个专利文献公开的技术方案不失为所属技术领域的一种有益的尝试。

电动汽车车载交流充电机（后文简称充电机）是将单相或三相交流市电转化为直流电，为电动汽车动力电池充电的装置。充电机主要由PFC功率电路、桥式隔离变换功率电路以及相应的控制器等构成，如图1所示。其中，用于控制PFC功率电路的第一控制器和用于控制桥式隔离变换功率电路的第二控制器可各自独立工作，对各自功率电路进行控制，但为了实现整体的交流充电功能，需二者进行协同工作。综合芯片计算能力、硬件方案设计和成本等因素的考虑，常用的协同方法是将2个控制器设定为主从工作模式，且第一控制器设定为主控制器，第二控制器则设定为从控制器，从控制器按照主控制器下发的需求指令进行工作或停机，主控制器和从控制器之间采用数字通信进行信息交换。在项目实施过程中，发现当PFC功率电路首先产生故障主动停机时，由于通信延迟，主控制器无法及时收到从控制器的工作状态反馈并继续保持正常状态运行，而PFC功率电路首先停机导致的后端桥式隔离变换功率电路输入电压快速跌落，致使主控制器来不及执行故障保护以应对输入电压突然变化引起的桥式隔离变换功率电路内部环路电流激增，最终导致功率器件损坏。

目前已有方法一定程度上解决了该问题，即增加1路PFC输出电压采样及相应的隔离电路和辅助电源电路，如图2所示，将电压值实时传递给的第一控制器，第一控制器则实时判断电压是否达到设定的保护阈值，以达到降低故障响应时间，快速保护的目的。但该方法存在两方面的不足：一是冗余的采样电路及其所需的隔离电路和辅助电源电路增加了硬件成本，同时也一定程度上增大了产品体积；二是采样信号无法和PFC功率电路自身已有的PFC输出电压采样共用，用途单一，仅用于故障保护，性价比较低。

因此，有必要开发一种新的车载充电机故障快速保护系统、方法及车辆。

发明内容

本发明的目的是提供一种车载充电机故障快速保护系统、方法及车辆，能在车载充电机出现故障时对其进行快速保护。

第一方面，本发明所述的一种车载充电机故障快速保护系统，包括PFC功率电路、高压母线电容、桥式隔离变换功率电路、PFC控制器和桥式电路控制器；所述PFC功率电路分别与高压母线电容和PFC控制器连接；所述桥式隔离变换功率电路分别与高压母线电容、桥式电路控制器连接；所述PFC功率电路用于与交流输入连接；所述桥式隔离变换功率电路用于与动力电池连接；

所述桥式电路控制器与PFC控制器之间通过硬线通道H连接，所述硬线通道H被配置为用于传递与PFC功率电路异常状态相关的数据；

所述PFC控制器根据自身采样信号实时判断PFC功率电路是否有导致电路失效的异常状态，若存在，则PFC控制器输出故障保护信号并通过硬线通道H输入给桥式电路控制器；所述桥式电路控制器在检测到PFC控制器输出故障保护信号执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路的输出。

可选地，所述桥式电路控制器还被配置为：采集桥式隔离变换功率电路输出的高压直流输出电流Iout、高压直流输出电压Vout，并基于采集的高压直流输出电流Iout、高压直流输出电压Vout实时判断桥式电路控制器是否有导致电路失效的异常状态，若存在，则执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路的输出；以达到保护硬件的目的。

可选地，所述PFC控制器包括第一核心控制芯片，以及与第一核心控制芯片相连接的第一采样电路和第一驱动信号输出电路；PFC控制器通过第一采样电路、第一驱动信号输出电路分别与PFC功率电路连接；

所述第一采样电路用于采集PFC功率电路输出的交流输入电流Iin、交流输入电压Vin和高压母线电压Vpfc；

所述第一驱动信号输出电路用于向PFC功率电路输出驱动信号Q1；

所述第一核心控制芯片用于输出驱动信号Q1以驱动PFC功率电路中的第一功率器件，以及在PFC功率电路自身产生异常故障时，控制所有驱动信号Q1停止输出。

可选地，所述第一采样电路包括交流电流采样输入通道、交流电压采样输入通道和PFC电压采样输入通道；

其中，所述交流电流采样输入通道用于采集PFC功率电路输出的交流输入电流Iin；

所述交流电压采样输入通道用于采集PFC功率电路输出的交流输入电压Vin；

所述PFC电压采样输入通道用于采集PFC功率电路输出的高压母线电压Vpfc。

可选地，将采集的交流输入电流Iin与预设交流输入电流正常范围进行比较；

将采集的交流输入电压Vin与预设交流输入电压正常范围进行比较；

将采集的高压母线电压Vpfc与预设高压母线电压正常范围进行比较；

若交流输入电流Iin不在预设交流输入电流正常范围内，或交流输入电压Vin不在预设交流输入电压正常范内，或高压母线电压Vpfc不在预设高压母线电压正常范围内，则视为PFC功率电路存在异常状态。

可选地，所述第一核心控制芯片至少具有与PFC电压采样输入通道相连接的第一比较器，该第一比较器与硬线通道H的输入端连接；所述PFC控制器设置其第一核心控制芯片的Vpfc电压采样通道与芯片内置的第一比较器相关联，第一比较器的输出与硬线通道H的输入端连接，比较逻辑设置为当电压Vpfc小于预设电压值时，第一比较器输出高电平，利用芯片内置硬件设备使PFC控制器对Vpfc电压跌落有更快的响应速度，其余故障可仍采用芯片软件判断，通过上述方法，PFC控制器可根据自身采样信号实时判断PFC功率电路是否有导致电路失效的异常状态，若存在，则PFC控制器输出故障保护信号（比如：输出高电平）；所述桥式电路控制器在检测到PFC控制器输出的故障保护信号时（即有低电平变为高电平时），执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路的输出，由于硬线通道H为异步触发，信息传递迅速，约为200ns，采用本发明后，在检测到PFC功率电路有导致电路失效的异常状态时，能够快速响应，实现对桥式隔离变换功率电路的保护。

可选地，所述第一核心控制芯片还具有：

与交流电流采样输入通道相连接的第二比较器；

与交流电压采样输入通道相连接的第三比较器；

所述第二比较器、第三比较器和第一比较器均与硬线通道H的输入端连接。

所述第一核心控制芯片判断异常状态由比较器来实现，采用配置芯片内部采样通道和其内置比较器联动来实现，并将各比较器输出与硬线通道H直接连接。经采样通道采集得到的实时信号输入至对应比较器，比较器将实时信号值与故障预设值（包括预设交流输入电流正常范围、预设交流输入电压正常范围和预设高压母线电压正常范围）进行比较，若实时信号值大于或小于故障预设值，对应比较器输出高电平，并直接由硬线通道H输出。该方法利用第一核心控制芯片内置硬件设备进一步提高了过压、欠压、过流一类故障的保护响应速度，增加了系统安全余量。若需要多路实时信号同时参与异常判断，需对每路信号配置独立的采样通道和比较器，最后将所有比较器输出并联后与硬线通道H连接。

可选地，所述PFC控制器的第一核心控制芯片通过硬线通道H与桥式电路控制器相连接，所述硬线通道H用于传递与PFC功率电路异常状态相关的数据，若PFC控制器判断为不存在异常状态时，则PFC控制器保持输出低电平给桥式电路控制器，若PFC控制器判断为存在异常状态时，则PFC控制器输出高电平并在异常状态期间持续保持。硬线通道H采用异步触发，信息传递迅速，约为200ns。采用硬线通道方式以达到比数字通信更快的异常状态信息传递的目的。

可选地，所述PFC控制器的第一核心控制芯片通过数字通信COM与桥式电路控制器相连接，所述数字通信COM用于负责数据、工作状态和控制指令的通信交互，具有传输数据量较大的优点，但数据处理时间较长，固定周期每100ms传递一次数据。

可选地，所述桥式电路控制器包括第二核心控制芯片，以及分别与第二核心控制芯片相连接的第二采样电路和第二驱动信号输出电路；所述桥式电路控制器通过第二采样电路和第二驱动信号输出电路分别与采集桥式隔离变换功率电路连接；

所述第二采样电路用于采集桥式隔离变换功率电路输出的高压直流输出电流Iout、高压直流输出电压Vout；

所述第二驱动信号输出电路用于向桥式隔离变换功率电路输出驱动信号Q2；

所述第二核心控制芯片用于输出驱动信号Q2以驱动桥式电路控制器中的第二功率器件，以及在检测到PFC控制器输出故障保护信号或桥式电路控制器有导致电路失效的异常状态时控制驱动信号Q2停止输出，达到保护桥式隔离变换功率电路的硬件，避免内部环路电流过流的目的。

可选地，将采集的高压直流输出电压Vout与预设高压直流输出电压进行比较；

将高压直流输出电流Iout与预设高压直流输出电流进行比较；

若高压直流输出电压Vout大于预设高压直流输出电压，或高压直流输出电流Iout大于预设高压直流输出电流，或接收到硬线通道H为高电平，则控制驱动信号Q2停止输出，以达到对硬件的保护。

可选地，所述交流输入包括四个输入，分别为火线L1、火线L2、火线L3和零线N，

所述PFC功率电路包括单相交流输入和三相交流输入两种模式，用于将单相或三相交流转化为高压恒定直流；

当PFC功率电路处于单相交流模式时，所述火线L1和零线N接入PFC功率电路；

当PFC功率电路处于三相交流模式时，所述火线L1、火线L2、火线L3和零线N均接入PFC功率电路。

可选地，还包括辅助电源，该辅助电源分别与PFC控制器和桥式电路控制器连接。

第二方面，本发明所述的一种车载充电机故障快速保护方法，采用如本发明所述的车载充电机故障快速保护系统，其方法包括以下步骤：

PFC控制器根据自身采样信号实时判断PFC功率电路是否存在导致电路失效的异常状态；

响应于PFC控制器判断出存在异常状态时，输出故障保护信号给桥式电路控制器；

桥式电路控制器基于故障保护信号执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路输出。

第三方面，本发明所述的一种车辆，采用如本发明所述的车载充电机故障快速保护系统。

本发明的有益效果：

（1）将PFC控制器和桥式电路控制器之间通过硬线通道H连接，并配置硬线通道H来传输异常状态一类的数据，由于硬线通道H的传输速度约为200ns，故能够做到只需要一路采样通道来采样Vpfc并输入给PFC控制器，然后通过硬线通道H来传输给桥式电路控制器，从而实现了采样信号和PFC功率电路自身已有的PFC输出电压采样共用的目的。

（2）由于硬线通道H的传输速度约为200ns，即使将电压Vpfc先输入给PFC控制器，然后再传输给桥式电路控制器，也能够实现在判断出PFC功率电路存在有导致电路失效的异常状态时，快速地对桥式电路控制器进行保护。

（3）相对于现有系统，本系统减少了一路采样通道及其所需的隔离电路，同时，由于减少了隔离电路（隔离电路一般包括一般隔离电路包括数字隔离器、若干阻容器件组成的滤波电路、以若干晶体管组成的稳压电路等器件），辅助电源还减少了一个通道（即减少一个变压器及若干二极管及阻容器件），从而使系统的整体成本能够减少5%，体积能够减少5%。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的原理框图之一；

图2为现有技术的原理框图之二；

图3为本实施例的原理框图；

图4为本实施例中PFC控制器的主要原理框图；

图5为本实施例中桥式电路控制器的主要原理框图；

其中：101.交流输入，102、PFC功率电路，103、高压母线电容，104、桥式隔离变换功率电路，105、动力电池，106、PFC控制器，107、桥式电路控制器，108、辅助电源。

具体实施方式

以下将参照附图和优选实施例来说明本发明技术方案的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图3所示，本实施例中，一种车载充电机故障快速保护系统，包括PFC功率电路102、高压母线电容103、桥式隔离变换功率电路104、PFC控制器106和桥式电路控制器107。所述PFC功率电路102分别与高压母线电容103的两端连接，PFC功率电路102还与PFC控制器106连接。所述桥式隔离变换功率电路104用于将高压恒定直流按照负载需求进行升降压，该桥式隔离变换功率电路104分别与高压母线电容103的两端连接，桥式隔离变换功率电路104还与桥式电路控制器107连接。所述桥式电路控制器107与PFC控制器106之间通过硬线通道H连接，所述硬线通道H被配置为用于传递与PFC功率电路102异常状态相关的数据。

使用时，将所述PFC功率电路102与交流输入101连接，PFC功率电路102将交流输入101输出的交流转化为高压恒定直流，并对交流输入101的功率因数进行校正。将所述桥式隔离变换功率电路104与动力电池105连接。所述PFC控制器106根据自身采样信号实时判断PFC功率电路102是否有导致电路失效的异常状态，若存在，则PFC控制器106输出故障保护信号并通过硬线通道H输入给桥式电路控制器107；所述桥式电路控制器107在检测到PFC控制器106输出故障保护信号执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路104的输出。

本实施例中，所述桥式电路控制器107还被配置为：采集桥式隔离变换功率电路104输出的高压直流输出电流Iout、高压直流输出电压Vout，并基于采集的高压直流输出电流Iout、高压直流输出电压Vout实时判断桥式电路控制器107是否有导致电路失效的异常状态，若存在，则执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路104的输出；以达到保护硬件的目的。

如图4所示，本实施例中，所述PFC控制器106包括第一核心控制芯片，以及与第一核心控制芯片相连接的第一采样电路和第一驱动信号输出电路（即第一驱动信号输出通道）；PFC控制器106通过第一采样电路、第一驱动信号输出电路分别与PFC功率电路102连接。所述第一采样电路用于采集PFC功率电路102输出的交流输入电流Iin、交流输入电压Vin和高压母线电压Vpfc。所述第一驱动信号输出电路用于向PFC功率电路输出驱动信号Q1。所述第一核心控制芯片用于输出驱动信号Q1以驱动PFC功率电路102中的第一功率器件，以及在PFC功率电路102自身产生异常故障时，控制所有驱动信号Q1停止输出，以达到保护硬件的目的。

如图4所示，本实施例中，所述第一采样电路包括交流电流采样输入通道、交流电压采样输入通道和PFC电压采样输入通道；其中，所述交流电流采样输入通道用于PFC功率电路102输出的采集交流输入电流Iin；所述交流电压采样输入通道用于采集PFC功率电路102输出的交流输入电压Vin；所述PFC电压采样输入通道用于采集PFC功率电路102输出的高压母线电压Vpfc。

工作时，将采集的交流输入电流Iin与预设交流输入电流正常范围进行比较；将采集的交流输入电压Vin与预设交流输入电压正常范围进行比较；将采集的高压母线电压Vpfc与预设高压母线电压正常范围进行比较；若交流输入电流Iin不在预设交流输入电流正常范围内，或交流输入电压Vin不在预设交流输入电压正常范内，或高压母线电压Vpfc不在预设高压母线电压正常范围内，则视为PFC功率电路102存在异常状态。

本实施例中，所述第一核心控制芯片至少具有与PFC电压采样输入通道相连接的第一比较器，该第一比较器与硬线通道H的输入端连接。所述PFC控制器106设置其第一核心控制芯片的Vpfc电压采样通道与芯片内置的第一比较器相关联，第一比较器的输出与硬线通道H的输入端连接，比较逻辑设置为当电压Vpfc小于预设电压值时，第一比较器输出高电平，利用芯片内置硬件设备使PFC控制器106对Vpfc电压跌落有更快的响应速度，其余故障可仍采用芯片软件判断，通过上述方法，PFC控制器106可根据自身采样信号实时判断PFC功率电路102是否有导致电路失效的异常状态，若存在，则PFC控制器106输出故障保护信号（比如：输出高电平）；所述桥式电路控制器107在检测到PFC控制器106输出的故障保护信号时（即有低电平变为高电平时），执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路104的输出，由于硬线通道H为异步触发，信息传递迅速，约为200ns，采用本系统后，在检测到PFC功率电路102有导致电路失效的异常状态时，能够快速响应，实现对桥式隔离变换功率电路104的保护。

当然，若第一核心控制芯片的硬件条件允许，比如，第一核心控制芯片还具有与交流电流采样输入通道相连接的第二比较器；以及与交流电压采样输入通道相连接的第三比较器。即需对每路信号配置独立的采样通道和比较器，最后将所有比较器输出并联后与硬线通道H连接。使用时，将第二比较器、第三比较器和第一比较器并联后与硬线通道H的输入端连接。所述第一核心控制芯片判断异常状态由比较器来实现，采用配置芯片内部采样通道和其内置比较器联动来实现，并将各比较器输出与硬线通道H直接连接。经采样通道采集得到的实时信号输入至与采样通道相连接的比较器上，比较器将实时信号值与故障预设值（包括预设交流输入电流正常范围、预设交流输入电压正常范围和预设高压母线电压正常范围）进行比较，若实时信号值大于或小于故障预设值，对应比较器输出高电平，并直接由硬线通道H输出。该方法利用第一核心控制芯片内置硬件设备进一步提高了过压、欠压、过流一类故障的保护响应速度，增加了系统安全余量。当然，所述第一核心控制芯片判断异常状态也可以由设置在其内的软件执行。

本实施例中，所述PFC控制器106的第一核心控制芯片通过数字通信COM与桥式电路控制器107相连接，所述数字通信COM用于负责数据、工作状态和控制指令的通信交互；数据量较大、数据处理时间较长，固定周期每100ms传递一次数据。

如图3所示，本实施例中，所述PFC控制器106的第一核心控制芯片通过硬线通道H与桥式电路控制器107相连接，所述硬线通道H用于负责传递PFC功率电路102异常状态相关的数据，若PFC控制器106判断为不存在异常状态时，则PFC控制器106保持输出低电平（比如：0V）给桥式电路控制器107，若PFC控制器106判断为存在异常状态时，则PFC控制器106输出高电平（比如：3.3V）并在异常状态期间持续保持。当异常状态消失时，PFC控制器106输出低电平。

数字通信方式一般包括通用异步收发传输器（UART）、同步串行总线（I2C）、串行外设接口（SPI）、控制器局域网总线（CAN）等，这些通信方式的传输数据量大，传输周期较长（毫秒级），在充电机中不适用于传输类似异常状态一类的信息量小、传输周期要求短（微秒或纳秒级）的信号。故本实施例中，采用硬线通道H来传输异常状态一类的数据。

如图5所示，本实施例中，所述桥式电路控制器107包括第二核心控制芯片，以及分别与第二核心控制芯片相连接的第二采样电路和第二驱动信号输出电路。所述桥式电路控制器107通过第二采样电路和第二驱动信号输出电路分别与采集桥式隔离变换功率电路104连接；所述第二采样电路用于采集桥式隔离变换功率电路104输出的高压直流输出电流Iout、高压直流输出电压Vout。所述第二驱动信号输出电路（即第二驱动信号输出通道）用于输出驱动信号Q2；所述第二核心控制芯片用于输出驱动信号Q2以驱动桥式电路控制器107中的第二功率器件，以及在检测到PFC控制器106输出故障保护信号或桥式电路控制器107有导致电路失效的异常状态时控制驱动信号Q2停止输出， 以达到保护桥式隔离变换功率电路104的硬件，避免内部环路电流过流的目的。

如图5所示，所述第二采样电路包括高压直流输出电压输入通道和高压直流输出电流输入通道；其中，所述高压直流输出电压输入通道用于采集驱动桥式电路控制器107输出的高压直流输出电压Vout；所述高压直流输出电流输入通道用于采集驱动桥式电路控制器107输出的高压直流输出电流Iout。

本实施例中，将采集的高压直流输出电压Vout与预设高压直流输出电压进行比较；将高压直流输出电流Iout与预设高压直流输出电流进行比较；若高压直流输出电压Vout大于预设高压直流输出电压或高压直流输出电流Iout大于预设高压直流输出电流或接收到硬线通道H为高电平，视为存在异常状态。

如图3所示，本实施例中，所述交流输入101包括四个输入，分别为火线L1、火线L2、火线L3和零线N，述PFC功率电路102包括单相交流输入和三相交流输入两种模式，用于将单相或三相交流转化为高压恒定直流；当PFC功率电路102处于单相交流模式时，所述火线L1和零线N接入PFC功率电路102，PFC功率电路102将单相交流转化为高压恒定直流；当PFC功率电路102处于三相交流模式时，所述火线L1、火线L2、火线L3和零线N均接入PFC功率电路102，PFC功率电路102将三相交流转化为高压恒定直流。

如图3所示，本实施例中，一种车载充电机故障快速保护系统,还包括辅助电源108，该辅助电源108分别与PFC控制器106和桥式电路控制器107连接。

本实施例中，所述动力电池105可以是锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池、钠硫电池、超级电容等所有类型可充电储能装置。

本实施例中，所述桥式隔离变换功率电路104是一类采用了桥式架构及原副边采用变压器进行隔离的电路的统称，其功能将恒定输入直流电压按照负载需求进行升降压，实现宽电压范围输出。该类电路在充电机应用种可具体为谐振桥LLC、双有源桥DAB、移相全桥PSFB等多种电路架构的任意一种。

如图2所示，现有技术中，第一控制器需要通过一路采样通道来采集PFC功率电路102的电压Vpfc1；隔离电路通过另一路采样通道来采集PFC功率电路的电压Vpfc2，并将电压Vpfc2输入给第二控制器。即采样信号无法和PFC功率电路自身已有的PFC输出电压采样共用，同时，整个系统需要冗余采样通道及其所需的隔离电路，从而增加了电路的复杂程度，增加了电路的体积和成本。

如图3所示，本实施例中，将PFC控制器106和桥式电路控制器107之间通过硬线通道H连接，并配置硬线通道H来传输异常状态一类的数据，由于硬线通道H的传输速度约为200ns，故可以做到只需要一路采样通道来采样Vpfc并输入给PFC控制器，然后通过硬线通道H来传输给桥式电路控制器107，实现了采样信号和PFC功率电路自身已有的PFC输出电压采样共用的目的。

由于硬线通道H的传输速度约为200ns，即使将电压Vpfc先输入给PFC控制器，然后再传输给桥式电路控制器107，也能够实现在判断出PFC功率电路102存在有导致电路失效的异常状态时，快速地对桥式电路控制器107进行保护，根据项目实施实测，自外部产生故障条件起，如Vpfc瞬间跌落，到桥式电路驱动信号Q2停止输出，响应时间小于1微秒。

相对于图2所示的电路，本系统减少了一路采样通道及其所需的隔离电路，同时，由于减少了隔离电路（隔离电路一般包括1个数字隔离器、6组滤波电路、1组稳压电路等器件），从图2和图3可以看出，辅助电源还可以减少一个通道，即可以少一个变压器及4个二极管及配套阻容器件。从而使系统的整体成本能够减少5%，体积能够减少5%。

本实施例中，一种车载充电机故障快速保护方法，采用如本实施例中所述的车载充电机故障快速保护系统，其方法包括以下步骤：

PFC控制器106根据自身采样信号实时判断PFC功率电路是否存在导致电路失效的异常状态；

响应于PFC控制器106判断出存在异常状态时，输出故障保护信号给桥式电路控制器107；

桥式电路控制器107基于故障保护信号，或基于采集的高压直流输出电流Iout、高压直流输出电压Vout实时判断出桥式电路控制器存在导致电路失效的异常状态时，执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路104输出。

本实施例中，一种车辆，采用如本实施例中所述的车载充电机故障快速保护系统。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

上述各实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种车载充电机故障快速保护系统，包括PFC功率电路（102）、高压母线电容（103）、桥式隔离变换功率电路（104）、PFC控制器（106）和桥式电路控制器（107）；所述PFC功率电路（102）分别与高压母线电容（103）和PFC控制器（106）连接；所述桥式隔离变换功率电路（104）分别与高压母线电容（103）、桥式电路控制器（107）连接；所述PFC功率电路（102）用于与交流输入（101）连接；所述桥式隔离变换功率电路（104）用于与动力电池（105）连接；其特征在于：

所述桥式电路控制器（107）与PFC控制器（106）之间通过硬线通道H连接，所述硬线通道H被配置为用于传递与PFC功率电路（102）异常状态相关的数据；

所述PFC控制器（106）根据自身采样信号实时判断PFC功率电路（102）是否有导致电路失效的异常状态，若存在，则PFC控制器（106）输出故障保护信号并通过硬线通道H输入给桥式电路控制器（107）；所述桥式电路控制器（107）在检测到PFC控制器（106）输出故障保护信号执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路（104）的输出；

所述PFC控制器（106）包括第一核心控制芯片；

所述PFC控制器（106）的第一核心控制芯片通过硬线通道H与桥式电路控制器（107）相连接，所述硬线通道H用于传递与PFC功率电路（102）异常状态相关的数据，若PFC控制器（106）判断为不存在异常状态时，则PFC控制器（106）保持输出低电平给桥式电路控制器（107），若PFC控制器（106）判断为存在异常状态时，则PFC控制器（106）输出高电平并在异常状态期间持续保持。

2.根据权利要求1所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：所述桥式电路控制器（107）还被配置为：采集桥式隔离变换功率电路（104）输出的高压直流输出电流Iout、高压直流输出电压Vout，并基于采集的高压直流输出电流Iout、高压直流输出电压Vout实时判断桥式电路控制器（107）是否有导致电路失效的异常状态，若存在，则执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路（104）的输出。

3.根据权利要求1所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：所述PFC控制器（106）还包括与第一核心控制芯片相连接的第一采样电路和第一驱动信号输出电路；PFC控制器（106）通过第一采样电路、第一驱动信号输出电路分别与PFC功率电路（102）连接；

所述第一采样电路用于采集PFC功率电路（102）输出的交流输入电流Iin、交流输入电压Vin和高压母线电压Vpfc；

所述第一驱动信号输出电路用于向PFC功率电路（102）输出驱动信号Q1；

所述第一核心控制芯片用于输出驱动信号Q1以驱动PFC功率电路（102）中的第一功率器件，以及在PFC功率电路（102）自身产生异常故障时，控制所有驱动信号Q1停止输出。

4.根据权利要求3所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：所述第一采样电路包括交流电流采样输入通道、交流电压采样输入通道和PFC电压采样输入通道；

其中，所述交流电流采样输入通道用于采集PFC功率电路（102）输出的交流输入电流Iin；

所述交流电压采样输入通道用于采集PFC功率电路（102）输出的交流输入电压Vin；

所述PFC电压采样输入通道用于采集PFC功率电路（102）输出的高压母线电压Vpfc。

5.根据权利要求4所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：

将采集的交流输入电流Iin与预设交流输入电流正常范围进行比较；

将采集的交流输入电压Vin与预设交流输入电压正常范围进行比较；

将采集的高压母线电压Vpfc与预设高压母线电压正常范围进行比较；

若交流输入电流Iin不在预设交流输入电流正常范围内，或交流输入电压Vin不在预设交流输入电压正常范内，或高压母线电压Vpfc不在预设高压母线电压正常范围内，则视为PFC功率电路（102）存在异常状态。

6.根据权利要求4所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：所述第一核心控制芯片至少具有与PFC电压采样输入通道相连接的第一比较器，该第一比较器与硬线通道H的输入端连接。

7.根据权利要求5所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：所述第一核心控制芯片还具有：

与交流电流采样输入通道相连接的第二比较器；

与交流电压采样输入通道相连接的第三比较器；

所述第二比较器、第三比较器和第一比较器均与硬线通道H的输入端连接。

8.根据权利要求3所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：所述PFC控制器（106）的第一核心控制芯片通过数字通信COM与桥式电路控制器（107）相连接，所述数字通信COM用于负责数据、工作状态和控制指令的通信交互。

9.根据权利要求1所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：所述桥式电路控制器（107）包括第二核心控制芯片，以及分别与第二核心控制芯片相连接的第二采样电路和第二驱动信号输出电路；所述桥式电路控制器（107）通过第二采样电路和第二驱动信号输出电路分别与采集桥式隔离变换功率电路（104）连接；

所述第二采样电路用于采集桥式隔离变换功率电路（104）输出的高压直流输出电流Iout、高压直流输出电压Vout；

所述第二驱动信号输出电路用于向桥式隔离变换功率电路（104）输出驱动信号Q2；

所述第二核心控制芯片用于输出驱动信号Q2以驱动桥式电路控制器（107）中的第二功率器件，以及在检测到PFC控制器（106）输出故障保护信号或桥式电路控制器（107）有导致电路失效的异常状态时控制驱动信号Q2停止输出。

10.根据权利要求9所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：所述第二采样电路包括高压直流输出电压输入通道和高压直流输出电流输入通道；

其中，所述高压直流输出电压输入通道用于采集驱动桥式电路控制器（107）输出的高压直流输出电压Vout；

所述高压直流输出电流输入通道用于采集驱动桥式电路控制器（107）输出的高压直流输出电流Iout。

11.根据权利要求10所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：

将采集的高压直流输出电压Vout与预设高压直流输出电压进行比较；

将高压直流输出电流Iout与预设高压直流输出电流进行比较；

若高压直流输出电压Vout大于预设高压直流输出电压，或高压直流输出电流Iout大于预设高压直流输出电流，或接收到硬线通道H为高电平，则控制驱动信号Q2停止输出。

12.根据权利要求1至11任一所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：所述交流输入（101）包括四个输入，分别为火线L1、火线L2、火线L3和零线N，

所述PFC功率电路（102）包括单相交流输入和三相交流输入两种模式，用于将单相或三相交流转化为高压恒定直流；

当PFC功率电路（102）处于单相交流模式时，所述火线L1和零线N接入PFC功率电路（102）；

当PFC功率电路（102）处于三相交流模式时，所述火线L1、火线L2、火线L3和零线N均接入PFC功率电路（102）。

13.根据权利要求1至11任一所述的车载充电机故障快速保护系统，其特征在于：还包括辅助电源（108），该辅助电源（108）分别与PFC控制器（106）和桥式电路控制器（107）连接。

14.一种车载充电机故障快速保护方法，其特征在于：采用如权利要求1至13任一所述的车载充电机故障快速保护系统，其方法包括以下步骤：

PFC控制器根据自身采样信号实时判断PFC功率电路是否存在导致电路失效的异常状态；

响应于PFC控制器判断出存在异常状态时，输出故障保护信号给桥式电路控制器（107）；

桥式电路控制器（107）基于故障保护信号执行故障保护动作，停止桥式隔离变换功率电路（104）输出。

15.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求1至13任一所述的车载充电机故障快速保护系统。

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