CN203554281U

CN203554281U - Dc-dc电源模块

Info

Publication number: CN203554281U
Application number: CN201320499861.XU
Authority: CN
Inventors: 亚力山大.克莱恩; 陈秀娟; 李治均
Original assignee: EFFI POWER Co Ltd
Current assignee: EFFI POWER Co Ltd
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2023-08-15

Abstract

本实用新型提供了一种DC-DC电源模块，包括输入开关、输出开关、控制单元、电流检测单元、电压检测单元、温度检测单元、启动单元、用于接收外部的直流电压输入的电压输入端、用于输出变换后的直流电压的电压输出端和用于接收来自所述电压输入端的直流并进行转换后输出转换后的直流电压到所述电压输出端的功率转换单元，所述电压输入端依次通过所述输入开关、所述功率转换单元、所述输出开关连接到所述电压输出端，所述启动单元、所述电流检测单元、所述电压检测单元和所述温度检测单元连接到所述控制单元。

Description

DC-DC电源模块

技术领域

本实用新型涉及电源电路领域，特别地，涉及一种无电解电容的DC-DC电源模块。

背景技术

随着人们的环保意识日渐增强，各种环保法规不断严格，汽车的低排放、节油、低噪声发展已成为行业内的普遍共识。

普通燃油汽车的排放、油耗都比较大，效率也很低。纯电动车由于动力电池昂贵、续驶里程短、充电困难等问题，一直无法推广。

因此，混合动力汽车越来越受到世界各国的重视。在混合动力汽车系统中，DC-DC模块电源成为重要的组成部分。由于汽车蓄电池为24V电压，不能够被混合动力汽车系统直接使用，因此有必要提供一种DC-DC（直流-直流）电源模块。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种能够将汽车蓄电池电压进行变换的DC-DC电源模块。

本实用新型DC-DC电源模块的一种较佳实施方式包括输入开关、输出开关、控制单元、电流检测单元、电压检测单元、温度检测单元、启动单元、用于接收外部的直流电压输入的电压输入端、用于输出变换后的直流电压的电压输出端和用于接收来自所述电压输入端的直流并进行转换后输出转换后的直流电压到所述电压输出端的功率转换单元，所述电压输入端依次通过所述输入开关、所述功率转换单元、所述输出开关连接到所述电压输出端，所述启动单元、所述电流检测单元、所述电压检测单元和所述温度检测单元连接到所述控制单元。

优选的，还包括连接在所述输入开关和所述电压输入端之间用于提供EMC防护的防护单元。

优选的，还包括连接在所述防护单元和所述功率转换单元之间用于给输入的电压信号滤波的输入滤波单元。

优选的，还包括连接在所述功率转换单元和输出开关之间用于为输出的电压信号整流、滤波和EMC防护的处理单元。

优选的，所述功率转换单元包括第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元和第四转换单元，所述控制单元包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元连接所述第一和第二转换单元，所述第二控制单元连接所述第三和第四转换单元，所述电压输入端连接所述第一控制单元和第二控制单元并用于为所述第一控制单元和第二控制单元供电，所述输入滤波单元分别连接所述第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元和第四转换单元，所述电流检测单元、所述电压检测单元、所述温度检测单元和所述启动单元分别连接所述第一控制单元和所述第二控制单元。

优选的，所述输入开关和所述输出开关是电子开关。

优选的，还包括连接在所述电压检测单元和所述输出开关之间的保护单元。

本实用新型DC-DC电源模块没有使用电解电容，因此不存在由于电解电容使用后电解液干枯而影响电源模块寿命的问题。进一步的，本实用新型采用四相同步降压变换技术，通过CPU控制4相交替变换工作，实现了低纹波电压输出及低电磁辐射。由于应用了同步整流技术和使用了低损耗MOS管，效率可以达到95%以上。本实用新型通过多重保护设计，实现了高可靠性和高安全性。此外，本实用新型通过电子开关实现输入输出接反保护。另外，本实用新型包括启动单元，通过点火控制输出，实现了安全应用和故障排除。本实用新型由于工作频率高达200kHz（千赫兹）以上，因此设计简洁、体积很小

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型DC-DC电源模块的一种较佳实施方式的电路方框示意图；

图2是本实用新型DC-DC电源模块的另一较佳实施方式的电路方框示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的一个实施方式提供一种DC-DC电源模块，包括输入开关、功率转换单元、输出开关、控制单元、电流检测单元、电压检测单元、保护单元、温度检测单元和启动单元、电压输入端和电压输出端，所述电压输入端依次通过所述输入开关、所述功率转换单元、所述输出开关连接到所述电压输出端，所述电压输入端用于接收外部的直流电压输入，所述电压输出端用于输出变换后的直流电压，所述功率转换单元用于接收来自所述电压输入端的直流并进行转换后输出转换后的直流电压到所述电压输出端，所述控制单元用于根据所述电流检测单元、电压检测单元和所述温度检测单元的反馈信号控制所述输入开关和所述功率转换单元工作，所述启动单元用于使能所述控制单元。

请参阅图1，是本实用新型DC-DC电源模块的一种较佳实施方式的电路方框示意图，所述DC-DC电源模块包括防护单元1、输入开关2、输入滤波单元3、功率转换单元4、处理单元5、输出开关6、控制单元 7、电流检测单元8、电压检测单元9、保护单元10、温度检测单元11和启动单元12、电压输入端101和电压输出端102。所述电压输入端101依次通过所述防护单元1、所述输入开关2、所述输入滤波单元3、所述功率转换单元4、所述处理单元5、所述输出开关6连接到所述电压输出端102。所述电压输入端101还连接所述控制单元7，用于为所述控制单元7供电。所述防护单元1包括EMC（Electro Magnetic Compatibility）电路，用于提供电磁防护。所述输入滤波单元3包括滤波电路，用于为输入的电压信号滤波。所述处理单元5包括同步整流电路、输出滤波电路和EMC电路，用于对输出信号进行整流、滤波和电磁防护。所述电压输入端101用于接收外部的直流电压输入，所述电压输出端102用于输出变换后的直流电压。

所述控制单元7还连接所述输入开关2、所述功率转换单元4、所述输出开关6、所述电流检测单元8、所述电压检测单元9、所述温度检测单元11和所述启动单元12。其中，所述输入开关2和所述输出开关6是电子开关，在所述控制单元7的控制下导通或者关闭。如果所述电压输入端101和所述电压输出端102接反时，所述控制单元7没有电压输入而不会工作，从而所述输入开关2和所述输出开关6不会导通。

所述功率转换单元4用于将输入的直流电压转换成不同电压的直流电压并输出。所述功率转换单元4在所述控制单元7的控制下工作。所述电压检测单元9用于接收所述功率转换单元4输出的直流电压并输出电压模拟量到所述控制单元7和所述保护单元10。所述控制单元7根据所述电压模拟量的增减控制所述功率转换单元4，进而控制输出电压保持恒定。所述保护单元10根据所述电压模拟量进行输出过压保护，即当所述电压模拟量达到设定的过压保护阈值时，所述保护单元10控制所述电子开关关闭。所述电流检测单元8用于接收所述功率转换单元4输出的直流电压并输出电流模拟量到所述控制单元7。所述控制单元7根据所述电流模拟量的大小控制所述功率转换单元4的输出电流的大小，当输出电流达到设定阈值大小时会启动过流保护，所述控制单元7控制所述功率转换单元4停止工作从而实现过流保护。所述启动单元12 连接所述控制单元7并用于通过对所述控制单元7进行点火复位的方式使得所述DC-DC电源模块恢复工作。所述温度检测单元11连接所述控制单元7并用于检测所述DC-DC电源模块温度，一旦温度达到设定的温度保护阈值时，所述温度检测单元12发送过温保护信号给所述控制单元7，所述控制单元7控制整个DC-DC电源模块停止工作。

在本实用新型的上述实施方式中，所述DC-DC电源模块没有使用电解电容，因此不存在由于电解电容使用后电解液干枯而影响电源模块寿命的问题。

请参阅图2，是本实用新型DC-DC电源模块的另一较佳实施方式的电路方框示意图。所述DC-DC电源模块包括防护单元10、输入开关20、输入滤波单元30、功率转换单元40、处理单元50、输出开关60、控制单元70、电流检测单元80、电压检测单元90、保护单元100、温度检测单元110和启动单元120、电压输入端201和电压输出端202。所述电压输入端201依次通过所述防护单元10、所述输入开关20、所述输入滤波单元30、所述功率转换单元40、所述处理单元50、所述输出开关60连接到所述电压输出端202。所述电压输入端201还连接所述控制单元70，用于为所述控制单元70供电。所述防护单元10包括EMC电路，用于提供电磁防护。所述输入滤波单元30包括滤波电路，用于为输入的电压信号滤波。所述处理单元50包括同步整流电路、输出滤波电路和EMC电路，用于对输出信号进行整流、滤波和电磁防护。所述电压输入端201用于接收外部的直流电压输入，所述电压输出端202用于输出变换后的直流电压。

所述功率转换单元40包括第一转换单元41、第二转换单元42、第三转换单元43和第四转换单元44。所述控制单元70包括第一控制单元71和第二控制单元72。所述电压输入端201分别连接所述第一控制单元71和第二控制单元72并用于为所述第一控制单元71和第二控制单元72供电。所述输入滤波单元30分别连接所述第一转换单元41、第二转换单元42、第三转换单元43和第四转换单元44。所述电流检测单元80、所述电压检测单元90、所述温度检测单元110和所述启动单元120 分别连接所述第一控制单元71和所述第二控制单元72。所述第一控制单元71还连接所述第一转换单元41和第二转换单元42，所述第二控制单元72还连接所述第三转换单元43和所述第四转换单元44。所述第一转换单元41和所述第二转换单元42、所述第三转换单元43和所述第四转换单元44分别在所述第一控制单元71和所述第二控制单元72控制下按照预设的相位轮流工作并将输入的直流电压转换为不同的直流电压输出，从而实现四相交替轮换工作。

所述输入开关20和所述输出开关60是电子开关且在所述第二控制单元72的控制下导通或者关闭。如果所述电压输入端201和所述电压输出端202接反时，所述第二控制单元72没有电压输入而不会工作，从而所述输入开关20和所述输出开关60不会导通。

所述电压检测单元90用于接收所述功率转换单元40输出的直流电压并输出电压模拟量到所述第一控制单元71、所述第二控制单元72和所述保护单元10。所述第一控制单元71、第二控制单元72根据所述电压模拟量的增减分别控制所述第一转换单元41、第二转换单元42和第三转换单元43、第四转换单元44并使得输出电压保持恒定。所述保护单元100根据所述电压模拟量进行输出过压保护，即当所述电压模拟量达到设定的过压保护阈值时，所述保护单元100控制所述输出开关60关闭。所述电流检测单元80用于接收所述功率转换单元40输出的直流电流并输出电流模拟量到所述第一控制单元71和第二控制单元72。所述第一控制单元71、第二控制单元72根据所述电流模拟量的大小控制所述功率转换单元40的输出电流的大小，当输出电流达到设定阈值大小时会启动过流保护，所述第二控制单元72控制所述功率转换单元40停止工作从而实现过流保护。所述启动单元120连接所述第一控制单元71和所述第二控制单元72，并用于通过对所述第一控制单元71和第二控制单元72进行点火复位的方式使得所述DC-DC电源模块恢复工作。所述温度检测单元110连接所述第一控制单元71和第二控制单元72，并用于检测所述DC-DC电源模块温度，一旦温度达到设定的温度保护阈值时，所述温度检测单元110发送过温保护信号给所述第一控制单元 71和第二控制单元72，所述第一控制单元71和第二控制单元72控制整个电源模块停止工作。所述启动单元120为点火控制，当所述启动单元120处于使能状态时，所述第一控制单元71和所述第二控制单元72会接收所述启动单元120的使能指令控制所述输入开关、输出开关和所述功率转换单元工作。

在本实施方式中，所述电压输入端的输入电压是24V直流电压，所述电压输出端的输出电压是13.7V直流电压。所述第一至第四转换单元41-44包括低损耗MOS管。所述第一控制单元71和所述第二控制单元72包括CPU（中央处理器）芯片，所述功率转换单元40工作频率可达到200MHz以上。

在本实用新型的上述实施方式中，所述DC-DC电源模块没有使用电解电容，因此不存在由于电解电容使用后电解液干枯而影响电源模块寿命的问题。上述实施方式采用四相同步降压变换技术，通过CPU控制4相交替变换工作，实现了低纹波电压输出及低电磁辐射。由于应用了同步整流技术和使用了低损耗MOS管，效率可以达到95%以上。本实用新型通过多重保护设计，实现了高可靠性和高安全性。此外，本实用新型通过电子开关实现输入输出接反保护。本实用新型包括启动单元，通过点火控制输出，实现了安全应用和故障排除。本实用新型由于工作频率高达200kHz（千赫兹）以上，因此设计简洁、体积很小。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种DC-DC电源模块，其特征在于，包括输入开关、输出开关、控制单元、电流检测单元、电压检测单元、温度检测单元、启动单元、用于接收外部的直流电压输入的电压输入端、用于输出变换后的直流电压的电压输出端和用于接收来自所述电压输入端的直流并进行转换后输出转换后的直流电压到所述电压输出端的功率转换单元，所述电压输入端依次通过所述输入开关、所述功率转换单元、所述输出开关连接到所述电压输出端，所述启动单元、所述电流检测单元、所述电压检测单元和所述温度检测单元连接到所述控制单元。

2.根据权利要求1所述的DC-DC电源模块，其特征在于，还包括连接在所述输入开关和所述电压输入端之间用于提供EMC防护的防护单元。

3.根据权利要求2所述的DC-DC电源模块，其特征在于，还包括连接在所述防护单元和所述功率转换单元之间用于给输入的电压信号滤波的输入滤波单元。

4.根据权利要求1所述的DC-DC电源模块，其特征在于，还包括连接在所述功率转换单元和输出开关之间用于为输出的电压信号整流、滤波和EMC防护的处理单元。

5.根据权利要求3所述的DC-DC电源模块，其特征在于，所述功率转换单元包括第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元和第四转换单元，所述控制单元包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元连接所述第一和第二转换单元，所述第二控制单元连接所述第三和第四转换单元，所述电压输入端连接所述第一控制单元和第二控制单元并用于为所述第一控制单元和第二控制单元供电，所述输入滤波单元分别连接所述第一转换单元、第二转换单元、第三转换单元和第四转换单元，所述电流检测单元、所述电压检测单元、所述温度检测单元和所述启动单元分别连接所述第一控制单元和所述第二控制单元。

6.根据权利要求5所述的DC-DC电源模块，其特征在于，所述输入开关和所述输出开关是电子开关。

7.根据权利要求6所述的DC-DC电源模块，其特征在于，还包括连接在所述电压检测单元和所述输出开关之间的保护单元。