CN204810152U - 一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，包括控制电源电路和驱动电源电路，所述驱动电路包括驱动电源电路，所述驱动电源电路为三相驱动桥壁电路，所述三相驱动桥壁电路包括三个一致的单相桥壁电路，所述单相驱动桥壁电路包括变压器、整流电路、开关管电路、门极保护电路、电流采集电路、芯片电源电路和固定驱动波形发生器芯片。本实用新型技术方案的驱动电源电路采用变压器方式产生隔离的驱动电源，变压器设计简单，变压器系统参数调试简单，变压器体积小，可就近放置在驱动芯片附近，提高了驱动电源的性能；同时通过DC/DC模块方式产生非隔离的控制电源，设计简单、效率高、技术开发难度低、EMC试验容易通过、硬件成本低。

Description

一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构

技术领域

本实用新型涉及新能源车辆的电机控制器的低压电源技术领域，具体是指一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构。

背景技术

目前，在新能源车辆的功率电机控制器领域，电机控制器母线电压等级有12V、48V、330V、360V、480V、560V、588V、600V等，控制器输出功率等级一般有几百W、1KW、2KW、10KW、100KW、150KW，200KW等，都会涉及低压电源的产生问题，如+12V、+5V、+3.3V、+1.9V、驱动+15，驱动-8V等，而这些电源中驱动与控制电源还涉及一个与主回路电源系统隔离的问题，有一些控制电源也需要隔离电源。因此在电机控制器低压电源系统中，控制电源与驱动电源的产生是一个非常复杂的过程，是电机控制器设计成败的一个关键技术。

一般来说，电机控制器的低压输入电源分为二大类：

1）直接由母线电压产生低压输入电源，相当于控制器的输入电源仅有一路，全部由母线电源提供，如EHPS、电动空调等。

2）由外界的蓄电池或者DC/DC系统（高压电池系统的电源转化为低压电源系统的装置）作为输入电源，相当于控制器的输入电源有二路：一路母线电源，另外一路就是低压输入电源，如驱动电机控制器的12V或者24V。

但是，以上两类方式均在不同程度存在设计复杂、非隔离模块选择的余地范围小、效率低、技术开发难度高、EMC试验难通过等问题，据此，要拓展低压输入电源在新能源汽车的应用，必须开发更适用于实际使用要求的在新能源车辆的电机控制器方式。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，采用非隔离式模块设计，充分借鉴现有两类低压电源在新能源汽车上的使用缺陷。

本实用新型可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，包括控制电路和驱动电路，所述驱动电路包括驱动电源电路，所述驱动电源电路为三相驱动桥壁电路，所述三相驱动桥壁电路包括三个一致的单相桥壁电路，所述单相驱动桥壁电路包括变压器、整流电路、开关管电路、门极保护电路、电流采集电路、芯片电源电路和固定驱动波形发生器芯片。

所述变压器数量为两个，包括变压器T1和变压器T2；所述整流电路包含上桥+15V整流电路、下桥+15V整流电路、上桥-8V整流电路和下桥-8V整流电路；所述开关管电路包括开关管MOSFET1；所述门极保护电路包括第一门极保护电路和第二门极保护电路。

所述变压器T1、变压器T2、芯片电源电路的电流输入端与所述控制电源电路输出的内部电源连接，所述变压器T1的电流输出端与所述上桥+15V整流电路、上桥-8V整流电路连接，所述变压器T2的电流输出端与所述下桥+15V整流电路、下桥-8V整流电路连接，所述芯片电源电路的电流输出端与所述固定驱动波形发生器芯片的电流输入端连接。

所述变压器T1、变压器T2的一侧的信号输出端接地，所述变压器T1另一侧的信号输出端分别与开关管MOSFET1上的二极管D1、二极管D2连接，所述变压器T2另一侧的信号输出端分别与开关管MOSFET1上的二极管D3、二极管D4连接，所述开关管MOSFET1的信号输出端通过电阻接地，所述固定驱动波形发生器芯片的信号输入端同时与所述开关管MOSFET1的信号输出端、芯片控制电路连接，所述固定驱动波形发生器芯片的信号输出端分别与第一门极保护电路、第二门极保护电路的信号输入端连接，所述第一门极保护电路、第二门极保护电路的信号输出端与所述开关管MOSFET1的门极G1、门极G2连接。

进一步地，所述控制电路包括控制电源电路，所述控制电源电路包括用于电流输入的电源入口防护电路、用于输出内部电源的第一DC/DC电源电路、用于输出外部传感器芯片电源的第一模拟电源电路、用于输出电路板内部芯片数字电源的第二DC/DC电源电路、用于输出电路板内部芯片模拟电源的第二模拟电源电路、用于输出主控芯片数字电源和主控芯片内和电源的第三DC/DC电源电路和用于信号输入的信号入口逻辑电路。

所述电源入口防护电路的输入端与外界输入电源连接输入电流，所述电源入口防护电路输出端与所述第一DC/DC电源电路连接，所述第一DC/DC电源电路的输出端同时与所述第二DC/DC电源电路、第一模拟电源电路、第二模拟电源电路的电流输入端连接。

所述信号入口逻辑电路的输入端与启动信号连接输入信号，所述信号入口逻辑电路的输出端分别与所述第二DC/DC电源电路、第一模拟电源电路、第二模拟电源电路的信号输入端连接，所述第一DC/DC电源电路的输出端同时通过数字电桥与所述第三DC/DC电源电路连接。

在驱动电源电路中，通过DC/DC模块方式产生非隔离的控制电源，控制器的低压电源的端口防护电路全部在控制电源电路中。另不管控制电路输入是乘用车的12V或者商用车的24V，都会产生一个固定的内部电源，他既可以给控制电源水电路使用，也可以给驱动电源电路使用。这样就可以把乘用车和商用车的控制电源系统予以模块化设计。不管是乘用车还是商用车，控制电源电路和驱动电源电路都不会更改太多，十分实用，易于工程应用。

进一步地，所述第一DC/DC电源电路的型号为LTC2789，所述第二DC/DC电源电路的型号为LTC8366，所述第三DC/DC电源电路的型号为TPS767。

进一步地，所述第一模拟电源电路的型号为LM7812，所述第二模拟电源电路的型号为TLE42764。

进一步地，所述控制电源电路与所述驱动电源电路通过接插件接口连接，所述接插件接口包括电流接口和信号接口。低压电源的端口防护电路全部在控制电源电路中。无论控制电路输入是乘用车的12V或者商用车的24V，都会产生一个固定的内部电源，既可以给控制电源电路使用，也可以给驱动电源电路使用，实现乘用车和商用车的控制电源系统予以模块化设计。不管是乘用车还是商用车，只需要简单调整电源入口防护电路、DC/DC电源电路就可以满足通用性。控制电源电路和驱动电源电路都不会更改太多，十分实用于工程应用。

进一步地，所述驱动电路还包括上桥壁驱动电路，所述上桥+15V整流电路、上桥-8V整流电路与所述上桥壁驱动电路连接。

进一步地，所述驱动电路还包括下桥壁驱动电路，所述下桥+15V整流电路、下桥-8V整流电路与所述下桥壁驱动电路连接。

本实用新型一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，具有如下的有益效果：

在控制电源电路中，通过DC/DC模块方式产生非隔离的控制电源，具有设计简单、非隔离模块选择的余地多、效率高、技术开发难度低、EMC试验容易通过、硬件成本便宜等优点。在驱动电源电路中，采用变压器方式产生隔离的驱动电源。优点是变压器设计简单，变压器系统参数调试十分简单，由于变压器体积小，可以很轻松的就近放置在驱动芯片附近，驱动电源的性能会提高。

附图说明

图1为本实用新型一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构控制电源电路的原理框图。

图2为本实用新型一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构驱动电源电路的原理框图。

图3为本实用新型一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构驱动电源电路的电路图。

图4为本实用新型一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构固定驱动波形发生器芯片的波形图。

图5为本实用新型一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构门极G1导通的电流流向图。

图6为本实用新型一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构门极G2导通的电流流向图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型产品作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型公开了本实用新型公开了一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，包括控制电路和驱动电路，所述控制电路包括控制电源电路，所述控制电源电路包括用于电流输入的电源入口防护电路、用于输出内部电源的第一DC/DC电源电路、用于输出外部传感器芯片电源的第一模拟电源电路、用于输出电路板内部芯片数字电源的第二DC/DC电源电路、用于输出电路板内部芯片模拟电源的第二模拟电源电路、用于输出主控芯片数字电源和主控芯片内和电源的第三DC/DC电源电路和用于信号输入的信号入口逻辑电路；所述电源入口防护电路的输入端与外界输入电源连接输入电流，所述电源入口防护电路输出端与所述第一DC/DC电源电路连接，所述第一DC/DC电源电路的输出端同时与所述第二DC/DC电源电路、第一模拟电源电路、第二模拟电源电路的电流输入端连接。所述信号入口逻辑电路的输入端与启动信号连接输入信号，所述信号入口逻辑电路的输出端分别与所述第二DC/DC电源电路、第一模拟电源电路、第二模拟电源电路的信号输入端连接，所述第一DC/DC电源电路的输出端同时通过数字电桥与所述第三DC/DC电源电路连接。所述第一DC/DC电源电路的型号为LTC2789，所述第二DC/DC电源电路的型号为LTC8366，所述第三DC/DC电源电路的型号为TPS767。所述第一模拟电源电路的型号为LM7812，所述第二模拟电源电路的型号为TLE42764。

如图2所示，所述驱动电路包括驱动电源电路，所述驱动电源电路为三相驱动桥壁电路，所述三相驱动桥壁电路包括三个一致的单相桥壁电路，所述单相驱动桥壁电路包括变压器、整流电路、开关管电路、门极保护电路、电流采集电路、芯片电源电路和固定驱动波形发生器芯片。所述变压器数量为两个，包括变压器T1和变压器T2；所述整流电路包含上桥+15V整流电路、下桥+15V整流电路、上桥-8V整流电路和下桥-8V整流电路；所述开关管电路包括开关管MOSFET1；所述门极保护电路包括第一门极保护电路和第二门极保护电路。所述变压器T1、变压器T2、芯片电源电路的电流输入端与所述控制电源电路输出的内部电源连接，所述变压器T1的电流输出端与所述上桥+15V整流电路、上桥-8V整流电路连接，所述变压器T2的电流输出端与所述下桥+15V整流电路、下桥-8V整流电路连接，所述芯片电源电路的电流输出端与所述固定驱动波形发生器芯片的电流输入端连接。所述变压器T1、变压器T2的一侧的信号输出端接地，所述变压器T1另一侧的信号输出端分别与开关管MOSFET1上的二极管D1、二极管D2连接，所述变压器T2另一侧的信号输出端分别与开关管MOSFET1上的二极管D3、二极管D4连接，所述开关管MOSFET1的信号输出端通过电阻接地，所述固定驱动波形发生器芯片的信号输入端同时与所述开关管MOSFET1的信号输出端、芯片控制电路连接，所述固定驱动波形发生器芯片的信号输出端分别与第一门极保护电路、第二门极保护电路的信号输入端连接，所述第一门极保护电路、第二门极保护电路的信号输出端与所述开关管MOSFET1的门极G1、门极G2连接。

在实际使用中，所述控制电源电路与所述驱动电源电路通过接插件接口连接，所述接插件接口包括电流接口和信号接口。所述驱动电路还包括上桥壁驱动电路，所述上桥+15V整流电路、上桥-8V整流电路与所述上桥壁驱动电路连接。所述驱动电路还包括下桥壁驱动电路，所述下桥+15V整流电路、下桥-8V整流电路与所述下桥壁驱动电路连接。

如图3所示，变压器T1和变压器T2是两个完全一样的变压器，绕组1和2、3和4为输入绕组，绕组7和8为输出绕组；整流电路包含上桥+15V整流电路，由整流管D5、电容C2和电阻R13组成泄放回路、储能电容C9三部分组成。下桥+15V整流电路与上桥+15V整流电路类似，下桥-8V整流电路，由整流管D7、电容C14和电阻R14组成泄放回路、储能电容C10三部分组成。下桥-8V整流电路与上桥-8V整流电路组成类似。开关管电路由一个双MOSFET管组成，二个管子参数完全一样，开关管电路包含开关管MOSFET1、电阻R12与电容C8组成的泄放回路、电阻R11与电容C7组成的泄放回路这三部分组成。门极保护电路包含二个完全一样的第一门极保护电路和第二门极保护电路；第一门极保护电路包含门极电阻R5、下拉保护电阻R7、泄放二极管D12三部分组成。电流采集保护电路包含采集电阻R10、滤波电路R9与C6二部分组成。芯片电源电路给门极驱动信号产生芯片供电，包含限流电阻R1、稳压二极管D14、去耦电容C5三部分组成。固定驱动波形发生器芯片产生固定频率的互为互补的驱动波形，其驱动波形如图4所示，固定驱动波形发生器芯片所产生的波形分别与开关管MOSFET1的门极G1、门极G连接，驱动整个变压器电源系统，是整个系统的核心控制芯片，其频率由R4和C4组成的电路来设定。

如图5所示，图5为门极G1导通的电流流向示意框图。当门极G1为高电平的时候，MOSFET1中的管子打开，变压器T1和T2的绕组12通电工作，电流先经过2脚，再到1脚；然后经过MOSFET管子，最后经过原边的电流采集电阻，到电源的地线构成一个完整的回路。与此同时，变压器的同名端的作用，副边绕组7、8的8脚输出为正电压，电流从8脚往外流，经过外界的负载，最后回到副边绕组的7脚；这样也就构成了一个完整的回路；上述电路经过变压器的电磁作用，经过原边绕组1、2的电压波形，其实是一个类似于图4附加在门极G1波形的电压波形；同样的道理，副边绕组7、8也是一个类似于门极G1波形的电压波形，但是在变压器的副边输出电路中有整流电路，而且我们的开关频率比较高（如100KHz）就会把电压波形变成一个叠加有纹波电压的实际电压波形。图6的门极G2导通的电流流向示意框图其具体过程与门极G1导通的流向类似，具体如图6所示、

在实际使用过程中，变压器T1和变压器T2完全一样，原边绕组1、2和原边绕组3、4，有二个原边绕组，他们的匝比、绕线的线径有区别；副边绕组7、8，变压器的绕组参数，如匝数、匝比、线径等需要根据变压器的设计负载来确认。变压器中2和3脚位连接在一起，也就是绕组的绕线连接在一起，一起作为原边绕组的输入脚。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，包括控制电路和驱动电路，所述驱动电路包括驱动电源电路，其特征在于：所述驱动电源电路为三相驱动桥壁电路，所述三相驱动桥壁电路包括三个一致的单相桥壁电路，所述单相驱动桥壁电路包括变压器、整流电路、开关管电路、门极保护电路、电流采集电路、芯片电源电路和固定驱动波形发生器芯片；

所述变压器数量为两个，包括变压器T1和变压器T2；所述整流电路包含上桥+15V整流电路、下桥+15V整流电路、上桥-8V整流电路和下桥-8V整流电路；所述开关管电路包括开关管MOSFET1；所述门极保护电路包括第一门极保护电路和第二门极保护电路；

所述变压器T1、变压器T2、芯片电源电路的电流输入端与内部电源连接，所述变压器T1的电流输出端与所述上桥+15V整流电路、上桥-8V整流电路连接，所述变压器T2的电流输出端与所述下桥+15V整流电路、下桥-8V整流电路连接，所述芯片电源电路的电流输出端与所述固定驱动波形发生器芯片的电流输入端连接；

所述变压器T1、变压器T2的一侧的信号输出端接地，所述变压器T1另一侧的信号输出端分别与开关管MOSFET1上的二极管D1、二极管D2连接，所述变压器T2另一侧的信号输出端分别与开关管MOSFET1上的二极管D3、二极管D4连接，所述开关管MOSFET1的信号输出端通过电阻接地，所述固定驱动波形发生器芯片的信号输入端同时与所述开关管MOSFET1的信号输出端、芯片控制电路连接，所述固定驱动波形发生器芯片的信号输出端分别与第一门极保护电路、第二门极保护电路的信号输入端连接，所述第一门极保护电路、第二门极保护电路的信号输出端与所述开关管MOSFET1的门极G1、门极G2连接。

2.根据权利要求1所述的车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，其特征在于：所述控制电路包括控制电源电路，所述控制电源电路包括用于电流输入的电源入口防护电路、用于输出内部电源的第一DC/DC电源电路、用于输出外部传感器芯片电源的第一模拟电源电路、用于输出电路板内部芯片数字电源的第二DC/DC电源电路、用于输出电路板内部芯片模拟电源的第二模拟电源电路、用于输出主控芯片数字电源和主控芯片内和电源的第三DC/DC电源电路和用于信号输入的信号入口逻辑电路；

所述电源入口防护电路的输入端与外界输入电源连接输入电流，所述电源入口防护电路输出端与所述第一DC/DC电源电路连接，所述第一DC/DC电源电路的输出端同时与所述第二DC/DC电源电路、第一模拟电源电路、第二模拟电源电路的电流输入端连接；

所述信号入口逻辑电路的输入端与启动信号连接输入信号，所述信号入口逻辑电路的输出端分别与所述第二DC/DC电源电路、第一模拟电源电路、第二模拟电源电路的信号输入端连接，所述第一DC/DC电源电路的输出端同时通过数字电桥与所述第三DC/DC电源电路连接。

3.根据权利要求2所述的车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，其特征在于：所述第一DC/DC电源电路的型号为LTC2789，所述第二DC/DC电源电路的型号为LTC8366，所述第三DC/DC电源电路的型号为TPS767。

4.根据权利要求3所述的车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，其特征在于：所述第一模拟电源电路的型号为LM7812，所述第二模拟电源电路的型号为TLE42764。

5.根据权利要求4所述的车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，其特征在于：所述控制电源电路与所述驱动电源电路通过接插件接口连接，所述接插件接口包括电流接口和信号接口。

6.根据权利要求5所述的车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，其特征在于：所述驱动电路还包括上桥壁驱动电路，所述上桥+15V整流电路、上桥-8V整流电路与所述上桥壁驱动电路连接。

7.根据权利要求6所述的车辆控制器低压电源的电路拓扑结构，其特征在于：所述驱动电路还包括下桥壁驱动电路，所述下桥+15V整流电路、下桥-8V整流电路与所述下桥壁驱动电路连接。