CN205818952U - 一种数字控制的隔离型车载直流电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种数字控制的隔离型车载直流电源，包括功率主回路、逻辑处理及控制回路、PWM隔离驱动模块及多路隔离输出辅助电源模块；功率主回路和逻辑处理及控制回路之间电气隔离；逻辑处理及控制回路通过PWM隔离驱动模块用于向功率主回路提供隔离驱动信号；多路隔离输出辅助电源模块用于向逻辑处理及控制回路、PWM隔离驱动模块隔离供电。本实用新型能够提高控制回路和功率主回路间的电气隔离程度、提高主控单元的可靠性、满足整车通信的需求、降低硬件保护电路的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种用于电动汽车低压蓄电池充电及低压负载供电的车载直流电源。
背景技术
车载直流电源是将高压动力电池的直流电压进行电平转换，为低压蓄电池及其他车载低压负载供电的设备。当前，根据车型的不同，车载直流电源的功率等级一般在1kW~3kW之间，小型乘用电动车的高压动力电池电压额定在320V左右、低压蓄电池的额定电压在14V左右。车载直流电源应用发展至今，既有采用诸如UCC28950等典型的集成控制芯片进行模拟控制的方案，也有采用诸如TMS320F28035等DSP芯片进行数字量控制的方案。
在公开号为CN103595256A所述的专利中，描述了一种采用集成的移相全桥芯片为主控芯片的车载DC/DC电源系统，但是该系统不具备CAN通信接口，无法满足与整车控制器进行通信的功能，同时也没有进行EMI处理，无法保证满足车载设备的电磁兼容特性要求。
在公开号为CN102170234A所述的专利中，只实现了PWM驱动以及输入电压采样与功率回路的电气隔离，没有实现输出电压采样与功率回路之间的电气隔离，存在功率回路的干扰耦合进控制回路的问题，属于非完全电气隔离的方案。 另外，其控制供电是通过高压直流母线进行DC/DC变换到+3.3V的方案，与本实用新型的宽输入电压范围4.8V~18V，多路隔离辅助电源输出的供电方案有本质的区别。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述技术中存在的不足之处，提供了一种采用数字控制芯片作为核心控制单元的车载直流电源，本实用新型所提出的方案既能提高装置的电磁兼容特性，又能满足整车通信的需求，同时也实现了完全的电气隔离。
本实用新型由以下技术方案实现：
一种数字控制的隔离型车载直流电源，包括功率主回路、逻辑处理及控制回路、PWM隔离驱动模块及多路隔离输出辅助电源模块；功率主回路和逻辑处理及控制回路之间电气隔离；逻辑处理及控制回路通过PWM隔离驱动模块用于向功率主回路提供隔离驱动信号；多路隔离输出辅助电源模块用于向逻辑处理及控制回路、PWM隔离驱动模块隔离供电。
进一步的，所述功率主回路依次包括：输入EMI电路、DC/DC变换主电路及输出滤波电路；所述DC/DC变换主电路通过PWM隔离驱动模块提供的隔离驱动信号，实现将EMI滤波处理后的直流高压转换为直流低压，最后经过输出滤波电路进行滤波处理。
进一步的，所述逻辑处理及控制回路包括主控芯片MCU、电平转换模块、信号调理模块、霍尔电流传感器、输入电压隔离检测模块、输出电压隔离检测模块、两路CAN总线隔离模块。
进一步的，所述主控芯片MCU包括ADC功能单元、CAN功能单元及PWM功能单元。
进一步的，还包括高压动力电池，所述高压动力电池用于向输入EMI电路供电。
进一步的，还包括低压蓄电池，所述低压蓄电池用于向多路隔离输出辅助电源模块供电。
进一步的，所述多路隔离输出辅助电源模块的供电范围是4.8V~18V。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：能够提高控制回路和功率主回路间的电气隔离程度、提高主控单元的可靠性、满足整车通信的需求、降低硬件保护电路的成本，具体如下：
（1）逻辑处理及控制回路和功率主回路间的电气隔离有助于提高控制部分的安全性以及抗干扰特性；
（2）采用汽车级的数字控制芯片作为核心控制单元能够保证恶劣的车载工况下主控单元的可靠性；
（3）采用数字控制芯片提供的CAN通信接口方案能够满足与其他的车载设备之间的整车通信以及整车调试需求；
（4）采用数字控制芯片软件实现欠压/过压/过流等保护功能，节约了硬件保护电路的成本。
附图说明
图1为本实用新型的总体系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
图1是本实用新型所述的直流电源的总体框图。
功率主回路由图1中所示的输入EMI电路1、DC/DC变换主电路2、输出滤波电路3组成。
输入EMI电路从高压动力电池取电，并进行EMI滤波处理，DC/DC变换主电路2通过PWM隔离驱动模块6提供的隔离驱动信号，实现将EMI滤波处理后的直流高压转换为直流低压，最后经过输出滤波电路3进行滤波处理，改善电源特性，为低压蓄电池及其他负载供电。其中，PWM隔离驱动模块6向DC/DC变换主电路2提供的隔离驱动信号来自于逻辑处理及控制回路4。
逻辑处理及控制回路4通过霍尔电流传感器、输入电压隔离检测模块、输出电压隔离检测模块以及多路隔离输出辅助电源模块5提供的隔离电源，实现输入电压、输出电压、输出电流的隔离检测，通过采样信号的逻辑处理，实现欠压/过压/过流等保护功能，最后由控制算法实现输出多路100kHz~200kHz的高频PWM控制信号给PWM隔离驱动模块6。
逻辑处理及控制回路4包括主控芯片MCU、电平转换模块、信号调理模块、霍尔电流传感器、输入电压隔离检测模块、输出电压隔离检测模块、2路CAN总线隔离模块。
霍尔电流传感器、输入电压隔离检测模块、输出电压隔离检测模块确保了功率主回路与逻辑处理及控制回路4之间的电气隔离。两路CAN总线隔离模块确保了外部CAN回路与逻辑处理及控制回路4之间的电气隔离。
电平转换模块从多路隔离输出辅助电源模块取电，转换为逻辑处理及控制回路所需的电平，为主控芯片MCU、信号调理模块、霍尔电流传感器供电。
信号调理模块用于将霍尔电流传感器、输入电压隔离检测模块、输出电压隔离检测模块所输出的信号进行电平调整，确保信号满足主控芯片MCU的ADC对信号电平的要求。
主控芯片MCU根据ADC采样所得的输入电压、输出电压、输出电流，以及接收到的调度指令或上位机监控调试指令，实现隔离型车载直流电源的数字控制算法，控制输出PWM驱动信号。
逻辑处理及控制回路4中的主控芯片MCU具备CAN功能单元，提供了整车CAN及调试CAN通信接口：当装置处于整车运行工况时，通过CAN总线隔离模块1，接受整车控制器的调度指令；当装置处于调试等非整车运行工况时，通过CAN总线隔离模块2，接受上层监控软件或者上位机监控，配合进行系统调试。对于非调试的运行工况，在没有接收到整车CAN通信指令时候，逻辑处理及控制回路4检测不存在欠压、过压、短路等故障后，装置可以根据输入输出状态自动启动工作，为低压蓄电池充电。
在整个装置中，多路隔离输出辅助电源模块5从低压蓄电池取电，具备宽输入电压范围4.8V~18V工作的能力，保证低压蓄电池在不同放电状态下辅助电源都能正常工作，并给逻辑处理及控制回路4、PWM隔离驱动模块6进行隔离供电的目的，也确保装置内部电源与功率主回路的输出低压侧的电气隔离。
对于具体实施方式的理解的描述仅仅是为帮助理解本实用新型，而不是用来限制本实用新型的。本领域技术人员均可以利用本实用新型的思想进行一些改动和变化，只要其技术手段没有脱离本实用新型的思想和要点，仍然在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种数字控制的隔离型车载直流电源，其特征在于：包括功率主回路、逻辑处理及控制回路、PWM隔离驱动模块及多路隔离输出辅助电源模块；功率主回路和逻辑处理及控制回路之间电气隔离；逻辑处理及控制回路通过PWM隔离驱动模块用于向功率主回路提供隔离驱动信号；多路隔离输出辅助电源模块用于向逻辑处理及控制回路、PWM隔离驱动模块隔离供电。
2.根据权利要求1所述的一种数字控制的隔离型车载直流电源，其特征在于：所述功率主回路依次包括：输入EMI电路、DC/DC变换主电路及输出滤波电路；所述DC/DC变换主电路通过PWM隔离驱动模块提供的隔离驱动信号，实现将EMI滤波处理后的直流高压转换为直流低压，最后经过输出滤波电路进行滤波处理。
3.根据权利要求1所述的一种数字控制的隔离型车载直流电源，其特征在于：所述逻辑处理及控制回路包括主控芯片MCU、电平转换模块、信号调理模块、霍尔电流传感器、输入电压隔离检测模块、输出电压隔离检测模块、两路CAN总线隔离模块。
4.根据权利要求3所述的一种数字控制的隔离型车载直流电源，其特征在于：所述主控芯片MCU包括ADC功能单元、CAN功能单元及PWM功能单元。
5.根据权利要求2所述的一种数字控制的隔离型车载直流电源，其特征在于：还包括高压动力电池，所述高压动力电池用于向输入EMI电路供电。
6.根据权利要求1所述的一种数字控制的隔离型车载直流电源，其特征在于：还包括低压蓄电池，所述低压蓄电池用于向多路隔离输出辅助电源模块供电。
7.根据权利要求1所述的一种数字控制的隔离型车载直流电源，其特征在于：所述多路隔离输出辅助电源模块的供电范围是4.8V~18V。
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