CN209001815U - 电动汽车的高压辅助电源供电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电动汽车的高压辅助电源供电电路，电动汽车中的高压电池通过逆变器为电机提供驱动动力，电动汽车的高压辅助电源供电电路为逆变器提供逆变控制信号，包括第一抽头、第二抽头、第三抽头和第四抽头，第一抽头连接逆变器的上半桥的U相开关，并分别为逆变器的上半桥的U相开关提供逆变控制信号；第二抽头连接逆变器的上半桥的V相开关，并分别为逆变器的上半桥的V相开关提供逆变控制信号；第三抽头连接逆变器的上半桥的W相开关，并分别为逆变器的上半桥的W相开关提供逆变控制信号；第四抽头连接逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关，并为逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关提供逆变控制信号。

Description

电动汽车的高压辅助电源供电电路

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的高压辅助电源供电电路。

背景技术

电动汽车/混合动力汽车电机控制器主要由低压辅助电源供电电路和高压辅助电源供电电路构成。

低压辅助电源供电电路从低压蓄电池(常用电压12V)取电，然后利用电源处理芯片产生各种不同电压值的电压源给控制器的各个模块电路，例如MCU供电、Resolver电路供电、CPLD供电、逻辑芯片供电等。低压辅助电源供电电路的供电网络与选用的芯片类型及硬件设计拓扑有很大关系。

高压辅助电源供电电路的主要功能是控制逆变器功率模块IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)的开通和关断，最终为电机提供可控的电流。其中高压辅助电源供电电路的供电方案即这里称为的驱动电源拓扑方案。

随着新能源汽车的市场需求不断扩大，电机及电机控制器的需求竞争也不断增大。各个整车厂及汽车零部件(如电机控制器)供应商对成本控制的要求也不断提高。对于电机控制器(逆变器)，除了考虑从主要零部件降低成本之外，例如IGBT、母线电容、机械件等，还需要考虑在保证功能和性能满足需求的前提下，降低硬件电路的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电动汽车的高压辅助电源供电电路，以解决现有的电动汽车的驱动电路成本高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电动汽车的高压辅助电源供电电路，所述电动汽车中的高压电池通过逆变器为电机提供驱动动力，所述电动汽车的高压辅助电源供电电路为逆变器提供逆变控制信号，所述电动汽车的高压辅助电源供电电路包括第一抽头、第二抽头、第三抽头和第四抽头，其中：

所述第一抽头连接所述逆变器的上半桥的U相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的U相开关提供逆变控制信号；

所述第二抽头连接所述逆变器的上半桥的V相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的V相开关提供逆变控制信号；

所述第三抽头连接所述逆变器的上半桥的W相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的W相开关提供逆变控制信号；

所述第四抽头连接所述逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关，并为逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关提供逆变控制信号。

可选的，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，

所述第一抽头具有第一正电源抽头、第一负电源抽头和第一地抽头，

所述第二抽头具有第二正电源抽头、第二负电源抽头和第二地抽头，

所述第三抽头具有第三正电源抽头、第三负电源抽头和第三地抽头，

所述第四抽头具有第四正电源抽头、第四负电源抽头和第四地抽头。

可选的，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，

所述第一抽头具有第一正电源抽头和第一地抽头，

所述第二抽头具有第二正电源抽头和第二地抽头，

所述第三抽头具有第三正电源抽头和第三地抽头，

所述第四抽头具有第四正电源抽头和第四地抽头。

可选的，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，

所述第一抽头具有第一正电源抽头和第一地抽头，

所述第二抽头具有第二正电源抽头和第二地抽头，

所述第三抽头具有第三正电源抽头和第三地抽头，

所述第四抽头具有第四正电源抽头、第四负电源抽头和第四地抽头。

可选的，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，所述第一抽头、第二抽头和第三抽头均位于第一变压器的副边，所述第四抽头位于第二变压器的副边，或者所述第一抽头、第二抽头、第三抽头和第四抽头均位于第一变压器的副边。

可选的，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，所述第一变压器的原边连接15V电压，所述第二变压器的原边连接15V电压。

可选的，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，所述第一正电源抽头、第二正电源抽头、第三正电源抽头和第四正电源抽头输出15V电压。

可选的，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，所述第一负电源抽头、第二负电源抽头、第三负电源抽头和第四负电源抽头输出-8V电压。

在本实用新型提供的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，通过第四抽头连接逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关，并为逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关提供逆变控制信号，实现了变压器输出侧的绕组减少，能够有效降低成本和体积；且变压器体积减小，有助于印刷电路板布局布线的优化，优化性能；变压器体积减小，有助于变压器的优化设计，提高变压器的抗振动等级。

附图说明

图1～4是现有的电动汽车的高压辅助电源供电电路示意图；

图5是本实用新型一实施例电动汽车的高压辅助电源供电电路示意图；

图6是本实用新型另一实施例电动汽车的高压辅助电源供电电路示意图；

图7是本实用新型另一实施例电动汽车的高压辅助电源供电电路示意图；

图8(a)是本实用新型另一实施例电动汽车的高压辅助电源供电电路示意图；

图8(b)是本实用新型另一实施例电动汽车的高压辅助电源供电电路示意图；

图8(c)是本实用新型另一实施例电动汽车的高压辅助电源供电电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的电动汽车的高压辅助电源供电电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型的核心思想在于提供一种电动汽车的高压辅助电源供电电路，以解决现有的电动汽车的驱动电路成本高的问题。

为实现上述思想，本实用新型提供了一种电动汽车的高压辅助电源供电电路，所述电动汽车中的高压电池通过逆变器为电机提供驱动动力，所述电动汽车的高压辅助电源供电电路为逆变器提供逆变控制信号，所述电动汽车的高压辅助电源供电电路包括第一抽头、第二抽头、第三抽头和第四抽头，其中：所述第一抽头连接所述逆变器的上半桥的U相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的U相开关提供逆变控制信号；所述第二抽头连接所述逆变器的上半桥的V相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的V相开关提供逆变控制信号；所述第三抽头连接所述逆变器的上半桥的W相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的W相开关提供逆变控制信号；所述第四抽头连接所述逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关，并为逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关提供逆变控制信号。

本实施例举例四种常见高压辅助电源供电电路拓扑方案，接下来分别对这4种方案进行简单介绍。如图1所示，根据逆变器的U/V/W三相桥臂进行划分，利用3颗变压器产生6路独立的正负电源。该拓扑的优点是可以利用功率模块的三相较为独立的结构进行PCBlayout布局，各路电源之间的相互干扰较小。但缺点是该拓扑需要3颗大体积的变压器，总的占用PCB面积较大，而且成本较高。

本实施例还举例一种常见高压辅助电源供电电路拓扑方案，如图2所示。该拓扑的特点是利用6颗独立的小变压器为6路IGBT开关提供独立的正负供电电源。该方案对于PCBlayout布局设计比较灵活，可以根据实际情况个别调整位置，且各路供电电源之间干扰小。但该方案的成本较高，且对变压器的体积要求较高，必须在确保性能的同时保证体积较小，否则整体PCB占用面积会较高。

本实施例还举例一种常见高压辅助电源供电电路拓扑方案，如图3所示。该拓扑与方案2类似，只是在变压器输出端只有一组绕线，即只有正电源供电，无负电源供电。相对于图2的方案，该拓扑不仅能降低成本，还能有效降低变压器体积。但缺点是该方案只有正电源供电，而并非所有驱动芯片都支持单电源供电，因此兼容性较差。同时，该方案必须保证IGBT功率模块内部的寄生电感及PCB环路寄生电感足够小，否则容易带来门极干扰，导致IGBT上下直通的风险。

本实施例还举例一种常见高压辅助电源供电电路拓扑方案，如图4所示。该方案将变压器减少至2颗，各产生3路正负电源，分别给上半桥和下半桥驱动供电。与前3种方案相比，该方案集成度更高，并且相对于图1的方案，成本和体积都会降低。同时，该方案也是目前逆变器驱动电源设计的主要趋势。

本实用新型提供一种电动汽车的高压辅助电源供电电路，如图5～8所示，所述电动汽车中的高压电池通过逆变器为电机提供驱动动力，所述电动汽车的高压辅助电源供电电路为逆变器提供逆变控制信号，所述电动汽车的高压辅助电源供电电路包括第一抽头、第二抽头、第三抽头和第四抽头，其中：所述第一抽头连接所述逆变器的上半桥的U相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的U相开关提供逆变控制信号；所述第二抽头连接所述逆变器的上半桥的V相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的V相开关提供逆变控制信号；所述第三抽头连接所述逆变器的上半桥的W相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的W相开关提供逆变控制信号；所述第四抽头连接所述逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关，并为逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关提供逆变控制信号。

如图5和8(a)所示，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，所述第一抽头具有第一正电源抽头VDD15HU、第一负电源抽头NVDD8HU和第一地抽头GNDHU，所述第二抽头具有第二正电源抽头VDD15HV、第二负电源抽头NVDD8HV和第二地抽头GNDHV，所述第三抽头具有第三正电源抽头VDD15HW、第三负电源抽头NVDD8HW和第三地抽头GNDHW，所述第四抽头具有第四正电源抽头VDD15L、第四负电源抽头NVDD8L和第四地抽头GNDL。

如图6和图8(b)所示，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，所述第一抽头具有第一正电源抽头VDD15HU和第一地抽头GNDHU，所述第二抽头具有第二正电源抽头VDD15HV和第二地抽头GNDHV，所述第三抽头具有第三正电源抽头VDD15HW和第三地抽头GNDHW，所述第四抽头具有第四正电源抽头VDD15L和第四地抽头GNDL。

如图7和图8(c)所示，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，所述第一抽头具有第一正电源抽头VDD15HU和第一地抽头GNDHU，所述第二抽头具有第二正电源抽头VDD15HV和第二地抽头GNDHV，所述第三抽头具有第三正电源抽头VDD15HW和第三地抽头GNDHW，所述第四抽头具有第四正电源抽头VDD15L、第四负电源抽头NVDD8L和第四地抽头GNDL。

如图5、6和7所示，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，所述第一抽头、第二抽头和第三抽头均位于第一变压器T1的副边，所述第四抽头位于第二变压器T2的副边，或者如图8(a)、(b)和(c)所示，所述第一抽头、第二抽头、第三抽头和第四抽头均位于第一变压器T1的副边。所述第一变压器T1的原边KL15连接15V电压，所述第二变压器T2的原边连接15V电压。

另外，在所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，所述第一正电源抽头VDD15HU、第二正电源抽头VDD15HV、第三正电源抽头VDD15HW和第四正电源抽头VDD15L输出15V电压。所述第一负电源抽头NVDD8HU、第二负电源抽头NVDD8HV、第三负电源抽头NVDD8HW和第四负电源抽头NVDD8L输出-8V电压。

在本实用新型提供的电动汽车的高压辅助电源供电电路中，通过第四抽头连接逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关，并为逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关提供逆变控制信号，实现了变压器输出侧的绕组减少，能够有效降低成本和体积；且变压器体积减小，有助于印刷电路板布局布线的优化，优化性能；变压器体积减小，有助于变压器的优化设计，提高变压器的抗振动等级。

为了降低成本，提出了如下图5和图6两种新型逆变器驱动电源拓扑方案。两种拓扑方案的共同特点是采用2颗变压器，分别产生上下半桥的驱动电源，并且下半桥3路IGBT共用驱动电源。

图5中的方案利用第一变压器T1产生3路独立的正负电源，分别给上半桥U/V/W 3路IGBT驱动供电，该部分与图4常见的供电拓扑类似。但T2只产生1路正负电源，同时给下半桥U/V/W 3路IGBT驱动供电。这种方案相对于图4，不仅能降低成本，还能有效减小变压器T2的体积，该方案具有明显优势和竞争力。

但该方案在硬件电路设计及PCB layout设计过程中需要注意下半桥共地方案的设计，否则可能会带来其他的干扰问题。该方案已在目前项目中得到有效验证，并解决了带来的干扰问题。

新型驱动电源拓扑方案2在新型驱动电源拓扑方案1的基础上做了进一步的简化，即省去了负电源供电，上半桥采用3路正电源供电，下半桥采用1路正电源供电。该方案可以进一步降低变压器的体积和成本，提高产品竞争力。

同样，该方案在设计时也需要注意硬件电路及PCB layout下半桥共地方案的设计。另外，由于该方案没有负电源供电，因此受干扰的风险比新型驱动电源拓扑方案1更高。因此，建议该方案在IGBT模块内部寄生电感值较小的产品中进行应用。

除了图5和图6所示的新型逆变器驱动电源拓扑方案，还有另外1中拓扑方案，如下图7所示。图7的方案主要是对图6方案的优化补充。对于某些功率拓扑结构中下半桥寄生电感值偏大的设计，会给下半桥IGBT模块不同相之间的门极带来开关干扰，容易导致IGBT的误开启。此问题可以通过图7中的方案得到解决，主要方法是给下半桥增加负压供电。

新型逆变器驱动电源主拓扑方案主要有以上三种，每种拓扑方案的输出电源都不完全相同。但以上三种有个共同点，即都使用2个变压器，分别给上半桥和下半桥供电。因此针对以上3中拓扑方案，提出了以下第四种拓扑方案，如图8所示。

图8所示的拓扑方案根据前三种方案为基础，将2个变压器换成1个变压器，该方案的优点是既能减少成本，还能提高PCB空间利用率。但缺点是该方案需要根据具体IGBT模块的layout结构进行选择，同时2个变压器变成1个变压器导致单个变压器的体积变大，振动性能需要着重考虑。

综上，上述实施例对电动汽车的高压辅助电源供电电路的不同构型进行了详细说明，当然，本实用新型包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本实用新型所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种电动汽车的高压辅助电源供电电路，所述电动汽车中的高压电池通过逆变器为电机提供驱动动力，所述电动汽车的高压辅助电源供电电路为逆变器提供逆变控制信号，其特征在于，所述电动汽车的高压辅助电源供电电路包括第一抽头、第二抽头、第三抽头和第四抽头，其中：

所述第一抽头连接所述逆变器的上半桥的U相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的U相开关提供逆变控制信号；

所述第二抽头连接所述逆变器的上半桥的V相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的V相开关提供逆变控制信号；

所述第三抽头连接所述逆变器的上半桥的W相开关，并分别为所述逆变器的上半桥的W相开关提供逆变控制信号；

所述第四抽头连接所述逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关，并为逆变器的下半桥的U相开关、V相开关和W相开关提供逆变控制信号。

2.如权利要求1所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路，其特征在于，

所述第一抽头具有第一正电源抽头、第一负电源抽头和第一地抽头，

所述第二抽头具有第二正电源抽头、第二负电源抽头和第二地抽头，

所述第三抽头具有第三正电源抽头、第三负电源抽头和第三地抽头，

所述第四抽头具有第四正电源抽头、第四负电源抽头和第四地抽头。

3.如权利要求1所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路，其特征在于，

所述第一抽头具有第一正电源抽头和第一地抽头，

所述第二抽头具有第二正电源抽头和第二地抽头，

所述第三抽头具有第三正电源抽头和第三地抽头，

所述第四抽头具有第四正电源抽头和第四地抽头。

4.如权利要求1所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路，其特征在于，

所述第一抽头具有第一正电源抽头和第一地抽头，

所述第二抽头具有第二正电源抽头和第二地抽头，

所述第三抽头具有第三正电源抽头和第三地抽头，

所述第四抽头具有第四正电源抽头、第四负电源抽头和第四地抽头。

5.如权利要求1所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路，其特征在于，所述第一抽头、第二抽头和第三抽头均位于第一变压器的副边，所述第四抽头位于第二变压器的副边，或者所述第一抽头、第二抽头、第三抽头和第四抽头均位于第一变压器的副边。

6.如权利要求5所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路，其特征在于，所述第一变压器的原边连接15V电压，所述第二变压器的原边连接15V电压。

7.如权利要求2、3或4中任一项所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路，其特征在于，所述第一正电源抽头、第二正电源抽头、第三正电源抽头和第四正电源抽头输出15V电压。

8.如权利要求2所述的电动汽车的高压辅助电源供电电路，其特征在于，所述第一负电源抽头、第二负电源抽头、第三负电源抽头和第四负电源抽头输出-8V电压。