CN209247857U - 高压采样诊断电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供了一种高压采样诊断电路，应用于包含有变压器的直流变换器，高压采样诊断电路包括：用于采样变压器高压侧电压信号的第一采样单元；用于采样变压器低压侧电压信号的第二采样单元；以及，用于根据变压器原副边绕组的匝数比、高压侧电压信号和低压侧电压信号诊断第一采样单元和第二采样单元是否出现异常的微控制器；其中，第一采样单元的输入端与变压器的高压侧连接，第一采样单元的输出端连接至微控制器，第二采样单元的输入端与变压器的低压侧连接，第二采样单元的输出端连接至微控制器。本实用新型实施例提供的高压采样诊断电路设计简单、成本低廉，有利于广泛应用和推广。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种高压采样诊断电路。
背景技术
在车载DC-DC变换器中，一般对各路采样要有诊断的功能，即要在DC--DC变换器运行前或运行中对采样电路是否正常进行诊断。
参见图1所示，现有的高压采样的诊断方法通常采用在直流变换器内变压器的高压侧设置两路独立的高压采样电路，如图1中的高压采样电路一11和高压采样电路二12，其中一路为采样回路，另一路为其校验电路；然后通过微控制器13比较两路高压采样电路的采样信号差值来判断高压采样是否正常，当两路采样信号的差值大于预设值时，认为采样电路异常，需要进行告警或故障停机。
由于一般车载DC-DC变换器的微控制器设置在变压器的低压侧，因此用于采样高压侧电压的两路高压采样电路均需要使用隔离器件将获得的采样电压隔离输出到微控制器，而隔离器件的价格较贵，导致现有的高压采样诊断电路的成本较高；此外，两路高压采样电路包含较多元件，导致占用印制电路板的面积较大，不利于提升DC-DC变换器的功率密度。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于针对上述高压采样诊断电路存在的成本较高且难以提升DC-DC变换器的功率密度的问题，提出一种根据变压器的原副边绕组的匝数比，在低压侧采用简单的整流电路和电阻分压采样电路，实现高压采样的诊断。
本实用新型实施例提出了一种高压采样诊断电路，应用于包含有变压器的直流变换器，其特征在于，所述高压采样诊断电路包括：
用于采样所述变压器高压侧电压信号的第一采样单元；
用于采样所述变压器低压侧电压信号的第二采样单元；以及，
用于根据所述变压器原副边绕组的匝数比、所述高压侧电压信号和所述低压侧电压信号诊断所述第一采样单元和所述第二采样单元是否出现异常的微控制器；
其中，所述第一采样单元的输入端与所述变压器的高压侧连接，所述第一采样单元的输出端连接至所述微控制器，所述第二采样单元的输入端与所述变压器的低压侧连接，所述第二采样单元的输出端连接至所述微控制器。
本实用新型实施例的高压采样诊断电路中，所述第二采样单元包括二极管、电容、分压及滤波网络子单元，所述二极管的正极连接到所述变压器的低压侧的正极，所述二极管的负极连接到所述分压及滤波网络子单元的第一输入端，且所述二极管的负极经由所述电容分别连接到所述变压器的低压侧的负极、所述分压及滤波网络子单元的第二输入端，所述分压及滤波网络子单元的第一输出端和第二输出端分别连接到所述微控制器。
本实用新型实施例上述的高压采样诊断电路中，所述高压采样诊断电路包括高压斩波单元，所述高压斩波单元的输入端连接所述直流变换器的高压输入端，且所述高压斩波单元的输出端连接到所述变压器的高压侧绕组；所述第一采样单元连接到所述高压斩波单元的输入端。
本实用新型实施例的高压采样诊断电路中，所述高压斩波单元包括多个半导体开关管，且所述多个半导体开关管连接成以下任一个拓扑结构：半桥、全桥、单端、双端。
本实用新型实施例的高压采样诊断电路中，所述变压器的低压侧具有低压整流单元，所述变压器的低压侧绕组连接到所述低压整流单元的输入端，且所述低压整流单元的输出端构成所述变压器的输出端。
本实用新型实施例的高压采样诊断电路中，所述低压整流单元包括第一金氧半场效晶体管和第二金氧半场效晶体管，所述变压器的低压侧绕组包括第一线圈和第二线圈，且所述第一线圈与第二线圈的绕线方向相反；所述第一金氧半场效晶体管的输入端连接到所述第一线圈的首端，所述第二金氧半场效晶体管的输入端连接到所述第二线圈的尾端，所述第一金氧半场效晶体管的输出端与第二金氧半场效晶体管的输出端连接后构成所述变压器的负输出端；所述第一线圈的尾端连接所述第二线圈首端，所述第一线圈和第二线圈的连接处构成所述变压器正输出端。
本实用新型实施例的高压采样诊断电路中，所述第一采样单元包括分压网络子单元、隔离运放子单元以及运放子单元；所述分压网络子单元的输入端与所述变压器的高压侧连接，所述分压网络子单元的输出端连接到所述隔离运放子单元的输入端，所述隔离运放子单元的输出端连接到所述运放子单元的输入端，所述运放子单元的输出端连接到所述微控制器。
本实用新型实施例的高压采样诊断电路中，所述高压采样诊断电路包括连接在所述高压斩波单元的正输入端和负输入端之间的第一滤波电容。
本实用新型实施例的高压采样诊断电路中，所述高压采样诊断电路包括连接在所述低压整流单元的正输出端和负输出端之间的第二滤波电容。
本实用新型实施例的高压采样诊断电路具有以下有益效果：通过采样变压器高压侧和低压侧的电压，并根据变压器的原副边绕组的匝数比来诊断采样两个采样单元是否异常，无需增加新的绕组，仅一路需要采样隔离芯片的隔离采样电路，减少了采样电路的器件数量，降低了电路的成本。此外，诊断电路由简单的整流及分压滤波器件组成，电路结构简单，器件少，有利于减小PCB板面积，提升电路的功率密度。本实用新型实施例提供的高压采样诊断电路设计简单、成本低廉，有利于广泛应用和推广。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型实施例作进一步说明，附图中：
图1示出了现有的高压采样的诊断电路的结构示意图；
图2示出了本实用新型实施例的高压采样诊断电路的结构示意图；
图3示出了图2中第一采样单元的结构示意图；
图4示出了图2中高压斩波单元及低压整流单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实施例的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便本领域技术人员理解和实施本实用新型实施例，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型实施例做进一步详细的说明。
如图2所示，是本实用新型实施例的高压采样诊断电路的结构示意图。该高压采样诊断电路可应用于包含有变压器11的直流变换器，并可实现高压采样电路的诊断。本实施例的高压采样诊断电路包括：用于采样所述变压器高压侧电压信号的第一采样单元12，用于采样所述变压器低压侧电压信号的第二采样单元13，以及用于根据所述变压器11原副边绕组的匝数比、所述高压侧电压信号和所述低压侧电压信号诊断所述第一采样单元12和所述第二采样单元13是否出现异常的微控制器14。其中，所述第一采样单元12的输入端与所述变压器11的高压侧连接，所述第一采样单元12的输出端连接至所述微控制器14，所述第二采样单元13的输入端与所述变压器11的低压侧连接，所述第二采样单元13的输出端连接至所述微控制器14。此外，所述高压采样诊断电路还包括低压整流单元15以及高压斩波单元16。
上述高压采样诊断电路通过两个采样单元(即第一采样单元12和第二采样单元13)分别采样变压器高压侧和低压侧的电压，并根据变压器的原副边绕组的匝数比来诊断上述两个采样单元是否异常，且仅一路采样单元需要采样隔离芯片，减少了采样电路中隔离器件数量，降低了电路的成本。该诊断电路无需增加新的绕组，应用范围广。
具体地，微控制器14可根据第二采样单元13输出的第二电压信号计算获得变压器11的高压侧电压，例如在变压器11的高压侧绕组与低压侧绕组的匝比为M:N(M、N分别为正整数)时；微控制器14可根据以下计算式(1)获得变压器11的高压侧电压：
其中，VBUS为计算获得的高压侧电压，VS为第二电压信号。然后微控制器14比较计算根据上述计算式(1)获得的变压器11的高压侧电压与通过第一采样单元12采集的高压侧电压，在上述两个值差异大于预设阈值时，认为第一采样单元12和第二采样单元13出现异常，发出告警提示或采取故障停机。其中，变压器11可以具有单个或多个输出绕组。
在上述实施例中，所述第二采样单元13包括二极管D1、电容C1、分压及滤波网络子单元，所述二极管D1的正极连接到所述变压器11的低压侧的正极，所述二极管D1的负极连接到所述分压及滤波网络子单元的第一输入端，且所述二极管D1的负极经由所述电容C1分别连接到所述变压器11的低压侧的负极、所述分压及滤波网络子单元的第二输入端，所述分压及滤波网络子单元的第一输出端和第二输出端分别连接到所述微控制器14。其中，电容C1的取值不能过大或过小，否则会影响第二采样单元13的准确性和响应速度。由于第二采样单元13设置在低压侧(微控制器侧)，因此无需隔离器件，电路结构简单，器件少，成本低，且有利于减小PCB板面积，提升电路的功率密度。
在上述实施例中，如图3所示，所述第一采样单元12包括分压网络子单元121、隔离运放子单元122以及运放子单元123；所述分压网络子单元121的输入端与所述变压器11的高压侧连接，所述分压网络子单元121的输出端连接到所述隔离运放子单元122的输入端，所述隔离运放子单元122的输出端连接到运放子单元123的输入端，所述运放子单元123的输出端连接到所述微控制器。
在上述实施例中，如图4所示，所述高压采样诊断电路还可包括高压斩波单元41，所述高压斩波单元41的输入端连接所述直流变换器的高压输入端，且所述高压斩波单元41的输出端连接到所述变压器的高压侧绕组；所述第一采样单元连接到所述高压斩波单41元的输入端。上述高压斩波单元41可将直流电斩波为脉冲波，从而在变压器11中产生交变的磁场，变压器11的低压侧绕组中可生成感应电流。
特别地，所述高压斩波单元41包括多个半导体开关管，且所述多个半导体开关管连接成以下任一个拓扑结构：半桥、全桥、单端、双端。其中，半导体开关管具体可以为金属氧化物半导体场效应管或绝缘栅双极型晶体管。
特别地，所述高压采样诊断电路包括连接在所述高压斩波单元41的正输入端和负输入端之间的第一滤波电容C2。
在上述实施例中，如图4所示，所述变压器的低压侧具有低压整流单元42，所述变压器的低压侧绕组连接到所述低压整流单元42的输入端，且所述低压整流单元42的输出端构成所述变压器的输出端。
特别地，所述低压整流单元42包括第一金氧半场效晶体管Q6和第二金氧半场效晶体管Q5，所述变压器的低压侧绕组包括第一线圈和第二线圈，且所述第一线圈与第二线圈的绕线方向相反；所述第一金氧半场效晶体管Q6的输入端连接到所述第一线圈的首端，所述第二金氧半场效晶体管Q5的输入端连接到所述第二线圈的尾端，所述第一金氧半场效晶体管Q6的输出端与第二金氧半场效晶体管Q5的输出端连接后构成所述变压器的负输出端；所述第一线圈的尾端连接所述第二线圈首端，所述第一线圈和第二线圈的连接处构成所述变压器正输出端。
特别地，所述高压采样诊断电路包括连接在所述低压整流单元42的正输出端和负输出端之间的第二滤波电容C3。
上述的高压采样诊断电路，通过第一采样单元、第二采样单元以及微控制器，根据直流变换器的变压器的原副边绕组的匝数比、第一电压信号和第二电压信号，计算高压侧电压，进而诊断采样第一采样单元、第二采样单元异常，无需增加新的绕组，仅需一路需要采样隔离芯片的隔离采样电路，减少了采样电路的器件数量，降低了电路的成本。此外，诊断电路由简单的整流及分压滤波器件组成，电路结构简单，器件少，有利于减小PCB板面积，提升电路的功率密度。本实用新型实施例提供的高压采样诊断电路设计简单、成本低廉，有利于广泛应用和推广。
应当理解的是，以上所述实施例仅表达了本实用新型实施例的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型实施例专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型实施例构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型实施例的保护范围。因此，本实用新型实施例专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种高压采样诊断电路，应用于包含有变压器的直流变换器，其特征在于，所述高压采样诊断电路包括：
用于采样所述变压器高压侧电压信号的第一采样单元；
用于采样所述变压器低压侧电压信号的第二采样单元；以及，
用于根据所述变压器原副边绕组的匝数比、所述高压侧电压信号和所述低压侧电压信号诊断所述第一采样单元和所述第二采样单元是否出现异常的微控制器；
其中，所述第一采样单元的输入端与所述变压器的高压侧连接，所述第一采样单元的输出端连接至所述微控制器，所述第二采样单元的输入端与所述变压器的低压侧连接，所述第二采样单元的输出端连接至所述微控制器。
2.根据权利要求1所述的高压采样诊断电路，其特征在于，所述第二采样单元包括二极管、电容、分压及滤波网络子单元，所述二极管的正极连接到所述变压器的低压侧的正极，所述二极管的负极连接到所述分压及滤波网络子单元的第一输入端，且所述二极管的负极经由所述电容分别连接到所述变压器的低压侧的负极、所述分压及滤波网络子单元的第二输入端，所述分压及滤波网络子单元的第一输出端和第二输出端分别连接到所述微控制器。
3.根据权利要求1所述的高压采样诊断电路，其特征在于，所述高压采样诊断电路包括高压斩波单元，所述高压斩波单元的输入端连接所述直流变换器的高压输入端，且所述高压斩波单元的输出端连接到所述变压器的高压侧绕组；所述第一采样单元连接到所述高压斩波单元的输入端。
4.根据权利要求3所述的高压采样诊断电路，其特征在于，所述高压斩波单元包括多个半导体开关管，且所述多个半导体开关管连接成以下任一个拓扑结构：半桥、全桥、单端、双端。
5.根据权利要求1所述的高压采样诊断电路，其特征在于，所述变压器的低压侧具有低压整流单元，所述变压器的低压侧绕组连接到所述低压整流单元的输入端，且所述低压整流单元的输出端构成所述变压器的输出端。
6.根据权利要求5所述的高压采样诊断电路，其特征在于，所述低压整流单元包括第一金氧半场效晶体管和第二金氧半场效晶体管，所述变压器的低压侧绕组包括第一线圈和第二线圈，且所述第一线圈与第二线圈的绕线方向相反；所述第一金氧半场效晶体管的输入端连接到所述第一线圈的首端，所述第二金氧半场效晶体管的输入端连接到所述第二线圈的尾端，所述第一金氧半场效晶体管的输出端与第二金氧半场效晶体管的输出端连接后构成所述变压器的负输出端；所述第一线圈的尾端连接所述第二线圈首端，所述第一线圈和第二线圈的连接处构成所述变压器正输出端。
7.根据权利要求1所述的高压采样诊断电路，其特征在于，所述第一采样单元包括分压网络子单元、隔离运放子单元以及运放子单元；所述分压网络子单元的输入端与所述变压器的高压侧连接，所述分压网络子单元的输出端连接到所述隔离运放子单元的输入端，所述隔离运放子单元的输出端连接到所述运放子单元的输入端，所述运放子单元的输出端连接到所述微控制器。
8.根据权利要求4所述的高压采样诊断电路，其特征在于，所述高压采样诊断电路包括连接在所述高压斩波单元的正输入端和负输入端之间的第一滤波电容。
9.根据权利要求6所述的高压采样诊断电路，其特征在于，所述高压采样诊断电路包括连接在所述低压整流单元的正输出端和负输出端之间的第二滤波电容。
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Cited By (1)
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| CN111060837A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-24 | 联合汽车电子有限公司 | Dcdc变换器的输出电压合理性校验电路及方法 |
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2018
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