CN214315060U - 一种电动汽车用反激电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车用反激电源电路，包括低压直流电源模块、反激变压器LB0、电源管理电路、整流滤波电路、反馈电路和电流保护电路；低压直流电源模块用于提供工作电压；反激变压器LB0采用一原边三副边的绕线模式，电源管理电路包括开关稳压器U1、MOS管Q1、二极管D1和电容C3，反馈电路包括二极管D2、电阻R1和电阻R2，整流滤波电路包括二极管D4、二极管D5、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8和电容C9，电流保护电路包括双通道比较器U2、二输入或门U3、三极管Q2、电阻R3和电阻R4。本实用新型能减小关断尖峰电压对原边器件的损伤，并在副边短路过流时进行保护。

Description

一种电动汽车用反激电源电路

技术领域

本实用新型属于电动汽车电机控制领域，具体涉及一种电动汽车用反激电源电路。

背景技术

目前电动汽车的电机控制器的驱动电路中通常采用一拖一、一拖二或者一拖六的变压器作为电源电路为IGBT（绝缘栅双极性晶体管）的驱动芯片提供正负电压进行供电。为避免IGBT的误操作，变压器供电的稳定性至关重要。变压器电源电路分为正激和反激两种，由于反激电源电路设计简单、价格低廉，被广泛应用于100KW以下的低功率电路中。但是反激电源电路在关断时会造成很高的尖峰电压，同时副边短路过流时会对原边造成严重损伤。如何降低尖峰高压、短路电流对反激电源电路的影响非常重要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电动汽车用反激电源电路，以减小关断尖峰电压对原边器件的损伤，并在副边短路过流时进行保护。

本实用新型所述的电动汽车用反激电源电路，包括低压直流电源模块、反激变压器LB0、电源管理电路和整流滤波电路，还包括反馈电路和电流保护电路；所述低压直流电源模块用于给反激变压器LB0、电源管理电路和电流保护电路提供工作电压；所述反激变压器LB0采用一原边三副边的绕线模式，所述电源管理电路包括开关稳压器U1、MOS管Q1、二极管D1和电容C3，所述反馈电路包括二极管D2、电阻R1和电阻R2，所述整流滤波电路包括二极管D4、二极管D5、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8和电容C9，所述电流保护电路包括双通道比较器U2、二输入或门U3、三极管Q2、电阻R3和电阻R4；反激变压器LB0的原边绕组的一端接低压直流电源模块和二极管D1的阴极，反激变压器LB0的原边绕组的另一端接电容C3的一端和MOS管Q1的漏极，电容C3的另一端接二极管D1的阳极，MOS管Q1的源极接地、栅极接开关稳压器U1的输出端，开关稳压器U1的电源端和使能端接低压直流电源模块（1）、接地端接地、输入端接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接反激变压器LB0的第一个副边绕组的一端，反激变压器LB0的第一个副边绕组的另一端接地、第二个副边绕组的一端接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接电容C4的一端、电容C6的一端和电容C8的一端，且输出正电压VCCH_U，反激变压器LB0的第二个副边绕组的另一端接第三个副边绕组的一端、三极管Q2的集电极、电容C5的一端、电容C7的一端、电容C9的一端、电容C4的另一端、电容C6的另一端和电容C8的另一端，反激变压器LB0的第三个副边绕组的另一端接二极管D5的阴极，二极管D5的阳极接电容C5的另一端、电容C7的另一端和电容C9的另一端，且输出负电压VEEH_U，三极管Q2的基极接二输入或门U3的输出端，二输入或门U3的电源端接低压直流电源模块、接地端接地，三极管Q2的发射极接电阻R3的一端和电阻R4的一端，且输出基准电压VEMITRH_U，电阻R3的另一端接双通道比较器U2的第一同相输入端和正压等效负载电阻RL1，电阻R4的另一端接双通道比较器U2的第二同相输入端和负压等效负载电阻RL2，双通道比较器U2的电源端接低压直流电源模块、接地端接地、第一反相输入端接基准电压源VREF1、第一输出端接二输入或门U3的一个输入端、第二反相输入端接基准电压源VREF2、第二输出端接二输入或门U3的另一个输入端。

优选的，所述电源管理电路还包括双向TVS管D3（为有源钳位二极管），双向TVS管D3的一端接MOS管Q1的漏极、另一端接地。增加双向TVS管D3能更好的在MOS管Q1关断过程中削弱尖峰电压和尖峰电流，从而更好的保护MOS管Q1和反激变压器不被击坏。

优选的，所述整流滤波电路还包括稳压管D6和稳压管D7，稳压管D6的阴极接二极管D4的阴极、阳极接三极管Q2的集电极，稳压管D7的阴极接三极管Q2的集电极、阳极接二极管D5的阳极。增加稳压管D6和稳压管D7能使输出的正电压VCCH_U、负电压VEEH_U更加稳定。

优选的，所述低压直流电源模块包括12V小电瓶BAT_12V、电感B1、电容C1、电容C2、电容C10、电容C11、电容C12、电阻R5、电阻R6和电源转换器U4，12V小电瓶BAT_12V接电感B1的一端、电容C1的一端、电容C12的一端和电源转换器U4的输入端，电感B1的另一端接电容C2的一端、反激变压器LB0的原边绕组的一端以及开关稳压器U1的电源端和使能端（即输出电压VDD_12V），电容C1的另一端、电容C2的另一端和电容C12的另一端接地，电源转换器U4的接地端接地、复位延迟端通过电容C10接地、复位输出端通过电阻R5接地、输出端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接电容C11的一端、双通道比较器U2的电源端和二输入或门U3的电源端（即输出电压VCC_5V），电容C11的另一端接地。

优选的，开关稳压器U1的型号为NJW4140，双通道比较器U2的型号为TS332IYDT，二输入或门U3的型号为74LVC1G32GW-Q100H，电源转换器U4的型号为NCV4275。

本实用新型具有如下效果：

（1）当MOS管Q1关断时，电流经过二极管D1和电容C3组成的吸收回路降低了加在MOS管Q1上的尖峰能量，减小关断尖峰电压对原边器件的损伤。

（2）反激变压器LB0的第一个副边绕组上产生的感应电流经电阻R1和电阻R2分压采样输入给开关稳压器U1，开关稳压器U1通过调节输出的脉冲波占空比的方式控制MOS管Q1的导通/关断时间，进而调节原边的供电电流，使原边的供电电流保持稳定。

（3）当反激变压器LB0的第二、第三副边绕组或负载短路产生大电流时，通过双通道比较器U2、二输入或门U3控制三极管Q2断开，停止输出，从而防止了器件烧坏。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

如图1所示的电动汽车用反激电源电路，应用于电动汽车电机控制器，包括低压直流电源模块1、反激变压器LB0、电源管理电路2、整流滤波电路3、反馈电路4和电流保护电路5。

低压直流电源模块1用于给反激变压器LB0、电源管理电路2和电流保护电路5提供工作电压。低压直流电源模块1包括12V小电瓶BAT_12V、电感B1、电容C1、电容C2、电容C10、电容C11、电容C12、电阻R5、电阻R6和电源转换器U4，电源转换器U4的型号为NCV4275。12V小电瓶BAT_12V接电感B1的一端、电容C1的一端、电容C12的一端和电源转换器U4的输入端（即U4的引脚1），电感B1的另一端接电容C2的一端，并输出电压VDD_12V，电容C1的另一端、电容C2的另一端和电容C12的另一端接地，电源转换器U4的接地端（即U4的引脚3）接地、复位延迟端（即U4的引脚4）通过电容C10接地、复位输出端（即U4的引脚2）通过电阻R5接地、输出端（即U4的引脚5）接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接电容C11的一端，并输出电压VCC_5V，电容C11的另一端接地。12V小电瓶BAT_12V通过电容C1、电容C2和电感B1进行滤波，滤除高频交流成分，得到稳定的电压VDD_12V，同时12V小电瓶BAT_12V经过电源转换器U4转换，得到电压VCC_5V。

反激变压器LB0采用一原边三副边的绕线模式。电源管理电路2包括开关稳压器U1、MOS管Q1、二极管D1、电容C3和双向TVS管D3（为有源钳位二极管），开关稳压器U1的型号为NJW4140。反馈电路4包括二极管D2、电阻R1和电阻R2。整流滤波电路3包括二极管D4、二极管D5、稳压管D6、稳压管D7、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8和电容C9。电流保护电路5包括双通道比较器U2、二输入或门U3、三极管Q2、电阻R3和电阻R4，双通道比较器U2的型号为TS332IYDT，二输入或门U3的型号为74LVC1G32GW-Q100H。

反激变压器LB0的原边绕组的一端（即LB0的引脚1）接电感B1的另一端和二极管D1的阴极，反激变压器LB0的原边绕组的另一端（即LB0的引脚2）接电容C3的一端、MOS管Q1的漏极和双向TVS管D3的一端，电容C3的另一端接二极管D1的阳极，双向TVS管D3的另一端接地，MOS管Q1的源极接地、栅极接开关稳压器U1的输出端（即U1的引脚8），MOS管Q1的栅极由开关稳压器U1发送高频脉冲波进行驱动，开关稳压器U1的电源端（即U1的引脚1）和使能端（即U1的引脚2）接电感B1的另一端、接地端（即U1的引脚6）接地、输入端（即U1的引脚3）接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接反激变压器LB0的第一个副边绕组的一端（即LB0的引脚3），反激变压器LB0的第一个副边绕组的另一端（即LB0的引脚4）接地。

开关稳压器U1控制MOS管Q1导通，12V电压经过反激变压器LB0的原边绕组、MOS管Q1到地构成回路，给反激变压器LB0原边绕组供电，此时由于二极管D1的单向导电特性，二极管D1和电容C3组成的吸收回路不导通，双向TVS管D3不工作。当开关稳压器U1控制MOS管Q1关断时，反激变压器LB0的原边绕组通过磁场感应给第二、第三副边绕组放电，此时第二、第三副边绕组通过整流滤波电路给负载供电。在MOS管Q1关断的过程中，MOS管Q1的漏极与源极之间由于电流di/dt剧变，在杂散电感和反激变压器电感上产生了很大的尖峰电压，这个尖峰电压与原本加在MOS管Q1的漏极与源极之间的12V电压相叠加形成一个超过MOS管Q1正常工作的电压，会击穿MOS管导致反激电源电路不能正常工作；因此设计了保护电路，当MOS管Q1关断时，电流经过二极管D1和电容C3组成的吸收回路降低了加在MOS管Q1上的尖峰能量，当MOS管Q1的漏极与源极之间的电压大于24V时，双向TVS管D3立即导通，通过这样的两重保护措施有效的保护了反激变压器LB0的原边绕组和MOS管Q1，稳定可靠。值得注意的是电容C3的容值不能过大，过大会降低充电速度，电容C3的容值也不能过小，过小会失去吸收作用，需要根据电路的实际需求通过反复试验进行合理选取。反激变压器LB0的第一个副边绕组上产生的感应电流经电阻R1和电阻R2分压采样输入给开关稳压器U1，开关稳压器U1可以根据副边反馈出的电压大小与内部基准电压对比从而调节输出的脉冲波占空比（即调节MOS管Q1的导通/关断时间），当反馈电压低时调高占空比使充电时间变长进而拉高输出电压，反之同理。

反激变压器LB0的第二个副边绕组的一端（即LB0的引脚8）接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接稳压管D6的阴极、电容C4的一端、电容C6的一端和电容C8的一端，电容C8的该端输出正电压VCCH_U（即+15V电压）。反激变压器LB0的第二个副边绕组的另一端（即LB0的引脚7）接第三个副边绕组的一端（即LB0的引脚6）、稳压管D6的阳极、稳压管D7的阴极、三极管Q2的集电极、电容C5的一端、电容C7的一端、电容C9的一端、电容C4的另一端、电容C6的另一端和电容C8的另一端，反激变压器LB0的第三个副边绕组的另一端（即LB0的引脚5）接二极管D5的阴极，二极管D5的阳极接稳压管D7的阳极、电容C5的另一端、电容C7的另一端和电容C9的另一端，电容C9的该端输出负电压VEEH_U（即-9V电压），三极管Q2的基极接二输入或门U3的输出端（即U3的引脚4），二输入或门U3的电源端（即U3的引脚5）接电阻R6的另一端、接地端（即U3的引脚3）接地，三极管Q2的发射极接电阻R3的一端和电阻R4的一端，三极管Q2的发射极输出基准电压VEMITRH_U。利用二极管D4单向导通特性及大容量电容C4的储能特性将反激变压器LB0转换成的交流电变成直流电，之后经过稳压管D6稳压，电容C6、电容C8滤波（剔除高频成分），得到正电压VCCH_U（即+15V电压）；利用二极管D5的单向导通特性及大容量电容C5的储能特性将反激变压器LB0转换成的交流电变成直流电，之后经过稳压管D7稳压，电容C7、电容C9滤波（剔除高频成分），得到负电压VEEH_U（即-9V电压）。电阻R3的另一端接双通道比较器U2的第一同相输入端（即U2的引脚3）和正压等效负载电阻RL1，电阻R4的另一端接双通道比较器U2的第二同相输入端（即U2的引脚5）和负压等效负载电阻RL2，双通道比较器U2的电源端（即U2的引脚8）接电阻R6的另一端、接地端（即U2的引脚4）接地、第一反相输入端（即U2的引脚2）接基准电压源VREF1、第一输出端（即U2的引脚1）接二输入或门U3的一个输入端（即U3的引脚1）、第二反相输入端（即U2的引脚6）接基准电压源VREF2、第二输出端（即U2的引脚7）接二输入或门U3的另一个输入端（即U3的引脚2）。

二输入或门U3正常输出高电平给三极管Q2，使三极管Q2保持导通模式。正电压VCCH_U通过正压负载等效电阻RL1和电阻R3与基准电压VEMITRH_U构成回路，负电压VEEH_U通过负压负载等效电阻RL2和电阻R4与基准电压VEMITRH_U构成回路，电阻R3和电阻R4将流经正压负载等效电阻RL1和负压负载等效电阻RL2的负载电流转换成电压信号，分别输入给双通道比较器U2的第一、第二同相输入端，在双通道比较器U2内部分别与基准电压源VREF1和基准电压源VREF2进行比较、运算和放大，从而控制U2的引脚1和引脚7的输出。当正压负载等效电阻RL1或者负压负载等效电阻RL2短路时，流经电阻R3或者电阻R4的电流急剧增大，对应电阻R3或者电阻R4两端的电压相应增大，大于基准电压源VREF1或者基准电压源VREF2的设定值，双通道比较器U2的引脚1或者引脚7输出低电平，二输入或门U3输出低电平，从而使三极管Q2断开，有效的保护了变压器副边部分不被大电流烧坏。双通道比较器U2的基准电压源VREF1和基准电压源VREF2的设定值需要根据正压负载等效电阻RL1、电阻R3和负压负载等效电阻RL2、电阻R4的分压比进行合理的配置，在实际工程应用时，通过反复多次试验来确定相关的参数。

Claims (5)

1.一种电动汽车用反激电源电路，包括低压直流电源模块（1）、反激变压器LB0、电源管理电路（2）和整流滤波电路（3），其特征在于：还包括反馈电路（4）和电流保护电路（5）；所述反激变压器LB0采用一原边三副边的绕线模式，所述电源管理电路（2）包括开关稳压器U1、MOS管Q1、二极管D1和电容C3，所述反馈电路（4）包括二极管D2、电阻R1和电阻R2，所述整流滤波电路（3）包括二极管D4、二极管D5、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8和电容C9，所述电流保护电路（5）包括双通道比较器U2、二输入或门U3、三极管Q2、电阻R3和电阻R4；反激变压器LB0的原边绕组的一端接低压直流电源模块（1）和二极管D1的阴极、另一端接电容C3的一端和MOS管Q1的漏极，电容C3的另一端接二极管D1的阳极，MOS管Q1的源极接地、栅极接开关稳压器U1的输出端，开关稳压器U1的电源端和使能端接低压直流电源模块（1）、接地端接地、输入端接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接反激变压器LB0的第一个副边绕组的一端，反激变压器LB0的第一个副边绕组的另一端接地、第二个副边绕组的一端接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接电容C4的一端、电容C6的一端和电容C8的一端，且输出正电压VCCH_U，反激变压器LB0的第二个副边绕组的另一端接第三个副边绕组的一端、三极管Q2的集电极、电容C5的一端、电容C7的一端、电容C9的一端、电容C4的另一端、电容C6的另一端和电容C8的另一端，反激变压器LB0的第三个副边绕组的另一端接二极管D5的阴极，二极管D5的阳极接电容C5的另一端、电容C7的另一端和电容C9的另一端，且输出负电压VEEH_U，三极管Q2的基极接二输入或门U3的输出端，二输入或门U3的电源端接低压直流电源模块（1）、接地端接地，三极管Q2的发射极接电阻R3的一端和电阻R4的一端，且输出基准电压VEMITRH_U，电阻R3的另一端接双通道比较器U2的第一同相输入端和正压等效负载电阻RL1，电阻R4的另一端接双通道比较器U2的第二同相输入端和负压等效负载电阻RL2，双通道比较器U2的电源端接低压直流电源模块（1）、接地端接地、第一反相输入端接基准电压源VREF1、第一输出端接二输入或门U3的一个输入端、第二反相输入端接基准电压源VREF2、第二输出端接二输入或门U3的另一个输入端。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用反激电源电路，其特征在于：所述电源管理电路（2）还包括双向TVS管D3，双向TVS管D3的一端接MOS管Q1的漏极、另一端接地。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车用反激电源电路，其特征在于：所述整流滤波电路（3）还包括稳压管D6和稳压管D7，稳压管D6的阴极接二极管D4的阴极、阳极接三极管Q2的集电极，稳压管D7的阴极接三极管Q2的集电极、阳极接二极管D5的阳极。

4.根据权利要求3所述的电动汽车用反激电源电路，其特征在于：所述低压直流电源模块（1）包括12V小电瓶BAT_12V、电感B1、电容C1、电容C2、电容C10、电容C11、电容C12、电阻R5、电阻R6和电源转换器U4，12V小电瓶BAT_12V接电感B1的一端、电容C1的一端、电容C12的一端和电源转换器U4的输入端，电感B1的另一端接电容C2的一端、反激变压器LB0的原边绕组的一端以及开关稳压器U1的电源端和使能端，电容C1的另一端、电容C2的另一端和电容C12的另一端接地，电源转换器U4的接地端接地、复位延迟端通过电容C10接地、复位输出端通过电阻R5接地、输出端接电阻R6的一端，电阻R6的另一端接电容C11的一端、双通道比较器U2的电源端和二输入或门U3的电源端，电容C11的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的电动汽车用反激电源电路，其特征在于：开关稳压器U1的型号为NJW4140，双通道比较器U2的型号为TS332IYDT，二输入或门U3的型号为74LVC1G32GW-Q100H，电源转换器U4的型号为NCV4275。

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