CN216414279U - 一种用于燃料电池散热系统的pwm隔离高边驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，包括基准放大电路、隔离电路、负载开关控制电路、关断电路和负载电路，燃料电池主控制器输出的PWM信号接入到基准放大电路，基准放大电路与隔离电路电连接，隔离电路与负载开关控制电路电连接，负载电路电连接在负载开关控制电路与地之间，关断电路电连接在负载开关控制电路与电源VCC24之间，关断电路与负载开关控制电路电连接。本实用新型通过基准放大电路对PWM信号进行放大处理，然后经过隔离电路电气隔离后控制负载开关控制电路快速开启或关断，经过隔离电路电气隔离后信号通过关断电路可辅助控制负载开关控制电路断开，降低开关损耗，提升效率，整个电路成本低，信号不会产生串扰。

Description

一种用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路

技术领域

本实用新型涉及燃料电池散热技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路。

背景技术

燃料电池发动机取代传统汽车发动机是必然的趋势，在燃料电池发动机系统中，一般而言，在相同的车辆运行条件下，氢燃料电池的散热量比传统燃油发动机大10％-20％左右，但燃料电池系统的运行温度较低，与环境的温差较小，这导致了燃料电池对散热要求相比传统车高了很多。保证燃料电池电堆系统合理的温升是稳定工作的必要条件，散热系统设备采用PWM调制方式可有效保证系统合理的温升，从而保护电堆及延长电堆使用寿命。目前系统散热控制中存在以下不足之处：1、采用进口门驱动芯片成本高，采购周期长无法保障供货；2、部分采用非隔离电路工作时易对主控产生串扰；3、传统电路低边开关导致负载电源正极悬浮引入安全隐患。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，包括基准放大电路、隔离电路、负载开关控制电路、关断电路和负载电路，燃料电池主控制器输出的PWM信号接入到所述基准放大电路的输入端，所述基准放大电路的输出端与所述隔离电路的输入端电连接，所述隔离电路的电源输入端与电源VCC5电连接，所述隔离电路的输出端与所述负载开关控制电路的输入端电连接，所述负载开关控制电路的电源输入端接入电源VCC24，所述负载电路电连接在所述负载开关控制电路的输出端与地之间，所述关断电路电连接在所述负载开关控制电路的输入端与电源VCC24之间，所述关断电路的关断控制信号输出端与所述负载开关控制电路的控制信号输入端电连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，通过所述基准放大电路对燃料电池主控制器输出的PWM信号进行放大处理，然后经过所述隔离电路电气隔离后控制所述负载开关控制电路快速开启或关断，以控制负载的工作状态，同时，经过所述隔离电路电气隔离后信号经过所述关断电路可以辅助控制所述负载开关控制电路断开，降低开关损耗，提升效率，整个电路成本低，电路中信号不会产生串扰，消除了负载电源正极悬浮引入的安全隐患。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步：所述基准放大电路包括电阻R9、电阻R8和三极管Q3，所述电阻R9的一端与燃料电池主控制器的PWM信号输出端电连接，所述电阻R9的另一端通过所述电阻R11接地，所述电阻R9的另一端还与所述三极管Q3的基极电连接，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极与所述隔离电路的输入端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述电阻R8和电阻R9形成分压电路，并将分压后的信号由所述三极管Q3进行放大处理，便于放大后的信号经过所述隔离电路隔离后驱动所述负载开关控制电路快速开启或关断，进而实现对所述负载电路的控制。

进一步：所述隔离电路包括光耦芯片U1和电阻R7，所述光耦芯片U1的阳极作为电源输入端通过所述电阻R7与电源VCC5电连接，所述光耦芯片U1的阴极与所述基准放大电路的输出端电连接，所述光耦芯片U1的发射极接地，所述光耦芯片的集电极分别与所述负载开关控制电路和关断电路的输入端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述上拉电阻接入电源VCC5，并通过所述光耦芯片U1进行电气隔离，使得控制电路与负载电源之间电气隔离，保证燃料电池散热系统工作的稳定性。

进一步：所述负载开关控制电路包括电阻R6、电阻R8和MOS管Q2，所述光耦芯片U1的集电极通过所述电阻R8与所述MOS管Q2的栅极电连接，所述电阻R6电连接在电源VCC24与所述MOS管Q2的栅极之间，所述MOS管Q2的栅极与所述关断电路的关断控制信号输出端电连接，所述MOS管Q2的源极与电源VCC24电连接，所述MOS管Q2的漏极与所述负载电路的输入端电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述电阻R6和电阻R8形成分压电路，并为所述MOS管Q2提供驱动电压，进而驱动所述MOS管Q2导通或保持关闭，从而实现电源VCC24对所述负载电路供电或断电。

进一步：所述负载开关控制电路还包括保险丝F1，所述保险丝F1电连接在所述MOS管Q2的源极与电源VCC24之间。

上述进一步方案的有益效果是：通过设置所述保险丝F1，可以有效防止外部电路接线短路，避免烧毁元器件，提升保护能力。

进一步：所述关断电路包括三极管Q1、二极管D1、电容C1和电阻R5，所述光耦芯片U1的集电极通过所述电容C1与所述三极管Q1的基极电连接，所述三极管Q1的基极与所述二极管D1的负极电连接，所述二极管D1的正极分别与所述三极管Q1的发射极和MOS管Q2的栅极电连接，所述三极管Q1的集电极通过所述电阻R5与电源VCC24电连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过设置所述寄生电容C1，可以泄放电流，改善电路波形，降低负载开关控制电路的损耗，通过所述二极管D1可以起到单向导通的作用。

进一步：所述的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路还包括感性续流回路保护电路，所述感性续流回路保护电路并联在所述负载电路的两端。

上述进一步方案的有益效果是：通过设置所述感性续流回路保护电路，可以有效保护负载开关控制电路工作可靠性，防止误动作。

进一步：所述感性续流回路保护电路包括电阻R10和二极管D2，所述负载开关控制电路的输出端与所述电阻R10的一端电连接，所述电阻R10的另一端与所述二极管D2的负极电连接，所述二极管D2的正极接地。

上述进一步方案的有益效果是：通过在所述负载电路两端并联二极管D2和电阻R10组成感性电路续流回路，可以保护MOS管Q2，保证其工作稳定性。

本实用新型还提供了一种燃料电池散热系统，包括多个散热组件和多个所述的PWM隔离高边驱动电路，所述散热组件与所述PWM隔离高边驱动电路数量相同并一一对应，燃料电池主控制器的输出端分别与所有的所述PWM隔离高边驱动电路的输入端电连接，所述PWM隔离高边驱动电路的输出端与对应的所述散热组件电连接。

本实用新型的燃料电池散热系统，通过燃料电池主控制器的输出的PWM信号驱动对应的多个PWM隔离高边驱动电路工作，进而使得多个PWM隔离高边驱动电路驱动对应的散热组件工作，大大提升燃料电池散热系统的散热性能，保证燃料电池系统运行在较低的温度范围内。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步：所述散热组件为调速散热水泵、调速散热风机和辅助散热设备中的一种或多种。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路的电路示意图；

图2为为本实用新型一实施例燃料电池散热系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，包括基准放大电路、隔离电路、负载开关控制电路、关断电路和负载电路，燃料电池主控制器输出的PWM信号接入到所述基准放大电路的输入端，所述基准放大电路的输出端与所述隔离电路的输入端电连接，所述隔离电路的电源输入端与电源VCC5电连接，所述隔离电路的输出端与所述负载开关控制电路的输入端电连接，所述负载开关控制电路的电源输入端接入电源VCC24，所述负载电路电连接在所述负载开关控制电路的输出端与地之间，所述关断电路电连接在所述负载开关控制电路的输入端与电源VCC24之间，所述关断电路的关断控制信号输出端与所述负载开关控制电路的控制信号输入端电连接。

本实用新型的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，通过所述基准放大电路对燃料电池主控制器输出的PWM信号进行放大处理，然后经过所述隔离电路电气隔离后控制所述负载开关控制电路快速开启或关断，以控制负载的工作状态，同时，经过所述隔离电路电气隔离后信号经过所述关断电路可以辅助控制所述负载开关控制电路断开，降低开关损耗，提升效率，整个电路成本低，电路中信号不会产生串扰，消除了负载电源正极悬浮引入的安全隐患。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述基准放大电路包括电阻R9、电阻R8和三极管Q3，所述电阻R9的一端与燃料电池主控制器的PWM信号输出端电连接，所述电阻R9的另一端通过所述电阻R11接地，所述电阻R9的另一端还与所述三极管Q3的基极电连接，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极与所述隔离电路的输入端电连接。通过所述电阻R8和电阻R9形成分压电路，并将分压后的信号由所述三极管Q3进行放大处理，便于放大后的信号经过所述隔离电路隔离后驱动所述负载开关控制电路快速开启或关断，进而实现对所述负载电路的控制。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述隔离电路包括光耦芯片U1和电阻R7，所述光耦芯片U1的阳极作为电源输入端通过所述电阻R7与电源VCC5电连接，所述光耦芯片U1的阴极与所述基准放大电路的输出端电连接，所述光耦芯片U1的发射极接地，所述光耦芯片的集电极分别与所述负载开关控制电路和关断电路的输入端电连接。通过所述上拉电阻接入电源VCC5，并通过所述光耦芯片U1进行电气隔离，使得控制电路与负载电源之间电气隔离，保证燃料电池散热系统工作的稳定性。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述负载开关控制电路包括电阻R6、电阻R8和MOS管Q2，所述光耦芯片U1的集电极通过所述电阻R8与所述MOS管Q2的栅极电连接，所述电阻R6电连接在电源VCC24与所述MOS管Q2的栅极之间，所述MOS管Q2的栅极与所述关断电路的关断控制信号输出端电连接，所述MOS管Q2的源极与电源VCC24电连接，所述MOS管Q2的漏极与所述负载电路的输入端电连接。通过所述电阻R6和电阻R8形成分压电路，并为所述MOS管Q2提供驱动电压，进而驱动所述MOS管Q2导通或保持关闭，从而实现电源VCC24对所述负载电路供电或断电。

可选地，在本实用新型的一个或多个实施例中，所述负载开关控制电路还包括保险丝F1，所述保险丝F1电连接在所述MOS管Q2的源极与电源VCC24之间。通过设置所述保险丝F1，可以有效防止外部电路接线短路，避免烧毁元器件，提升保护能力。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述关断电路包括三极管Q1、二极管D1、电容C1和电阻R5，所述光耦芯片U1的集电极通过所述电容C1与所述三极管Q1的基极电连接，所述三极管Q1的基极与所述二极管D1的负极电连接，所述二极管D1的正极分别与所述三极管Q1的发射极和MOS管Q2的栅极电连接，所述三极管Q1的集电极通过所述电阻R5与电源VCC24电连接。通过设置所述寄生电容C1，可以泄放电流，改善电路波形，快速关断负载开关控制电路，降低负载开关控制电路的损耗，具体过程为在光耦芯片U1导通时PMOS管Q2导通，同时VCC24通过电阻R6及二极管D1对电容C1充电，充到一定电量后停止，在光耦芯片U1关断后电容C1通过三极管Q1放电，三极管Q1导通快速泄放掉PMOS管Q2的栅极电荷达，到快速关断的目的。

可选地，在本实用新型的一个或多个实施例中，所述的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路还包括感性续流回路保护电路，所述感性续流回路保护电路并联在所述负载电路的两端。通过设置所述感性续流回路保护电路，可以有效保护负载开关控制电路工作可靠性，防止误动作。

具体地，在本实用新型的一个或多个实施例中，所述感性续流回路保护电路包括电阻R10和二极管D2，所述负载开关控制电路的输出端与所述电阻R10的一端电连接，所述电阻R10的另一端与所述二极管D2的负极电连接，所述二极管D2的正极接地。通过在所述负载电路两端并联二极管D2和电阻R10组成感性电路续流回路，可以保护MOS管Q2，保证其工作稳定性。

本实用新型的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，将燃料电池散热系统PWM控制输出栅极驱动芯片电路改为灵活配置的分立器件外加保护电路构成简易PWM隔离高边驱动电路，具体方案为燃料电池主控制器输出PWM信号到三极管Q3，经过三极管Q3放大后驱动高速光耦芯片U1，经光耦芯片U1隔离后连接PMOS管Q2高边开关，控制负载电路快速开启与关断，三极管Q1与二极管D1、电容C1和电阻R5组成关断电路，选择合适的参数达到PMOS管Q2的快速关断，降低开关损耗，提升效率，24V电源串入自恢复保险丝F1防止短路电流烧毁器件，负载两端并联二极管D2和电阻R10组成感性续流回路保护电路保护PMOS管Q2。

如图2所示，本实用新型还提供了一种燃料电池散热系统，包括多个散热组件和多个所述的PWM隔离高边驱动电路，所述散热组件与所述PWM隔离高边驱动电路数量相同并一一对应，燃料电池主控制器的输出端分别与所有的所述PWM隔离高边驱动电路的输入端电连接，所述PWM隔离高边驱动电路的输出端与对应的所述散热组件电连接。

本实用新型的燃料电池散热系统，通过燃料电池主控制器的输出的PWM信号驱动对应的多个PWM隔离高边驱动电路工作，进而使得多个PWM隔离高边驱动电路驱动对应的散热组件工作，大大提升燃料电池散热系统的散热性能，保证燃料电池系统运行在较低的温度范围内。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述散热组件为调速散热水泵、调速散热风机和辅助散热设备中的一种或多种。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述辅助散热设备可以为外置调速风扇、PWM调节阀门或PWM调节执行器件中的一种或多种。

本实用新型的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路及燃料电池散热系统，具有以下优点：

1、采用分立式元件结构简单灵活，成本低适应性广。

2、采用高速光耦进行控制电路与负载电源隔离，确保系统运行稳定可靠。

3、PMOS管Q2通过关断电路中的泄放寄生电容C1改善电路波形，降低负载开关控制电路损耗。

4、电源串入自恢复保险丝F1，有效防止外部电路接线短路提升保护能力。

5、输出端并联感性续流回路保护电路有效保护负载开关控制电路工作可靠性，防止误动作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，其特征在于:包括基准放大电路、隔离电路、负载开关控制电路、关断电路和负载电路，燃料电池主控制器输出的PWM信号接入到所述基准放大电路的输入端，所述基准放大电路的输出端与所述隔离电路的输入端电连接，所述隔离电路的电源输入端与电源VCC5电连接，所述隔离电路的输出端与所述负载开关控制电路的输入端电连接，所述负载开关控制电路的电源输入端接入电源VCC24，所述负载电路电连接在所述负载开关控制电路的输出端与地之间，所述关断电路电连接在所述负载开关控制电路的输入端与电源VCC24之间，所述关断电路的关断控制信号输出端与所述负载开关控制电路的控制信号输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，其特征在于:所述基准放大电路包括电阻R9、电阻R8和三极管Q3，所述电阻R9的一端与燃料电池主控制器的PWM信号输出端电连接，所述电阻R9的另一端通过电阻R11接地，所述电阻R9的另一端还与所述三极管Q3的基极电连接，所述三极管Q3的发射极接地，所述三极管Q3的集电极与所述隔离电路的输入端电连接。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，其特征在于:所述隔离电路包括光耦芯片U1和电阻R7，所述光耦芯片U1的阳极作为电源输入端通过所述电阻R7与电源VCC5电连接，所述光耦芯片U1的阴极与所述基准放大电路的输出端电连接，所述光耦芯片U1的发射极接地，所述光耦芯片的集电极分别与所述负载开关控制电路和关断电路的输入端电连接。

4.根据权利要求3所述的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，其特征在于:所述负载开关控制电路包括电阻R6、电阻R8和MOS管Q2，所述光耦芯片U1的集电极通过所述电阻R8与所述MOS管Q2的栅极电连接，所述电阻R6电连接在电源VCC24与所述MOS管Q2的栅极之间，所述MOS管Q2的栅极与所述关断电路的关断控制信号输出端电连接，所述MOS管Q2的源极与电源VCC24电连接，所述MOS管Q2的漏极与所述负载电路的输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，其特征在于:所述负载开关控制电路还包括保险丝F1，所述保险丝F1电连接在所述MOS管Q2的源极与电源VCC24之间。

6.根据权利要求4所述的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，其特征在于:所述关断电路包括三极管Q1、二极管D1、电容C1和电阻R5，所述光耦芯片U1的集电极通过所述电容C1与所述三极管Q1的基极电连接，所述三极管Q1的基极与所述二极管D1的负极电连接，所述二极管D1的正极分别与所述三极管Q1的发射极和MOS管Q2的栅极电连接，所述三极管Q1的集电极通过所述电阻R5与电源VCC24电连接。

7.根据权利要求1所述的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，其特征在于:还包括感性续流回路保护电路，所述感性续流回路保护电路并联在所述负载电路的两端。

8.根据权利要求7所述的用于燃料电池散热系统的PWM隔离高边驱动电路，其特征在于:所述感性续流回路保护电路包括电阻R10和二极管D2，所述负载开关控制电路的输出端与所述电阻R10的一端电连接，所述电阻R10的另一端与所述二极管D2的负极电连接，所述二极管D2的正极接地。

9.一种燃料电池散热系统，其特征在于：包括多个散热组件和多个权利要求1-8任一项所述的PWM隔离高边驱动电路，所述散热组件与所述PWM隔离高边驱动电路数量相同并一一对应，燃料电池主控制器的输出端分别与所有的所述PWM隔离高边驱动电路的输入端电连接，所述PWM隔离高边驱动电路的输出端与对应的所述散热组件电连接。

10.根据权利要求9所述的燃料电池散热系统，其特征在于:所述散热组件为调速散热水泵、调速散热风机和辅助散热设备中的一种或多种。

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