CN218976380U - 一种新型脉冲式隔离型预充电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型脉冲式隔离型预充电路，包括隔离变压器、低压控制电路、开关管M1、预充电组R2，高压电源的正极连接至开关管M1的一端，开关管M1的另一端经电阻R2连接至母线电容C2的一端，母线电容C2的另一端接地或高压电源负极；在开关管M1和电阻R2之间引出端子连接至变压器次级侧一端，变压器次级侧另一端连接至开关管M1的栅极；所述变压器的初级侧连接至低压控制电路，所述低压控制电路用于产生交变电流流入至变压器的初级线圈。与传统的继电器预充电路相比，该电路体积小、功耗低。

Description

一种新型脉冲式隔离型预充电路

技术领域

本实用新型涉及电动汽车领域，特别涉及一种用于电机控制器母线电容进行充电的新型脉冲式隔离型预充电路。

背景技术

预充电管理是新能源汽车中必不可少的重要环节，其主要作用是给电机控制器(即逆变器)的母线电容进行充电，以减少接触器接触时火花拉弧，降低冲击，增加安全性。

如专利201821472953.8电动汽车预充电控制电路，通过预充继电器控制方式来对母线电容，这种传统的方式是使用高压继电器进行预充控制，继电器体积大，吸合速度慢，触点开关容易粘合损坏且有机械疲劳，寿命有限，这无疑给用户带来了大的困扰。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型脉冲式隔离型预充电路，解决现有技术中采用预充继电器存在的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种新型脉冲式隔离型预充电路，包括隔离变压器、低压控制电路、开关管M1、预充电组R2，高压电源的正极连接至开关管M1的一端，开关管M1的另一端经电阻R2连接至母线电容C2的一端，母线电容C2的另一端接地或高压电源负极；在开关管M1和电阻R2之间引出端子连接至变压器次级侧一端，变压器次级侧另一端连接至开关管M1的栅极；所述变压器的初级侧连接至低压控制电路，所述低压控制电路用于产生交变电流流入至变压器的初级线圈。

所述开关管为MOS管；所述MOS管M1的漏极连接至高压电源正极；所述MOS管M1的源极经电阻R2连接至母线电容C2的一端。

所述预充电路还包括二极管D1，开关管M1的经二极管D1的阳极、二极管D1的阴极连接至电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接至母线电容C2。

所述变压器次级侧输出端两端分别并联设置电容C1和电阻R1。

所述变压器次级侧输出端两端并联设置TVS二极管D3。

所述低压控制电路包括上半周电路和下半周电路，其中上半周电路包括：三极管Q5、Q3、Q4；所述下半周电路包括三极管Q1、Q2、Q6；

脉冲控制信号V3经电阻R3连接至三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极接地；三极管Q5的基极经电阻R6接地；低压电源V1的正极经电阻R7连接至三极管Q5的集电极；三极管Q3、Q4组成推挽电路，三极管Q5的集电极连接至三极管Q3的基极,三极管Q3的基极与三极管Q4的基极连接；三极管Q4的基极经电阻R10接地；三极管Q3的发射极与三极管Q4的集电极连接；三极管Q4的发射极接地；三极管Q3的集电极连接至低压电源V1的正极；三极管Q3的发射极经电容C3连接至变压器初级侧的第一输入端；

脉冲控制信号V4经电阻R5连接至三极管Q6的基极，三极管Q6的发射极接地；三极管Q6的基极经电阻R8接地；低压电源V1的正极经电阻R4连接至三极管Q6的集电极；三极管Q1、Q2组成推挽电路，三极管Q6的集电极连接至三极管Q1的基极,三极管Q1的基极与三极管Q2的基极连接；三极管Q2的基极经电阻R9接地；三极管Q1的发射极与三极管Q2的集电极连接；三极管Q2的发射极接地；三极管Q1的集电极连接至低压电源V1的正极；三极管Q1的发射极连接至变压器初级侧的第二输入端；

其中脉冲控制信号V3、V4为一对互补的PWM信号。

所述预充电阻R2为PTC材料电阻，其随温度升高电阻增大。

本实用新型的优点在于：与传统的继电器预充电路相比，该电路体积小、功耗低；另外，由于没有类似继电器的触点开关，就不存在触点开关的机械疲劳、触点黏连等问题，大大提高了使用寿命，更重要的是价格便宜，成本低；利用变压器不仅实现了低压控制高压，还实现了高、低压电路的隔离，避免了高低压电路之间的相互干扰；预充电阻使用PTC材料，PTC的功能是当温度升高时电阻也会增加，当MOS管失效时，瞬间的电流会使PTC温度升高，同时电阻阻值增加数个数量级，电路类似于开路，这也提高了电路的安全性。该电路使用脉冲式(PWM)信号控制，输入信号持续高或持续低都不能使预充电路工作，只有信号是不断变化的才能控制预充电路工作，当低压控制电路失效时，预充电路是不工作的，这大大提高了电路的安全性。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型的新型脉冲式隔离型预充电路原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本申请针对现有技术中的预充继电器控制的方式进行改进，采用MOS管来实现，具体方案如下：

如图1所示，一种新型脉冲式隔离型预充电路，包括隔离变压器、低压控制电路、开关管M1、预充电组R2，开关管为MOS管，具体来说是NMOS，可以在高压导通。

高压电源的正极连接至MOS管M1的漏极，开关管M1的源极连接至二极管D1的阳极，二极管D1的阴极经电阻R2连接至母线电容C2的一端，母线电容C2的另一端接地或高压电源负极；

变压器的次级侧第一输出端连接至MOS管M1的栅极，次级侧第二输出端连接至二极管D1的阳极。

所述变压器的初级侧连接至低压控制电路，所述低压控制电路用于产生交变电流流入至变压器的初级线圈。在初级侧产生的交变电流使得次级侧对应产生交变的磁场对应的感应电动势，则在某一时候M1导通，则高压电源对C2充电，否则不导通则无法对V2充电，通过D2又起到防反保护作用。在预充完成后低压控制电路停止输出交变电流至变压器即可。

为了对变压器次级侧输出电压进行安全防护，本申请在变压器次级侧输出端两端分别并联设置电容C1和电阻R1，组成RC滤波，使其输出更加稳定；在变压器次级侧输出端两端并联设置TVS二极管D3，用于浪涌与静电保护。

如图1所示，低压控制电路包括上半周电路和下半周电路，其中上半周电路包括：三极管Q5、Q3、Q4；下半周电路包括三极管Q1、Q2、Q6；

脉冲控制信号V3经电阻R3连接至三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极接地；三极管Q5的基极经电阻R6接地；低压电源V1的正极经电阻R7连接至三极管Q5的集电极；三极管Q3、Q4组成推挽电路，三极管Q5的集电极连接至三极管Q3的基极,三极管Q3的基极与三极管Q4的基极连接；三极管Q4的基极经电阻R10接地；三极管Q3的发射极与三极管Q4的集电极连接；三极管Q4的发射极接地；三极管Q3的集电极连接至低压电源V1的正极；三极管Q3的发射极经电容C3连接至变压器初级侧的第一输入端；

脉冲控制信号V4经电阻R5连接至三极管Q6的基极，三极管Q6的发射极接地；三极管Q6的基极经电阻R8接地；低压电源V1的正极经电阻R4连接至三极管Q6的集电极；三极管Q1、Q2组成推挽电路，三极管Q6的集电极连接至三极管Q1的基极,三极管Q1的基极与三极管Q2的基极连接；三极管Q2的基极经电阻R9接地；三极管Q1的发射极与三极管Q2的集电极连接；三极管Q2的发射极接地；三极管Q1的集电极连接至低压电源V1的正极；三极管Q1的发射极连接至变压器初级侧的第二输入端；

其中脉冲控制信号V3、V4为一对互补的PWM信号。Q3、Q1是NPN型，Q4、Q2为PNP型；Q6、Q5是NPN型三极管。通过互补的PWM信号来调节控制上班周期电路导通流入电流或者下半周电路导通流入电流，从而实现交变电流输入变压器初级侧。

在本申请中，预充电阻R2为PTC材料电阻，其随温度升高电阻增大，PTC的功能是当温度升高时电阻也会增加，当MOS管失效时，瞬间的电流会使PTC温度升高，同时电阻阻值增加数个数量级，电路类似于开路，这也提高了电路的安全性。

本申请的工作原理如下：

一种新型脉冲式隔离型预充电路，由低压控制回路和高压预充回路两部分组成。

低压控制电路中，V3、V4是一对互补的PWM信号，当V3输出高电平时，V4信号输出低电平，同理V3输出低电平时V4输出高电平。

1、当V3输出低电平时，三极管Q5截止，R10上的电平为高电平，Q3、Q4组成的推挽电路，上管Q3导通，下关Q4截止；由于V3、V4是互补的，此时V4输出高电平，Q6导通，R9上位低电平，Q1、Q2组成的推挽电路，上管Q1截止下管Q2导通；此时变压器K1一次侧的电流流向是自上而下的，电流值从零逐渐增至最大。

2、当V3输出高电平时，三极管Q5导通，R10上的电平为低电平，Q3、Q4组成的推挽电路，上管Q3截止，下关Q4导通；由于V3、V4是互补的，此时V4输出低电平，Q6截止，R9上位高电平，Q1、Q2组成的推挽电路，上管Q1导通下管Q2截止；此时变压器K1一次侧的电流流向是自下而上的，由于电感电流不能瞬间变化，所以电流值从最大值逐渐降至零。

3、在高压预充回路中，由于通过PWM信号不断控制低压侧的输入变压器交变电流，也就是不断重复1、2步骤，在变压器的一次侧就形成了不断变化的电流，不断变化的电流产生不断变化的磁场，不断变化的磁场在次级线圈产生感应电动势。在Q3、Q2导通，Q4、Q1截止的情况下，施加在MOS管M1 GS上的感应电动势为高电平，使得MOS管导通，V2开始向母线电容C2充电；在Q4、Q1导通，Q3、Q2截止的情况下，施加在MOS管M1 GS上的感应电动势为低电平，使得MOS管截止，V2停止向母线电容C2充电，但是由于二极管D1的截止作用，C1不能向次级线圈放电；不断重复以上步骤直至C2充电完成。

4、停止V3、V4的信号输入，在变压器的一次侧就没有了交变的电流，没有不断变化的电流就没有不断变化的磁场，没有不断变化的磁场在次级线圈就不能产生感应电动势，也就不能开启MOS管，也就断开了预充回路，在预充结束时可以这样控制。

本申请与传统的继电器预充电路相比，该电路体积小、功耗低；另外，由于没有类似继电器的触点开关，就不存在触点开关的机械疲劳、触点黏连等问题，大大提高了使用寿命，更重要的是价格便宜。具体优点包括：

第一、该电路使用脉冲式(PWM)信号控制，输入信号持续高或持续低都不能使预充电路工作，只有信号是不断变化的才能控制预充电路工作，当低压控制电路失效时，预充电路是不工作的，这大大提高了电路的安全性。

第二、预充电阻使用PTC材料，PTC的功能是当温度升高时电阻也会增加，当MOS管失效时，瞬间的电流会使PTC温度升高，同时电阻阻值增加数个数量级，电路类似于开路，这也提高了电路的安全性。

第三、利用MOS管代替传统的继电器，不仅体积小价格低，而且大大提高了使用寿命

第四、利用变压器不仅实现了低压控制高压，还实现了高、低压电路的隔离，避免了高低压电路之间的相互干扰。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型脉冲式隔离型预充电路，其特征在于：包括隔离变压器、低压控制电路、开关管M1、预充电阻R2，高压电源的正极连接至开关管M1的一端，开关管M1的另一端经预充电阻R2连接至母线电容C2的一端，母线电容C2的另一端接地或高压电源负极；在开关管M1和预充电阻R2之间引出端子连接至变压器次级侧一端，变压器次级侧另一端连接至开关管M1的栅极；所述变压器的初级侧连接至低压控制电路，所述低压控制电路用于产生交变电流流入至变压器的初级线圈。

2.如权利要求1所述的一种新型脉冲式隔离型预充电路，其特征在于：所述开关管为MOS管；所述MOS管M1的漏极连接至高压电源正极；所述MOS管M1的源极经预充电阻R2连接至母线电容C2的一端。

3.如权利要求1或2所述的一种新型脉冲式隔离型预充电路，其特征在于：所述预充电路还包括二极管D1，开关管M1的经二极管D1的阳极、二极管D1的阴极连接至预充电阻R2的一端，预充电阻R2的另一端连接至母线电容C2。

4.如权利要求1或2所述的一种新型脉冲式隔离型预充电路，其特征在于：所述变压器次级侧输出端两端分别并联设置电容C1和电阻R1。

5.如权利要求1或2所述的一种新型脉冲式隔离型预充电路，其特征在于：所述变压器次级侧输出端两端并联设置TVS二极管D3。

6.如权利要求1或2所述的一种新型脉冲式隔离型预充电路，其特征在于：所述低压控制电路包括上半周电路和下半周电路，其中上半周电路包括：三极管Q5、Q3、Q4；所述下半周电路包括三极管Q1、Q2、Q6；

脉冲控制信号V3经电阻R3连接至三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极接地；三极管Q5的基极经电阻R6接地；低压电源V1的正极经电阻R7连接至三极管Q5的集电极；三极管Q3、Q4组成推挽电路，三极管Q5的集电极连接至三极管Q3的基极,三极管Q3的基极与三极管Q4的基极连接；三极管Q4的基极经电阻R10接地；三极管Q3的发射极与三极管Q4的集电极连接；三极管Q4的发射极接地；三极管Q3的集电极连接至低压电源V1的正极；三极管Q3的发射极经电容C3连接至变压器初级侧的第一输入端；

脉冲控制信号V4经电阻R5连接至三极管Q6的基极，三极管Q6的发射极接地；三极管Q6的基极经电阻R8接地；低压电源V1的正极经电阻R4连接至三极管Q6的集电极；三极管Q1、Q2组成推挽电路，三极管Q6的集电极连接至三极管Q1的基极,三极管Q1的基极与三极管Q2的基极连接；三极管Q2的基极经电阻R9接地；三极管Q1的发射极与三极管Q2的集电极连接；三极管Q2的发射极接地；三极管Q1的集电极连接至低压电源V1的正极；三极管Q1的发射极连接至变压器初级侧的第二输入端；

其中脉冲控制信号V3、V4为一对互补的PWM信号。

7.如权利要求1或2所述的一种新型脉冲式隔离型预充电路，其特征在于：所述预充电阻R2为PTC材料电阻，其随温度升高电阻增大。

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