CN219068050U - 一种多级调压供电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多级调压供电装置，包括：第一调压模块对外接电源的电压进行初步降压后，得到第一电压，第二调压模块对第一电压进行降压后，得到供电电压；第一调压模块基于所述外接电源的电压判断是否执行过流保护机制，当需要执行过流保护机制时，第一调压模块闭锁。本实用新型对外接电源电压进行两次降压，从而实现宽范围电压的输入，其中后级低压转低压并且隔离的拓扑实现高低压之间的安全问题，并且大电流低压器件的成本可控制在一个适合普及的范围。

Description

一种多级调压供电装置

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，具体涉及一种多级调压供电装置。

背景技术

在锂电池系统中，对寿命和安全的影响较严重在于过流和过压等安全问题，还有系统掉电导致系统失去检测错过补救导致的安全问题，供电单元的双重备份，是提升实时系统安全性的非常关键的组件。目前的系统低压供电通常为一组外部公网220V供电AC转DC，为提升系统的安全性，需要设计开发一种可以从另外的独立供电源取电的模块。

可靠的备份电源需要两个完全独立的供电源：1、外部公网220V供电到AC转DC；2、电池组高压取电DC转DC；常规220V AC-DC产品模块容易取得，但电池包取电，不能直接取高压电池组的某中间几串供电，会导致电池包快速进入不均衡状态，损害电池组效能以及寿命，取电来源就必须是电池包总压供电，并且实现高压隔离。

电池包总压取电的问题，由于电芯特性(最高最低电压压差大，范围宽)，各种电压平台的相互需要在大范围内兼容，实现产品上的防呆，覆盖宽输入电压范围并且能隔离输出的产品是亟待解决和完善的技术问题，同时设计需要考虑目前半导体限制，以及其他方案的带来的成本增加等问题，采用双重调压作为电池包高压取电是必然趋势。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的锂电池高压取电时输入电压范围较宽的缺陷，从而提供一种多级调压供电装置。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种多级调压供电装置，包括：第一调压模块及第二调压模块；第一调压模块的第一输入端与外接电源连接，第一调压模块的输出端与第二调压模块的第一输入端连接；第二调压模块的第一输出端输出供电电压；第一调压模块对外接电源的电压进行初步降压后，得到第一电压，第二调压模块对第一电压进行降压后，得到供电电压；第一调压模块基于所述外接电源的电压判断是否执行过流保护机制，当需要执行过流保护机制时，第一调压模块停止工作。

在一实施例中，多级调压供电装置还包括：启动电路；启动电路的输入端与外接电源、第二调压模块的第二输出端连接，启动电路的输出端与第一调压模块的第二输入端连接；在多级调压供电装置启动初期，启动电路将外接电源电压转换为第一调压模块的供电电压；在多级调压供电装置启动后，第二调压模块的第二输出端输出的电压控制启动电路关闭。

在一实施例中，多级调压供电装置还包括：EMC处理模块；EMC处理模块的输入端与外接电源连接，EMC的输出端与启动电路的输入端、第一调压模块的第一输入端、第一调压模块的第二输入端连接；EMC处理模块用于对外接电源的电压进行滤波。

在一实施例中，第一调压模块包括：第一控制模块及第一调压电路；第一控制模块的输入端分别与EMC处理模块的输出端、启动电路的输出端连接，第一控制模块的输出端与第一调压电路的控制端连接；第一调压电路的输入端与EMC处理模块的输出端连接，第一调压电路的输出端与第二调压模块的第一输入端连接。

在一实施例中，第一调压电路包括：BUCK电路及第一滤波整流电路；BUCK电路的输入端与EMC处理模块的输出端连接，BUCK电路的输出端与第一滤波整流电路的输入端连接；BUCK电路的控制端与第一控制模块的输出端连接；第一滤波整流电路的输出端与第二调压模块的第一输入端连接。

在一实施例中，第一滤波整流电路为LC滤波电路。

在一实施例中，第二调压模块包括：第二控制模块及第二调压电路；第二调压电路的输入端与第一调压电路的输出端连接，第二调压电路的第一输出端输出供电电压，第二调压电路的第二输出端与第二控制模块的供电端、启动电路的输入端连接；第二控制模块的输出端与第二调压电路的控制端连接。

在一实施例中，第二调压电路包括：正激电路、第二滤波整流电路及第三整流滤波电路；正激电路的输入端与第一调压电路的输出端连接，正激电路的第一输出端与第二滤波整流电路的输入端连接，正激电路的第二输出端与第三整流滤波电路的输入端连接；第二滤波整流电路输出供电电压，第三整流滤波电路的输出端与第二控制模块的供电端、启动电路的输入端连接。

在一实施例中，第二滤波整流电路为LC滤波电路。

在一实施例中，多级调压供电装置还包括：第一过压保护电路；第一过压保护电路的输出端与第一控制模块的输出端连接；当第一过压保护电路判断出第一调压电路输出的电压过压时，第一过压保护电路输出过压信号，第一控制模块控制第一调压电路不再输出电压。

在一实施例中，多级调压供电装置还包括：第二过压保护电路；第二过压保护电路的输出端与第二控制模块的输入端连接；当第二过压保护电路判断出第二调压电路输出的电压过压时，第二过压保护电路输出过压信号，第二控制模块控制第二调压电路不再输出电压。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型提供的多级调压供电装置，第一调压模块对外接电源的电压进行初步降压后，得到第一电压，第二调压模块对第一电压进行降压后，得到供电电压；第一调压模块基于所述外接电源的电压判断是否执行过流保护机制，当需要执行过流保护机制时，第一调压模块闭锁。本实用新型对外接电源电压进行两次降压，从而实现宽范围电压的输入，其中后级低压转低压并且隔离的拓扑实现高低压之间的安全问题，并且大电流低压器件的成本可控制在一个适合普及的范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的多级调压供电装置的一个具体示例的组成图；

图2为本实用新型实施例提供的多级调压供电装置的另一个具体示例的组成图；

图3为本实用新型实施例提供的启动电路的具体电路拓扑图；

图4为本实用新型实施例提供的多级调压供电装置的另一个具体示例的组成图；

图5为本实用新型实施例提供的多级调压供电装置的另一个具体示例的组成图；

图6(a)及图6(b)为本实用新型实施例提供的UC2843器件框图及其内部电路图；

图7为本实用新型实施例提供的第一控制模块的具体电路拓扑图；

图8为本实用新型实施例提供的第一调压电路的具体电路拓扑图；

图9(a)及图9(b)为本实用新型实施例提供的NCP1566器件框图及其内部电路图；

图10(a)及图10(b)为本实用新型实施例提供的第二控制模块的具体电路拓扑图；

图11为本实用新型实施例提供的第二调压电路的具体电路拓扑图；

图12为本实用新型实施例提供的多级调压供电装置的另一个具体示例的组成图；

图13为本实用新型实施例提供的第一过压保护电路的具体电路拓扑图；

图14为本实用新型实施例提供的第二过压保护电路的具体电路拓扑图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本实用新型实施例提供一种多级调压供电装置，如图1所示，包括：第一调压模块1及第二调压模块2。

具体地，如图1所示，第一调压模块1的第一输入端与外接电源连接，第一调压模块1的输出端与第二调压模块2的第一输入端连接；第二调压模块2的第一输出端输出供电电压。

具体地，第一调压模块1对外接电源的电压进行初步降压后，得到第一电压，第二调压模块2对第一电压进行降压后，得到供电电压。

具体地，本实用新型实施例采用第一调压模块1、第二调压模块2对外接电源电压进行两次降压后，得到供电电压。其中，第一调压模块1可以为具有降压功能的DC-DC电路、AC-DC电路，第二调压模块2可以为具有降压功能的DC-DC电路，在此不作限制。

具体地，第一调压模块1基于所述外接电源的电压判断是否执行过流保护机制，当需要执行过流保护机制时，第一调压模块1不再输出第一电压。其中涉及到的比较方法为现有技术中成熟的阈值比较方法，在此不再赘述。

在一具体实施例中，如图2所示，多级调压供电装置还包括：启动电路3；启动电路3的输入端与外接电源、第二调压模块2的第二输出端连接，启动电路3的输出端与第一调压模块1的第二输入端连接。

具体地，在多级调压供电装置启动初期，启动电路3将外接电源电压转换为第一调压模块1的供电电压；在多级调压供电装置启动后，第二调压模块2的第二输出端输出的电压控制启动电路3关闭。

具体地，在多级调压供电装置启动初期，启动电路3将高压降压后为第一调压模块1供电；在多级调压供电装置启动后，启动电路3关断，外接电源为第一调压模块1供电。

可选地，启动电路3具体电路拓扑结构如图3所示，图3中，VCC端与第二调压模块2的第二输出端连接，VIN+端连接外接电源，当VCC端有电压后，启动电路3不在输出11.5V电压，该11.5V电压用于为第一调压模块1供电。

在一具体实施例中，如图4所示，多级调压供电装置还包括：EMC处理模块4；EMC处理模块4的输入端与外接电源连接，EMC的输出端与启动电路3的输入端、第一调压模块1的第一输入端、第一调压模块1的第二输入端连接；EMC处理模块4用于对外接电源的电压进行滤波，内部高频信号抑制向外蔓延。

在一具体实施例中，如图5所示，第一调压模块1包括：第一控制模块11及第一调压电路12；第一控制模块11的输入端分别与EMC处理模块4的输出端、启动电路3的输出端连接，第一控制模块11的输出端与第一调压电路12的控制端连接；第一调压电路12的输入端与EMC处理模块4的输出端连接，第一调压电路12的输出端与第二调压模块2的第一输入端(即第二调压电路的输入端)连接。

具体地，第一控制模块11可以为基于图6(a)及图6(b)所示的UC2843器件的控制电路，其具体电路拓扑如图7所示，其中，Driver_H端及Driver_L端与第一调压电路12的控制端连接。

具体地，第一调压电路12包括：BUCK电路及第一滤波整流电路；BUCK电路的输入端与EMC处理模块4的输出端连接，BUCK电路的输出端与第一滤波整流电路的输入端连接；BUCK电路的控制端与第一控制模块11的输出端连接；第一滤波整流电路的输出端与第二调压模块2的第一输入端连接。

具体地，第一调压电路12的具体电路拓扑如图8所示，其中，BUCK电路为以MOS管Q3及Q4，第一滤波整流电路为LC滤波电路(由电感L4、电容C54构成)。其中，MOS管Q3及Q4的控制端与第一控制模块11的Driver_H端及Driver_L端连接，第一控制模块11通过控制MOS管Q3及Q4的开断，以对外接电源的电压进行降压。图8中U_CS端与第一控制模块的输入端连接，以进行过流判断。

在一具体实施例中，如图5所示，第二调压模块2包括：第二控制模块21及第二调压电路22；第二调压电路22的输入端与第一调压电路12的输出端连接，第二调压电路22的第一输出端输出供电电压，第二调压电路22的第二输出端与第二控制模块21的供电端、启动电路3的输入端连接；第二控制模块21的输出端与第二调压电路22的控制端连接。

具体地，第二控制模块21可以为基于图9(a)及图9(b)所示的NCP1566器件的控制电路，其具体电路拓扑如图10(a)及图10(b)所示，其中，Driver_H端及OUT_A端与第二调压电路22的控制端连接。

在一具体实施例中，第二调压电路22包括：正激电路、第二滤波整流电路及第三整流滤波电路；正激电路的输入端与第一调压电路12的输出端连接，正激电路的第一输出端与第二滤波整流电路的输入端连接，正激电路的第二输出端与第三整流滤波电路的输入端连接；第二滤波整流电路输出供电电压，第三整流滤波电路的输出端与第二控制模块21的供电端、启动电路3的输入端连接。

具体地，第二调压电路22的具体电路拓扑如图11所示，其中，第二滤波整流电路包括电感L2及电容C68，第三滤波整流电路包括电感L1及电容C3、C2、C1，其中为正激电路。第二控制模块21通过控制MOS管Q5及Q6的开断实现对外接电源的电压的再次降压，VOUT_S端输出供电电压。

在一具体实施例中，如图12所示，多级调压供电装置还包括：过压保护电路5；过压保护电路的输出端与第一控制模块11的输出端连接；当过压保护电路判断出第一调压电路12输出的电压过压时，过压保护电路输出过压信号，第一控制模块11控制第一调压电路12不再输出电压。

具体地，过压保护电路具体电路结构如图13所示，其中SD端与第一控制模块11连接，VOUT端与第二调压电路22连接。

在一具体实施例中，如图12所示，多级调压供电装置还包括：第二过压保护电路6；第二过压保护电路6的输出端与第二控制模块的输入端连接；当第二过压保护电路判断出第二调压电路输出的电压过压时，第二过压保护电路输出过压信号，第二控制模块控制第二调压电路不再输出电压。第二过压保护电路具体电路拓扑如图14所示，其中，OVP端与图10(a)的OVP端连接。

本实用新型实施例基于常规PWM控制IC设计的降压电路结合有源钳位正激拓扑，实现宽范围电压输入电源的设计，前级降压电路，基础半导体器件皆可完成，后级低压转低压并且隔离的拓扑实现高低压之间的安全问题，并且大电流低压器件的成本可控制在一个适合普及的范围。同时集成的过压、过电流检测的反馈与保护本技术方案纯硬件电路简单，反应快速，高可靠性的优点，适合锂电池组的应用，提升电池包安全性和寿命的目标要求。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种多级调压供电装置，其特征在于，包括：

第一调压模块及第二调压模块；

所述第一调压模块的第一输入端与外接电源连接，所述第一调压模块的输出端与所述第二调压模块的第一输入端连接；

所述第二调压模块的第一输出端输出供电电压；

所述第一调压模块对所述外接电源的电压进行初步降压后，得到第一电压，所述第二调压模块对所述第一电压进行降压后，得到供电电压；

所述第一调压模块基于所述外接电源的电压判断是否执行过流保护机制，当需要执行过流保护机制时，所述第一调压模块停止工作。

2.根据权利要求1所述的多级调压供电装置，其特征在于，还包括：

启动电路；

所述启动电路的输入端与所述外接电源、所述第二调压模块的第二输出端连接，所述启动电路的输出端与所述第一调压模块的第二输入端连接；

在所述多级调压供电装置启动初期，所述启动电路将外接电源电压转换为所述第一调压模块的供电电压；在所述多级调压供电装置启动后，所述第二调压模块的第二输出端输出的电压控制所述启动电路关闭。

3.根据权利要求2所述的多级调压供电装置，其特征在于，还包括：

EMC处理模块；

所述EMC处理模块的输入端与外接电源连接，所述EMC的输出端与所述启动电路的输入端、所述第一调压模块的第一输入端、所述第一调压模块的第二输入端连接；

所述EMC处理模块用于对外接电源的电压进行滤波。

4.根据权利要求3所述的多级调压供电装置，其特征在于，所述第一调压模块包括：

第一控制模块及第一调压电路；

所述第一控制模块的输入端分别与所述EMC处理模块的输出端、所述启动电路的输出端连接，所述第一控制模块的输出端与所述第一调压电路的控制端连接；

所述第一调压电路的输入端与所述EMC处理模块的输出端连接，所述第一调压电路的输出端与所述第二调压模块的第一输入端连接。

5.根据权利要求4所述的多级调压供电装置，其特征在于，所述第一调压电路包括：

BUCK电路及第一滤波整流电路；

所述BUCK电路的输入端与所述EMC处理模块的输出端连接，所述BUCK电路的输出端与所述第一滤波整流电路的输入端连接；所述BUCK电路的控制端与所述第一控制模块的输出端连接；

所述第一滤波整流电路的输出端与所述第二调压模块的第一输入端连接。

6.根据权利要求5所述的多级调压供电装置，其特征在于，所述第一滤波整流电路为LC滤波电路。

7.根据权利要求4所述的多级调压供电装置，其特征在于，所述第二调压模块包括：

第二控制模块及第二调压电路；

所述第二调压电路的输入端与所述第一调压电路的输出端连接，所述第二调压电路的第一输出端输出供电电压，所述第二调压电路的第二输出端与所述第二控制模块的供电端、所述启动电路的输入端连接；

所述第二控制模块的输出端与所述第二调压电路的控制端连接。

8.根据权利要求7所述的多级调压供电装置，其特征在于，所述第二调压电路包括：

正激电路、第二滤波整流电路及第三整流滤波电路；

所述正激电路的输入端与所述第一调压电路的输出端连接，所述正激电路的第一输出端与所述第二滤波整流电路的输入端连接，所述正激电路的第二输出端与所述第三整流滤波电路的输入端连接；

第二滤波整流电路输出供电电压，所述第三整流滤波电路的输出端与所述第二控制模块的供电端、所述启动电路的输入端连接。

9.根据权利要求8所述的多级调压供电装置，其特征在于，所述第二滤波整流电路为LC滤波电路。

10.根据权利要求4所述的多级调压供电装置，其特征在于，还包括：

第一过压保护电路；

所述第一过压保护电路的输出端与所述第一控制模块的输入端连接；

当所述第一过压保护电路判断出所述第一调压电路输出的电压过压时，所述第一过压保护电路输出过压信号，所述第一控制模块控制所述第一调压电路不再输出电压。

11.根据权利要求7所述的多级调压供电装置，其特征在于，还包括：

第二过压保护电路；

所述第二过压保护电路的输出端与所述第二控制模块的输入端连接；

当所述第二过压保护电路判断出所述第二调压电路输出的电压过压时，所述第二过压保护电路输出过压信号，所述第二控制模块控制所述第二调压电路不再输出电压。

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