CN220022399U - 反向预充电电路及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种反向预充电电路及车辆，涉及电子电路技术领域。其中电路包括：变压整流电路、第一开关管、第二开关管、电感及能量吸收单元，第一开关管连接在变压整流电路的第一端与反向预充电电路的第一输入端之间；第二开关管连接在变压整流电路的第二端与反向预充电电路的第一输入端之间；电感连接在变压整流电路的第三端与反向预充电电路的第二输入端之间；能量吸收单元与电感耦合，且连接在变压整流电路的第四端与变压整流电路的第五端之间；其中，变压整流电路的第四端为反向预充电电路的第一输出端，变压整流电路的第五端为反向预充电电路的第二输出端，能量吸收单元用于吸收电感所储能量，并将所吸收的能量释放至反向预充电电路的负载。

Description

反向预充电电路及车辆

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，更具体地，本申请涉及一种反向预充电电路以及一种车辆。

背景技术

随着科技的发展，混动汽车(例如油电混动汽车、气电混动汽车)以及电动汽车慢慢的正在替代燃油汽车。

目前，混动车辆和电动车辆中的动力电池侧连接有大量容性负载。容性负载作为储能元件，若在向动力电池正式充电前未先向容性负载充电，则可能导致容性负载因充电电流过大而对与动力电池连接的元器件造成很大的冲击，从而造成元器件损害。因此，通常会设置反向预充电电路。在向动力电池正式充电前，由反向预充电电路对动力电池侧的容性负载充电。其中，反向预充电电路中包含有电感和与以及与电感构成回路的开关器件，开关器件导通时电感进行储能。

但是，在因反向预充电电路中开关器件断开等原因，电感无复位回路的情况下，电感所储能量将无法释放，这将导致开关器件电压尖峰应力值过高的问题。

实用新型内容

本申请的一个目的是提供一种反向预充电电路的新技术方案。

根据本申请的第一方面，提供了一种反向预充电电路，包括：变压整流电路、第一开关管、第二开关管、电感及能量吸收单元，其中：

所述第一开关管连接在所述变压整流电路的第一端与所述反向预充电电路的第一输入端之间；

所述第二开关管连接在所述变压整流电路的第二端与所述反向预充电电路的第一输入端之间；

所述电感连接在所述变压整流电路的第三端与所述反向预充电电路的第二输入端之间；

所述能量吸收单元与所述电感耦合，且连接在所述变压整流电路的第四端与所述变压整流电路的第五端之间；

其中，所述变压整流电路的第四端为所述反向预充电电路的第一输出端，所述变压整流电路的第五端为所述反向预充电电路的第二输出端，所述能量吸收单元用于吸收所述电感所储能量，并将所吸收的能量释放至所述反向预充电电路的负载。

可选地，所述电感为有芯电感，所述能量吸收单元为第一绕组，所述第一绕组与所述电感共芯。

可选地，所述电感为无芯电感，所述能量吸收单元包括第二绕组和芯体，所述电感和所述第二绕组共用所述芯体。

可选地，所述反向预充电电路还包括单向导通单元，其中：

所述单向导通单元连接在所述能量吸收单元与所述反向预充电电路的第一输出端之间，所述单向导通单元的导通方向为从所述能量吸收单元至所述反向预充电电路的第一输出端的方向。

可选地，所述单向导通单元为二极管，所述二极管的阳极与所述能量吸收单元连接，所述二极管的阴极与所述反向预充电电路的第一输出端连接。

可选地，所述反向预充电电路还包括第一电容，其中：

所述第一电容连接在所述反向预充电电路的第一输入端与所述反向预充电电路的第二输入端之间。

可选地，所述反向预充电电路还包括第二电容，其中：

所述第二电容连接在所述反向预充电电路的第一输出端与所述反向预充电电路的第二输出端之间。

可选地，所述变压整流电路包括：变压器以及全桥电路，其中：

所述变压器的第一端为所述变压整流电路的第一端，所述变压器的第二端为所述变压整流电路的第二端，所述变压器的第三端为所述变压整流电路的第三端，所述变压器的第四端与所述全桥电路的第一端连接，所述变压器的第五端与所述全桥电路的第二端连接；

所述全桥电路的第三端为所述变压整流电路的第四端，所述全桥电路的第四端为所述变压整流电路的第五端。

可选地，所述全桥电路包括第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管，其中：

所述第三开关管的第一端为所述全桥电路的第三端，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端连接；

所述第四开关管的第二端为所述全桥电路的第四端；

所述第五开关管的第一端与所述第三开关管的第一端连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端连接；

所述第六开关管的第二端与所述第四开关管的第二端连接；

其中，所述第五开关管的第二端为所述全桥电路的第一端，所述第三开关管的第二端为所述全桥电路的第二端。

根据本申请的第二方面，提供了一种车辆，所述车辆包括如上述第一方面任一项所述的反向预充电电路。

本申请实施例提供了一种反向预充电电路，该反向预充电电路包括：变压整流电路、第一开关管、第二开关管、电感及能量吸收单元，其中：第一开关管连接在变压整流电路的第一端与反向预充电电路的第一输入端之间；第二开关管连接在变压整流电路的第二端与反向预充电电路的第一输入端之间；电感连接在变压整流电路的第三端与反向预充电电路的第二输入端之间；能量吸收单元与电感耦合，且连接在变压整流电路的第四端与变压整流电路的第五端之间；其中，变压整流电路的第四端为反向预充电电路的第一输出端，变压整流电路的第五端为反向预充电电路的第二输出端，能量吸收单元用于吸收电感所储能量，并将所吸收的能量释放至反向预充电电路的负载。本申请实施例提供的反向预充电电路在进行反向预充电的同时，可解决电感因无复位回路导致的电感所储能量无法释放而导致的第一开关管和第二开关管电压尖峰应力值过高的问题。另外，还可提高反向预充电电路向动力电池侧的容性负载充电的充电效率。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本申请的实施例，并且连同说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请实施例提供的一种反向预充电电路的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种反向预充电电路的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本申请提供了一种反向预充电电路100，如图1所示，该反向预充电电路100包括：变压整流电路110、第一开关管120、第二开关管130、电感140及能量吸收单元150，其中：

第一开关管120连接在变压整流电路110的第一端与反向预充电电路100的第一输入端之间；

第二开关管130连接在变压整流电路110的第二端与反向预充电电路100的第一输入端之间；

电感140连接在变压整流电路110的第三端与反向预充电电路100的第二输入端之间；

能量吸收单元150与电感140耦合，且连接在变压整流电路110的第四端与变压整流电路110的第五端之间；

其中，变压整流电路110的第四端为反向预充电电路100的第一输出端，变压整流电路110的第五端为反向预充电电路100的第二输出端，能量吸收单元150用于吸收电感140所储能量，并将吸收的能量释放至反向预充电电路100的负载。

需要说明的是，图1中变压整流电路110的端旁的编号“1”、“2”、“3”、“4”及“5”用于表示变压整流电路110各个端对应的端的序号。

以及，图1中反向预充电电路100的靠近负载300一端的编号“1”和“2”用于表示反向预充电电路100的输出端的序号，反向预充电电路100的靠近低压蓄电池400一端的编号“1”和“2”用于表示反向预充电电路100的输入端的序号。

在本申请实施例中，预充电电路100的负载300为动力电池200侧的容性负载。动力电池200侧的容性负载连接在动力电池200两侧。反向预充电电路100的第一输出端与动力电池200的正极连接，反向预充电电路100的第二输出端与动力电池200的负极连接。

反向预充电电路100的第二输入端连接进行反向预充电的电源的正极。反向预充电电路100的第一输入端连接进行反向预充电的电源的负极，通常接地。其中，如图1所示，进行反向预充电的电源通常为低压蓄电池400。

其中，如图2所示，第一开关管120可以为第一NMOS管121，第二开关管130可以为第二NMOS管131。当然，第一开关管120和第二开关管130还可以为其他类型的开关管。对此，本申请实施例不做限定。

以及，能量吸收单元150为可对电感140所储能量进行吸收的元器件，本申请实施例对能量吸收单元150的具体形式不做限定。

在本申请实施例中，变压整流电路110、第一开关管120、第二开关管130以及电感140共同实现反向预充电电路100中的反向预充电功能。其中，变压整流电路110用于依次实现变压和整流功能。第一开关管120和第二开关管130交替导通，且通过PWM信号控制，并与电感140组合以对进行反向预充电的电源的能量进行转换。以及，反向预充电功能的具体实现过程包括两个阶段：

第一个阶段，控制第一开关管120的PWM信号和控制第二开关管130的PWM信号的占空比逐渐增大，且最大值小于百分之五十；

第二个阶段，控制第一开关管120的PWM信号和控制第二开关管130的PWM信号的占空比逐渐增大，且大于或等于百分之五十，小于百分之百。

结合上述内容可知，在第一个阶段中，存在：第一开关管120导通，第二开关管130断开，电感140储能；第二开关管130导通，第一开关管120断开，电感140储能；第一开关管120和第二开关管130同时断开，电感140无复位回路，所储能量无法释放这三种的情况。

对于第一开关管120和第二开关管130同时断开，电感140无复位回路，所储能量无法释放的情况，将导致第一开关管120和第二开关管130电压尖峰应力值过高问题。其中，电压尖峰应力值指的是电压尖峰实际值与电压尖峰规定值的比值，一般小于或等于百分之九十。为了解决该问题，如图1所示，本申请实施例提供的反向预充电电路100中还包括能量吸收单元150。具体的，能量吸收单元150对电感140上所储无法释放的能量进行吸收，之后将吸收到的能量释放到反向预充电电路100的负载300，即动力电池200侧的容性负载。这样，还可以提高反向预充电电路100向动力电池200侧的容性负载充电的充电效率。

本申请实施例提供了一种反向预充电电路，该反向预充电电路包括：变压整流电路、第一开关管、第二开关管、电感及能量吸收单元，其中：第一开关管连接在变压整流电路的第一端与反向预充电电路的第一输入端之间；第二开关管连接在变压整流电路的第二端与反向预充电电路的第一输入端之间；电感连接在变压整流电路的第三端与反向预充电电路的第二输入端之间；能量吸收单元与电感耦合，且连接在变压整流电路的第四端与变压整流电路的第五端之间；其中，变压整流电路的第四端为反向预充电电路的第一输出端，变压整流电路的第五端为反向预充电电路的第二输出端，能量吸收单元用于吸收电感所储能量，并将所吸收的能量释放至反向预充电电路的负载。本申请实施例提供的反向预充电电路在进行反向预充电的同时，可解决电感因无复位回路导致的电感所储能量无法释放而导致的第一开关管和第二开关管电压尖峰应力值过高的问题。另外，还可提高反向预充电电路向动力电池侧的容性负载充电的充电效率。

在本申请的一个实施例中，电感140为有芯电感，能量吸收单元150为第一绕组，第一绕组与电感140共芯。

在本申请实施例中，在电感140为有芯电感的情况下，第一绕组环绕在有芯电感的芯体上，以实现与电感140的耦合，进而实现对电感140所储能量的吸收。

在本申请的另一个实施例中，电感140为无芯电感，如图2所示，能量吸收单元150包括第二绕组151和芯体152，电感140和第二绕组151共用芯体152。

在本申请实施例中，在电感140为无芯电感的情况下，电感140环绕在能量吸收单元150的芯体152上。基于此，第二绕组151实现与电感140的耦合，进而实现对电感140所储能量的吸收。

本申请实施例提供了如上两种能量吸收单元150，以分别适配于有芯电感和无芯电感。以及，如上两种能量吸收单元150的硬件结构简单，且易于实现。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，本申请实施例提供的反向预充电电路100还包括单向导通单元160，其中：

单向导通单元160连接在能量吸收单元150与反向预充电电路100的第一输出端之间，单向导通单元160的导通方向为从能量吸收单元150至反向预充电电路100的第一输出端的方向。

在本申请实施例中，能量吸收单元150通过单向导通单元160与变压整流电路110的第四端连接，即能量吸收单元150通过单向导通单元160与反向预充电电路100的第一输出端连接。

在本申请实施例中，能量吸收单元150对所吸收的电感140的能量，通过单向导通单元160释放至反向预充电电路100的负载300。能量吸收单元150所释放能量时的电流方向如图1中的带箭头的虚线所示。与此同时，由于单向导通单元160的单向导通功能，单向导通单元160使得从动力电池200侧到能量吸收单元150侧的单向隔离。这样，能量吸收单元150则不会吸收动力电池200的能量，即不会影响到动力电池200等的正常工作。另外，能量吸收单元150也不会被动力电池200侧的元器件所影响。基于此，单向导通单元160可提高本申请实施例提供的反向预充电电路100的工作稳定性。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，上述实施例中的单向导通单元160可以为二极管161。其中：

二极管160的阳极与能量吸收单元150连接，二极管160的阴极与反向预充电电路100的第一输出端连接。

在本申请实施例中，二极管160的阳极具体是与能量吸收单元150的靠近反向预充电电路100的第一输出端连接的一端连接。

在本申请实施例中，通过二极管来实现单向导通单元。这样，单向导通单元的硬件结构简单，且易于实现。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，本申请实施例提供的反向预充电电路100还包括第一电容170，其中：

第一电容170连接在反向预充电电路100的第一输入端与反向预充电电路100的第二输入端之间。

在本申请实施例中，第一开关管120和第二开关管130在PWM信号的控制下，进行高频的通断，这样将产生大量噪声和纹波，从而对反向预充电电路100造成负面影响。为了解决该问题，本申请实施例提供的反向预充电电路100通过设置第一电容170，来滤除第一开关管120和第二开关管130由于高频通断所带来的噪声和纹波。

另外，以对反向预充电电路100进行反向预充电的电源为低压蓄电池400为例，低压蓄电池400通常距离反向预充电电路100的第一输入端和第二输入端较远，第一电容170还可通过对低压蓄电池400所提供的能量进行存储，之后将存储的能量提供给反向预充电电路100。这样可供反向预充电电路100就近取电。

在本申请的一个实施例中，本申请实施例提供的反向预充电电路100还包括第二电容180，其中：

第二电容180连接在反向预充电电路100的第一输出端与反向预充电电路100的第二输出端之间。

在本申请实施例中，第二电容180可对动力电池200以及变压整流单元110所产生的噪声和纹波滤除。

另外，动力电池200通常距离反向预充电电路100的第一输出端与第二输出端较远，在动力电池200供电的情况下，第二电容180还可通过对动力电池200所提供的能量进行存储，之后将存储的能量输出，基于此实现对动力电池200的就近取电。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，上述任一实施例提供的变压整流电路110包括变压器112以及全桥电路111，其中：

变压器112的第一端为变压整流电路110的第一端，变压器112的第二端为变压整流电路110的第二端，变压器112的第三端为变压整流电路110的第三端，变压器112的第四端与全桥电路111的第一端连接，变压器112的第五端与全桥电路111的第二端连接；

全桥电路111的第三端为变压整流电路110的第四端，全桥电路111的第四端为变压整流电路110的第五端。

其中，变压器112用于实现变压整流电路110中的变压功能。变压器112的第一端与变压器112的第二端具体为变压器112的初级线圈的两个端点对应的抽头。变压器112的第三端具体为变压器112的初级线圈的中心抽头。以及，全桥电路111用于实现变压整流电路110中的整流功能。

在本申请实施例中，通过变压器112和全桥电路111的组合来实现变压整流电路110中的变压和整流功能。这可使得变压整流电路110易于实现。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，全桥电路111包括第三开关管1111、第四开关管1112、第五开关管1113以及第六开关管1114，其中：

第三开关管1111的第一端为全桥电路的第三端，第三开关管1111的第二端与第四开关管1112的第一端连接；

第四开关管1112的第二端与全桥电路111的第四端连接；

第五开关管1113的第一端与第三开关管1113的第一端连接，第五开关管1113的第二端与第六开关管1114的第一端连接；

第六开关管1114的第二端与第四开关管1112的第二端连接；

其中，第五开关管1113的第二端为全桥电路1111的第一端，第三开关管1111的第二端为全桥电路111的第二端。

在本申请实施例中，在变压器112的第四端的电压为正，变压器112的第五端的电压为负的情况下，第五开关管1113和第四开关管1112导通，第三开关管1111和第六开关管1114断开。基于此，全桥电路111的第三端，即变压整流电路110的第四端，即反向预充电电路100的第一输出端为反向预充电电路100的输出电压的正极端。全桥电路111的第四端，即变压整流电路110的第五端，即反向预充电电路100的第二输出端为反向预充电电路100的输出电压的负极端。

在变压器112的第四端的电压为负，变压器112的第五端的电压为正的情况下，第三开关管1111和第六开关管1114导通，第五开关管1113和第四开关管1112断开。基于此，全桥电路111的第三端，即变压整流电路110的第四端，即反向预充电电路100的第一输出端为反向预充电电路100的输出电压的正极端。全桥电路111的第四端，即变压整流电路110的第五端，即反向预充电电路100的第二输出端为反向预充电电路100的输出电压的负极端。

基于上述内容，全桥电路111完成整流功能。

在本申请的一个实施例中，第三开关管1111、第四开关管1112、第五开关管1113以及第六开关管1114均可通过MOS来实现。例如如图2所示，通过NMOS管来实现。这样，在图2所示实施例的基础上，无需对NMOS管进行通断控制，仅需NMOS管内的体二极管，便可实现全桥电路111的整流功能。具体的：

在本申请实施例中，在变压器112的第四端的电压为正，变压器112的第五端的电压为负的情况下，第五开关管1113的体二极管和第四开关管1112的体二极管导通，第三开关管1111的体二极管和第六开关管1114的体二极管反向截止断开。此时，全桥电路111的第三端，即变压整流电路110的第四端，即反向预充电电路100的第一输出端为反向预充电电路100的输出电压的正极端。全桥电路111的第四端，即变压整流电路110的第五端，即反向预充电电路100的第二输出端为反向预充电电路100的输出电压的负极端。

在变压器112的第四端的电压为负，变压器112的第五端的电压为正的情况下，第三开关管1111的体二极管和第六开关管1114的体二极管导通，第五开关管1113的体二极管和第四开关管1114的体二极管反向截止。基于此，全桥电路111的第三端，即变压整流电路110的第四端，即反向预充电电路100的第一输出端为反向预充电电路100的输出电压的正极端。全桥电路111的第四端，即变压整流电路110的第五端，即反向预充电电路100的第二输出端为反向预充电电路100的输出电压的负极端。

基于上述内容可知，在第三开关管1111、第四开关管1112、第五开关管1113以及第六开关管1114均通过MOS来实现的情况下，则无需对第三开关管1111、第四开关管1112、第五开关管1113以及第六开关管1114进行控制，全桥电路111也可实现整流功能。

本申请实施例还提供了一种车辆，该车辆包括如上述任一实施例提供的反向预充电电路。

在本申请实施例中，车辆为混动车辆或者电动车辆。其中，混动车辆可以油电混动汽车、气电混动汽车等。

虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种反向预充电电路，其特征在于，包括：变压整流电路、第一开关管、第二开关管、电感及能量吸收单元，其中：

所述第一开关管连接在所述变压整流电路的第一端与所述反向预充电电路的第一输入端之间；

所述第二开关管连接在所述变压整流电路的第二端与所述反向预充电电路的第一输入端之间；

所述电感连接在所述变压整流电路的第三端与所述反向预充电电路的第二输入端之间；

所述能量吸收单元与所述电感耦合，且连接在所述变压整流电路的第四端与所述变压整流电路的第五端之间；

其中，所述变压整流电路的第四端为所述反向预充电电路的第一输出端，所述变压整流电路的第五端为所述反向预充电电路的第二输出端，所述能量吸收单元用于吸收所述电感所储能量，并将所吸收的能量释放至所述反向预充电电路的负载。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电感为有芯电感，所述能量吸收单元为第一绕组，所述第一绕组与所述电感共芯。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电感为无芯电感，所述能量吸收单元包括第二绕组和芯体，所述电感和所述第二绕组共用所述芯体。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反向预充电电路还包括单向导通单元，其中：

所述单向导通单元连接在所述能量吸收单元与所述反向预充电电路的第一输出端之间，所述单向导通单元的导通方向为从所述能量吸收单元至所述反向预充电电路的第一输出端的方向。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述单向导通单元为二极管，所述二极管的阳极与所述能量吸收单元连接，所述二极管的阴极与所述反向预充电电路的第一输出端连接。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反向预充电电路还包括第一电容，其中：

所述第一电容连接在所述反向预充电电路的第一输入端与所述反向预充电电路的第二输入端之间。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述反向预充电电路还包括第二电容，其中：

所述第二电容连接在所述反向预充电电路的第一输出端与所述反向预充电电路的第二输出端之间。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述变压整流电路包括：变压器以及全桥电路，其中：

所述变压器的第一端为所述变压整流电路的第一端，所述变压器的第二端为所述变压整流电路的第二端，所述变压器的第三端为所述变压整流电路的第三端，所述变压器的第四端与所述全桥电路的第一端连接，所述变压器的第五端与所述全桥电路的第二端连接；

所述全桥电路的第三端为所述变压整流电路的第四端，所述全桥电路的第四端为所述变压整流电路的第五端。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述全桥电路包括第三开关管、第四开关管、第五开关管以及第六开关管，其中：

所述第三开关管的第一端为所述全桥电路的第三端，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端连接；

所述第四开关管的第二端为所述全桥电路的第四端；

所述第五开关管的第一端与所述第三开关管的第一端连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端连接；

所述第六开关管的第二端与所述第四开关管的第二端连接；

其中，所述第五开关管的第二端为所述全桥电路的第一端，所述第三开关管的第二端为所述全桥电路的第二端。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-9任一项所述的反向预充电电路。