CN220234206U - 一种防反灌电路、充电系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种防反灌电路、充电系统及车辆，涉及车辆技术领域。本实用新型所述的防反灌电路，包括驱动装置和开关元件，所述驱动装置和所述开关元件均用于与DC/DC输出端连接，所述开关元件还用于与蓄电池连接，所述驱动装置与所述开关元件连接，所述驱动装置用于驱动所述开关元件导通或截止；所述驱动装置包括调压电路，所述调压电路用于将所述DC/DC输出端提供的电压转换为能够驱动所述开关元件导通的导通电压。本实用新型与现有技术相比不需要额外设置隔离电源，因而能够降低防反灌电路的成本和复杂度。
Description
技术领域
本实用新型涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种防反灌电路、充电系统及车辆。
背景技术
车载DC/DC作为汽车的重要部件，其主要功能是将动力电池直流高压转换为12V低压，从而能够为整车低压电气部件(如转向、水泵、车灯、音响等)供电，同时还能够对12V低压蓄电池充电，然而当车载DC/DC停止工作时，12V低压蓄电池可能出现反向倒灌电流的问题，因此通常需要设置防反灌电路以防止上述问题产生。
现有防反灌电路通常采用在DC/DC正极串接二极管、继电器或场效应管的方案，以NMOS管为例，为了实现在DC/DC正常工作时NMOS管导通，且在DC/DC停止工作时NMOS管截止关断的效果，通常需要设置单独隔离的独立电源为NMOS管及其驱动芯片等供电，导致电路复杂且成本较高。
实用新型内容
本实用新型解决的问题是如何提供简单且低成本的防反灌电路。
为解决上述问题，本实用新型提供一种防反灌电路、充电系统及车辆。
第一方面，本实用新型提供一种防反灌电路，包括驱动装置和开关元件，所述驱动装置和所述开关元件均用于与DC/DC输出端连接，所述开关元件还用于与蓄电池连接，所述驱动装置与所述开关元件连接，所述驱动装置用于驱动所述开关元件导通或截止；所述驱动装置包括调压电路，所述调压电路用于将所述DC/DC输出端提供的电压转换为能够驱动所述开关元件导通的导通电压。
可选地，所述调压电路包括电荷泵自举升压电路，所述电荷泵自举升压电路用于通过开关电容转换技术对所述DC/DC输出端提供的电压进行自举升压，以通过所述导通电压驱动所述开关元件导通。
可选地，所述驱动装置还包括推挽电路，所述推挽电路分别与所述电荷泵自举升压电路、所述开关元件及所述DC/DC输出端连接。
可选地，所述开关元件包括NMOS管，所述NMOS管的源极用于与所述DC/DC输出端连接，所述NMOS管的栅极与所述调压电路的输出端连接，所述NMOS管的漏极用于与所述蓄电池连接。
可选地，所述防反灌电路还包括主控装置，所述主控装置与所述驱动装置连接，所述驱动装置用于根据所述主控装置输出的高电平或低电平驱动所述开关元件导通或截止。
可选地，所述驱动装置还包括输入电平转换电路，所述输入电平转换电路用于与所述主控装置连接，所述输入电平转换电路用于将所述主控装置输出的电平转换为所述驱动装置的内部逻辑电平。
可选地，所述驱动装置还包括关断电平转换电路，所述关断电平转换电路与所述输入电平转换电路连接，所述关断电平转换电路用于强制关断所述输入电平转换电路。
可选地，所述驱动装置还包括电流检测比较电路，所述电流检测比较电路用于与所述开关元件或所述DC/DC输出端连接。
第二方面，本实用新型提供一种充电系统，包括上述防反灌电路。
第三方面，本实用新型提供一种车辆，包括上述充电系统。
本实用新型通过在驱动装置内设置调压电路，通过调压电路将DC/DC输出端提供的电压转换为能够驱动开关元件导通的导通电压，从而可以在DC/DC工作时，驱动开关元件导通，实现DC/DC对蓄电池充电，同时当DC/DC停止工作时，驱动开关元件截止，DC/DC不再对蓄电池充电，蓄电池也无法对DC/DC进行电流倒灌，与现有技术相比不需要额外设置隔离电源，因而能够降低防反灌电路的成本和复杂度。
附图说明
图1为本实用新型实施例的防反灌电路的组成示意图；
图2为本实用新型实施例的防反灌电路的原理图；
图3为本实用新型实施例的防反灌电路的驱动装置的原理图；
图4为现有防反灌电路的原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，本实用新型实施例提供一种防反灌电路，包括驱动装置和开关元件，所述驱动装置和所述开关元件均用于与DC/DC输出端连接，所述开关元件还用于与蓄电池连接，所述驱动装置与所述开关元件连接，所述驱动装置用于驱动所述开关元件导通或截止；所述驱动装置包括调压电路，所述调压电路用于将所述DC/DC输出端提供的电压转换为能够驱动所述开关元件导通的导通电压。
具体地，防反灌电路包括驱动装置和开关元件，驱动装置和开关元件均与DC/DC(直流变换器)输出端连接，DC/DC工作时可在开关元件导通时为蓄电池充电，当DC/DC停止工作时，开关元件截止，蓄电池无法对DC/DC进行电流倒灌。开关元件的导通或截止状态受驱动装置驱动，驱动装置中的调压电路能够将DC/DC输出端提供的电压转换为能够驱动开关元件导通的导通电压，与现有技术相比，本实施例中的防反灌电路不需要额外设置隔离电源，通过调压电路可以为开关元件提供导通电压，因而能够降低防反灌电路的成本和复杂度。
其中，DC/DC(12V)输出端提供的额定输出电压通常为13.8V，调压电路可以将驱动装置的输出电压在DC/DC13.8V输入电压的基础上再升压12V至18V，以满足开关元件导通的控制电压要求；其中，驱动装置的控制电压最大可达18V，静态电流≤10uA，工作电流≤0.2mA，功耗较低。
驱动装置的具体形式可以为封装芯片，其也可称为驱动芯片。其中，结合图3所示，驱动装置的1脚(INPUT)为输入控制信号端，2脚(ENABLE)为使能端，可以直接与4脚(GND)地连接，3脚(STATUS)为芯片状态检测信号输出端，5脚(SHUTDOWN)为强制关断输入端，6脚(GATE)与开关元件连接，为控制端，7脚(DRAINSENSE)可用来检测MOS管过电流信号，当不用时可与8脚(POWERSUPPLY)电源正极直接连接。
其中，结合图4所示，由于现有防反灌电路中驱动装置内部无法产生NMOS管所需的偏置电压，因此通常需要为驱动装置设置隔离电源来提供偏置电压，该隔离电源的负极输出端SGND接在DC/DC的输出正极，正极输出端VDD接在驱动装置的输出电源端，导致电路复杂且成本较高，因此采用本实施例的防反灌电路对现有技术进行改进，能够降低防反灌电路的成本和复杂度。
可选地，所述调压电路包括电荷泵自举升压电路，所述电荷泵自举升压电路用于通过开关电容转换技术对所述DC/DC输出端提供的电压进行自举升压，以通过所述导通电压驱动所述开关元件导通。
具体地，结合图3所示，调压电路包括电荷泵自举升压电路，电荷泵自举升压电路可以通过周期性的电荷转移来实现输出电压的提升，即实现自举升压；电荷泵自举升压电路包括电容器，电荷泵自举升压电路通过对电容周期性的充电放电，可以将电荷从电容器的输入端转移到电容器的输出端，每次转移都会增加输出端的电荷量，最终导致输出电压的升高，从而将DC/DC输出端提供的电压转换为导通电压，驱动开关元件导通。
可选地，所述驱动装置还包括推挽电路，所述推挽电路分别与所述电荷泵自举升压电路、所述开关元件及所述DC/DC输出端连接。
具体地，结合图3所示，驱动装置还包括推挽电路，通常由两个互补的输出级组成，一个为推(P)输出级，另一个为挽(N)输出级，推挽电路分别与电荷泵自举升压电路、开关元件及DC/DC输出端连接；推挽电路可以提供较高的功率放大能力，在信号的正半周期中，P输出级工作，而在信号的负半周期中，N输出级工作，通过互补的工作方式，可以使得输出信号具有更大的振幅，从而使得驱动装置具有更高的输出功率和更好的驱动能力。
可选地，所述开关元件包括NMOS管，所述NMOS管的源极用于与所述DC/DC输出端连接，所述NMOS管的栅极与所述调压电路的输出端连接，所述NMOS管的漏极用于与所述蓄电池连接。
具体地，结合图2所示，开关元件包括NMOS管Q，NMOS管Q由三个主要区域组成：源极(Source)，漏极(Drain)和栅极(Gate)，其中，源极与DC/DC输出端连接，漏极与蓄电池(12VBattery)连接，栅极与调压电路的输出端连接；源极和漏极之间存在一个N型沟道(Channel)，通过控制栅极电压来控制沟道的导电性，因此调压电路的输出端可通过输出高电平或低电平来决定沟道是否导电，当栅极施加正向电压时，栅极和沟道之间形成了一个正向偏压的二极管结，若偏压大于沟道和源极之间的阈值电压(例如栅极电压与源极电压之间的差值VGS达到12V至18V)，则沟道开始导电，电流可以从源极流向漏极，从而DC/DC可以对蓄电池充电，反之(例如VGS为0V)，则沟道不形成，NMOS管Q截止，没有漏极电流流过，蓄电池也无法对DC/DC进行电流倒灌。
可选地，所述防反灌电路还包括主控装置，所述主控装置与所述驱动装置连接，所述驱动装置用于根据所述主控装置输出的高电平或低电平驱动所述开关元件导通或截止。
具体地，结合图2和图3所示，防反灌电路还包括主控装置(微处理器芯片U2，与电源电压VCC连接)，主控装置与驱动装置的1脚(输入控制信号端)连接；DC/DC工作时，若主控装置输出高电平至驱动装置，则驱动装置输出高电平，可以使开关元件导通，从而DC/DC能够对蓄电池放电，若主控装置输出低电平至驱动装置，则驱动装置输出低电平，开关元件截止，蓄电池也无法对DC/DC进行电流倒灌；DC/DC停止工作时，驱动装置输出低电平，开关元件截止，蓄电池同样无法对DC/DC进行电流倒灌。
可选地，所述驱动装置还包括输入电平转换电路，所述输入电平转换电路用于与所述主控装置连接，所述输入电平转换电路用于将所述主控装置输出的电平转换为所述驱动装置的内部逻辑电平。
具体地，结合图3所示，驱动装置还包括输入电平转换电路，输入电平转换电路通过1脚与主控装置连接，输入电平转换电路的功能是将主控装置输出的电平转换为驱动装置的内部逻辑电平，以确保正确的信号处理和适配。
其中，输入电平转换功能通常包括以下方面：
(1)电平匹配：外部输入信号的电平可能与芯片内部逻辑电平不匹配，例如，外部信号可能是不同电压级别的模拟信号或非标准的逻辑电平。输入电平转换功能可以将这些信号转换为芯片所需的逻辑电平，以确保芯片能够正确识别和处理信号。
(2)电压适应：不同的电路或系统可能使用不同的电源电压。输入电平转换功能可以将来自不同电源电压的信号适应到芯片所使用的标准电源电压范围内，以确保芯片正常工作。
(3)电平保护：有时外部信号可能具有较高的电压或电流，可能对芯片造成损害。输入电平转换功能可以提供电压限制、过流保护等功能，保护芯片免受过高的输入电平或电流的影响。
(4)信号处理：输入电平转换功能还可以包括信号滤波、放大、去噪等处理，以提高输入信号的质量和稳定性。
可选地，所述驱动装置还包括关断电平转换电路，所述关断电平转换电路与所述输入电平转换电路连接，所述关断电平转换电路用于强制关断所述输入电平转换电路。
具体地，结合图3所示，驱动装置还包括关断电平转换电路(与5脚连接)，关断电平转换电路通过输入锁存器与输入电平转换电路连接，关断电平转换电路使得驱动装置能够将外部输入信号的逻辑关断状态转换为芯片内部所需的关断电平。
其中，输入锁存器用于将输入信号在特定时钟边沿上锁存并保持其值稳定，以供后续的处理和控制，输入锁存器通常能够实现信号同步、数据稳定、防止信号变化和时序控制等功能。
可选地，所述驱动装置还包括电流检测比较电路，所述电流检测比较电路用于与所述开关元件或所述DC/DC输出端连接。
具体地，结合图3所示，驱动装置还包括电流检测比较电路(与7脚连接)，若需要对开关元件进行过电流信号检测，可以将电流检测比较电路与开关元件连接，通常采用串联电阻的形式，若检测的电压超过基准电压，则认为处于过电流状态；若不需要进行过电流信号检测，可以将电流检测比较电路与DC/DC输出端连接。
其中，结合图3所示，驱动装置还包括状态检测电路(与3脚连接)，状态检测电路功能通常包括以下方面：
(1)输入信号监测：驱动装置可以检测外部输入信号的状态，如电平状态(高电平或低电平)、电流状态、频率等，可以用于判断输入信号的有效性、稳定性或变化情况。
(2)输出状态反馈：驱动装置可以监测其内部输出信号的状态，包括输出电平、输出电流等，可以用于检测芯片的输出是否按照预期工作，并提供反馈信息。
(3)错误检测和故障保护：状态检测功能还可以用于检测芯片内部的错误或故障情况，例如电压过高或过低、过温等。当检测到异常情况时，芯片可以采取相应的保护措施，如关断输出、触发报警等。
(4)事件检测和触发：驱动装置可以检测特定的事件或条件，并根据检测结果触发相应的操作或控制。例如，当特定输入信号出现或特定条件满足时，芯片可以执行预定的操作，如改变输出状态、启动特定模式等。
(5)状态指示和通信：状态检测功能可以提供状态指示或通信接口，使得芯片的状态可以被外部系统或用户获取或监测，可以用于系统诊断、远程监控等应用。
本实用新型另一实施例提供一种充电系统，包括上述防反灌电路。
本实用新型另一实施例提供一种车辆，包括上述充电系统。
虽然本实用新型披露如上，但本实用新型的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种防反灌电路，其特征在于，包括驱动装置和开关元件，所述驱动装置和所述开关元件均用于与DC/DC输出端连接，所述开关元件还用于与蓄电池连接，所述驱动装置与所述开关元件连接，所述驱动装置用于驱动所述开关元件导通或截止；所述驱动装置包括调压电路，所述调压电路用于将所述DC/DC输出端提供的电压转换为能够驱动所述开关元件导通的导通电压。
2.根据权利要求1所述的防反灌电路，其特征在于，所述调压电路包括电荷泵自举升压电路，所述电荷泵自举升压电路用于通过开关电容转换技术对所述DC/DC输出端提供的电压进行自举升压，以通过所述导通电压驱动所述开关元件导通。
3.根据权利要求2所述的防反灌电路，其特征在于，所述驱动装置还包括推挽电路，所述推挽电路分别与所述电荷泵自举升压电路、所述开关元件及所述DC/DC输出端连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的防反灌电路，其特征在于，所述开关元件包括NMOS管，所述NMOS管的源极用于与所述DC/DC输出端连接，所述NMOS管的栅极与所述调压电路的输出端连接，所述NMOS管的漏极用于与所述蓄电池连接。
5.根据权利要求1至3任一项所述的防反灌电路，其特征在于，还包括主控装置，所述主控装置与所述驱动装置连接，所述驱动装置用于根据所述主控装置输出的高电平或低电平驱动所述开关元件导通或截止。
6.根据权利要求5所述的防反灌电路，其特征在于，所述驱动装置还包括输入电平转换电路，所述输入电平转换电路用于与所述主控装置连接，所述输入电平转换电路用于将所述主控装置输出的电平转换为所述驱动装置的内部逻辑电平。
7.根据权利要求6所述的防反灌电路，其特征在于，所述驱动装置还包括关断电平转换电路，所述关断电平转换电路与所述输入电平转换电路连接，所述关断电平转换电路用于强制关断所述输入电平转换电路。
8.根据权利要求1所述的防反灌电路，其特征在于，所述驱动装置还包括电流检测比较电路，所述电流检测比较电路用于与所述开关元件或所述DC/DC输出端连接。
9.一种充电系统，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的防反灌电路。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的充电系统。
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