专利名称：电源能量静态转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用不可逆的静态变换器实现将直流功率输入变换为交流功率 输出的电力变换设备，具体地说是一种采用有控制极的半导体器件的电源能量静态转换装置。
背景技术：
在现有的电动汽车或混合动力车辆中，电源供电是一件极为棘手的事情，因为这 种车辆需用的电源电压一般都在二百伏以上。如果全部使用高性能的高压锂电池供电，则 其购置价格和使用成本将会非常昂贵，而使用这种高配置直流电源的电动汽车或混合动力 车辆在空载或较少载荷时，就是“大马拉小车”的具体形象体现。而目前还没有一种使用经 济、适于车行特点的电源装置。
发明内容
本发明的目的就是提供一种电源能量静态转换装置，以解决电动或混合动力车辆 的电源配置使用不经济、不适于车行特点的问题。本发明是这样实现的一种电源能量静态转换装置，在外框体的边框内侧面上制 有线槽，在线槽中绕有输出绕组，在所述外框体中设有若干并列的铁芯；在所述并列铁芯的 左半部分的铁芯上套接有正向线圈绕组，在所述并列铁芯的右半部分的铁芯上套接有反向 线圈绕组；所述正、反向线圈绕组的接线端共接直流变频控制器。所述输出绕组有两个，分别绕制在所述外框体的两个相对边框内侧面上的线槽 中；其中一个是单相的或三相的功率输出绕组，另一个是单相的充电输出绕组。在所述功率输出绕组的输出端与所述直流变频控制器之间分别接有电流检测反 馈电路和电压检测反馈电路。所述充电输出绕组的输出端连接能量回馈缓冲电路。所述铁芯的正端面为工字形或h形，所述铁芯的上下端面与所述外框体上的所述 线槽的相对面之间保留有至少0. 5毫米的间隙。所述直流变频控制器是以数据处理器 为核心，数据处理器U7的输出接若干四个 一组的光耦隔离驱动电路，每组光耦隔离驱动电路的输出经IGBT驱动电路U4、U5接由四个 IGBT功率管组成的全桥移相驱动电路Q1-Q4，全桥移相驱动电路Q1-Q4的两个输出端分接在 一个所述正向线圈绕组或一个所述反向线圈绕组的两端。在本发明能量静态转换装置的直流变频控制器中设置有由IGBT大功率管组成的 全桥移相驱动电路，该全桥移相驱动电路可对普通的车载36V或48V直流电瓶与正、反向线 圈绕组在导通方向和导通时间两方面进行变换控制，使直流电瓶的直流电压分别交变地加 在各并列铁芯上的正、反向线圈绕组上，在每个线圈绕组上就产生一个了交变的磁场，由此 在外框体线槽上的单相或三相输出绕组中就可随之感应出交变的感应电动势。如果直流变 频控制器的一个控制变化周期为T，则在单相或三相输出绕组上的感应电动势的变化频率即为1/T。如果并列设置有多个铁芯，即有两个以上的正向线圈绕组和两个以上的反向线圈 绕组存在，那么，就可根据线圈绕组匝数的设置不同，而产生正品字形与倒品字形相接的类 似正弦波的感应电动势，从而输出交变的电压和电流。由此达到了利用本装置实现直流功 率输入变换为交流功率输出的目的。由于高压交流电源能够更好地适应电动机输出功率的大范围变化要求，而本发明 能量静态转换装置的输入/输出的稳定性以及不可逆性，使得本发明能量静态转换装置既 能够满足汽车发动机在正常扭矩下的高低转速的频繁变换的要求，也能够满足汽车发动机 在大扭矩低转速下的启动性能要求。因而，使用本发明作为电动汽车或混合动力汽车的能 量转换装置，配以普通规格的低压直流电瓶之后，即可满足汽车的行驶要求。所以，本发明 具有明显的使用经济性、工作稳定性和车辆运行的适应性。
图1是本发明的物理结构部分与电路结构部分合一的结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明电源能量静态转换装置的物理结构部分的构成是，外框体1为 矩形框架，在外框体1的上、下边框的内侧面上制有并列均布的多个线槽，在线槽中绕制有 输出绕组。在上边框的线槽中绕制的是单相或三相的功率输出绕组21，在下边框的线槽中 绕制的是单相的充电输出绕组22。输出绕组的绕线方式可采用单相或三相电机的定子绕组 的绕线结构。在外框体1中设置有两个(数量可根据需要具体设定)并列的铁芯3 ；铁芯 3的正端面为工字形，也可以是h形或倒h形等；铁芯3的上下端面与外框体1上的线槽的 相对面之间保留有0. 7毫米的间隙；两铁芯之间也保留一定的间距。在左边的铁芯3上套 接一个正向线圈绕组4，在右边的铁芯3上套接一个反向线圈绕组5;正、反向线圈绕组的接 线端共接直流变频控制器。所谓正线圈绕组就是一个顺时针绕向的线圈绕组或是一个逆时 针绕向的线圈绕组，反向线圈绕组就是与之绕向相反的线圈绕组。本发明电源能量静态转换装置的电路结构部分因图面所限，只给出了正向线圈绕 组4与直流变频控制器的连接关系及相关电路结构，反向线圈绕组5与正向线圈绕组4具 有相同的与直流变频控制器的接线方式及相关电路结构，这部分电路因结构相同，所以就 在图1中省略掉了。图1中，本发明中的直流变频控制器是以数据处理器U7为核心，数据处理器U7可 选用51系列单片机，在其数据输出线接线端分别连接四个一组的光耦隔离驱动电路；光耦 隔离驱动电路的组数与正、反向线圈绕组的总数一致。如图1所示，每组光耦隔离驱动电路 选用两个双运算放大电路芯片U2、U3，其中U2中的两个运放U2A、U2b的输出各接一个光电耦 合器PC1IC2，该两光电耦合器PC1IC2的输出端各分两路、各路串接一个限流电阻后接IGBT 驱动电路U4。而双运算放大电路芯片U3的两个运放U3A、U3b的输出通过相同的电路结构接 IGBT驱动电路U5。两个IGBT驱动电路都选用TR2132芯片，并且与全桥移相驱动电路中的 四个IGBT功率管Q1-Q4相接，全桥移相驱动电路Q1-Q4的两个输出端分接在正向线圈绕组21 的两端。为完善本发明装置的功能特性，本发明在上述结构的基础上，在功率输出绕组21的输出端即A、B端通过变压器T1连接一条电流检测反馈电路，还通过变压器T2连接一条电 压检测反馈电路。电流检测反馈电路和电压检测反馈电路都是采用常规电路，用以检测功 率输出绕组21的交流输出电流和交流输出电压的有无及幅值，并向数据处理器U7进行反 馈。两反馈电路的信号输出端分接至直流变频控制器中的数据处理器U7的信号输入端。本发明在外框体1上还设置有充电输出绕组22。充电输出绕组22的输出端接能 量回馈缓冲电路。能量回馈缓冲电路由整流器D3、二极管D4、电容C5-C7和DC-DC转换电路 芯片U6连接组成。DC-DC转换电路芯片U6可选用LM2596-ADJ芯片。与能量回馈缓冲电路 相接的BT1为36V的车载直流锂电池。开机时，由锂电池BT1通过二极管D4向电容C7充电。 在IGBT功率管工作时，电容C7上的电能首先被使用，这样就可缓解对锂电池的过度放电。本发明的工作原理是首先，能量回馈缓冲电路中的DC-DC转换电路U6将36V直 流电压通过电压变换将其转变成标准的+15V、-15V和+5V直流电压，以供数据处理器U7及 其外围电路使用。在数据处理器U7加电时，单片机工作电路能够使其顺利地启动工作。电 路启动后，数据处理器U7通过P6、P7端口向光耦隔离驱动电路输出PWM调制脉冲，用于驱动 IGBT驱动电路U4、U5。IGBT驱动电路U4、U5将调制脉冲信号整理放大后，分别送给全桥移 相驱动电路的四个IGBT功率管Q1-Q411在IGBT驱动电路队、队的控制下，先是IGBT功率管 QpQ4导通，在正向线圈绕组4上形成一个N极向上的磁场。接下来IGBT驱动电路U4、U5就 会将调制脉冲分配给IGBT功率管Q3、Q2，使IGBT功率管Q3、Q2导通，在正向线圈绕组4上形 成一个N极向下的反向磁场。在反向线圈绕组5上产生的是时间接序、极性相反的交变磁 场。由此形成一个有正反向波形的、磁场强度大小有变的合成磁场。由变压器T2、运放Uib和电阻R6_R8、R18, R19连接组成的电压检测反馈电路，用于检 测功率输出绕组21上的单相交流电压的有无及幅值。由变压器T1、运放Uia、二极管Dp D2 等连接组成的电流检测反馈电路，用于检测功率输出绕组21上的交流电流的变化值。这两 个检测反馈电路将输出电压、电流的检测情况反馈到数据处理器U7,可使数据处理器U7实 时地计算出最佳的PWM脉宽调制控制值，以调整和控制各全桥移相驱动电路的导通时间和 导通方向，从而达到适应性的交流功率输出。如果需要人工修改PWM的控制参数，可以通过(4X4)键盘Stll，向数据处理器U7的 P5端口输入修改信息，由此实现人工干预功能。
权利要求
一种电源能量静态转换装置，其特征在于在外框体(1)的边框内侧面上制有线槽，在线槽中绕有输出绕组，在所述外框体(1)中设有若干并列的铁芯(3)；在所述并列铁芯的左半部分的铁芯(3)上套接有正向线圈绕组(4)，在所述并列铁芯的右半部分的铁芯(3)上套接有反向线圈绕组(5)；所述正、反向线圈绕组的接线端共接直流变频控制器。
2.根据权利要求1所述的电源能量静态转换装置，其特征在于所述输出绕组有两个， 分别绕制在所述外框体(1)的两个相对边框内侧面上的线槽中；其中一个是单相的或三相 的功率输出绕组(21)，另一个是单相的充电输出绕组(22)。
3.根据权利要求2所述的电源能量静态转换装置，其特征在于在所述功率输出绕组 (21)的输出端与所述直流变频控制器之间分别接有电流检测反馈电路和电压检测反馈电 路。
4.根据权利要求2所述的电源能量静态转换装置，其特征在于所述充电输出绕组(22) 的输出端接能量回馈缓冲电路。
5.根据权利要求1所述的电源能量静态转换装置，其特征在于所述铁芯(3)的正端面 为工字形或h形，所述铁芯(3)的上下端面与所述外框体(1)上的所述线槽的相对面之间 保留有至少0.5毫米的间隙。
6.根据权利要求1、2或5所述的电源能量静态转换装置，其特征在于所述直流变频控 制器是以数据处理器U7为核心，数据处理器U7的输出接若干四个一组的光耦隔离驱动电 路，每组光耦隔离驱动电路的输出经IGBT驱动电路U4、U5接由四个IGBT功率管组成的全桥 移相驱动电路Q1-Q4，全桥移相驱动电路Q1-Q4的两个输出端分接在一个所述正向线圈绕组 或一个所述反向线圈绕组的两端。
全文摘要
本发明涉及一种采用有控制极的半导体器件的电源能量静态转换装置。其结构是在外框体的边框内侧面上制有线槽，在线槽中绕有输出绕组，在所述外框体中设有若干并列的铁芯；在所述并列铁芯的左半部分的铁芯上套接有正向线圈绕组，在所述并列铁芯的右半部分的铁芯上套接有反向线圈绕组；所述正、反向线圈绕组的接线端共接直流变频控制器。本发明具有明显的使用经济性、工作稳定性和车辆运行的适应性。使用本发明作为电动汽车或混合动力汽车的能量转换装置，配以普通规格的低压直流电平，即可达到车辆行驶要求。
文档编号B60L11/00GK101888191SQ20091007434
公开日2010年11月17日 申请日期2009年5月14日 优先权日2009年5月14日
发明者薄中学 申请人:薄中学