一种混动车用42V/12V双层直流转换充电装置的制作方法

本实用新型属于汽车制造技术领域，尤其涉及一种混动车用42V/12V双层直流转换充电装置。

背景技术：

混动车采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电。

现行混动车的电气系统中发电机是一直无条件给蓄电池恒压(14V)充电的，无视蓄电池的实际容量，很容易造成过度充电，蓄电池起泡，严重影响其性能及寿命。并且42V/14V直流转换器多采用PFM驱动，但是PFM的驱动技术不成熟，PFM的开关频率容易波动，不方便滤波，PFM可提供的输出功率低，不适合电流较大的场合。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的汽车的发电机给蓄电池恒压充电无视蓄电池的实际容量，很容易造成过充电，蓄电池起泡，严重影响其性能及寿命；直流转换器多采用PFM驱动，但是PFM的驱动技术不成熟，PFM的开关频率容易波动，不方便滤波，PFM可提供的输出功率低，不适合电流较大的场合的问题而提供一种结构简单、安装使用方便、提高工作效率的混动车用42V/12V双层直流转换充电装置。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

该混动车用42V/12V双层直流转换充电装置包括发电机，发电机的电源输出端分别与DC/DC转换器、36V负载、36V蓄电池相连接；DC/DC转换器的输出端分别与起动机、12V蓄电池、12V负载相连接。

进一步，所述的DC/DC转换器的电源端Vin分别与调压器T1和调压器T3的输入端相连接，调压器T1和调压器T3的电压输出端与开关ON相连接；

调压器T1的控制端与调压器T2相连接，并通过电感L1与电源Vout端相连接；调压器T3的控制端与调压器T4相连接，并通过电感L2与电源Vout端相连接；调压器T2和调压器T4的电源输出端与开关的OFF端相连接；调压器T2和调压器T4的控制端分别与接地端GND相连接；

电源Vout端与地端GND之间并联有电容C3、C4、C5、C6。

进一步，所述的DC/DC转换器的Vout端与12V负载相连接，DC/DC转换器的Vin端与输入电源Uin相连接；调压器T1连接有充放电控制端。

本实用新型通过在调压器T1上安装充放电控制端，根据蓄电池的实际容量进行充电，避免了过度充电，避免蓄电池气泡。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的混动车用42V/12V双层直流转换充电装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的DC/DC转换器的内部电路图；

图3是本实用新型实施例提供的DC/DC转换器的工作原理图；

图中：1、发电机；2、DC/DC转换器；3、36V负载；4、36V蓄电池；5、起动机；6、12V蓄电池；7、12V负载。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合图1至图3对本实用新型的结构作详细的描述。

该混动车用42V/12V双层直流转换充电装置采用单电压发电单电压存储方式,首先由12V蓄电池6为起动机5供电启动发动机,因此12V蓄电池6中应随时保持较高的容量(约70％)。汽车运行时,由发电机1向所有用电设备供电,包括经DC/DC转换器2提供14V电压。汽车怠速或停止时,36V蓄电池4向36V负载3和12V负载7供电,包括经过DC/DC转换器2提供14V电压。在汽车运行时,DC/DC转换器2将发电机1输出的42V转换为14V,为12V负载7供电；在汽车怠速或停止时,DC/DC转换器2将36V蓄电池4输出的42V转换为14V。同时在以上两种情况下,都可根据电源控制系统发出的控制信号随时为12V蓄电池6充电，实现为负载供电和为蓄电池充电。

该混动车用42V/12V双层直流转换充电装置安装于42V电气系统的混合动力车上,由于能量回收,发动机可以选择较小的排量,则起动机5的功率也相应减小,这意味着12V蓄电池6容量也降低了。选用50Ah的免维护铅酸蓄电池,充电模式仍采用传统的定压式,则充电电流为0.1C(即5A),调压器T1连接有充放电控制端。

DC/DC转换器2利用脉冲宽度调制(Pulse-Width Modulation)原理,控制功率MOSFET开关管导通和关断的时间比率(即占空比),把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可控的脉冲电压序列,从而可以改变平均输出电压Ud的大小。采用PWM驱动信号而非PFM的原因有三:一是PWM技术相对更为成熟；二是PWM开关频率固定,容易滤波,纹波电流小,瞬态响应好,反应快；三是PFM可提供的输出功率低,不适合电流较大的场合。42V/14V直流转换器的组成部分包括稳压器、PWM控制器、MOSFET驱动、降压转换器4个部分。大功率大电压的转换电路设计中难点是找到合适的半导体维持所需的电压,所以功率管和元件的选用是最重要的。其中,PWM控制器、MOSFET驱动是开关稳压电源的核心与关键技术。经分析比较,选用PWM控制与驱动器集成电路TL1451A。TL1451A是相当理想的PWM控制与驱动器,符合本设计要求,同时提供了开关稳压器的主要保护电路:①宽输入范围:3.6～50V(满足输入为42V 的要求)；②2路PWM功率控制电路，③外同步工作功能，④欠压封锁输出的保护功能,短路保护电路；⑤可调振荡器频率1～500kHz(本设计调整为200kHz)。将PWM控制与驱动器加入PCB中,也使得转换器不用外部频率生成器产生时钟脉冲,输入MOSFET驱动来控制开关设备,因此,结构将更简单并且能胜任更多工作。

DC/DC转换器2采用双层并联转换,每一层有2个开关设备(高位MOSFET和低位MOSFET),共同由一个MOSFET驱动引导。高位MOSFET在导通时给负载提供电流,输出电压由MOSFET的占空比决定。因为输入42V,输出14V,所以占空比为33％。低位MOSFET的作用是将转换器拉到截止状态,迅速降低电流量,这样可以降低在电感中的能量损失,使转换器具有更好的功率效率。双层降压转换器适用于大功率大电流的情况,能降低开关损失,降低共模电流,避免开关设备同时运行。该双层转换器与双相转换器不同,采用同相PWM驱动信号驱动2层转换器,转换器输出的纹波叠加,纹波电流较大,主要通过各层滤波电路后的2个大电容起加强滤波作用,试验证明后面加的电容个数越多,滤波效果越好。该方法省去了双相转换器复杂的相位控制结构,使转换器更简单,更经济。

DC/DC转换器2电路图设计及各部分功能：

以TL1451A为核心的42V/14V直流转换器简图如图3所示。各部分功能设置如下：

1)振荡器频率:通过设置定时电容C1和定时电阻R5获得,本设计采用200kHz的工作频率。

2)TL1451A输出2路相同的控制信号,其中一路经反相器反相,分别控制双层降压转换器的高位MOSFET和低位MOSFET。

3)TL1451A误差放大器与R1、R2共同组成一个带反馈的稳压器,保证了该DC/DC转换器2的稳压输出。

4)死区时间和占空比:通过TL1451A死区时间控制端电压与输出级功率晶体管导通占空比之间的关系曲线,获取死区时间控制端电压,驱动信号的死区时间控制端电压是通过外加到Uref和GND之间的分压器发生变化的,因此改变图3中R3和R4的电阻可获得所需占空比33％。

5)由于TL1451A的输入范围非常宽(3.6～50V),并且该直流转换器的主要功能是从42V转换为14V,若发电机1或蓄电池提供的输入电压较低,但不影响转换后为负载供电,欠压保护电路的功能要求就不高,其值稍高于14V即可。

6)当充电信号为高位时,T1导通,Uce约为0.4V,此时12V蓄电池6的充电电压为13.6V,该值恰是铅酸蓄电池浮充电压值。蓄电池能长时间安全处于该充电状态下,避免恒压充电且蓄电池亏损时的大电流冲击,对延长蓄电池寿命很有帮助。如果在系统中应用ISA,则可以向12V蓄电池6提供较大电压的充电模式,结合蓄电池的最佳充电曲线,由电池管理模式定制优化的充电模式。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。