一种电流过流保护电路、双向充电机及电动汽车的制作方法

本发明属于电动汽车的电机控制技术领域，尤其是涉及一种电流过流保护电路、双向充电机及电动汽车。

背景技术：

电动汽车车载双向充电机是一种在电网和电动汽车动力电池之间能够转换能量的装置，具有从电网220V/50Hz交流电源获取能量，为电动汽车内高压动力电池进行充电的功能，和将电动汽车内高压动力电池的能量转化为220V/50Hz交流电，以带动交流负载或者为其他电动汽车的动力电池之间充电的功能。

车载双向充电机拓扑结构如图1所示，无论是充电功能还是逆变功能，都必须通过一定的控制算法控制Q1-Q4四个MOS管实现能量的转换，Q1-Q4四个MOS管全部关断时终止能量转换。

现有技术中，控制Q1-Q4四个MOS管实现能量转化的算法存在如下问题，限定比较限值电路只提供了单一的比较限值，因此比较电路只能对如图2所示的交流电流采样信号进行正半周期的过流保护，对于负半周期的过流没有保护能力，如图3所示；单一的比较限值无法监测双向充电机充电功率和逆变功率不相同的情况时的交流电流是否有过流现象，如图5所示；当双向充电机出现过流故障后，Q1-Q4四个MOS管立即关断，同时采集的交流采样信号小于比较限值，因此Q1-Q4四个MOS管立即导通，由于过流故障未清除，因此会导致Q1-Q4四个MOS管频繁关断、导通，如图4所示，从而使Q1-Q4四个MOS管存在炸管的风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种交流过流保护电路、双向充电机及汽车，从而解决现有技术中电流过流保护电路无法对充电功率和逆变功率不相同的情况下，区别监控交流电流的限值。

为了实现上述目的，本发明提供了一种交流过流保护电路，连接于电动汽车的双向充电机的驱动电路中，包括：

比较限值提供单元，包括至少四个电压输出端；其中第一电压输出端和第二电压输出端所输出电压分别为所述双向充电机处于充电模式时的电压上限值和电压下限值，第三电压输出端和第四电压输出端所输出电压分别为所述双向充电机处于逆变模式时的电压上限值和电压下限值；

开关选择单元，包括两个输出端和用于输入双向充电机所处模式的表征信号的第一输入端，当所述第一输入端所输入为充电模式的表征信号时，所述开关选择单元用于使两个输出端分别与所述第一电压输出端和第二电压输出端导通；当所述第一输入端所输入为逆变模式时的表征信号时，所述开关选择单元用于使两个输出端分别与所述第三电压输出端和第四电压输出端导通；

比较单元，包括用于与双向充电机的交流电流采样电路的电压输出端连接的第二输入端、分别与所述开关选择单元的两个输出端连接的第三输入端和第四输入端，所述比较单元用于将所述第二输入端上的电压与所述第三输入端和第四输入端上的电压进行比较，将比较结果通过输出端输出至双向充电机的驱动信号输出单元。

其中，所述比较限值提供单元包括第一电压输入端和第二电压输入端，其中所述第一电压输入端输入的电压值大于所述第二电压输入端输入的电压值，且所述第一电压输入端和所述第二电压输入端之间串联接设有多个分压电阻，所述电压输出端与其中两个相邻分压电阻之间的节点连接。

其中，所述比较限值提供单元的每一所述电压输出端与所述第二电压输入端之间分别接设有电容。

其中，所述开关选择单元包括一分压元件，所述分压元件的一端与所述第一输入端连接，另一端接地连接。

其中，所述第二输入端和比较单元的输出端分别接设有低通滤波电路。

其中，所述开关选择单元包括比较子电路和至少四个开关子电路，所述比较子电路包括一输入端和一输出端，其中所述比较子电路的输入端形成为所述开关选择单元的第一输入端，当所述第一输入端输入的为充电模式时的表征信号时，所述输出端输出第一比较值；当所述第一输入端输入的为逆变模式的表征信号时，所述输出端输出第二比较值；

其中第一开关子电路的控制端和第二开关子电路的控制端与所述比较子电路的输出端连接，第三开关子电路的控制端和第四开关子电路的控制端与所述比较子电路的输入端连接；所述第一开关子电路的输入端与所述第一电压输出端连接，所述第二开关子电路的输入端与所述第二电压输出端连接，所述第三开关子电路的输入端与所述第三电压输出端连接，所述第四开关子电路的输入端与所述第四电压输出端连接；且所述第一开关子电路的输出端和所述第三开关子电路的输出端与所述开关选择单元的第一输出端连接，所述第二开关子电路的输出端和所述第四开关子电路的输出端与所述开关选择单元的第二输出端连接；

当所述第一输入端输入的为充电模式时的表征信号时，所述第一开关子电路和第二开关子电路的输入端与输出端之间呈闭合状态，所述第三开关子电路和第四开关子电路的输入端与输出端之间呈断开状态断开；当所述第一输入端输入的为逆变模式时的表征信号时，所述第一开关子电路和第二开关子电路的输入端与输出端之间呈断开状态，所述第三开关子电路和第四开关子电路的输入端与输出端之间呈闭合状态。

其中，所述比较单元包括第一比较器和第二比较器，其中，所述第一比较器的一输入端与所述第二比较器的一输入端分别与所述比较单元的第二输入端连接；所述第一比较器的另一输入端与所述第三输入端连接；所述第二比较器的另一输入端与所述第四输入端连接；且所述第一比较器的输出端与所述第二比较器的输出端连接，形成为所述比较单元的输出端。

其中，所述比较单元的输出端通过锁存器与所述双向充电机的驱动信号输出单元连接。

其中，所述锁存器包括与所述比较单元的输出端连接的第五输入端、用于输入双向充电机所处工作状态的表征信号的第六输入端，以及与所述驱动信号输出单元连接的输出端；当所述双向充电机发生故障时，所述锁存器用于将故障信号锁存，使所述驱动信号输出单元输出无效信号。

本发明还提供了一种双向充电机，包括如上所述的电流过流保护电路。

本发明还提供了一种电动汽车，包括如上所述的双向充电机。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：

本发明将现有技术中的限值比较提供单元进行改进，通过计算选择合适的分压电阻值，从而为比较单元提供双向充电机处于充电模式时的电压上、下限值和逆变模式时的电压上、下限值，实现同时监测交流电流的正半周期和负半周期的交流过流现象；通过在限值比较提供单元和比较单元之间增加开关选择单元，根据双向充电机的工作模式的不同，实现监测充电模式的交流电流过流现象，或监测逆变模式的交流电流过流现象；通过在比较单元和驱动信号输出单元之间增加锁存器，实现在出现过流现象时，所述锁存器将故障信号锁存，使驱动信号输出单元输出无效的驱动信号给Q1-Q4四个MOS管，直至故障清除，从而避免Q1-Q4四个MOS管频繁关断和导通。

附图说明

图1是双向充电机的拓扑结构示意图；

图2是交流电流采样电路输出的交流电流采样信号波形示意图；

图3是现有技术的交流电流采样信号与单一限值比较的示意图；

图4是现有技术导致Q1-Q4频繁关断和导通的示意图；

图5是现有技术无逆变过流保护功能的示意图；

图6是本发明的比较限值的示意图；

图7是本发明的锁存器的真值表；

图8是本发明的电流过流保护电路的示意图。

附图标记说明：

1-限值比较提供单元，2-开关选择单元，3-比较单元，5-驱动信号输出单元，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，U1-反相器，U2-模拟开关芯片，U31-第一比较器，U32-第二比较器，U4-锁存器，U5-单片机芯片。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图8所示，本发明的一实施例提供了一种电流过流保护电路，包括：比较限值提供单元1，开关选择单元2，比较单元3、锁存器U4以及驱动信号输出单元5。

所述比较限值提供单元1包括第一电压输入端和第二电压输入端，其中所述第一电压输入端输入的电压值大于所述第二电压输入端输入的电压值，且所述第一电压输入端和所述第二电压输入端之间串联接设有多个通过计算后选择的分压电阻，所述比较限值提供单元用以提供双向充电机处于充电模式的交流电流过流保护的电压上、下限值和处于逆变模式的交流电流过流保护的电压上、下限值。

所述比较限值提供单元1还包括至少四个电压输出端，其中第一电压输出端与第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点连接，输出的电压为双向充电机处于充电模式时的电压上限值；第二电压输出端与第四电阻R4和第五电阻R5之间的节点连接，输出的电压为双向充电机处于充电模式时的电压下限值；第三电压输出端与第二电阻R2和第三电阻R3之间的节点连接，输出的电压为双向充电机处于逆变模式时的电压上限值；第四电压输出端与第三电阻R3和第四电阻R4之间的节点连接，输出的电压为双向充电机处于逆变模式时的电压下限值。

每一所述电压输出端分别与第二电压输入端之间接设有滤波电容，从而使所述电压输出端输出的电压值更加稳定。

所述开关选择单元2包括比较子电路和至少四个开关子电路。

其中，所述比较子电路包括一反相器U1、为所述反相器提供电压的供电电源以及连接在所述反相器U1的输入端与接地端之间的分压元件。所述反相器U1的输入端为所述开关选择单元的第一输入端，用于输入双向充电机所处模式的表征信号；所述分压元件为第六电阻R6，用于对所述第一输入端输入的异常电压进行分压处理。

所述开关选择单元中的至少四个开关子电路可以为模拟开关芯片U2、继电器、晶体管或者MOS管。

以模拟开关芯片U2为例，如图8所示，所述模拟开关芯片U2内部包括四个开关子电路，每一开关子电路包括一控制端、一输入端和一输出端，通过给所述控制端输入控制信号，使所述输入端和输出端闭合或断开。

其中，第一开关子电路的控制端和第二开关子电路的控制端与所述比较子电路的输出端连接，第三开关子电路的控制端和第四开关子电路的控制端与所述比较子电路的输入端连接；所述第一开关子电路的输入端与所述第一电压输出端连接，所述第二开关子电路的输入端与所述第二电压输出端连接，所述第三开关子电路的输入端与所述第三电压输出端连接，所述第四开关子电路的输入端与所述第四电压输出端连接；且所述第一开关子电路的输出端和所述第三开关子电路的输出端与所述开关选择单元的第一输出端连接，所述第二开关子电路的输出端和所述第四开关子电路的输出端与所述开关选择单元的第二输出端连接。

当所述第一输入端输入的为逆变模式时的表征信号时，所述比较子电路的输出端输出第一比较值，所述第一输入端输入一控制信号给所述第三开关子电路的控制端和第四开关子电路的控制端，使所述第三开关子电路和第四开关子电路的输入端与输出端之间呈闭合状态；所述比较子电路的输出端将第一比较值输出给所述第一开关子电路和第二开关子电路的控制端，使所述第一开关子电路和第二开关子电路的输入端与输出端之间呈断开状态断开；当所述第一输入端输入的为充电模式时的表征信号时，所述第一输入端将与所述充电模式表征信号相对应的控制信号发送给所述第三开关子电路和第四开关子电路的控制端，使所述第三开关子电路和第四开关子电路的输入端与输出端之间呈断开状态；所述比较子电路的输出端将第二比较值传输给所述第一开关子电路和第二开关子电路的控制端，使所述第一开关子电路和第二开关子电路的输入端与输出端之间呈闭合状态。

所述比较单元3包括第一比较器U31和第二比较器U32，其中，所述第一比较器的U31一输入端与所述第二比较器U32的一输入端分别与所述比较单元的第二输入端连接；所述第一比较器U31的另一输入端与所述第三输入端连接；所述第二比较器U32的另一输入端与所述第四输入端连接；且所述第一比较器U31的输出端与所述第二比较器U32的输出端连接，形成为所述比较单元3的输出端。

其中，所述第二输入端用于与双向充电机的交流电流采样电路的电压输出端连接；所述第三输入端与所述开关选择单元2的第一输出端连接；所述第四输入端与所述开关选择单元2的第二输出端连接；所述比较单元3用于将所述第二输入端上的电压与所述第三输入端和第四输入端上的电压进行比较，将比较结果通过所述比较单元3的输出端输出至双向充电机的驱动信号输出单元5。

其中，所述第二输入端和所述比较单元的输出端上分别接设有低通滤波电路，用于使所述输入电压值和所述输出电压值更加稳定。

如图8所示，所述比较单元3的输出端通过锁存器U4与所述双向充电机的驱动信号输出单元5连接。

其中，所述锁存器U4包括与所述比较单元3的输出端连接的第五输入端、用于输入双向充电机所处工作状态的表征信号的第六输入端，以及与所述驱动信号输出单元5连接的输出端；当所述双向充电机发生故障时，所述锁存器U4用于将故障信号锁存，通过控制驱动信号输出单元5，使驱动信号输出单元5输出无效信号，从而使所述双向充电机停止能量转换。

所述驱动信号输出单元5包括一单片机芯片U5，与所述单片机芯片U5的使能端连接的MOS管Q20。所述锁存器U4的输出端与所述MOS管Q20的栅极连接，通过所述锁存器U4的输出端输出的电压值控制所述MOS管Q20的断开或导通，从而输出无效或有效的驱动信号。

其中，所述单片机芯片U5的输入端分别与双向充电机的单片机芯片的输出端连接；所述单片机芯片U5的输出端通过第二级驱动单元分别与所述Q1-Q4四个MOS管的栅极连接。

本发明的电流过流保护电路在具体应用时，所述电流过流保护电路上电后，所述比较限值提供单元1输出稳定的充电模式的电压上、下限值和逆变模式的电压上、下限值，如图6所示，当所述第一输入端输入的为充电模式的表征信号时，所述第一开关子电路和第二开关子电路的输入端和输出端导通，使输出充电模式电压上限值的第一电压输出端与所述比较单元的第三输入端导通，使输出充电模式电压下限值的第二电压输出端与所述比较单元的第四输入端导通；所述第二输入端输入所述交流电流采样信号EXT-AI-Iac，所述比较单元3将所述交流电流采样信号EXT-AI-Iac与所述充电模式的电压上限值和电压下限值进行比较。

若所述交流电流采样信号EXT-AI-Iac位于所述充电模式的电压上限值和下限值之间，则所述双向充电机未发生过流故障，所述比较单元3的输出端输出一高电平，即与其连接的所述锁存器U4的第五输入端输入一高电平，从而使所述锁存器U4的输出端输出一高电平，使所述MOS管Q20导通，从而使所述单片机芯片U5的使能端为低电平，使驱动信号输出单元5输出有效的驱动信号，使Q1-Q4四个MOS管导通。

若所述双向充电机发生过流故障，则所述交流电流采样信号EXT-AI-Iac不在所述充电模式的电压上限值和下限值之间，则所述比较单元3的输出端输出一低电平，从而使与其连接的第五输入端输入一低电平，如图7所示的锁存器真值表，所述锁存器U4的输出端输出一低电平，从而使所述MOS管Q20关断，使所述单片机芯片U5的使能端为高电平，最终使驱动信号输出单元5输出无效的驱动信号，使Q1-Q4四个MOS管关断，从而停止所述双向充电机的能量转换。

当故障消失，所述第五输入端为高电平时，由于第六输入端始终为低电平，因此所述锁存器U4的输出端输出为锁存的低电平，所述驱动信号输出单元5输出的驱动信号依然无效，从而避免Q1-Q4四个MOS管频繁关断和导通；当双向充电机的单片机确认交流过流故障清除后，给所述第六输入端输入一上升沿，如图7所示的真值表所示，解除对过流故障信号的锁存，使驱动信号输出单元5输出有效的驱动信号给Q1-Q4四个MOS管。

当双向充电机处于逆变模式时，所述第三开关子电路和所述第四开关子电路导通，使所述交流电流采样信号EXT-AI-Iac与逆变模式的电压上、下限值进行比较，最终使驱动信号输出单元5输出有效或无效驱动信号给Q1-Q4四个MOS管。

本发明的上述实施例，通过选择合适的分压电阻值，从而使所述比较限值提供单元1能够提供充电模式的电压上、下限值和逆变模式的电压上、下限值；通过增加开关选择单元2，使所述双向充电机处于充电模式时，所述第一电压输出端和所述第二电压输出端分别与所述比较单元的第三输入端和第四输入端连接；当所述双向充电机处于逆变模式时，所述第三电压输出端和所述第四电压输出端分别与所述比较单元3的第三输入端和第四输入端连接；从而实现了既能监测充电模式的限流过流故障，又能监测逆变模式的限流过流故障。通过将比较单元3设置为两个比较器，从而实现了同时监测交流电流正半周期和负半周期的过流现象，缩短了交流电流过流保护响应的时间。通过在比较单元3和驱动信号输出单元5之间增加锁存器U4，避免了Q1-Q4四个MOS管频繁关断、导通，避免炸管现象的发生。

本发明还提供了一种双向充电机，包括如上所述的电流过流保护电路。

相应的由于本发明实施例的电流过流保护电路，应用于双向充电机上，因此，本发明实施例还提供了一种双向充电机，其中，上述电流过流保护电路所述实现实施例均适用于该双向充电机的实施例中，也能达到相同的技术效果。

本发明还提供了一种电动汽车，包括如上所述的双向充电机。

相应的由于本发明实施例的双向充电机，应用于电动汽车上，因此，本发明实施例还提供了一种电动汽车，其中，上述双向充电机所述实现实施例均适用于该电动汽车的实施例中，也能达到相同的技术效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。