DC/DC保护电路、DC/DC转换器及车辆的制作方法

dc/dc保护电路、dc/dc转换器及车辆
技术领域
1.本实用新型属于电路设计领域，尤其是涉及一种dc/dc保护电路、dc/dc转换器及车辆。


背景技术：

2.随着国家对汽车油耗和排放要求的日益严格，以及司乘人员对车辆经济性、驾乘体验舒适性要求的提高，新能源汽车越来越受到汽车制造商和消费者的青睐，日益成为汽车技术的发展趋势。作为新能源汽车重要功能部件的dc/dc转换器，其可靠性和稳定性对新能源汽车的安全驾驶起着至关重要的作用。
3.参见图1，图1为现有技术中的dc/dc转换器及其保护电路的结构示意图。dc/dc转换器能够将高压侧直流电转换为低压侧直流电给低压侧电池120和负载700(包括传统12v负载以及安全负载等)供电，也可以将低压侧直流电转换为高压侧直流电给高压侧电池110供电。在图1中，所述电压转换单元200包括第一电容211、第二电容212、第一滤波电感221、第二滤波电感222，功率电感230以及转换动作单元240，其中，所述转换动作单元240包括第一开关241和第二开关242。第三开关310用于在异常发生时切断高压侧向低压侧能量传输，第四开关320用于切断低压侧向高压侧能量传输。在dc/dc转换器工作时，第三开关310和第四开关320处于导通状态，控制单元400通过控制驱动单元500进而控制转换动作单元240进行高低压能量转换，当所述第一开关241由于控制原因或本身原因短路时，dc/dc转换器高低压两侧会直通，异常监控单元600通过判断电流、电压等信息是否超过预设阈值来判断电压转换单元200是否存在异常，当异常发生时，异常监控单元600通过驱动单元500关断第三开关310，停止高压侧向低压的能量传输。
4.但是，在实际应用中，现有技术中的这种保护方式存在以下缺陷：当关断第三开关310之后，由于第一电容211存在电量，该电量会通过第一开关241(短路，导通状态)、第四开关320的寄生二极管输出到低压端，低压端输出电压在保护阈值的基础上会继续上升，处于一种不可控的状态，最终会导致整车低压端负载因低压端电压过高而工作异常，危害驾驶安全。
5.因此，如何提供一种dc/dc保护电路，以提高系统的可靠性和安全性，日益成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
6.需要说明的是，公开于该实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

7.本实用新型的主要目的在于克服现有技术中dc/dc转换器存在的上述缺陷，提供一种dc/dc保护电路、dc/dc转换器及车辆，以实现dc/dc转换器的过压和过流保护，保证低压侧负载正常工作，从而提高系统的可靠性和安全性。
8.为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种dc/dc保护电路，用于dc/dc转换器，所述dc/dc转换器包括高压侧电池、第三开关、电压转换单元、第四开关以及低压侧电池，其中，所述第三开关电连接所述高压侧电池和所述电压转换单元的高压端，所述第四开关电连接所述电压转换单元的低压端和所述低压侧电池及负载；
9.所述dc/dc保护电路包括第五开关、异常监控单元、控制单元和驱动单元；
10.所述第五开关连接所述电压转换单元的低压端和所述第四开关；
11.所述异常监控单元的第一监控点设置在所述电压转换单元的高压端和所述第三开关之间，所述异常监控单元的第二监控点设置在所述电压转换单元的低压端和所述第五开关之间；
12.所述异常监控单元的输出端连接所述驱动单元，所述驱动单元连接所述第三开关、所述电压转换单元、所述第四开关和所述第五开关；
13.所述异常监控单元被配置为，检测所述dc/dc转换器的电压电流信息，并用于根据所述电压电流信息，驱动所述驱动单元控制所述第三开关、所述第五开关和第四开关的开闭；
14.所述控制单元连接所述驱动单元，所述控制单元被配置为，驱动所述驱动单元控制所述电压转换单元进行能量传输。
15.可选地，所述异常监控单元包括过流监控模块和过压监控模块，所述异常监控单元被配置为，检测所述dc/dc转换器的电压电流信息，包括：
16.所述过流监控模块被配置为检测所述电压转换单元的高压端是否存在过流，所述过压监控模块被配置为检测所述电压转换单元的低压端是否存在过压。
17.可选地，所述异常监控单元用于根据所述电压电流信息，驱动所述驱动单元控制所述第三开关、所述第五开关和第四开关的开闭，包括：
18.当所述过流监控模块检测到所述电压转换单元的高压端的电流超过第一预设阈值时，驱动所述驱动单元关断所述第三开关；
19.当所述过压监控模块检测到所述电压转换单元的低压端的电压超过第二预设阈值时，驱动所述驱动单元关断所述第三开关和所述第五开关。
20.可选地，所述保护电路还包括电路保护器件，所述电路保护器件的一端设置于所述电压转换单元的低压端和所述第五开关之间，所述电路保护器件的另一端接地。
21.可选地，所述电路保护器件包括瞬态电压抑制二极管。
22.可选地，所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关均包括pmos管/nmos管；
23.所述第三开关电连接所述高压侧电池和所述电压转换单元的高压端，包括：所述第三开关的漏极/源极连接所述高压侧电池的正极，所述第三开关的源极/漏极连接所述电压转换单元的高压侧；
24.所述第四开关电连接所述电压转换单元的低压端和所述低压侧电池及负载，所述第五开关连接所述电压转换单元的低压端和所述第四开关，包括：所述第五开关的漏极/源极连接所述电压转换单元的低压端，所述第五开关的源极/漏极连接所述第四开关的源极/漏极，所述第四开关的漏极/源极连接所述低压侧电池的正极及负载的一端；
25.所述驱动单元连接所述第三开关、所述电压转换单元、所述第四开关和所述第五开关，包括：所述驱动单元连接所述第三开关的栅极、所述电压转换单元、所述第四开关的
栅极和所述第五开关的栅极；
26.所述高压侧电池的负极、所述低压侧电池的负极和所述负载的另一端共接并接地。
27.可选地，所述电压转换单元包括第一电容、第二电容、第一滤波电感、第二滤波电感、功率电感以及转换动作单元；
28.所述第三开关的源极/漏极连接所述电压转换单元的高压侧，包括：所述第三开关的源极/漏极、所述第一电容的一端和所述第一滤波电感的一端共接并形成所述第一监控点；
29.所述第五开关的漏极/源极连接所述电压转换单元的低压端，包括：所述第五开关的漏极/源极、所述第二滤波电感的一端和所述电路保护器件的一端共接并形成所述第二监控点；
30.所述第一滤波电感的另一端连接所述转换动作单元的第一端，所述功率电感的一端连接所述转换动作单元的第二端，所述功率电感的另一端、所述第二电容的一端、所述第二滤波电感的另一端共接；
31.所述驱动单元连接所述第三开关、所述电压转换单元、所述第四开关和所述第五开关，包括：所述驱动单元连接所述第三开关的栅极、所述转换动作单元的第三端、所述第四开关的栅极和所述第五开关的栅极；
32.所述第一电容的另一端、所述第二电容的另一端和所述转换动作单元的第四端共接并接地。
33.可选地，所述转换动作单元包括电连接的第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关均包括pmos管/nmos管；
34.所述第一滤波电感的另一端连接所述转换动作单元的第一端，包括：所述第一滤波电感的另一端连接所述第一开关的漏极/源极；
35.所述功率电感的一端连接所述转换动作单元的第二端，包括：所述功率电感的一端、所述第一开关的源极/漏极和所述第二开关的漏极/源极共接；
36.所述驱动单元连接所述第三开关、所述转换动作单元的第三端、所述第四开关和所述第五开关，包括：
37.所述驱动单元连接所述第三开关、所述第一开关的栅极、所述第二开关的栅极、所述第四开关的栅极和所述第五开关的栅极；
38.所述第一电容的另一端、所述第二电容的另一端和所述转换动作单元的第四端共接并接地，包括：
39.所述第一电容的另一端、所述第二电容的另一端和所述第二开关的源极/漏极共接并接地。
40.为了实现上述目的，本实用新型还提供了一种dc/dc转换器，所述dc/dc转换器包括上述任一项所述的dc/dc保护电路。
41.为了实现上述目的，本实用新型还提供了一种车辆，所述车辆包括上述任一项所述的dc/dc转换器。
42.与现有技术相比，本实用新型提供的dc/dc保护电路、dc/dc转换器及车辆具有以下有益效果：
43.本实用新型提供的dc/dc保护电路，用于dc/dc转换器，所述dc/dc转换器包括高压侧电池、第三开关、电压转换单元、第四开关以及低压侧电池，所述dc/dc保护电路包括第五开关、异常监控单元、控制单元和驱动单元；所述第五开关连接所述电压转换单元的低压端和第四开关；所述异常监控单元的第一监控点设置在所述电压转换单元和第三开关之间，所述异常监控单元的第二监控点设置在所述电压转换单元和所述第五开关之间；所述异常监控单元的输出端连接所述驱动单元，所述驱动单元连接所述第三开关、所述电压转换单元、所述第四开关和所述第五开关；所述异常监控单元被配置为，检测所述dc/dc转换器的电压电流信息，并用于根据所述电压电流信息，驱动所述驱动单元控制所述第三开关、所述第五开关和第四开关的开闭；所述控制单元连接所述驱动单元，所述控制单元被配置为，驱动所述驱动单元控制所述电压转换单元进行能量传输。如此配置，本实用新型提供的dc/dc保护电路能够实时监测高压侧电流瞬时上升、低压侧电压瞬时上升，该保护电路通过关断所述第三开关和第五开关，从而切断所述电压转换单元高压端和低压端的能量传输，实现dc/dc转换器的过压和过流保护，能够避免出现不可控状态导致的低压端负载因低压端电压过高而工作异常的风险，保证低压侧负载正常工作，从而提高系统的可靠性和安全性。
44.进一步地，本实用新型提供的所述dc/dc保护电路还包括电路保护器件。所述电路保护器件用于抑制所述第五开关关断后所述dc/dc转换器的所述第一滤波电感、所述第二滤波电感和所述功率电感形成的浪涌电压，防止所述第五开关损坏，从而保护所述第五开关。
45.再进一步地，由于本实用新型提供的dc/dc转换器和车辆，与本实用信息提供的dc/dc保护电路属于同一发明构思，因此，至少具有相同的有益效果，能够保证所述dc/dc转换器稳定在正常工作范围，从而避免不可控情况发生的风险，为安全驾驶提供了可靠保证；而且能够避免过流或过压造成器件损坏的风险，延长所述dc/dc转换器的使用寿命。
46.综上，本实用新型提供的dc/dc保护电路，在不改变所述dc/dc转换器设计方案的前提下，通过增加简单的硬件电路，实现过流和/或过压保护功能，设计简单、易于实施且成本低廉。
附图说明
47.图1为现有技术中dc/dc转换器及其保护电路的电路结构示意图；
48.图2为本实用新型一实施例提供的用于dc/dc转换器的保护电路的结构示意图；
49.图3为本实用新型一实施例提供的dc/dc转换器的电路结构示意图；
50.其中，附图标记说明如下：
51.110
‑
高压侧电池、120
‑
低压侧电池、200
‑
电压转换单元、211
‑
第一电容、
52.212
‑
第二电容、221
‑
第一滤波电感、222
‑
第二滤波电感、230
‑
功率电感、240
‑
转换动作单元、241
‑
第一开关、242
‑
第二开关、310
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第三开关、320
‑
第四开关、330
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第五开关、400
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控制单元、500
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驱动单元、600
‑
异常监控单元、610
‑
过流监控模块、620
‑
过压监控模块、700
‑
负载、800
‑
二极管。
具体实施方式
53.为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本实用新型提出
的dc/dc保护电路、dc/dc转换器及车辆作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。应当了解，说明书附图并不一定按比例地显示本实用新型的具体结构，并且在说明书附图中用于说明本实用新型某些原理的图示性特征也会采取略微简化的画法。本文所公开的本实用新型的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。以及，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，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。
54.本实施例提供了一种dc/dc保护电路，用于dc/dc转换器。具体地，参见附图2，图2为本实施例提供的用于dc/dc转换器的保护电路的结构示意图。从图2可以看出，本实例提供的所述dc/dc转换器包括高压侧电池110、第三开关310、电压转换单元200、第四开关320以及低压侧电池120，其中，所述第三开关310电连接所述高压侧电池110和所述电压转换单元200的高压端，所述第四开关320电连接所述电压转换单元200的低压端和所述低压侧电池120及负载700。所述dc/dc保护电路包括第五开关330、异常监控单元600、控制单元400和驱动单元500。可以理解地，所述电压转换单元200可以为一相或多相，本实用新型对此不作任何限制；同样地，本实用新型不限制所述第三开关310、所述第四开关320和所述第五开关330的具体形式，包括但不限于mosfet管。
55.具体地，所述第五开关330连接所述电压转换单元200的低压端和所述第四开关320；所述异常监控单元600的第一监控点设置在所述电压转换单元200的高压端和所述第三开关310之间，所述异常监控单元600的第二监控点设置在所述电压转换单元200的低压端和所述第五开关330之间；所述异常监控单元600的输出端连接所述驱动单元500，所述驱动单元连接所述第三开关310、所述电压转换单元200、所述第四开关320和所述第五开关330。进一步地，所述异常监控单元600被配置为，检测所述dc/dc转换器的电压电流信息，并用于根据所述电压电流信息，驱动所述驱动单元500控制所述第三开关310、所述第五开关330和第四开关320的开闭。所述控制单元400连接所述驱动单元500，所述控制单元400被配置为，驱动所述驱动单元500控制所述电压转换单元200进行能量传输。
56.如此配置，本实用新型提供的dc/dc保护电路能够实时监测高压侧电流瞬时上升、低压侧电压瞬时上升，该保护电路通过关断所述第三开关310和第五开关330，从而切断所述电压转换单元200高压端和低压端的能量传输，实现dc/dc转换器的过压和过流保护，能够避免出现不可控状态导致的低压端负载700因低压端电压过高而工作异常的风险，保证低压侧负载700正常工作，从而提高系统的可靠性和安全性。由此可见，本实用新型提供的dc/dc保护电路，在不改变所述dc/dc转换器设计方案的前提下，通过增加简单的硬件电路，实现过流和/或过压保护功能，设计简单、易于实施且成本低廉。
57.优选地，参见图3，图3为其中一实施例提供的dc/dc转换器的电路结构示意图。，从图3可以看出，所述异常监控单元600包括过流监控模块610和过压监控模块620，所述异常监控单元600被配置为，检测所述dc/dc转换器的电压电流信息，包括：所述过流监控模块610被配置为检测所述电压转换单元200的高压端是否存在过流，所述过压监控模块620被配置为检测所述电压转换单元200的低压端是否存在过压。
58.优选地，在其中一个示例性实施方式中，所述异常监控单元600用于根据所述电压电流信息，驱动所述驱动单元500控制所述第三开关310、所述第五开关330和第四开关320的开闭，包括：当所述过流监控模块610检测到所述电压转换单元200的高压端的电流超过第一预设阈值时，驱动所述驱动单元500关断所述第三开关310。此时，若没有检测到所述电压转换单元200的低压端的电压超过第二预设阈值，可以不关断所述第五开关330，当所述过压监控模块620检测到所述电压转换单元200的低压端的电压超过第二预设阈值时，驱动所述驱动单元500关断所述第五开关330，较佳地，在其中一种实施方式中，也可以进一步关断所述第四开关320。本实用新型对此不作限制。如此配置，可以保证所述电压转换单元200的低压端出现过压问题，能够保证所述负载700正常工作，当所述dc/dc保护电路用于车辆上的dc/dc转换器时，能够保证车辆安全驾驶。
59.优选地，在其中一个示例性实施方式中，所述保护电路还包括电路保护器件，所述电路保护器件的一端设置于所述电压转换单元200的低压端和所述第五开关330之间，所述电路保护器件的另一端接地。较佳地，所述电路保护器件包括但不限于瞬态电压抑制二极管800。
60.优选地，在其中一个示例性实施方式中，本实用新型提供的dc/dc转换器的所述第三开关310、所述第四开关320、所述第五开关330均包括pmos管/nmos管。具体地，参见图3，图3为本实用新型一实施例提供的dc/dc转换器的电路结构示意图。从图3可以看出：在该实施方式中，所述第三开关310电连接所述高压侧电池110和所述电压转换单元200的高压端，包括：所述第三开关310的漏极/源极连接所述高压侧电池110的正极，所述第三开关310的源极/漏极连接所述电压转换单元200的高压侧。所述第四开关320电连接所述电压转换单元200的低压端和所述低压侧电池120及负载700，所述第五开关330连接所述电压转换单元200的低压端和所述第四开关320，包括：所述第五开关330的漏极/源极连接所述电压转换单元200的低压端，所述第五开关330的源极/漏极连接所述第四开关320的源极/漏极，所述第四开关320的漏极/源极连接所述低压侧电池120的正极及所述负载700的一端。所述驱动单元500连接所述第三开关310、所述电压转换单元200、所述第四开关320和所述第五开关330，包括：所述驱动单元500连接所述第三开关310的栅极、所述电压转换单元200、所述第四开关320的栅极和所述第五开关330的栅极。所述高压侧电池110的负极、所述低压侧电池110的负极和所述负载700的另一端共接并接地。
61.优选地，在其中一个示例性实施方式中，所述电压转换单元200包括第一电容211、第二电容212、第一滤波电感221、第二滤波电感222、功率电感230以及转换动作单元240。具体地，所述第三开关310的源极/漏极连接所述电压转换单元200的高压侧，包括：所述第三开关310的源极/漏极、所述第一电容211的一端和所述第一滤波电感221的一端共接并形成所述第一监控点。所述第五开关330的漏极/源极连接所述电压转换单元200的低压端，包括：所述第五开关330的漏极/源极、所述第二滤波电感222的一端和所述电路保护器件的一端共接并形成所述第二监控点；所述第一滤波电感221的另一端连接所述转换动作单元240的第一端(高压端)，所述功率电感230的一端连接所述转换动作单元240的第二端(低压端)，所述功率电感230的另一端、所述第二电容212的一端、所述第二滤波电感222的另一端共接。所述驱动单元500连接所述第三开关310、所述电压转换单元200、所述第四开关320和所述第五开关330，包括：所述驱动单元500连接所述第三开关310的栅极、所述转换动作单
元240的第三端(控制端)、所述第四开关320的栅极和所述第五开关330的栅极。所述第一电容211的另一端、所述第二电容212的另一端和所述转换动作单元240的第四端(接地端)共接并接地。
62.如此配置，所述瞬态电压抑制二极管800用于抑制所述第五开关330关断后所述dc/dc转换器的所述第一滤波电感221、所述第二滤波电感222和所述功率电感230形成的浪涌电压，防所述第五开关330损坏，从而保护所述第五开关330。
63.优选地，继续参见图3，所述转换动作单元240包括电连接的第一开关241和第二开关242，所述第一开关241和所述第二开关242均包括pmos管/nmos管；所述第一滤波电感221的另一端连接所述转换动作单元240的第一端，包括：所述第一滤波电感221的另一端连接所述第一开关241的漏极/源极。所述功率电感230的一端连接所述转换动作单元240的第二端，包括：所述功率电感230的一端、所述第一开关241的源极/漏极和所述第二开关242的漏极/源极共接。所述驱动单元500连接所述第三开关310、所述转换动作单元240的第三端、所述第四开关320和所述第五开关330，包括：所述驱动单元500连接所述第三开关310的栅极、所述第一开关241的栅极、所述第二开关242的栅极、所述第四开关320的栅极和所述第五开关330的栅极。所述第一电容211的另一端、所述第二电容212的另一端和所述转换动作单元240的第四端共接并接地，包括：所述第一电容211的另一端、所述第二电容212的另一端和所述第二开关242的源极/漏极共接并接地。
64.如此配置，当所述第一开关241由于控制原因或本身原因出现短路时，本实用新型提供的dc/dc保护电路通过关断第三开关310、第五开关330以及瞬态电压抑制二极管800切断所述dc/dc转换器高压侧和低压侧的能量转换，并能切断所述第一电容211、所述第二电容212和低压侧的能量传输，避免所述第二滤波电感22的寄生二极管输出到低压端，使得输出电压在所述第二预设阈值的基础上不再上升，使得所述dc/dc转换器运行在可控状态。本实用新型提供的保护电路可以控制输出端的电压不超过限值，保证低压侧负载700在预设电压(比如12v)下正常工作，从而保证车辆驾驶安全。
65.本实用新型的再一实施例还提供了一种dc/dc转换器，所述dc/dc转换器包括上述任一实施方式所述的dc/dc保护电路。
66.本实用新型的又一实施方式还提供了一种车辆，所述车辆包括上述的dc/dc转换器。
67.由此可见，由于本实用新型提供的dc/dc转换器和所述车辆，与本实用新型提供的所述dc/dc转换器属于同一发明构思，因此，至少具有相同的有益效果。所述保护电路能够保证所述dc/dc转换器稳定在正常工作范围，从而避免不可控情况发生的风险，为安全驾驶提供了可靠保证；而且能够避免过流或过压造成器件损坏的风险，延长所述dc/dc转换器的使用寿命。
68.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
70.综上，上述实施例对dc/dc保护电路、dc/dc转换器及车辆的不同构型进行了详细说明，当然，上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型包括但不局限于上述实施中所列举的构型，本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。