电动汽车车载dcdc大功率变换电源的制作方法

文档序号:10615485
电动汽车车载dcdc大功率变换电源的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种高效率的低电压输入、高电压输出的大功率变换电源,解决电动汽车电源体积大、成本高的问题。一种电动汽车车载DCDC大功率变换电源,用于提升氢燃料电池电压,包括电源输入电路、连接电路、电流传感器、吸收保护电路、PWM变换电路和电源输出电路,其中:电源输入电路通过PWM变换电路连接电源输出电路,电流传感器和吸收保护电路布置在电源输入电路与PWM变换电路间;所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源还设置电压传感器,电压传感器Ⅰ直接连接电源输入电路,电压传感器Ⅱ连接电源输出电路。本发明还设置有通讯板,通讯板连接电流感应器、输入电压检测电路、电压传感器,并留置CANH和CANL接口。
【专利说明】
电动汽车车载DCDC大功率变换电源
技术领域
[0001 ]本发明涉及转变电源,特别提供了一种电动汽车车载DCDC大功率变换电源。【背景技术】
[0002]随着环境污染问题不断凸显,传统的石油能源早已无法满足现在的汽车工业的动力需求,氢能源等清洁能源的高效利用成了解决上述问题的有效方式之一。氢燃料电池的燃料为氢气和氧气,其反应产物仅为水,没有任何其他包括碳氧化合物、硫化物、粉尘等污染物排放,因此氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车。
[0003]但是与干电池、蓄电池等电能存储装置不同,氢燃料电池严格意义上为发电设备, 工作原理与发电厂相似,是将化学能转换成电能的电化学发生装置。氢燃料电池单节电池电压大约在IV左右,因此在目前的使用过程当中,氢燃料电池需要串联使用。然而,为了得到高压的电压输入,需要串联多节电池,所以产生了氢燃料电池体积庞大结构复杂,成本高昂的问题。
[0004]同时,目前升压电源种类有全桥、推挽电源等。全桥电源在30V?60V低压大功率时效率低小于70%,而推挽电源功率小基本都在1KW以下,无法满足现有的动力需求。
【发明内容】

[0005]本发明的目的在于提供一种高效率的低电压输入、高电压输出的大功率变换电源,解决电动汽车电源体积大、成本高的问题。
[0006]本发明具体提供了一种电动汽车车载DCDC大功率变换电源,用于提升氢燃料电池电压,其特征在于:包括电源输入电路、连接电路、电流传感器、吸收保护电路、PWM变换电路和电源输出电路,其中:电源输入电路通过PWM变换电路连接电源输出电路,电流传感器和吸收保护电路布置在电源输入电路与PWM变换电路间;所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源还设置电压传感器,电压传感器I直接连接电源输入电路,电压传感器n连接电源输出电路。
[0007]具体的,吸收保护电路并联在一端连接电源输入电路正极的组合电感器L1上;吸收保护电路中电阻R1连接电源输入电路正极,电阻R1另一端连接二极管D1的负极,二极管 D1的正极连接PWM变换电路;电流传感器负极连接电源输入电路的正极,电流传感器的正极连接吸收保护电路。
[0008]在IGBT关断瞬间会产生过大电压,为了防止电感损坏,IGBT导通瞬间限制流过电感的电流,减轻电子电力器件在开关过程中的收到威胁,本发明设置了吸收保护电路,能够有效缓冲上述电压对电感的破坏。
[0009]所述的组合电感器L1为纳米铁心组合的高频功率电感。组合电感包括骨架、绕组、 屏蔽罩、封装材料、磁心或铁心;其中铁心由尚频铁粉芯和中频铁粉芯组合。
[0010]本发明中的组合电感使用两种或三种同尺寸不同材料的铁芯叠加,并用铜线缠绕。使用上述方法的目的在于减小电感的体积以及减轻电感整体重量。如使用传统的电感绕线方式,达到同样的电流,若只使用一种铁芯,需要缠绕的线圈匝数是本发明所述电感的数倍,而且电流饱和度以及电路稳定性不佳。使用本发明所述方法制得的组合电感,既能满足高频电感的高强度电流不饱和,同时满足电感值大使得通过小电流不断续,进而减少输入电流峰值,避免了因为电感通过大电流饱和出现电感量急速下降的问题,保证了电路性能的稳定,确保本发明所述的电路以及应用的电动车能够正常运行。并且提高了工作效率和经济效益。
[0011]所述的13??变换电路二极管D2的正极和IGBTQ1的发射极连接吸收保护电路,二极管D2的负极和IGBTQ1的集电极、门级连接电源输出电路的正极;二极管D3的正极和IGBTQ2 的集电极连接吸收保护电路,二极管D3的负极和IGBTQ2的发射极连接电源输出电路的负极,IGBTQ2的门级连接PWM控制线路板。[〇〇12]电源输出电路的正极连接二极管D4的负极,PWM变换电路连接二极管D4的正极;电容器C1 一端连接二极管D4的正极,另一端连接电源输出电路的负极;电阻R2—端连接二极管D4的正极,另一端连接电源输出电路的负极。
[0013]电压传感器I直接连接电源输入电路的正极和负极,电压传感器n与电阻R2并联。
[0014]电源输入电路还设置了输入电压检测电路,输入电压检测电路的两端分别连接电源输入电路的正极和负极。
[0015]本发明还设置有通讯板,通讯板连接电流感应器、输入电压检测电路、电压传感器 n、电压传感器I,并留置CANH和CANL接口。
[0016]本发明还设置有P丽控制板,PWM控制板分别连接电流感应器、电压传感器1、电压传感器I1、输入电压检测电路、IGBTQ2的门级。[〇〇17]本发明设置的PWM控制板为PWM高效电流电压双闭环快速反馈控制电路,电流感应器、电压传感器对输入电流、输入电压、输出电压进行采样检测,并且实施实时控制,确保系统正常工作。
[0018]此外,本发明设置的通讯板是对从电流感应器、电压传感器采样电流和电压进行检测并作数据转换,同时将转换后的数据结果通过CAN总线传输,进而控制系统正常工作, 达到实时监测系统工作状态的目的。
[0019]本发明中使用电感以及IGBT电路组合而成的电子电路形成高功率拓扑电力电子电路, 同时形成BOOST型电路拓扑,BOOST型变换器的效率可以高达90%以上,相比于传统电路的工作效率提升了 10?15%。
[0020]此外,使用本发明所述的电动汽车车载DCDC大功率变换电源,使用传统氢电池三分之一的串联数量即可达到同等数量电池提供的电压输出,极大程度的减化了氢能源电池的复杂程度,大幅控制了成本的支出,同时降低了氢能源在燃烧中产生的热能损失,提高了氢燃料电池组系统的效率。
[0021]本发明采用了新型铁粉芯组合高频功率电感具有下述优势:1、体积小、重量轻;在本发明所述的变换电源中,组合电感的重量为整体的三分之一, 本发明所述的组合电感比传统电感少减少线圈30%或以上,减少了铜消耗,经济效益客观, 同时减轻了发明整体的重量;2、解决电流从轻载到重载保证电流连续稳定通过的问题;轻载电流不连续通过,则会出现电源特性恶化现象;重载大电流会使电感饱和,使电感失控,出现电源特性恶化现象;3、电路效率明显提高,使用本组合电感,一般功率回路的电流大,相比于功率电感,效率大幅提尚;4、保证了电路性能的稳定,确保本发明所述的电路以及应用的电动车能够正常运行, 并且提高了工作效率和经济效益。
[0022]本发明的通讯板使用CAN通讯具有下述优势:1、具有实时性强、传输距离远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点;2、采用双线串行通信方式,检错能力强,可在高噪声干扰环境中工作;3、具有优先权和仲裁功能,多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-bus上,形成多主机局部网络;4、可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文;5、可靠的错误处理和检错机制;6、发送的信息遭到破坏后,可自动重发;7、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能;8、报文不包含源地址或目标地址,仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。【附图说明】[〇〇23]下面结合说明书附图对本发明做进一步详细说明:图1为电动汽车车载DCDC大功率变换电源电路示意图;图2为电动汽车车载DCDC大功率变换电源电路简图。【具体实施方式】 [〇〇24] 实施例1本实施例的目的在于提供一种高效率的低电压输入、高电压输出的大功率变换电源, 解决电动汽车电源体积大、成本高的问题。[〇〇25]本实施例具体提供了一种电动汽车车载DCDC大功率变换电源,用于提升氢燃料电池电压,其特征在于:包括电源输入电路、连接电路、电流传感器、吸收保护电路、PWM变换电路和电源输出电路,其中:电源输入电路通过PWM变换电路连接电源输出电路,电流传感器和吸收保护电路布置在电源输入电路与PWM变换电路间;所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源还设置电压传感器,电压传感器I直接连接电源输入电路,电压传感器n连接电源输出电路。[〇〇26]具体的,吸收保护电路并联在一端连接电源输入电路正极的组合电感器L1上;吸收保护电路中电阻R1连接电源输入电路正极,电阻R1另一端连接二极管D1的负极,二极管 D1的正极连接PWM变换电路;电流传感器负极连接电源输入电路的正极,电流传感器的正极连接吸收保护电路。[〇〇27] 在IGBT关断瞬间会产生过大电压,为了防止电感损坏,IGBT导通瞬间限制流过电感的电流,减轻电子电力器件在开关过程中的收到威胁,本实施例设置了吸收保护电路,能够有效缓冲上述电压对电感的破坏。
[0028]所述的组合电感器L1为纳米铁心组合的高频功率电感。组合电感包括骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心或铁心;其中铁心由尚频铁粉芯和中频铁粉芯组合。
[0029]本实施例中的组合电感使用两种或三种同尺寸不同材料的铁芯叠加,并用铜线缠绕。使用上述方法的目的在于减小电感的体积以及减轻电感整体重量。如使用传统的电感绕线方式,达到同样的电流,若只使用一种铁芯,需要缠绕的线圈匝数是本实施例所述电感的数倍,而且电流饱和度以及电路稳定性不佳。使用本实施例所述方法制得的组合电感,既能满足高频电感的高强度电流不饱和,同时满足电感值大使得通过小电流不断续,进而减少输入电流峰值,避免了因为电感通过大电流饱和出现电感量急速下降的问题,保证了电路性能的稳定,确保本实施例所述的电路以及应用的电动车能够正常运行。并且提高了工作效率和经济效益。
[0030]所述的13??变换电路二极管D2的正极和IGBTQ1的发射极连接吸收保护电路,二极管D2的负极和IGBTQ1的集电极、门级连接电源输出电路的正极;二极管D3的正极和IGBTQ2 的集电极连接吸收保护电路,二极管D3的负极和IGBTQ2的发射极连接电源输出电路的负极,IGBTQ2的门级连接PWM控制线路板。[〇〇31]电源输出电路的正极连接二极管D4的负极,PWM变换电路连接二极管D4的正极;电容器C1 一端连接二极管D4的正极,另一端连接电源输出电路的负极;电阻R2—端连接二极管D4的正极,另一端连接电源输出电路的负极。[〇〇32]电压传感器I直接连接电源输入电路的正极和负极,电压传感器II与电阻R2并联。
[0033]电源输入电路还设置了输入电压检测电路,输入电压检测电路的两端分别连接电源输入电路的正极和负极。
[0034]本实施例还设置有通讯板,通讯板连接电流感应器、输入电压检测电路、电压传感器I1、电压传感器I,并留置CANH和CANL接口。[〇〇35] 本实施例还设置有P丽控制板,P丽控制板分别连接电流感应器、电压传感器1、电压传感器I1、输入电压检测电路、IGBTQ2的门级。[〇〇36]本实施例设置的PWM控制板为PWM高效电流电压双闭环快速反馈控制电路,电流感应器、电压传感器对输入电流、输入电压、输出电压进行采样检测,并且实施实时控制,确保系统正常工作。
[0037]此外,本实施例设置的通讯板是对从电流感应器、电压传感器采样电流和电压进行检测并作数据转换,同时将转换后的数据结果通过CAN总线传输,进而控制系统正常工作,达到实时监测系统工作状态的目的。[〇〇38] 本实施例中使用电感以及IGBT电路组合而成的电子电路形成高功率拓扑电力电子电路,同时形成BOOST型电路拓扑,BOOST型变换器的效率可以高达90%以上,相比于传统电路的工作效率提升了 10?15%。[〇〇39]此外,使用本实施例所述的电动汽车车载DCDC大功率变换电源,使用传统氢电池三分之一的串联数量即可达到同等数量电池提供的电压输出,极大程度的减化了氢能源电池的复杂程度,大幅控制了成本的支出,同时降低了氢能源在燃烧中产生的热能损失,提高了氢燃料电池组系统的效率。
[0040]本实施例采用了新型铁粉芯组合高频功率电感具有下述优势:1、体积小、重量轻;在本实施例所述的变换电源中,组合电感的重量为整体的三分之一,本实施例所述的组合电感比传统电感少减少线圈30%或以上,减少了铜消耗,经济效益客观,同时减轻了实施例整体的重量;2、解决电流从轻载到重载保证电流连续稳定通过的问题;轻载电流不连续通过,则会出现电源特性恶化现象;重载大电流会使电感饱和,使电感失控,出现电源特性恶化现象;3、电路效率明显提高,使用本组合电感,一般功率回路的电流大,相比于功率电感,效率大幅提尚;4、保证了电路性能的稳定,确保本实施例所述的电路以及应用的电动车能够正常运行,并且提高了工作效率和经济效益。[0041 ]本实施例的通讯板使用CAN通讯具有下述优势:1、具有实时性强、传输距离远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点;2、采用双线串行通信方式,检错能力强,可在高噪声干扰环境中工作;3、具有优先权和仲裁功能,多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-bus上,形成多主机局部网络;4、可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文;5、可靠的错误处理和检错机制;6、发送的信息遭到破坏后,可自动重发;7、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能;8、报文不包含源地址或目标地址,仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。[〇〇42] 实施例2本实施例中的电压检测电路为集成电路板VCR80/12,控制板为集成电路板PWM25ZB,其余结构、技术方案、实施方式、预期效果与实施例1相同。[〇〇43] 实施例3本实施例除使用一般普通电感外,其余结构、技术方案、实施方式、预期效果与实施例1 相同。
[0044]实施例4本实施例除不设置滤波电容C1外,其余结构、技术方案、实施方式、预期效果与实施例1 相同。
[0045]实施例5本实施例除不设置防反二极管D4外,其余结构、技术方案、实施方式、预期效果与实施例1相同。
[0046]实施例6本实施例除不设置滤波电容C1和防反二极管D4外,其余结构、技术方案、实施方式、预期效果与实施例1相同。[〇〇47] 实施例7本实施例设置保险丝,其余结构、技术方案、实施方式、预期效果与实施例1相同。
[0048]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种电动汽车车载DCDC大功率变换电源,用于提升氢燃料电池电压,其特征在于:包 括电源输入电路、连接电路、电流传感器、吸收保护电路、PWM变换电路和电源输出电路,其 中:电源输入电路通过PWM变换电路连接电源输出电路,电流传感器和吸收保护电路布置在 电源输入电路与PWM变换电路间;所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源还设置电压传感器,电压传感器I直接连接电 源输入电路,电压传感器n连接电源输出电路。2.按照权利要求1所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源,其特征在于:吸收保护电路 并联在一端连接电源输入电路正极的组合电感器L1上;吸收保护电路中电阻R1连接电源输 入电路正极,电阻R1另一端连接二极管D1的负极,二极管D1的正极连接PWM变换电路;电流传感器负极连接电源输入电路的正极,电流传感器的正极连接吸收保护电路。3.按照权利要求2所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源,其特征在于:所述的组合电 感器L1为纳米铁心组合的高频功率电感。4.按照权利要求3所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源,其特征在于:所述的组合电 感包括骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心或铁心;其中铁心由高频铁粉芯和中频铁粉芯组合。5.按照权利要求1所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源,其特征在于:所述的P丽变 换电路二极管D2的正极和IGBTQ1的发射极连接吸收保护电路,二极管D2的负极和IGBTQ1的 集电极、门级连接电源输出电路的正极;二极管D3的正极和IGBTQ2的集电极连接吸收保护电路,二极管D3的负极和IGBTQ2的发 射极连接电源输出电路的负极,IGBTQ2的门级连接PWM控制线路板。6.按照权利要求1所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源,其特征在于:电源输出电路 的正极连接二极管D4的负极,PWM变换电路连接二极管D4的正极;电容器C1 一端连接二极管 D4的正极,另一端连接电源输出电路的负极;电阻R2—端连接二极管D4的正极,另一端连接 电源输出电路的负极。7.按照权利要求1所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源,其特征在于:电压传感器I 直接连接电源输入电路的正极和负极,电压传感器II与电阻R2并联。8.按照权利要求1所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源,其特征在于:电源输入电路 还设置了输入电压检测电路,输入电压检测电路的两端分别连接电源输入电路的正极和负极。9.按照权利要求1所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源,其特征在于:电动汽车车载 DCDC大功率变换电源设置有通讯板,通讯板连接电流感应器、输入电压检测电路、电压传感 器I1、电压传感器I,并留置CANH和CANL接口。10.按照权利要求1所述电动汽车车载DCDC大功率变换电源,其特征在于:电动汽车车 载DCDC大功率变换电源设置有HVM控制板,控制板分别连接电流感应器、电压传感器1、 电压传感器n、输入电压检测电路、IGBTQ2的门级。
【文档编号】H02M3/155GK105978324SQ201610308139
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】荣及峰
【申请人】沈阳金阳光电气有限公司
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