小型发动机多功能电源模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种小型发动机多功能电源模块，包括桥式整流滤波单元、同步降压型DC/DC变换单元、无刷直流电机驱动单元和单片机控制单元；嵌入式飞轮发电机输出端连接所述桥式整流滤波单元输入端，所述桥式整流滤波单元输出端分别连接至所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元输入端，所述单片机控制单元输出端连接所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元控制端。该小型发动机多功能电源模块具有结构简单、高效节能、集成度高、实用性强、使用便捷等优点。
【专利说明】
小型发动机多功能电源模块
技术领域
[0001]本实用新型涉及小型发动机领域，具体涉及一种小型发动机多功能电源模块。
【背景技术】
[0002]随着社会科学的进步，人类对电器也越来越具有依赖性，电器在使用过程中，需要有充足的电源供应，这就使得小型发动机的应用领域也越来越广泛。为了便于携带，需要进一步减小其体积和重量，所以通常将硅整流发电机改为嵌入式飞轮永磁中频发电机，提供低压中频交流电源，经电源模块后为启动蓄电池充电。
[0003]但随机配备的电源模块只能提供一种输出电压，需要外接容量很大的滤波电容，且稳定性不高，电压波动范围宽，效率低，散热温度高。而且在使用过程中，尤其是野外应用时，有许多铅酸蓄电池和锂电池需要充电维护，功率较小，但缺乏电源和充电机。
[0004]而且，在高原地区，小型发动机的功率会下降，需要增加电动增压器以恢复输出功率，才能给电器正常供电，然而目前的小型发动机并不具备给电动增压器提供电源和三相无刷直流电动机的驱动信号的功能。
【实用新型内容】
[0005]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种集成度高、实用性强、使用便捷的小型发动机多功能电源模块。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种小型发动机多功能电源模块，包括桥式整流滤波单元、同步降压型DC/DC变换单元、无刷直流电机驱动单元和单片机控制单元；
[0007]嵌入式飞轮发电机输出端连接所述桥式整流滤波单元输入端，所述桥式整流滤波单元输出端分别连接至所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元输入端，所述单片机控制单元输出端连接所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元控制端；
[0008]所述桥式整流滤波单元将该发电机所产生的中频交流电能整流成不稳定直流电源，然后分别输出到所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元中，为所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元提供直流电源，所述同步降压型DC/DC变换单元将不稳定直流电源变换成稳定直流电源，为铅酸蓄电池或锂电池充电，所述无刷直流电机驱动单元(500)输出端连接电动涡轮增压器的输入端，所述单片机控制单元为所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元提供控制信号。
[0009]该小型发动机多功能电源模块综合运用同步整流技术、同步降压变换技术和无刷直流电机驱动技术，实现高效率、大功率的铅酸蓄电池和锂电池充电功能及电动涡轮增压驱动功能，具有结构简单、高效节能、集成度高、实用性强、使用便捷等优点。
[0010]进一步的，所述同步降压型DC/DC变换单元有两个，分别为第一同步降压型DC/DC变换单元和第二同步降压型DC/DC变换单元，所述第一同步降压型DC/DC变换单元输出端连接铅酸蓄电池充电端，所述第二同步降压型DC/DC变换单元输出端连接锂电池充电端，所述单片机控制单元输出端分别连接所述第一同步降压型DC/DC变换单元和第二同步降压型DC/DC变换单元的控制端，所述单片机控制单元根据不同型号的锂电池控制所述第二同步降压型DC/DC变换单元输出不同的充电电流。
[0011]设置两个同步降压型DC/DC变换单元使得铅酸蓄电池以及锂电池能同时进行充电，并且单片机控制模块控制第二同步降压型DC/DC变换单元输出不同的电压，以供不同型号的锂电池充电，使得该小型发动机多功能电源模块的应用面更广，实用性更强。
[0012]进一步的，所述无刷直流电机驱动单元为无位置传感器无刷直流电机驱动控制器，其输出端连接电动涡轮增压器的输入端。
[0013]电动涡轮增压器一般采用无位置传感器的三相无刷直流电动机作为驱动电机，所以采用无位置传感器无刷直流电机驱动控制器能更好的为电动涡轮增压器提供驱动。
[0014]优选的，所述桥式整流滤波单元为芯片LT4320，所述同步降压型DC/DC变换单元为芯片LTC3703，所述无刷直流电机驱动单元为芯片A4960。
[0015]芯片LT4320包括理想二极管整流桥控制器、4个MOSFET和滤波电容。4个MOSFET具有大电流、低导通电阻，且每个MOSFET的门极连接于理想二极管整流桥控制器，整流桥控制器实时检测输入电源的电压波形，根据输入波形分别控制4个MOSFET的工作，实现同步整流，输出非稳压直流电源Uo。由于MOSFET的导通电阻低至1m Ω以下，工作时MOSFET的导通压降低，电路功率损耗极低。
[0016]芯片LTC3703包括同步降压型DC/DC变换控制器、大功率M0SFET、功率电感和电阻电容。变换控制器为同步降压控制器，变换控制器内部集成有高端MOSFET门极驱动电源，直接驱动外部2个MOSFET。该芯片电压输出稳定。
[0017]芯片A4960包括无位置传感器无刷直流电机驱动控制器、三相MOSFET全桥驱动电路、外部控制器接口和电阻电容。该芯片为小型发动机的进气增压提供便捷、可靠的驱动方式，提高发动机性能，且无需为电动增压器另外设计驱动电源和驱动模块。
[0018]本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【附图说明】
[0019]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0020]图1为本实用新型的原理框图；
[0021 ]图2为理想二极管整流单元的结构示意图；
[0022]图3为同步降压型DC/DC变换单元的结构示意图；
[0023]图4为无位置传感器BLDC驱动单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0025]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0026]如图1所示，本实用新型提供了一种小型发动机多功能电源模块，包括桥式整流滤波单元100、同步降压型DC/DC变换单元、无刷直流电机驱动单元500和单片机控制单元200。
[0027]小型发电机为嵌入式飞轮永磁发电机，其输出端连接桥式整流滤波单元100输入端，桥式整流滤波单元100输出端分别连接至同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元500输入端，单片机控制单元200输出端连接同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元500控制端，单片机控制单元为同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元500提供控制信号。
[0028]其中，同步降压型DC/DC变换单元有两个，分别为第一同步降压型DC/DC变换单元300和第二同步降压型DC/DC变换单元400，第一同步降压型DC/DC变换单元300输出端连接铅酸蓄电池充电端，第二同步降压型DC/DC变换单元400输出端连接锂电池充电端，单片机控制单元200输出端分别连接第一同步降压型DC/DC变换单元300和第二同步降压型DC/DC变换单元400的控制端。
[0029]桥式整流滤波单元100将嵌入式飞轮永磁发电机所产生的中频交流电能整流成不稳定直流电源，分别输出到第一同步降压型DC/DC变换单元300、第二同步降压型DC/DC变换单元400和无刷直流电机驱动单元500中，为第一同步降压型DC/DC变换单元300、第二同步降压型DC/DC变换单元400和无刷直流电机驱动单元500提供直流电源，第一同步降压型DC/DC变换单元300和第二同步降压型DC/DC变换单元400将不稳定直流电源变换成稳定直流电源，第一同步降压型DC/DC变换单元300为铅酸蓄电池充电，第二同步降压型DC/DC变换单元400为锂电池充电，单片机控制单元200根据不同型号的锂电池控制第二同步降压型DC/DC变换单元400输出不同的充电电流。无刷直流电机驱动单元500输出端连接电动涡轮增压器的输入端，为电动涡轮增压器提供驱动。
[0030]作为本实施例的优选方案，桥式整流滤波单元100选用芯片LT4320，如图2所示，包括理想二极管整流桥控制器、4个M0SFET(Q1?Q4)和滤波电容。4个MOSFET具有大电流、低导通电阻，且每个MOSFET的门极连接于理想二极管整流桥控制器，整流桥控制器实时检测输入电源Ui的电压波形，根据输入波形分别控制4个MOSFET的工作，实现同步整流，输出非稳压直流电源Uo。由于MOSFET的导通电阻低至I Om Ω以下，工作时MOSFET的导通压降低，电路功率损耗极低。
[0031]同步降压型DC/DC变换单元选用芯片LTC3703，如图3所示，包括同步降压型DC/DC变换控制器、大功率M0SFET、功率电感和电阻电容。变换控制器为同步降压控制器，变换控制器内部集成有高端MOSFET门极驱动电源，直接驱动外部2个M0SFET。通过Rl设置驱动MOSFET的工作频率为250kHz。输出电压Ucl通过电阻(R4、R5、R6)和电容C6反馈给变换控制器，同时单片机模拟输出通过R7可调节输出电压UcI。电阻R2、电容C2和电容C3构成电压反馈误差放大器的外围电路，使电压输出更加稳定。
[0032]由于电动涡轮增压器一般采用无位置传感器的三相无刷直流电动机作为驱动电机，所以无刷直流电机驱动单元500为无位置传感器无刷直流电机驱动控制器，其输出端连接电动涡轮增压器的输入端，选用芯片A4960，如图4所示，包括无位置传感器无刷直流电机驱动控制器、三相MOSFET全桥驱动电路、外部控制器接口和电阻电容。电容C8和电容C9为内部稳压器的滤波电容。电阻R8和电阻R9为驱动电流过流保护提供参考电压。M0SFET(Q7、Q8)、电阻(R10、R11、R12、R13)和电容C11为三相全桥驱动电路的A相桥臂，M0SFET(Q9、Q10)、电阻(R14、R15、R16、R17)和电容C12为三相全桥驱动电路的B相桥臂，M0SFET(Q11、Q12)、电阻(Rl8、Rl9、R20、R21)和电容Cl 3为三相全桥驱动电路的C相桥臂，每相桥臂的中点分别连接三相无刷直流电动机的A相、B相和C相引线。电阻R22为电动机驱动电流的取样电阻，取样电阻两端分别连接驱动控制器，为驱动电流的限流保护提供取样电压。电动增压器一般采用无位置传感器的三相无刷直流电动机作为驱动电机，故无位置传感器无刷直流电机驱动单元可以直接驱动电动增压器，为小型发动机的进气增压提供便捷、可靠的驱动方式，提高发动机性能，且无需为电动增压器另外设计驱动电源和驱动模块。
[0033]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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0034]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种小型发动机多功能电源模块，其特征在于，包括桥式整流滤波单元(100)、同步降压型DC/DC变换单元、无刷直流电机驱动单元(500)和单片机控制单元(200); 嵌入式飞轮发电机输出端连接所述桥式整流滤波单元(100)输入端，所述桥式整流滤波单元(100)输出端分别连接至所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元(500)输入端，所述单片机控制单元(200)输出端连接所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元(500)控制端； 所述桥式整流滤波单元(100)将该发电机所产生的中频交流电能整流成不稳定直流电源，分别输出到所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元(500)中，为所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元(500)提供直流电源，所述同步降压型DC/DC变换单元将不稳定直流电源变换成稳定直流电源，为铅酸蓄电池或锂电池充电，所述无刷直流电机驱动单元(500)输出端连接电动涡轮增压器的输入端，所述单片机控制单元为所述同步降压型DC/DC变换单元和无刷直流电机驱动单元(500)提供控制信号。2.根据权利要求1所述的小型发动机多功能电源模块，其特征在于，所述同步降压型DC/DC变换单元有两个，分别为第一同步降压型DC/DC变换单元(300)和第二同步降压型DC/DC变换单元(400)，所述第一同步降压型DC/DC变换单元(300)输出端连接铅酸蓄电池充电端，所述第二同步降压型DC/DC变换单元(400)输出端连接锂电池充电端，所述单片机控制单元(200)输出端分别连接所述第一同步降压型DC/DC变换单元(300)和第二同步降压型DC/DC变换单元(400)的控制端，所述单片机控制单元(200)根据不同型号的锂电池控制所述第二同步降压型DC/DC变换单元(400)输出不同的充电电流。3.根据权利要求1所述的小型发动机多功能电源模块，其特征在于，所述无刷直流电机驱动单元(500)为无位置传感器无刷直流电机驱动控制器，其输出端连接电动涡轮增压器的输入端。4.根据权利要求1所述的小型发动机多功能电源模块，其特征在于，所述桥式整流滤波单元(100)为芯片LT4320，所述同步降压型DC/DC变换单元为芯片LTC3703，所述无刷直流电机驱动单元(500)为芯片A4960。
【文档编号】H02P6/08GK205490206SQ201620028502
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月13日
【发明人】唐志, 李建勇, 廖世勇, 曹龙汉, 陈滢生
【申请人】重庆人文科技学院, 中国人民解放军重庆通信学院