一种车载空调的预充电装置的制作方法

本实用新型涉及一种预充装置，尤其涉及一种车载的空调预充电装置。

背景技术：

当电容在未充电的状态下，当交流信号通过该电容时，该电容的等效电阻非常小；当电容处于高压下时，根据欧姆定律可知，流经该电容的电流非常大。而电容在使用时一般是并联在电源两端，在电源接通瞬间，电容两端的电压不会突变，而电容两端的电流会突变，如图1所示。电源接通瞬间，电容器两端相当于短路，电路中会产生很大的尖峰电流。如果电源接通瞬间，电路中有MOSFET、IGBT和整流器等开关半导体器件，则开关器件就很有可能因为瞬间的过电流而损坏。

为了保护功率半导体元器件，在传统电路中，通过设置电容预充电电路来限制电源接通瞬间流过电容电流的大小。传统的预充电路主要是利用RC做延时电路，通过一个预充电阻在RC延时时间内给电容预充电，在电容电压接近额定电压时闭合电路的主继电器。

然而，目前电容预充电电路主要使用继电器，其容易受到环境的影响，且继电器一旦拉弧很容易失效。而且一般继电器吸合需要200-300mA电路，且存在较大吸合声音，不能满足一些要求较高的高级轿车。

技术实现要素：

针对目前车载的预充电电路存在的上述问题，本实用新型提供一种车载空调预充装置。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案为：

一种车载空调的预充电装置，包括：

直流电源继电器单元，包括一输入端和一输出端，所述直流电源继电器单元用于产生一开关控制信号，控制所述预充电装置的闭合或断开；

隔离驱动单元，所述隔离驱动单元包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端和第二输出端，所述隔离驱动单元的第一输入端连接所述直流电源继电器单元的输出端，用于根据所述开关控制信号绝缘隔离所述直流电源继电器单元；

预充电单元，所述预充电单元的输入端连接所述隔离驱动单元的第一输出端，用于为空调预充电；

延时单元，所述延时单元的输入端连接所述直流电源继电器单元的输出端，所述延时单元的输出端连接所述隔离驱动单元的第二输入端，所述延时单元将所述开关控制信号延时一预设的时间，并且在该预设的时间内，所述预充电单元一直在充电；

空调主电路单元，所述空调主电路单元的输入端连接所述隔离驱动单元的第二输出端，接收经所述延时单元和所述隔离驱动单元延时一预设的时间后产生的驱动信号，该驱动信号驱动所述空调主电路单元开启，并同时关断所述预充电单元。

优选的，所述隔离驱动单元包括：

第一隔离驱动模块，所述第一隔离驱动模块通过所述隔离驱动单元的第一输入端连接所述直流电源继电器单元的输出端，所述第一隔离驱动模块通过所述隔离驱动单元的第一输出端连接所述预充电单元的输入端，以绝缘隔离所述直流电源继电器单元和所述预充电单元之间的电压；以及

第二隔离驱动模块，所述第二隔离驱动模块通过所述隔离驱动单元的第二输入端连接所述延时单元的输出端，所述第二隔离驱动模块通过所述隔离驱动单元的第二输出端连接所述空调主电路单元的输入端，以绝缘隔离所述延时单元和所述空调主电路单元之间的电压。

优选的，所述预充电单元包括一作为开关管的第一MOSFET管，以及串接在所述第一MOSFET管的漏极的功率电阻和保险丝；

其中，所述预充电单元的输入端取自于所述第一MOSFET管的源极和栅极之间的电压；所述预充电单元的输出端取自于所述保险丝和所述第一MOSFET管的源极之间的电压。

优选的，所述直流电源继电器单元包括彼此连接的第二MOSFET管和一继电器，用于通过所述第二MOSFET管控制所述继电器的工作。

优选的，所述延时单元包括：

一三极管，所述三极管的集电极连接所述第二隔离驱动模块，所述三极管的发射极连接所述直流电源继电器单元的输出端；

一RC电路，所述三极管的基极连接所述RC电路的结合点，所述RC电路电连接到所述直流电源继电器单元的输出端；

一稳压二极管，所述稳压二极管并联于所述RC电路两端，为所述RC电路提供稳定的电压；

通过所述RC电路的电压控制所述三极管的导通或截止，以为所述第二隔离驱动模块提供驱动信号；

其中，所述延时单元的输入端取自于所述稳压二极管和一与所述稳压二极管串联的电阻两端的电压；所述延时单元的输出端取自于所述三极管集电极的电压。

优选的，所述隔离驱动单元的第一输入端取自于连接于一第一隔离驱动芯片一原边的第一并联电阻和所述第一隔离驱动芯片另一原边之间的电压；所述第一隔离驱动芯片的副边串接一兆欧级的第二电阻和一第三MOSFET管，所述第三MOSFET管的栅极和源极连接所述第一隔离驱动模块的副边，所述隔离驱动单元的第一输出端取自于所述第三MOSFET管的源极和漏极之间的电压；和/或

所述隔离驱动单元的第二输入端取自于连接于一第二隔离驱动芯片一原边的第二并联电阻和所述第二隔离驱动芯片另一原边的之间的电压；所述第二隔离驱动芯片的副边串接一兆欧级的第三电阻和一第四MOSFET管，其中，所述第四MOSFET管的栅极和源极连接所述第二隔离驱动芯片的副边，所述隔离单元的第二输出端取自于所述第四MOSFET管的源极和漏极之间的电压。

优选的，所述空调主电路单元包括一作为开关管的第五MOSFET管，并且所述第五MOSFET管的漏极连接于所述功率电阻和所述保险丝之间，所述第五MOSFET管的源极连接所述第四MOSFET管的源极；

其中，所述空调主电路的输入端取自于所述第五MOSFET管的源极和栅极之间的电压，所述空调主电路的输出端取自于所述保险丝和所述第五MOSFET管的源极之间的电压。

优选的，所述车载空调的预充电装置中的各元件均使用贴片封装的器件。

优选的，所述车载空调的预充电装置还包括控制信号单元，所述控制信号单元的输出端连接所述直流电源继电器单元的输入端，所述控制信号单元输出一开关信号驱动所述直流电源继电器单元工作。

优选的，所述车载空调的预充电装置还包括空调工作高压电源输入单元，所述空调工作高压电源输入单元的第一输入端连接所述预充电单元的输出端，所述空调工作高压电源输入单元的第二输入端连接所述空调主电路单元的输出端，用于为车载空调提供输入电源的正向端；以及

空调工作高压电源输出单元，所述空调工作高压电源输出单元的第一输入端连接所述预充电单元的输出端，所述空调工作高压电源输出单元的第二输入端连接所述空调主电路单元的输出端，用于为车载空调提供输入电源的负向端。

本实用新型的有益效果：本实用新型的车载空调的预充电装置，在空调的预充电单元充电一段时间后，再对空调主电路单元进行供电，避免了在给空调主电路单元上电的瞬间产生很大的瞬间电流。而且，预充电单元采用MOSFET开关管，用于控制给车载空调的电源。MOSFET作为开关管，驱动电路简单，导通速度快。整个车载空调的预充电装置采用贴片式封装，可靠性高、性价比高、功率密度高和噪声小。

附图说明

图1为现有技术中未采用预充电单元的空调，在开启瞬间的电流波形；

图2为本实用新型的一种实施例的结构框图；

图3为图2中直流电源继电器单元的电路图；

图4为图2中延时单元与第二隔离驱动模块的电路连接图；

图5为图2中第一隔离驱动模块的电路图；

图6为图2中预充电单元与空调主电路单元的电路连接图；

图7为采用本实用新型的预充电装置在空调开启瞬间的电流波形；

图8为采用本实用新型的预充电装置在空调开启瞬间的电压波形。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

图2为本实用新型的一种实施例的结构框图。一种车载空调的预充电装置，包括：

直流电源继电器单元2，包括一输入端K和一输出端，直流电源继电器单元用于产生一开关控制信号，控制预充电装置的闭合或断开；

隔离驱动单元4，隔离驱动单元包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端和第二输出端，隔离驱动单元的第一输入端连接直流电源继电器单元的输出端，用于根据开关控制信号绝缘隔离直流电源继电器单元；

预充电单元5，预充电单元5的输入端连接隔离驱动单元4的第一输出端，用于为空调进行预充电；

延时单元3，延时单元的输入端连接直流电源继电器单元的输出端，延时单元的输出端连接隔离驱动单元的第二输入端，延时单元3将开关控制信号延时一预设的时间，并且在该预设的时间内，预充电单元5一直在充电；

空调主电路单元6，空调主电路单元的输入端连接隔离驱动单元的第二输出端，接收经延时单元3和隔离驱动单元4延时一预设的时间后产生的驱动信号，该驱动信号驱动空调主电路单元6开启，并同时关断预充电单元5。

直流电源继电器单元2两端的电压为12V的直流电，其输出一开关控制信号，根据该开关控制信号控制整个预充电装置的闭合或断开。该开关控制信号流经两个支路，一条支路是经隔离驱动单元4进行绝缘隔离后再输送至预充电单元5，给空调进行预充电。另一条支路是开关控制信号先流经延时单元3，该延时单元3将开关控制信号延时一预设的时间后再输送至隔离驱动单元4进行隔离。在开关控制信号被延时单元3延时的过程中，预充电单元5一直在充电。在预设的时间到达之后，延时单元3和隔离驱动单元4产生的驱动信号驱使空调主电路单元6工作，当空调主电路单元6开启之后，空调进入正常工作状态。在空调主电路单元6开启的同时，延时单元3和隔离驱动单元4驱动预充电单元5截止工作，空调不再进行预充电。

本实用新型的车载空调的预充电装置，在预充电单元5充电一段时间后，再对空调主电路单元6进行供电，避免了在给空调主电路单元6上电的瞬间产生很大的瞬间电流。

本实用新型优选的实施方式，如图4和5所示的隔离驱动单元4包括：

第一隔离驱动模块，第一隔离驱动模块通过隔离驱动单元的第一输入端AC Contr，G bus)连接直流电源继电器单元的输出端(AC Contr，G bus)，第一隔离驱动模块通过隔离驱动单元的第一输出端(G1，S1)连接预充电单元的输入端(G1，S1)，以绝缘隔离直流电源继电器单元和预充电单元之间的电压；以及

第二隔离驱动模块，第二隔离驱动模块通过隔离驱动单元的第二输入端(AC Contr，G bus)连接延时单元的输出端(AC Contr，G bus)，第二隔离驱动模块通过隔离驱动单元的第二输出端(G2，S2)连接空调主电路单元的输入端(G2，S2)，以绝缘隔离延时单元和空调主电路单元之间的电压，以绝缘隔离延时单元3和空调主电路单元6之间的电压。

图4中包括延时单元3和第二隔离驱动模块两个部分。该实施例中的隔离驱动单元4，具有电气隔离作用，安全性高。该隔离驱动单元4具有两个隔离驱动模块，如图5所示的第一隔离驱动模块用于实现直流电源继电器单元2和预充电单元5之间的电气隔离；如图4所示的第二隔离驱动模块用于实现延时单元3和空调主电路单元6之间的电气隔离。

本实用新型优选的实施方式，预充电单元5包括一作为开关管的第一MOSFET管Q1，以及串接在第一MOSFET管Q1的漏极的功率电阻R2和保险丝F1；其中，预充电单元的输入端(G1，S1)取自于第一MOSFET管Q1的源极和栅极之间的电压；预充电单元的输出端(7，8)取自于保险丝F1和第一MOSFET管Q1的源极之间的电压。

图6包括预充电单元5和空调主电路单元6两个单元。上面的为预充电单元5，下面的为空调主电路单元6。该图所示的预充电单元5，包括一个N沟道的MOSFET管Q1，该MOSFET管Q1的源极连接第一隔离驱动模块的一输出端S1，栅极连接第一隔离驱动模块的另一输出端G1，漏极通过一功率电阻R2连接到一保险丝F1。

在该实施例中，使用开关速率极高的MOSFET管作为预充电单元5的开关器件，驱动电路简单，导通速度快，噪声小，不会产生很大的瞬时电流。此外，功率电阻R2可以采用诸如伯恩斯的PWR263s-35系列的高功率密度TO-263DARP封装的功率电阻R2，显著缩小了预充电装置的面积，更利于预充电装置的安装或集成。

本实用新型优选的实施方式，如图3所示，直流电源继电器单元2包括相互连接的第二MOSFET管和继电器K2，用于通过第二MOSFET管Q5控制继电器的工作。

图2所示的控制信号单元1输出一数字开关信号K，直接作用于直流继电器单元2。如图3所示的第二MOSFET开关管Q5控制继电器K2的工作状态。直流电源继电器单元2包括一第二MOSFET管Q5和连接在该第二MOSFET管Q5漏极的继电器K2，该继电器K2两端的电压为12V。在继电器K2两端并联一续流二极管D15，在续流二极管D15的负极和接地点之间连接一电容C36。MOSFET管Q5的栅极串接一驱动电阻R25，并且受控于控制信号单元1的开关信号K。在第二MOSFET管Q5的栅极和源极之间连接一第一电阻R23，源极接地；在继电器K2的输出端和接地端之间并联一TVS管D2和一滤波电容C1，在滤波电容C1两端连接一共模电感L1，在共模电感L1后串接一二极管D1和一RC滤波器(R11，C2，C3)。数字开关信号K经过该直流电源继电器单元2后输出一12V的直流电压信号AC Contr、G Bus给隔离驱动单元4和/或延时单元3。

上述第二MOSFET管Q5可以是小功率的N-MOSFET，也可以是P-MOSFET。本发明第二MOSFET管Q5采用的是AO3400型号，AO3400的MOSFET管为N沟道SOT23-3封装MOSFET，其最大U_DS＝30V，U_GS＝2.5～12V，最大导通电阻为35mΩ，完全能满足本实用新型的条件要求。

本实用新型优选的实施方式，延时单元3包括：

一三极管，三极管的集电极连接第二隔离驱动模块，三极管的发射极连接直流电源继电器单元2的输出端；

一RC电路，三极管的基极连接RC电路的结合点，RC电路电连接到直流电源继电器单元2的输出端；

一稳压二极管，稳压二极管并联于RC电路两端，为RC电路提供稳定的电压；

通过RC电路的电压控制三极管的导通或截止，以为第二隔离驱动模块提供驱动信号；

其中，延时单元的输入端取自于稳压二极管和一与稳压二极管串联的电阻两端的电压；延时单元的输出端取自于三极管集电极的电压。

如图4所示的延时单元3和第二隔离驱动模块的电路图。延时单元3的输入信号AC Contr、G Bus取自于直流电源继电器单元2的输出信号AC Contr、G Bus。延时单元3包括一NPN三极管，该三极管的发射极连接G Bus信号端，基极连接串接的电阻R8和电容C4的结合点。电阻R8和电容C4组成RC电路。电容C4两端并联一电阻R9，以提供放电支路。RC电路两端并接一稳压二极管D6，在该稳压二极管D6和AC Contr信号端之间连接一电阻R12。稳压二极管D6可以将RC电路两端的电压稳定到3.7V。在三极管Q3的集电极和发射极之间并接一电阻R9。

在该实施例中，延时单元3输入端的电压是12V的直流电，经过一个稳压管二极管后将电压稳定到3.7V，利用上述3.7V给电路的RC电路充电。RC电路中的电阻R8和电容C4决定了预充电时间的长短。随着预充电时间的延长，电容C4两端的电压上升，当电容C4充电到三极管基极开启电压时第二隔离驱动模块进入导通状态，从而驱动第二隔离芯片副边的空调主电路单元6闭合，车载空调进入工作状态。这种电路结构避免了由车载12V电源供电带来的延时过短或匹配电阻过大的问题。

本实用新型优选的实施方式，隔离驱动单元的第一输入端取自于连接于一第一隔离驱动芯片一原边的第一并联电阻和第一隔离驱动芯片另一原边之间的电压；第一隔离驱动芯片的副边串接一兆欧级的第二电阻和一第三MOSFET管，第三MOSFET管的栅极和源极连接第一隔离驱动模块的副边，隔离驱动单元的第一输出端取自于第三MOSFET管的源极和漏极之间的电压；和/或

隔离驱动单元的第二输入端取自于连接于一第二隔离驱动芯片一原边的第二并联电阻和第二隔离驱动芯片另一原边的之间的电压；第二隔离驱动芯片的副边串接一兆欧级的第三电阻和一第四MOSFET管，其中，第四MOSFET管的栅极和源极连接第二隔离驱动芯片的副边，隔离单元的第二输出端取自于第四MOSFET管的源极和漏极之间的电压。

如图5所示的第一隔离驱动模块通过第一并联电阻R1，R3连接直流电源继电器单元2的输出端AC Contr、G Bus，第一隔离驱动芯片U1A的副边串接一兆欧级的第二电阻R4和一第三MOSFET管U2，其中，第三MOSFET管U2的栅极和源极连接第一隔离驱动芯片U1A的副边，第三MOSFET管的源极和漏极连接预充电单元5；和/或

第二隔离驱动模块通过第二并联电阻R5，R7连接延时单元3，第二隔离驱动芯片U1B的副边串接一兆欧级的第三电阻R6和一第四MOSFET管U3，其中，第四MOSFET管U3的栅极和源极连接第二隔离驱动芯片U1B的副边，第四MOSFET管U3的源极和漏极连接空调主电路单元6的输入端G2，S2。

上述两个隔离驱动模块都采用隔离驱动芯片VO1263。VO1263是一种光伏MOSFET驱动器件，内部有两个光电耦合器和两个发电二极管阵列的LED组成，该光电二极管阵列能提供具有足够电压和电流的浮动电压或电流源，足以驱动高功率MOSFET晶体管等。VO1263还提供高达5500V隔离电压，输入电流最大50mA，为了有效快速关断MOSFET，其外部需要连接一个电阻用于栅极放电。

本实用新型优选的实施方式，如图6所示，空调主电路单元6包括一作为开关管的第五MOSFET管Q2，并且第五MOSFET管Q2的漏极连接于功率电阻R2和保险丝F1之间，第五MOSFET管Q2的源极连接第四MOSFET管Q1的源极；其中，空调主电路的输入端取自于第五MOSFET管的源极和栅极之间的电压，空调主电路的输出端取自于保险丝和第五MOSFET管的源极之间的电压。

隔离驱动单元4只在隔离驱动芯片的原边提供电源，副边的电压依靠隔离驱动芯片自身的光敏电阻产生电流，再通过匹配一个兆欧级的电阻将电流转换为电压以驱动后面的元件工作。当延时单元3中的三极管导通时，与三极管连接的第二隔离驱动模块U1B的原边导通，副边输出一高电平，该高电平驱使第四MOSFET管U3截止，则其输出端G2，S2输出高电平。该高电平信号G2，S2被继续输送至N沟道的第五MOSFET管Q2，并且触发其导通，使得空调主电路单元6进入正常工作状态。当隔离芯片原边输入低电平信号时，副边输出低电平，从而触发第四MOSFET管U3导通，其输出信号触发第五MOSFET管截止。

本实用新型优选的实施方式，车载空调的预充电装置中的各元件均使用贴片封装的器件。

对各元件采用贴片封装的方式，便于生产，同时减少了预充电装置的尺寸，优化了系统集成，降低了生产成本。

本实用新型优选的实施方式，车载空调的预充电装置还包括控制信号单元，控制信号单元的输出端连接直流电源继电器单元的输入端，控制信号单元1输出一开关信号驱动直流电源继电器单元2工作。

本实用新型优选的实施方式，车载空调的预充电装置还包括空调工作高压电源输入单元7，空调工作高压电源输入单元7的第一输入端连接预充电单元5的输出端，空调工作高压电源输入单元的第二输入端连接空调主电路单元6的输出端，用于为车载空调提供输入电源的正向端；以及

空调工作高压电源输出单元8，空调工作高压电源输出单元8的第一输入端连接预充电单元5的输出端，空调工作高压电源输出单元的第二输入端连接空调主电路单元6的输出端，用于为车载空调提供输入电源的负向端。

本实用新型的预充电装置在给空调上电的瞬间所产生的电流和电压如图7和8所示。本实用新型的预充电装置在空调充电一段时间后，再对空调主电路单元进行供电，避免了在给空调主电路单元上电的瞬间产生很大的瞬间电流。该实用新型驱动电路简单，导通速度快。整个车载空调的预充电装置采用贴片式封装，可靠性高、性价比高、功率密度高和噪声小。

以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。