专利名称：直流隔离降压变换器及其母线电压检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及直流电源技术，特别涉及一种直流隔离降压变换器及其母线电压检测电路。
背景技术：
将一个不受控制的输入直流电压变换成为另一个受控的输出直流电压称之为DC/DC变换。在电动汽车驱动及再生制动系统中，DC/DC变换器和电机驱动器是系统能量流动的重要环节，DC/DC变换器是将电池、直流电机等直流电压源固定的直流电压变换成受控制的直流电压输出。开关型DC/DC隔离变换电路是通过周期性的控制开关器件(功率半导体器件)的通断时间或通断频率来调整输出电压或维持输出电压恒定，将固定的直流电压变换成受控制的直流电压输出。常见的开关型DC/DC (直流到直流)隔离变换电路如图1所示，包括电压变换电路、隔离逆变电路、整流输出电路；电压变换电路输入端接直流电压源Ud，用于通过控制其中的开关器件导通与关断来控制输出到隔离逆变电路的直流电压Ui的大小，从而控制开关型直流变换(DC/DC)电路的输出直流电压Uo的大小；隔离逆变电路的输入端接电压变换电路的输出直流电压Ui，用于将电压变换电路的输出直流电压Ui变为高频交流电压输出到整流输出电路；整流输出电路用于将隔离逆变电路输出的高频交流电压整流，输出直流电压Uo ;电压变换电路通常有升压变换电路(Boost)、降压变换电路(Buck)、升降压变换电路(Buck-Boost)、库克变换电路(Cuk)等；常用的隔离逆变电路有全桥式、半桥式、推挽式。从控制的角度分，采用模拟式控制电路的直流变换器为模拟式直流变换器，采用数字式控制电路的直流变换器为数字式直流变换器。半桥式隔离逆变电路如图2所示，输入直流电压Ui,第一电容Cl、第二电容C2容量相等且容量足够大，使得两个电容连接处的电位为输入直流电压Ui的一半，并且在电路工作时各该电容两端的电压保持为Ui/2，第三开关器件VT3的驱动控制信号Ug3控制第三开关器件VT3的通断，第四开关器件VT4的驱动控制信号Ug4控制第四开关器件VT4的通断，第三开关器件VT3、第四开关器件VT4(图中两开关器件为场效应管，也可采用其它功率半导体开关器件)的通断规律为:每个开关周期为Ts，第一开关周期仅为第三开关器件VT3工作，第四开关器件VT4保持截止状态，第一开关周期中第三开关器件VT3的导通持续时间为Ton，关断时间为Toff，Ton + Toff = Ts ;第二开关周期仅为第四开关器件VT4工作，第三开关器件VT3保持截止状态，第二开关周期中第四开关器件VT4的导通持续时间为Ton，关断时间为Toff，第三开关器件VT3、第四开关器件VT4两个开关器件交替工作，第三开关器件VT3导通时变压器初级绕组的电压为一 Ui/2，第四开关器件VT4导通时变压器初级绕组的电压为Ui/2。全桥式隔离逆变电路如图3所示，是将半桥式隔离逆变电路中的第一电容Cl、第二电容C2替换为第一开关器件VT1、第二开关器件VT2，并配以驱动控制信号，第一开关器件VTl的驱动控制信号Ugl、第二开关器件VT2的驱动控制信号Ug2、第三开关器件VT3的驱动控制信号Ug3、第四开关器件VT4的驱动控制信号Ug4分别控制相应开关器件的通断，该四开关器件(图中该四开关器件为场效应管，也可采用其它功率半导体开关器件)的通断规律为:每个开关周期为Ts，第一开关周期仅为第三开关器件VT3、第二开关器件VT2工作，第四开关器件VT4、第一开关器件VTl保持截止状态，第一开关周期中第三开关器件VT3、第二开关器件VT2的导通持续时间为Ton，关断时间为Toff，Ton + Toff = Ts ;第二开关周期仅为第四开关器件VT4、第一开关器件VTl工作，第三开关器件VT3、第二开关器件VT2保持截止状态，第二开关周期中第四开关器件VT4、第一开关器件VTl的导通持续时间为Ton，关断时间为Toff，第三开关器件VT3和第二开关器件VT2、第四开关器件VT4和第一开关器件VTl两组开关器件交替工作，第三开关器件VT3和第二开关器件VT2导通时变压器初级绕组的电压为一 Ui，第四开关器件VT4和第一开关器件VTl导通时变压器初级绕组的电压为Ui。推挽式隔离逆变电路如图4所示，与半桥式隔离逆变电路相似也是只有第三开关器件VT3、第四开关器件VT4两个开关器件，第三开关器件VT3的驱动控制信号Ug3控制第三开关器件VT3的通断，第四开关器件VT4的驱动控制信号Ug4控制第四开关器件VT4的通断，第三开关器件VT3、第四开关器件VT4(图中两开关器件为场效应管，也可采用其它功率半导体开关器件)的通断规律为:每个开关周期为Ts，第一开关周期仅为第三开关器件VT3工作，第四开关器件VT4保持截止状态，第一开关周期中第三开关器件VT3的导通持续时间为Ton，关断时间为Toff，Ton + Toff = Ts ;第二开关周期仅为第四开关器件VT4工作，第三开关器件VT3保持截止状态，第二开关周期中第四开关器件VT4的导通持续时间为Ton,关断时间为Toff，第三开关器件VT3、第四开关器件VT4两个开关器件交替工作，第三开关器件VT3导通时，电流从直流电源正流入变压器初级绕组的上端，从变压器初级绕组中心抽头流出；第三开关器件VT3导通时，电流从直流电源正流入变压器初级绕组的下端，从变压器初级绕组中心抽头流出。在电动/混合动力汽车中，车用DC/DC变换器将高压电池的电压(如250V 430V)转换成低压电池的电压(如IOV 16V)，给低压负载供电，如车载空调、音响、电动车窗等。
1.2kW以上车用DC/DC变换器通常采用全桥隔离拓扑结构，副边为全波整流，如图5所示，高压电池正端通过高压母线接第一开关管Q1、第三开关管Q3，高压电池负端通过地线接第二开关管Q2、第四开关管Q4，高压母线同地线之间接有母线电容C，隔离变压器T原边绕组接在第一开关管Q1、第二开关管Q2的接点与第三开关管Q3、第四开关管Q4的接点之间，在每个周期内第二开关管Q 2、第三开关管Q3与第一开关管Q1、第四开关管Q4交替导通，导通时间可调，加到隔离变压器原边绕组的电压是幅值为高压电池高压Ui的交变方波。隔离变压器副边绕组的两端与地之间分别接第五整流开关管Q5、第六整流开关管Q6，隔离变压器副边绕组的中间抽头经第一电感L1、第一电容Cl串接到地，第一电感LI同第一电容Cl的连接端接低压电池正端，低压电池负端接地，第一电容Cl同第一电感LI的连接端作为全桥隔离直流变换器的低压输出端，输出低压Uo到低压电池。电路中各开关管的控制电路由低压小功率辅助电源提供工作电压，低压小功率辅助电源的功率一般为几瓦到几十瓦，电路拓扑可以是正激、反激等。直流隔离降压变换器，需要对高压侧的母线电压进行检测，以用于直流隔离降压变换器的控制电路芯片对直流隔离降压变换器的工作状态进行调整。[0009]常见的直流隔离降压变换器的母线电压检测方式，是直接在高压侧通过电阻分压得到，由于控制电路芯片工作于低压侧，从整车安全角度出发必须进行高压与低压隔离，为了保证高压与低压的隔离，在高压侧通过电阻分压得到的母线电压检测信号需要通过AD(模数转换)芯片、隔离芯片传输到低压侧的控制芯片，并需要增加给AD芯片和隔离芯片供电的电源，常见的直流隔离降压变换器的母线电压检测方式，成本较高，电路复杂。而且，由于要将高压(如300V以上)通过电阻分压得到AD芯片可以采集的电压(通常O 5V)，需要较大的分压电阻，且电阻的分压比较大，导致检测精度降低，响应时间过长。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种直流隔离降压变换器及其母线电压检测电路，电路简单，成本低。为解决上述技术问题，本实用新型提供的直流隔离降压变换器，其包括隔离变压器、整流电路、母线电压检测电路；所述隔离变压器，副边绕组的上、下两端分别接所述整流电路的两输入端，副边绕组的中间抽头用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的正端；所述整流电路，输出端用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端；其特征在于，所述母线电压检测电路，包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管、第三电阻、第一电容、第一输入端、第二输入端；所述第一输入端、第二输入端，用于分别接直流隔离降压变换器的隔离变压器的副边绕组的上、下两端；所述第一电阻、第一二极管，串接在所述第一输入端到第一节点之间；所述第一二极管的负端在第一节点侧，正端在所述第一输入端侧；所述第二电阻、第二二极管，串接在所述第二输入端到第一节点之间；所述第二二极管的负端在第一节点侧，正端在所述第二输入端侧；所述第三电阻、第一电容，并联在所述第一节点到所述母线电压检测电路的地之间；所述母线电压检测电路的地，用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端;所述第一节点，用于数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。较佳的，所述母线电压检测电路，还包括第三二极管、第二电容、第三电容、第一比较器、第一晶体管、第二 NMOS开关管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻；所述第三二极管，正端接第一节点，负端接第二节点；所述第二电容、第四电阻，并联在所述第二节点到所述母线电压检测电路的地之间；所述第五电阻，接在所述第二节点到所述第一比较器负输入端之间；所述第六电阻，接在所述第一节点到所述第一比较器正输入端之间；所述第七电阻，接在所述第一比较器输出端到所述第一晶体管的第一极之间；[0028]所述第一晶体管的第二极接所述第八电阻的一端、所述第九电阻的一端及所述第三电容的一端，所述第一晶体管的第三极接所述母线电压检测电路的地；所述第一晶体管为NPN三极管或NMOS开关管；所述第一极为NPN三极管的基极或NMOS开关管栅极；所述第二极为NPN三极管的集电极或NMOS开关管的漏极；所述第三极为NPN三极管的发射极或NMOS开关管的源极；所述第三电容，另一端接所述母线电压检测电路的地；所述第八电阻，另一端接辅助工作电源；所述第九电阻，另一端接所述第二 NMOS开关管的栅极；所述第二 NMOS开关管，源极接所述母线电压检测电路的地，漏极接所述第十电阻的一端;所述第十电阻，另一端接第二节点；所述第二节点，用于模拟式控制电路或者数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。较佳的，所述母线电压检测电路，还包括第四稳压二极管、第五稳压二极管；所述第四稳压二极管同第一电阻、第一二极管串接在所述第一输入端到第一节点之间，所述第四稳压二极管的正端在第一节点侧，负端在所述第一输入端侧；所述第五稳压二极管同第二电阻、第二二极管串接在所述第二输入端到第一节点之间，所述第五稳压二极管的正端在第一节点侧，负端在所述第二输入端侧。较佳的，所述母线电压检测电路，还包括第十一电阻、第四电容；所述第十一电阻，一端接所述第二节点，另一端接所述第四电容一端；所述第四电容，另一端接所述母线电压检测电路的地；所述第十一电阻同第四电容的连接点，用于模拟式控制电路或者数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。较佳的，直流隔离降压变换器，还包括母线电容、第一NMOS开关管、第二NMOS开关管、第三NMOS开关管、第四NMOS开关管；所述整流电路，包括第五NMOS整流开关管、第六NMOS整流开关管；所述母线电容，接在高压侧母线同高压侧地之间；所述第一 NMOS开关管、第三NMOS开关管的漏极接高压侧母线；所述第二 NMOS开关管、第四NMOS开关管的源极接高压侧地；所述第一 NMOS开关管同第二 NMOS开关管的连接点接所述隔离变压器原边绕组的下端；所述第三NMOS开关管同第四NMOS开关管的连接点接所述隔离变压器原边绕组的上端;所述第五NMOS整流开关管，漏极接所述隔离变压器副边绕组的下端，源极接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端；所述第六NMOS整流开关管，漏极接所述隔离变压器副边绕组的上端，源极接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端；第一 NMOS开关管、第二 NMOS开关管、第三NMOS开关管、第四NMOS开关管、第五NMOS整流开关管及第六NMOS整流开关管的栅极分别接各自的驱动控制信号；[0053]在每个周期内，第二开关管、第三开关管与第一开关管、第四开关管交替导通。较佳的，第一 NMOS开关管、第二 NMOS开关管、第三NMOS开关管、第四NMOS开关管的源、漏之间分别接有一二极管，该二极管的正端接NMOS开关管的源极，负端接NMOS开关管的漏极；为解决上述技术问题，本实用新型提供的直流隔离降压变换器的母线电压检测电路，其包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管、第三电阻、第一电容、第一输入端、第二输入端；所述第一输入端、第二输入端，用于分别接直流隔离降压变换器的隔离变压器的副边绕组的两端；所述第一电阻、第一二极管，串接在所述第一输入端到第一节点之间；所述第一二极管的负端在第一节点侧，正端在所述第一输入端侧；所述第二电阻、第二二极管，串接在所述第二输入端到第一节点之间；所述第二二极管的负端在第一节点侧，正端在所述第二输入端侧；所述第三电阻、第一电容并联在所述第一节点到所述母线电压检测电路的地之间；所述母线电压检测电路的地，用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端;所述第一节点，用于数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。较佳的，所述母线电压检测电路，还包括第三二极管、第二电容、第三电容、第一比较器、第一晶体管、第二 NMOS开关管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻；所述第三二极管，正端接第一节点，负端接第二节点；所述第二电容、第四电阻，并联在所述第二节点到所述母线电压检测电路的地之间；所述第五电阻，接在所述第二节点到所述第一比较器负输入端之间；所述第六电阻，接在所述第一节点到所述第一比较器正输入端之间；所述第七电阻，接在所述第一比较器输出端到所述第一晶体管的第一极之间；所述第一晶体管的第一极接所述第八电阻的一端、所述第九电阻的一端及所述第三电容的一端，所述第一晶体管的第二极接所述母线电压检测电路的地；所述第三电容，另一端接所述母线电压检测电路的地；所述第八电阻，另一端接辅助工作电源；所述第九电阻，另一端接所述第二 NMOS开关管的栅极；所述第二 NMOS开关管，源极接所述母线电压检测电路的地，漏极接所述第十电阻的一端;所述第十电阻，另一端接第二节点；所述第二节点，用于模拟式控制电路或者数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。较佳的，所述母线电压检测电路，还包括第四稳压二极管、第五稳压二极管；所述第四稳压二极管同第一电阻、第一二极管串接在所述第一输入端到第一节点之间，所述第四稳压二极管的正端在第一节点侧，负端在所述第一输入端侧；所述第五稳压二极管同第二电阻、第二二极管串接在所述第二输入端到第一节点之间，所述第五稳压二极管的正端在第一节点侧，负端在所述第二输入端侧。较佳的，所述母线电压检测电路，还包括第十一电阻、第四电容；所述第十一电阻，一端接所述第二节点，另一端接所述第四电容一端；所述第四电容，另一端接所述母线电压检测电路的地；所述第十一电阻同第四电容的连接点，用于模拟式控制电路或者数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。本实用新型的直流隔离降压变换器，其母线电压检测电路通过检测隔离变压器的副边电压实现隔离变压器原边电压的检测，即直流隔离降压变换器母线电压的检测，并且不需要额外的隔离芯片即可实现高压和低压的隔离，电路简单，成本低。本实用新型的直流隔离降压变换器，其母线电压检测电路还可以通过硬件电路实现只提取PWM波形信号的峰值点电压为模拟信号，实现既可以通过数字式控制电路进行直流隔离降压变换器高压侧母线电压的检测，也可以通过模拟式控制电路进行直流隔离降压变换器高压侧母线电压的检测。
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面对本实用新型所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是常见的开关型DC/DC隔离变换电路示意图；图2是常见的半桥式隔离逆变电路图；图3是常见的全桥式隔离逆变电路图；图4是常见的推挽式隔离逆变电路图；图5是常见的车用DC/DC变换器电路图；图6是本实用新型的直流隔离降压变换器一实施例示意图；图7是本实用新型的直流隔离降压变换器的母线电压检测电路第一实施例示意图；图8是本实用新型的直流隔离降压变换器的母线电压检测电路第二实施例示意图；图9是本实用新型的直流隔离降压变换器的母线电压检测电路第二实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0094]实施例一直流隔离降压变换器，如图6所示，包括隔离变压器T、整流电路、母线电压检测电路；所述隔离变压器T，副边绕组的上、下两端分别接所述整流电路的两输入端，副边绕组的中间抽头用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的正端；所述整流电路，输出端用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端；所述母线电压检测电路，如图7所示，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管Dl、第二二极管D 2、第三电阻R3、第一电容Cl、第一输入端11、第二输入端12 ；所述第一输入端11、第二输入端12，用于分别接直流隔离降压变换器的隔离变压器T的副边绕组的上、下两端；所述第一电阻R1、第一二极管D1，串接在所述第一输入端11到第一节点13之间，所述第一二极管Dl的负端在第一节点13侧，正端在所述第一输入端IU则；所述第二电阻R2、第二二极管D2，串接在所述第二输入端12到第一节点13之间，所述第二二极管D2的负端在第一节点13侧，正端在所述第二输入端12侧；所述第三电阻R3、第一电容Cl，并联在第一节点13到所述母线电压检测电路的地之间；所述母线电压检测电路的地，用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端;所述第一节点13，用于数字式控制电路检出直流隔离降压变换器电路高压侧母线电压。实施例一的直流隔离降压变换器，通过电阻分压和二极管整流将变压器副边的PWM (脉冲宽度调制)波信号的正负交流信号转化为单向PWM脉冲信号，由于直流隔离降压变换器的高压侧的母线电压约等于隔离变压器T的变压原边上、下两端电压的峰值，而变压副边上、下两端对地的电压的峰值为原边峰值除以变压器匝数比的2倍(变压器原副边变比系数为k: 1:1)，所以通过数字式控制电路从第一节点13提取变压器副边对地信号的PWM波的峰值电压可以实现直流隔离降压变换器的高压侧的母线电压的检测，不需要额外的隔离芯片即可实现高压和低压的隔离，电路简单，成本低。实施例二基于实施例一，直流隔离降压变换器的母线电压检测电路，如图8所示，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1、第二二极管D 2、第三电阻R3、第一电容Cl ;还包括第三二极管D3、第二电容C2、第三电容C3、第一比较器Al、第一晶体管(NPN三极管或NMOS开关管)、第二 NMOS开关管、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻RlO ；所述第一电阻R1、第一二极管D1，串接在所述第一输入端11到第一节点13之间，所述第一二极管Dl的负端在第一节点13侧，正端在所述第一输入端IU则；所述第二电阻R2、第二二极管D2，串接在所述第二输入端12到第一节点13之间，所述第二二极管D2的负端在第一节点13侧，正端在所述第二输入端12侧；所述第三电阻R3、第一电容Cl，并联在第一节点13到所述母线电压检测电路的地之间；[0111]所述第三二极管D3，正端接第一节点13，负端接第二节点14 ；所述第二电容C2、第四电阻R4，并联在所述第二节点14到所述母线电压检测电路的地之间；所述第五电阻R5，接在所述第二节点14到所述第一比较器Al负输入端之间；所述第六电阻R6，接在所述第一节点13到所述第一比较器Al正输入端之间；所述第七电阻R7，接在所述第一比较器Al输出端到所述第一晶体管的第一极(NPN三极管的基极或NMOS开关管的栅极)之间；所述第一晶体管的第二极(NPN三极管的集电极或NMOS开关管的漏极)接所述第八电阻R8的一端、所述第九电阻R9的一端及所述第三电容C3的一端，发射极接所述母线电压检测电路的地；所述第三电容C3，另一端接所述母线电压检测电路的地；所述第八电阻R8，另一端接辅助工作电源Vcc (如5V)；所述第九电阻R9，另一端接所述第二 NMOS开关管的栅极；所述第二 NMOS开关管，源极接所述母线电压检测电路的地，漏极接所述第十电阻RlO的一端；所述第十电阻R10，另一端接第二节点14 ；所述第二节点，用于模拟式控制电路或者数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的高压侧母线电压。由于隔离变压器T副边的两端对地的电压为相位差为180度、占空比小于50%的PWM波形信号，直接检测该信号对采样要求较高，通过模拟式控制电路无法检测。实施例二的直流隔离降压变换器的母线电压检测电路，通过硬件电路实现了只提取PWM波形信号的峰值点电压的方法，从而实现了既可以通过数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的高压侧母线电压，也可以通过模拟式控制电路检出直流隔离降压变换器的高压侧母线电压。为了提取整流后的PWM波的峰值电压，实施例二的直流隔离降压变换器的母线电压检测电路，通过第三二极管D3单向给第二电容C2充电，第三二极管D3正端的信号为一定占空比的PWM信号，负端为直流信号，该直流信号等于第三二极管D3正端的峰值电压与第三二极管D3的正向压降之差，在PWM波的正周期给第二电容C2充电，而在负周期内利用二极管的反相截止特性，保证第二电容C2的电荷不被释放。为了在直流隔离降压变换器的母线电压下降时，将第二电容C2的电荷进行释放，第九电阻R9、第十电阻RlO和第二 NMOS开关管组成放电回路，当DC/DC母线下降时，该回路将第二电容C2的电荷进行释放，当第二电容C2 —端所接的第二节点14的电压与第三二极管D3的压降之和等于第一电容Cl 一端所接的第一节点13的峰值电压时，该放电回路被关闭，第二节点14的电压跟随第三二极管D3的第一节点13电压的峰值电压变化。为了检测直流隔离降压变换器的母线电压的上升和下降，第一比较器Al、第五电阻R5及第六电阻R6组成母线电压升降检测电路，该电路通过实时检测第三二极管D3两端的电压来实现，当母线电压升高时，第三二极管D3正端峰值电压减去第三二极管D3的正向压降大于等于负端电压，第一比较器Al输出和第三二极管D3正端相同开关频率和占空比的PWM波，其幅值由VCC决定(如5V)，当母线电压下降时，第三二极管D3正端峰值电压减去第三二极管D3的正向压降小于负端电压，第一比较器Al输出低电平O。第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3及第一 NPN 二极管组成PWM检测电路，第一比较器Al输出和第三二极管D3正端相同开关频率和占空比的PWM波时，即表明第三二极管D3的正端峰值电压减去第三二极管D3的正向压降大于等于负端电压，此时第一晶体管处于开关状态，由于第三电容C3放电远快于充电，第三电容的电压为低电平(通过调整第八电阻R8、第三电容C3的值可以保证第三电容C3两端电压低于0.5V)，因此放电回路中的第二 NMOS开关管关闭，第二节点14电压跟随第一节点13峰值电压升高而升高；当第一比较器Al输出低电平时，表明第三二极管D3的正端峰值电压减去第三二极管D3的正向压降小于负端电压，此时第一晶体管截止，第三电容C3两端电压通过第八电阻R8被工作电源(如5V)充电为高电平，将放电回路中的第二 NMOS开关管打开，第二节点14电压跟随第一节点13峰值电压降低而降低，实现第三二极管D3负端电压实时跟随正端电压的峰值变化，从而既可以应用在数字式控制电路的直流隔离降压变换器中通过特定的采样策略从第一节点13实现直流隔离降压变换器高压侧的母线电压的检测，也可以应用在模拟式控制电路的直流隔离降压变换器中通过模拟电路从所述第二节点14实现直流隔离降压变换器高压侧的母线电压的检测，不需要额外的隔离芯片即可实现了高压和低压的隔离，电路简单，成本低。实施例三，基于实施例二，直流隔离降压变换器的母线电压检测电路，如图9所示，在图8所示的基础上，增加第四稳压二极管D4、第五稳压二极管D5、第十一电阻R11、第四电容C4 ;所述第四稳压二极管D4同第一电阻R1、第一二极管Dl串接在所述第一输入端11到第一节点13之间，所述第一二极管Dl的负端在第一节点13侧，正端在所述第一输入端11侧；所述第四稳压二极管D4的正端在第一节点13侧，负端在所述第一输入端IU则；所述第五稳压二极管D5、第二电阻R2、第二二极管D2串接在所述第二输入端12到第一节点13之间，所述第二二极管D2的负端在第一节点13侧，正端在所述第二输入端12侧；所述第五稳压二极管D5的正端在第一节点13侧，负端在所述第一输入端12侧；所述第十一电阻R11，一端接第二节点14，另一端接所述第四电容C4的一端；所述第四电容C4，另一端接所述母线电压检测电路的地；所述第十一电阻Rl I同所述第四电容C4的连接点，用于模拟式控制电路或数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的高压侧母线电压。实施例三中，通过在直流隔离降压变换器的母线电压检测电路的两个输入端分别串联两个稳压管，用于减小低压电池流经母线电压检测电路的静态电流。实施例四，基于实施例一、二或三，直流隔离降压变换器，如图6所示，包括隔离变压器T、整流电路、母线电压检测电路，还包括母线电容C、第一NMOS开关管Q1、第二 NMOS开关管Q2、第三NMOS开关管Q3、第四NMOS开关管Q4 ；所述整流电路，包括第五NMOS整流开关管Q5、第六NMOS整流开关管Q6 ；所述母线电容，接在高压侧母线同高压侧地之间；所述第一 NMOS开关管Q1、第三NMOS开关管Q3的漏极接高压侧母线；所述第二 NMOS开关管Q2、第四NMOS开关管Q4的源极接高压侧地；所述第一 NMOS开关管Ql同第二 NMOS开关管Q2的连接点接所述隔离变压器T原边绕组的下端；所述第三NMOS开关管Q3同第四NMOS开关管Q4的连接点接所述隔离变压器T原边绕组的上端；所述第五NMOS整流开关管Q5，漏极接所述隔离变压器T副边绕组的下端，源极接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端；所述第六NMOS整流开关管Q6，漏极接所述隔离变压器T副边绕组的上端，源极接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端；第一 NMOS开关管Q1、第二 NMOS开关管Q2、第三NMOS开关管Q3、第四NMOS开关管Q4、第五NMOS整流开关管Q5及第六NMOS整流开关管Q6的栅极分别接各自的驱动控制信号;在每个周期内，第二开关管Q2、第三开关管Q3与第一开关管Q1、第四开关管Q4交替导通，导通时间可调；第一 NMOS开关管Q1、第二 NMOS开关管Q2、第三NMOS开关管Q3、第四NMOS开关管Q4的源、漏之间分别接有一二极管，该二极管的正端接NMOS开关管的源极，负端接NMOS开关管的漏极；第一 NMOS开关管Q1、第二 NMOS开关管Q2、第三NMOS开关管Q3、第四NMOS开关管Q4、第五NMOS整流开关管Q5及第六NMOS整流开关管Q6各自的源端同体端短接。隔离变压器副边绕组的中间抽头经一电感、一电容串接到地，该电感同该电容的连接端作为该直流隔离降压变换器的直流电压输出的正端，输出低压直流电压到低压电池。电路中各开关管的控制电路由低压小功率辅助工作电源提供工作电压。本实用新型的直流隔离降压变换器，其母线电压检测电路通过检测隔离变压器的副边电压实现隔离变压器原边电压的检测，即直流隔离降压变换器母线电压的检测，并且不需要额外的隔离芯片即可实现高压和低压的隔离，电路简单，成本低。本实用新型的直流隔离降压变换器，其母线电压检测电路还可以通过硬件电路实现只提取PWM波形信号的峰值点电压为模拟信号，实现既可以通过数字式控制电路进行直流隔离降压变换器高压侧母线电压的检测，也可以通过模拟式控制电路进行直流隔离降压变换器高压侧母线电压的检测。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。
权利要求1.一种直流隔离降压变换器，包括隔离变压器、整流电路、母线电压检测电路； 所述隔离变压器，副边绕组的上、下两端分别接所述整流电路的两输入端，副边绕组的中间抽头用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的正端； 所述整流电路，输出端用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端； 其特征在于， 所述母线电压检测电路，包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管、第三电阻、第一电容、第一输入端、第二输入端； 所述第一输入端、第二输入端，用于分别接直流隔离降压变换器的隔离变压器的副边绕组的上、下两端； 所述第一电阻、第一二极管，串接在所述第一输入端到第一节点之间；所述第一二极管的负端在第一节点侧，正端在所述第一输入端侧； 所述第二电阻、第二二极管，串接在所述第二输入端到第一节点之间；所述第二二极管的负端在第一节点侧，正端在所述第二输入端侧； 所述第三电阻、第一电容，并联在所述第一节点到所述母线电压检测电路的地之间； 所述母线电压检测电路的地，用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端； 所述第一节点，用于数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。
2.根据权利要求1所述的直流隔离降压变换器，其特征在于， 所述母线电压检测电路，还包括第三二极管、第二电容、第三电容、第一比较器、第一晶体管、第二 NMOS开关管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻； 所述第三二极管，正端接第一节点，负端接第二节点； 所述第二电容、第四电阻，并联在所述第二节点到所述母线电压检测电路的地之间； 所述第五电阻，接在所述第二节点到所述第一比较器负输入端之间； 所述第六电阻，接在所述第一节点到所述第一比较器正输入端之间； 所述第七电阻，接在所述第一比较器输出端到所述第一晶体管的第一极之间； 所述第一晶体管的第二极接所述第八电阻的一端、所述第九电阻的一端及所述第三电容的一端，所述第一晶体管的第三极接所述母线电压检测电路的地； 所述第一晶体管为NPN三极管或NMOS开关管；所述第一极为NPN三极管的基极或NMOS开关管栅极；所述第二极为NPN三极管的集电极或NMOS开关管的漏极；所述第三极为NPN三极管的发射极或NMOS开关管的源极； 所述第三电容，另一端接所述母线电压检测电路的地； 所述第八电阻，另一端接辅助工作电源； 所述第九电阻，另一端接所述第二 NMOS开关管的栅极； 所述第二 NMOS开关管，源极接所述母线电压检测电路的地，漏极接所述第十电阻的一端; 所述第十电阻，另一端接第二节点； 所述第二节点，用于模拟式控制电路或者数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。
3.根据权利要求2所述的直流隔离降压变换器，其特征在于，所述母线电压检测电路，还包括第四稳压二极管、第五稳压二极管； 所述第四稳压二极管同第一电阻、第一二极管串接在所述第一输入端到第一节点之间，所述第四稳压二极管的正端在第一节点侧，负端在所述第一输入端侧； 所述第五稳压二极管同第二电阻、第二二极管串接在所述第二输入端到第一节点之间，所述第五稳压二极管的正端在第一节点侧，负端在所述第二输入端侧。
4.根据权利要求3所述的直流隔离降压变换器，其特征在于， 所述母线电压检测电路，还包括第十一电阻、第四电容； 所述第十一电阻，一端接所述第二节点，另一端接所述第四电容一端； 所述第四电容，另一端接所述母线电压检测电路的地； 所述第十一电阻同第四电容的连接点，用于模拟式控制电路或者数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。
5.根据权利要求1到4任一项所述的直流隔离降压变换器，其特征在于， 直流隔离降压变换器，还包括母线电容、第一NMOS开关管、第二NMOS开关管、第三NMOS开关管、第四NMOS开关管； 所述整流电路，包括第五NMOS整流开关管、第六NMOS整流开关管； 所述母线电容，接在高压侧母线同高压侧地之间； 所述第一 NMOS开关管、第三NMOS开关管的漏极接高压侧母线； 所述第二 NMOS开关管、第四NMOS开关管的源极接高压侧地； 所述第一 NMOS开关管同第二 NMOS开关管的连接点接所述隔离变压器原边绕组的下端; 所述第三NMOS开关管同第四NMOS开关管的连接点接所述隔离变压器原边绕组的上端; 所述第五NMOS整流开关管，漏极接所述隔离变压器副边绕组的下端，源极接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端； 所述第六NMOS整流开关管，漏极接所述隔离变压器副边绕组的上端，源极接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端； 第一 NMOS开关管、第二 NMOS开关管、第三NMOS开关管、第四NMOS开关管、第五NMOS整流开关管及第六NMOS整流开关管的栅极分别接各自的驱动控制信号； 在每个周期内，第二开关管、第三开关管与第一开关管、第四开关管交替导通。
6.根据权利要求5所述的直流隔离降压变换器，其特征在于， 第一 NMOS开关管、第二 NMOS开关管、第三NMOS开关管、第四NMOS开关管的源、漏之间分别接有一二极管，该二极管的正端接NMOS开关管的源极，负端接NMOS开关管的漏极。
7.一种直流隔离降压变换器的母线电压检测电路，其特征在于， 所述母线电压检测电路，包括第一电阻、第二电阻、第一二极管、第二二极管、第三电阻、第一电容、第一输入端、第二输入端； 所述第一输入端、第二输入端，用于分别接直流隔离降压变换器的隔离变压器的副边绕组的两端； 所述第一电阻、第一二极管，串接在所述第一输入端到第一节点之间；所述第一二极管的负端在第一节点侧，正端在所述第一输入端侧；所述第二电阻、第二二极管，串接在所述第二输入端到第一节点之间；所述第二二极管的负端在第一节点侧，正端在所述第二输入端侧； 所述第三电阻、第一电容并联在所述第一节点到所述母线电压检测电路的地之间； 所述母线电压检测电路的地，用于接直流隔离降压变换器的直流电压输出的负端； 所述第一节点，用于数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。
8.根据权利要求7所述的直流隔离降压变换器的母线电压检测电路，其特征在于， 所述母线电压检测电路，还包括第三二极管、第二电容、第三电容、第一比较器、第一晶体管、第二 NMOS开关管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻； 所述第三二极管，正端接第一节点，负端接第二节点； 所述第二电容、第四电阻，并联在所述第二节点到所述母线电压检测电路的地之间； 所述第五电阻，接在所述第二节点到所述第一比较器负输入端之间； 所述第六电阻，接在所述第一节点到所述第一比较器正输入端之间； 所述第七电阻，接在 所述第一比较器输出端到所述第一晶体管的第一极之间； 所述第一晶体管的第一极接所述第八电阻的一端、所述第九电阻的一端及所述第三电容的一端，所述第一晶体管的第二极接所述母线电压检测电路的地； 所述第三电容，另一端接所述母线电压检测电路的地； 所述第八电阻，另一端接辅助工作电源； 所述第九电阻，另一端接所述第二 NMOS开关管的栅极； 所述第二 NMOS开关管，源极接所述母线电压检测电路的地，漏极接所述第十电阻的一端; 所述第十电阻，另一端接第二节点； 所述第二节点，用于模拟式控制电路或者数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。
9.根据权利要求8所述的直流隔离降压变换器的母线电压检测电路，其特征在于， 所述母线电压检测电路，还包括第四稳压二极管、第五稳压二极管； 所述第四稳压二极管同第一电阻、第一二极管串接在所述第一输入端到第一节点之间，所述第四稳压二极管的正端在第一节点侧，负端在所述第一输入端侧； 所述第五稳压二极管同第二电阻、第二二极管串接在所述第二输入端到第一节点之间，所述第五稳压二极管的正端在第一节点侧，负端在所述第二输入端侧。
10.根据权利要求9所述的直流隔离降压变换器的母线电压检测电路，其特征在于， 所述母线电压检测电路，还包括第十一电阻、第四电容； 所述第十一电阻，一端接所述第二节点，另一端接所述第四电容一端； 所述第四电容，另一端接所述母线电压检测电路的地； 所述第十一电阻同第四电容的连接点，用于模拟式控制电路或者数字式控制电路检出直流隔离降压变换器的母线电压。
专利摘要本实用新型公开了一种直流隔离降压变换器，其母线电压检测电路通过检测隔离变压器的副边电压实现直流隔离降压变换器母线电压的检测，不需要额外的隔离芯片即可实现高压和低压的隔离，电路简单，成本低。本实用新型的直流隔离降压变换器，其母线电压检测电路还可以通过硬件电路实现只提取PWM波形信号的峰值点电压为模拟信号，实现既可以通过数字式控制电路检测直流隔离降压变换高压侧母线电压，也可以通过模拟式控制电路检测直流隔离降压变换器高压侧母线电压。本实用新型还公开了一种直流隔离降压变换器的母线电压检测电路。
文档编号H02M3/335GK202940733SQ20122059148
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者张 林, 付登萌 申请人:联合汽车电子有限公司