车用电源及车用电源电路的制作方法

本实用新型涉及电源技术领域，具体涉及一种车用电源及车用电源电路

背景技术：

电动汽车的电源由高压电源和低压电源两部分组成，高压电源由动力电池提供，对于低压电源部分，目前主要由铅酸电池来提供，其电源原理图如图1所示；但是，由铅酸电池提供低压电源会存在以下几个问题：

1、引入铅酸电池带来环保问题，与社会日益倡导的绿色环保的理念相悖；

2、铅酸电池寿命较短，影响了整车可靠性；

3、铅酸电池的使用，增加了整车的重量和复杂性，同时也增加了成本。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本实用新型的主要目的在于提供一种结构简单、转换效率高的车用电源电路及车用电源。

为了实现上述目的，本实用新型具体采用以下技术方案：

本实用新型提供一种车用电源电路，该车用电源电路包括控制电路、电压变换电路和均流电路，所述电压变换电路分别与所述控制电路和均流电路相连，所述电压变换电路用于将动力电池包提供的电能转换为适于低压负载使用的电压后输出，所述均流电路用于多模组并联使用时保证各模组平均分配负载电流，所述均流电路还用于将所述电压变换电路输出的电压信号反馈给所述控制电路，所述控制电路用于根据所述均流电路反馈的电压信号控制所述电压变换电路的输出。

优选地，所述电压变换电路包括功率变换电路和整流电路，所述功率变换电路与所述整流电路相连，所述功率变换电路用于将来自电池包的直流电压转换为脉冲宽度受控的脉冲电压并传递给所述整流电路，所述整流电路用于将所述功率变换电路输出的宽度受控的脉冲电压进行整流滤波后得到一个与脉冲宽度成比例的直流电压输出。

优选地，所述功率变换电路是由半导体开关器件和电磁储能元器件组成的开关电路。

优选地，所述整流电路为正向压降极小的同步整流电路。

优选地，所述控制电路包括电压反馈网络、脉冲宽度调制(英文全称：Pulse Width Modulation简称：PWM)电路和电流反馈网络，所述脉冲宽度调制电路分别与所述电压反馈网络及电流反馈网络相连，所述脉冲宽度调制电路用于产生频率固定、脉冲宽度可调的脉冲信号并通过该脉冲信号控制所述电压变换电路的输出，所述电压反馈网络用于控制所述脉冲宽度可调电路产生的脉冲信号的宽度,所述电流反馈网络用于过载保护。

优选地，所述控制电路还包括驱动电路，所述驱动电路和所述脉冲宽度调制电路相连，所述驱动电路用于将所述脉冲宽度调制电路产生的脉冲信号进行放大后控制所述电压变换电路输出的电压的大小。

优选地，所述均流电路包括电流采样电路、均流调节电路和均流母线电路，所述电流采样电路分别和所述电压变换电路及均流调节电路相连，所述均流调节电路与所述均流母线电路相连，所述均流调节电路用于将电流采样电路采集的电流信号与均流母线上的电压比较后产生一个反馈电压输送给所述电压反馈网络，所述脉冲宽度调制电路用于根据所述电压反馈网络的信号大小对产生的脉冲信号的宽度进行调节。

优选地，还包括辅助电源电路，所述辅助电源电路与电动汽车的动力电池包相连，所述辅助电源电路用于将动力电池包提供的电能转为适于所述控制电路所需的电压为所述控制电路供电。

优选地，还包括散热装置，所述散热装置用于对所述电压变换电路进行散热。

对应地，本实用新型还提供一种车用电源，该车用电源由至少两个车用电源电路并联组成，该车用电源电路为以上所述的车用电源电路。

本实用新型通过将取自动力电池的电力变换成满足电动汽车上低压电路需求的电压和功率输出，并且由于本实用新型可以实现大功率输出，所以原来用以解决瞬时大功率输出的铅酸蓄电池就可以被省掉，即可以采用本实用新型的车用电源电路代替铅酸电池直接给汽车上的低压电路供电，这样，不仅可以提高电动车整车性能，即提升电动汽车的可靠性、降低维护成本，同时可以消除因铅酸电池的使用而带来的环境问题，另外由车用电源取代铅酸电池后，原来为铅酸电池配套的发电/充电装置也一并省掉，可进一步提升汽车整车生产的经济效益。

附图说明

图1为电动客车上现有的低压电源原理图；

图2为本实用新型实施例的车用电源电路的逻辑框图；

图3(a)、图3(b)为图2中控制电路原理图；

图4为功率变换电路原理图；

图5为整流电路原理图；

图6为图2中均流电路原理图

图7为均流电路原理图，其中，该电路增加了IC内部的逻辑框图；

图8为图2中辅助电源电路原理图；

图9为本实用新型实施例2的车用电源的逻辑框图；

图中：1、控制电路；2、电压变换电路；3、均流电路；4、辅助电源电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图2所示，本实用新型实施例公开了一种车用电源电路，该车用电源电路包括控制电路1、电压变换电路2、均流电路3和辅助电源电路4。其中，电压变换电路2分别与控制电路1及均流电路3相连，辅助电源电路4与控制电路1相连，电压变换电路2用于将电动汽车上的动力电池包提供的电能转为适于低压负载所需的电压后输出，均流电路3用于多模组并联使用时保证各模组平均分配负载电流(即当有多个该车用电源电路并联使用时，该均流电路用于保证各车用电源电路平均分配负载电流)，并且均流电路3还用于将电压变换电路2输出的电压信号反馈给控制电路1，控制电路1用于根据均流电路3反馈的电压信号控制电压变换电路2的输出。辅用电源电路4用于将来自动力电池包的电源电压转换为15V的直流电压并提供给控制电路1。

具体地，控制电路包括PWM电路、电压反馈网络、电流反馈网络和驱动电路，电压变换电路包括功率变换电路和整流电路。PWM电路分别与电压反馈网络、电流反馈网络和驱动电路相连，驱动电路分别与功率变换电路和整流电路相连。其中，PWM电路用于产生频率固定、脉冲宽度可调的脉冲信号，其脉冲宽度受控于电压反馈网络的电压；电压反馈网络(电压环路、负反馈)的作用是通过采集均流电路输出的反馈电压来控制PWM电路工作的，即将从输出端反馈回来的电压信号与PWM电路的基准信号进行比较产生一个误差信号来调节PWM电路产生的脉冲信号的宽度，如果反馈信号高于基准信号将使脉宽变窄从而使输出电压下调，反之则使脉冲宽度变宽使输出电压上调；从而使所述电压变换电路的输出电压发生改变，进而达到调整负载电流分配的目的。电流反馈网络(电流环路)的作用是通过对功率变换电路的电流采样来控制PWM电路工作的，当输出电流超过最大允许值时，会促使PWM脉冲变窄或关断，从而调低输出电压迫使输出电流减小或关断。驱动电路用于将PWM电路产生的脉冲信号进行放大处理后去分别推动功率变换电路和整流电路中的开关MOS管，实现电压变换和输出。功率变换电路用于将来自电池包的直流电压V_BAT转换为脉冲电压，经变压器TR2耦合至整流电路，由大功率MOS管M7、MOS管M8组成的整流电路由上一级控制电路进行同步控制，再经过电容C26、电容C27和电感L2组成的滤波电路滤波后，得到稳定的直流电压输出供给低压负载。

如图3(a)、图3(b)所示，控制电路包括芯片U2、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻RT、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、阻R21、阻R22、阻R23、电解电容C12、电容C13、电容C14、电容CT、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电解电容C21、电容C22、电容C24、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、MOS管M1、MOS管M2、变压器TR1和变压器TR3。其中，电阻R8与电阻R9的一端、芯片U2的管脚1、电容C14的一端相连，电容C14的另一端经电阻R10与芯片U1的管脚3相连；电阻R9的另一端接电容C13的一端、电解电容C12的负极，电容C13的另一端分别接芯片U2的管脚2及管脚16，电解电容C12的正极接芯片U2的管脚15及管脚13。电阻RT和电容CT分别接芯片U2的管脚5及管脚6，该电阻RT和电容CT为振荡电路定时元件，用以确定PWM电路的振荡频率。电容C15的一端及电阻R11的一端分别接芯片U2的管脚6，电容C15的另一端和电阻R11的另一端分别经电容C16与芯片U2的管脚7、电阻R12的一端相连。电容C17的一端与芯片U2的管脚8相连，电容C17的另一端分别与电容C18的一端、电阻R14的一端相连，电容C18的另一端、电阻R14的另一端与电阻R12的另一端、电阻R13的一端及电阻R21的一端相连。电阻R21的另一端与电阻R22的一端及电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端接电容C24的一端、二极管D11的负极及二极管D13的负极。电阻R22的另一端和电容C24的另一端分别接地。二极管D11的正极接二极管D12负极及变压器TR3，二极管D13的正极接二极管D14的负极及变压器TR3，二极管D12的正极和二极管D14的正极分别接地。电阻R13的另一端及电容C19的一端接芯片U2的管脚9，电容C19的另一端接芯片U2的管脚10及管脚12。电阻R15的一端接芯片U2的管脚14及二极管D3的负极，二极管D4的负极接芯片U2的管脚11，二极管D3的正极和二极管D4的正极分别接地。电阻R16的一端接芯片U2的管脚11，电阻R16的另一接电阻R17的一端及MOS管M2的栅极；电阻R15的另一端接电阻R18的一端及MOS管M1的栅极。电阻R17的另一端及电阻R18的另一端分别接地。MOS管M1的漏极接电容C20的一端、二极管D5的负极及变压器TR1的输入端，二极管D5的正极接地，电容C20的另一端经电阻R19接地。MOS管M2的漏极接二极管D6的负极及电容C22的一端，二极管D6的正极接地，电容C22的另一端经电阻R20接地。电解电容C21的正极接变压器TR1的输入端，电解电容C21的负极接地。

如图4所示，功率变换电路包括电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、电解电容C23和保险电阻F1。保险电阻F1设置于动力电池包的输入端V_BAT,电阻R24的一端、电阻R26的一端、电阻R28的一端、电阻R30的一端、三极管Q1的集电极、三极管Q2的集电极、三极管Q3的集电极及三极管Q4的集电极分别与变压器TR1相连，电阻R24的另一端与电阻R25的一端及二极管D7的阳极连接，电阻R25的另一端与三极管Q1的基极连接，二极管D7的阴极与MOS管M3的栅极、三极管Q1的发射极连接。MOS管M3的源极与三极管Q1的集电极及MOS管M4的漏极连接，MOS管M3的漏极和MOS管M5的漏极分别与电解电容C23连接。MOS管M5的栅极与三极管Q3的发射极及二极管D9的负极相连，电阻R29的一端与二极管D9的正极及电阻R28的另一端相连，电阻R29的另一端与三极管Q3的基极相连，MOS管M5的源极与三极管Q3的集电极及MOS管M6的漏极相连。MOS管M4的栅极与二极管D8的负极及三极管Q2的发射极相连，电阻R27的一端与电阻R26的另一端及二极管D8的正极相连，电阻R27的另一端与三极管Q2的基极相连。MOS管M4的源极与三极管Q2的集电极相连；MOS管M6的栅极与二极管D10的负极及三极管Q4的发射极相连。电阻R31的一端与二极管D10的正极及电阻R30的另一端相连，电阻R31的另一端与三极管Q4的基极相连，MOS管M6的源极与三极管Q4的集电极相连。

如图5所示，整流电路包括电容C25、电解电容C26、电解电容C27、变压器TR2、MOS管M7、MOS管M8和电感L2。MOS管M7的栅极与MOS管M8的栅极分别与变压器TR1相连，电容C25与变压器TR2输入端相连。MOS管M7的漏极和MOS管M8的漏极分别与变压器TR2的输出端相连，电感L2的两端分别与电解电容C26的正极、电解电容C27的正极相连，电解电容C26的负极、电解电容C27的负极、MOS管M7的源极及MOS管M8的源极分别接地。

如图6所示，均流电路包括芯片U3、电阻R32、电流采样电阻R_SHUNT、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电容C28、电容C29、电容C30和电解电容C31。其中，电阻R_SHUNT为均流采样电阻，电阻R32的一端与电阻R_SHUNT的一端、电阻R33的一端、芯片U3的管脚3及电容C29的一端相连，电阻R33的另一端与电阻R34的一端、芯片U3的管脚2及电容C28的一端相连，电阻R34的另一端、电容C28的另一端及电容C29的另一端分别接地。电阻R_SHUNT的另一端与电阻R35的一端、电阻R38的一端相连，电阻R35的另一端与电阻R36的一端、电容C30的一端及芯片U3的管脚1相连，电阻R36的另一端、电容C30的另一端分别与芯片U3的管脚8相连，电阻R38的另一端与芯片U3的管脚5相连。电解电容C31的正极接芯片U3的管脚6，电解电容C31的负极接电阻R37的一端，电阻R37的另一端接地，V_OUT+和V_OUT－为低压母线输出端，芯片U2的管脚7输出端为均流母线输出端。而图7为加入了IC内部的逻辑框图的均流电路原理图。

如图8所示，辅助电源电路包括芯片U1、电解电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电解电容C10、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电感L1和二极管D1。电容C3与芯片U1的管脚1相连，电解电容C1的正极经电R1与芯片U1管脚2相连。电容C2与芯片U1的管脚4相连，电容C4的一端与芯片U1的管脚6相连，电容C4的另一端经电阻R2与芯片U1的管脚7相连。电阻R3的一端及电容C5的一端分别与芯片U1的管脚8、管脚9相连，R3的另一端、电容C5的另一端及芯片U1的管脚10分别接地。电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端接电阻R5的一端及芯片U1的管脚7。电阻R5的另一端经电阻R7接芯片U1的管脚12。电容C8接芯片U1的管脚11，电容C6的一端接芯片U1的管脚20，电容C6的另一端接芯片U1管脚17、管脚18、管脚19及二极管D1的负极，二极管D1的正极接芯片U1管脚15及管脚16。电阻R6的一端接二极管D1的负极及电感L1的一端，电阻R6的另一端经电容C7接芯片U1的管脚13、管脚14。电感L1的另一端接芯片U1的管脚12、电容C9的一端及电解电容C10的正极，电容C9的另一端及电解电容C10的负极接地。

在本实施例中，为了给电压变换电路中的MOS管进行散热，还设置有散热装置，该散热装置包括金属散热器、热管散热器、散热风扇和液冷装置的一种或多种组合。

本实用新型均流电路中PWM信号被转换成六路信号输出，该六路信号被用于控制功率变换电路的开关MOS管和同步整流的开关MOS管。由于用于推动开关电路的四路开关信号与用于推动同步整流器的两路开关信号来自同一信号源，可以对整流开关进行严格同步，降低整流器件的损耗，明显降低了整流MOS管的发热，提高了系统效率和可靠性，实现了大功率输出；同时该电源电路具有结构简单、转换效率高的特点，而且该电源电路具有均流(负载电流均分)功能，可根据需要进行多模块并联成群组，以获得更大功率输出。

实施例2

本实施例公开了一种车用电源，该车用电源包括至少两个实施例1所述的车用电源电路，该至少两个车用电源电路并联。当负载比较重，一个模块(车用电源电路)带不动时，可以用多个模块共同承担负载。而均流电路的作用就是保证各个模块平均分配负担(即把负载电流平均分配给每个模块)，从而避免负载分配不均导致重载模块易损的现象，以提高系统的可靠性。

如图9所示，N个模块共同给负载L供电，负载电流IL均分给各个模块，每个模块分担的均流电路约为IL/N，N≥1。N＝1的情况下，均流电路反馈的电压始终等于负载电压，通过反馈网络作用于PWM电路以维持输出电压的稳定；N＞1的情况，各模块对流经采样电阻的电流信号进行放大处理后去竞争均流母线(LS BUS)控制权，信号最强者将获得均流母线控制权成为主模块,均流母线的电压由主模块决定，其它模块将以均流母线电压为基准调整自己使电流向主模块的值靠近，从而达到电流均分的目的。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。