车载辅助动力电源的制作方法

本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种车载辅助动力电源。

背景技术：

为解决汽车尾气带来的环境污染问题，必须加快推进新能源电动汽车的产业化建设。车载辅助动力电源是供给电动汽车其他各种辅助装置所需要的动力电源，一般为12V或24V的直流低压电源，它主要给动力转向、制动力调节控制、照明、空调、电动窗门等各种辅助装置提送所需的能源。车载辅助动力电源不仅关系到整车系统的正常运行，而且也关系到整车的动力性能、能源利用效率和其他控制系统的稳定可靠运行。由于车载辅助动力电源的特殊应用环境，要求其具有输入电压适应范围宽、高效率、工作温升小、可靠性高等特点，但是，目前市场上的车载辅助动力电源还不能满足其要求。

鉴于以上弊端，实有必要提供一种车载辅助动力电源以克服以上缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、工作温升小且效率高的车载辅助动力电源。

为了实现上述目的，本实用新型提出一种车载辅助动力电源，包括外壳和收容于所述外壳内的电路板；所述外壳开设若干散热孔，所述外壳上设有输入接线柱和输出接线柱，所述输入接线柱和所述输出接线柱均电连接所述电路板；所述电路板上设有电压控制单元、谐振单元和同步整流单元，所述电压控制的单元电连接所述谐振单元，所述谐振单元电连接所述同步整流单元；所述谐振单元包括变压器区和电流采样区，所述电流采样区电连接所述变压器区的原边；所述输入接线柱电连接所述电压控制单元，所述输出接线柱电连接所述同步整流单元。

在一个优选实施方式中，所述电压控制单元包括驱动器U1，所述驱动器U1的HB端分别连接第一电容C1的一端和第一二极管D1的负极；所述第一电容C1的另一端分别连接所述驱动器U1的HS端口、第一MOS管Q1的源极、第二MOS管Q2的漏极；所述第一二极管D1的正极连接第一电源V1；所述第一电源V1通过一个电容C2接地；输入电压Vi的正负极之间连接有第三电容C3，且所述输入电压Vi的正极连接所述第一MOS管Q1的漏极，所述第一MOS管Q1 的栅极连接所述驱动器U1的HO端，所述第一MOS管Q1的源极还分别连接所述HS端和第二MOS管Q2的漏极，所述第二MOS管Q2的栅极连接所述驱动器 U1的LO端，所述第二MOS管Q2的源极和所述驱动器U1的COM端共同接地。

在一个优选实施方式中，所述驱动器U1的HI端为PWM1驱动信号输入端，所述驱动器U1的LO端为PWM2驱动信号输入端。

在一个优选实施方式中，所述驱动器U1为UCC27712驱动器。

在一个优选实施方式中，所述变压器区的原边包括第一电感L1，所述变压器区的副边包括第二电感L2和第三电感L3，所述第二电感L2和所述第三电感L3串联；所述第一电感L1的一端通过第四电感L4分别连接所述HS端、第一MOS管Q1的源极、第二MOS管Q2的漏极；还包括第四电容C4，所述第四电容C4的一端分别连接所述第二MOS管Q2的源极以及接地，所述第四电容C4 的另一端和所述第一电感的另一端之间连接所述电流采样区。

在一个优选实施方式中，所述电流采样区包括第一运放A1和第二运放 A2，所述第一电感L1的另一端分别连接第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端，所述第七电阻R7的另一端分别连接第二二极管D2的负极、第三二极管D3 的正极以及第九电阻R9的一端；所述第八电阻R8的另一端分别连接第二二极管D2的正极、第三二极管D3的负极以及接地；所述第九电阻R9的一端还分别连接所述第二二极管D2的负极和所述第三二极管D3的正极；所述第九电阻R9 的另一端分别连接第十电阻R10的一端和所述第一运放A1的反向输入端；所述第十电阻R10的另一端分别连接所述第一运放A1的输出端和第十一电阻R11 的一端；所述第一运放A1的正向输入端通过第十二电阻R12接地；所述第十一电阻R11的另一端分别连接第十三电阻R13的一端和所述第二运放A2的反向输入端；所述第十三电阻R13的另一端连接所述第二运放A2的输出端；所述第二运放A2的输出端连接所述第四电容C4的另一端；所述第二运放A2的正向输入端通过第十四电阻R14接地。

在一个优选实施方式中，所述同步整流单元包括同步整流芯片U2，所述第二电感L2的自由端分别连接第三MOS管Q3的漏极和第一电阻R1的一端；所述第一电阻R1的另一端连接所述同步整流芯片U2的DVS1端；所述第三MOS 管Q3的栅极连接所述同步整流芯片U2的GD1端，所述第三MOS管Q3的源极分别连接所述同步整流芯片U2的SVS1端和接地；所述第三电感L3的自由端分别连接第四MOS管Q4的漏极和第二电阻R2的一端；所述第二电阻R2的另一端连接所述同步整流芯片U2的DVS2端；所述第四MOS管Q4的栅极连接所述同步整流芯片U2的GD2端，所述第四MOS管Q4的源极分别连接所述同步整流芯片 U2的SVS2端和接地；所述第二电感L2和所述第三电感L3的公共端分别连接两并联的第五电容C5和第六电容C6公共的一端、所述同步整流芯片U2的VCC 端、电容C7的一端；所述电容C5和所述第六电容C6公共的另一端分别连接所述第四MOS管Q4的源极、SVS2端、输出电压的负极以及接地；所述电容C7 的另一端和所述同步整流芯片U2的GND端共同接地。

在一个优选实施方式中，所述同步整流芯片U2的EN端通过第三电阻R3 接地；所述同步整流芯片U2的PROG端通过第四电阻R4接地。

在一个优选实施方式中，所述同步整流芯片U2为SRK2001同步整流芯片。

在一个优选实施方式中，所述第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS 管Q3及所述第四MOS管Q4均为N型的碳化硅MOS管。

与现有技术相比，本实用新型提供的车载辅助动力电源的有益效果在于：电路板上设有依次电连接的电压控制单元、谐振单元和同步整流单元，且谐振单元包括变压器区和电流采样区，在变压器区的原边电连接电流采样区，使变压器区原边所有开关器件零电压导通、副边的整流管零电流关断，从而提高转换效率；其结构简单，易于实现；另外，在壳体上开设若干散热孔，提高散热效果，使工作温升小。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的车载辅助动力电源的立体结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的车载辅助动力电源的电路板的单元示意图；

图3为图2所述电路板的电路原理图。

10、外壳；11、输入接线柱；111、正极输入接线柱；112、负极输入接线柱；12、输出接线柱；121、正极输出接线柱；122、负极输出接线柱；20、电路板；21、电压控制单元；22、谐振单元；221、电流采样区；222、变压器区；23、同步整流单元。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本实用新型中涉及“第一”“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请参照图1至图3，本实用新型提出一种车载辅助动力电源，包括外壳10和收容于所述外壳10内的电路板20；所述外壳10上设有输入接线柱11 和输出接线柱12，且所述输入接线柱11和所述输出接线柱12设置在所述外壳10的同一个侧面上，以方便安装，减少安装空间。所述电路板20上设有电压控制单元21、谐振单元22和同步整流单元23，所述电路板20用于将实际的电压转换成所需的电压。具体的，所述电压控制单元21电连接所述谐振单元22，所述谐振单元22电连接所述同步整流单元23；所述电压控制单元 21用于对输入的电压信号提供补偿相位，以获得较宽的频带，使系统的响应加快。所述谐振单元22对所述电压控制单元21输出的信号进行频率控制，起到提高转换效率的作用。所述同步整流单元23可以极大地帮助瞬态负载调节，提高所述车载辅助动力电源预加载的效率。所述谐振单元22包括变压器区221和电流采样区222，所述电流采样区222电连接所述变压器区221的原边，所述同步整流单元23电连接所述变压器区221的副边；所述输入接线柱 11电连接所述电压控制单元21，所述输出接线柱12电连接所述同步整流单元23；所述外壳10上还开设有若干散热孔101。所述散热孔101用于将所述壳体10内的热量发散出壳体10外，防止温升过快、以提高散热效果，有利于所述车载辅助动力电源的高效运行。

进一步的，所述电压控制单元21包括驱动器U1，所述驱动器U1的HB 端分别连接第一电容C1的一端和第一二极管D1的负极；所述第一电容C1 的另一端分别连接所述驱动器U1的HS端口、第一MOS管Q1的源极、第二 MOS管Q2的漏极；所述第一二极管D1的正极连接第一电源V1；所述第一电源V1通过一个电容C2接地；输入电压Vi的正负极之间连接有第三电容 C3，且所述输入电压Vi的正极连接所述第一MOS管Q1的漏极，所述第一 MOS管Q1的栅极连接所述驱动器U1的HO端，所述第一MOS管Q1的源极还分别连接所述HS端和第二MOS管Q2的漏极，所述第二MOS管Q2的栅极连接所述驱动器U1的LO端，所述第二MOS管Q2的源极和所述驱动器U1的COM端共同接地。本实施例中，所述第一MOS管Q1和所述第二 MOS管Q2均为N型的碳化硅MOS管，碳化硅MOS管与传统的硒MOS管相比，具有更小的寄生电容、更高的电压范围。例如型号为CMF20120D的碳化硅MOS管，其输入电容仅为1915pF，与其功率等级相同的传统硒MOS管，例如型号为IXFB30N120P的硒MOS管，其输入电容为22.5nF，两者相差超过十倍；再如，型号为CMF20120D的碳化硅MOS管，其建议驱动电压范围为-2V～+20V；型号为IXFB30N120P的硒MOS管，其驱动电压范围为 0V～+15V。因此，采用碳化硅MOS管可以最大限度减小开关能耗，提高转换效率；在相同的功率等级下，减少元器件数量，使设计更简单，驱动更容易，缩短开发周期。

进一步的，所述驱动器U1的HI端为PWM1驱动信号输入端，所述驱动器U1的LO端为PWM2驱动信号输入端，即所述驱动器U1受PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号控制，以实现对所述车载辅助动力电源的控制和保护。本实施例中，所述驱动器U1为UCC27712驱动器，具有高侧和低侧配置、峰值输出电流2.8A灌电流、1.8A拉电流。此外，UCC27712 驱动器包含保护功能，当输入保持开路状态时，或当未满足最低输入脉宽规范时，输出保持低位。互锁和死区时间功能可防止两个输出同时打开。此外，该器件可接受的偏置电源范围宽幅达10V至22V，并且为VDD端和HB端偏置电源提供了UVLO保护。采用UCC27712驱动器使整体设计更加简单，从而缩短开发周期。

进一步的，所述变压器区221的原边包括第一电感L1，所述变压器区221 的副边包括第二电感L2和第三电感L3，所述第二电感L2和所述第三电感 L3串联；所述第一电感L1的一端通过第四电感L4分别连接所述HS端、第一MOS管Q1的源极、第二MOS管Q2的漏极；所述变压器区221还包括第四电容C4，所述第四电容C4的一端分别连接所述第二MOS管Q2的源极以及接地、另一端和所述第一电感L1的另一端之间连接所述电流采样区222。在一个优选的实施例中，所述变压器区221还包括磁芯M，所述第一电感L1 设于所述磁芯M的一侧、所述第二电感L2和第三电感L3设于所述磁芯M 的另一侧；所述第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3及磁芯M构成变压器，且所述第一电感L1为原边，所述第二电感L2和第三电感L3为副边，因此可以大幅度缩小所述变压器区221的体积

进一步的，所述电流采样区222包括第一运放A1和第二运放A2，所述第一电感L1的另一端分别连接第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端，所述第七电阻R7的另一端分别连接第二二极管D2的负极、第三二极管D3 的正极以及第九电阻R9的一端；所述第八电阻R8的另一端分别连接第二二极管D2的正极、第三二极管D3的负极以及接地；所述第九电阻R9的一端还分别连接所述第二二极管D2的负极和所述第三二极管D3的正极；所述第九电阻R9的另一端分别连接第十电阻R10的一端和所述第一运放A1的反向输入端；所述第十电阻R10的另一端分别连接所述第一运放A1的输出端和第十一电阻R11的一端；所述第一运放A1的正向输入端通过第十二电阻R12 接地；所述第十一电阻R11的另一端分别连接第十三电阻R13的一端和所述第二运放A2的反向输入端；所述第十三电阻R13的另一端连接所述第二运放 A2的输出端；所述第二运放A2的输出端连接所述第四电容C4的另一端；所述第二运放A2的正向输入端通过第十四电阻R14接地。

进一步的，所述同步整流单元包括同步整流芯片U2，所述第二电感L2 的自由端分别连接第三MOS管Q3的漏极和第一电阻R1的一端；所述第一电阻R1的另一端连接所述同步整流芯片U2的DVS1端；所述第三MOS管 Q3的栅极连接所述同步整流芯片U2的GD1端，所述第三MOS管Q3的源极分别连接所述同步整流芯片U2的SVS1端和接地；所述第三电感L3的自由端分别连接第四MOS管Q4的漏极和第二电阻R2的一端；所述第二电阻 R2的另一端连接所述同步整流芯片U2的DVS2端；所述第四MOS管Q4的栅极连接所述同步整流芯片U2的GD2端，所述第四MOS管Q4的源极分别连接所述同步整流芯片U2的SVS2端和接地；所述第二电感L2和所述第三电感L3的公共端分别连接两并联的第五电容C5和第六电容C6公共的一端、所述同步整流芯片U2的VCC端、电容C7的一端；所述电容C5和所述第六电容C6公共的另一端分别连接所述第四MOS管Q4的源极、SVS2端、输出电压的负极以及接地；所述电容C7的另一端和所述同步整流芯片U2的GND 端共同接地。本实施例中，所述第三MOS管Q3和所述第四MOS管Q4均为 N型的碳化硅MOS管，以提高转换效率。

进一步的，所述同步整流芯片U2的EN端通过第三电阻R3接地；所述同步整流芯片U2的PROG端通过第四电阻R4接地。本实施例中，所述同步整流芯片U2为SRK2001同步整流芯片，具有自适应导通与断开功能，使整体设计更加简单，从而缩短开发周期。

进一步的，所述输入接线柱11还电连接外部高压直流电源，外部高压直流电源经所述车载辅助动力电源转换后形成合适的直流低压电源并输出，所述输出接线柱12还电连接车载辅助装置，为车载辅助装置供电。所述输入接线柱11包括正极输入接线柱111和负极输入接线柱112；所述正极输入接线柱111电连接所述输入电压Vi的正极，所述负极输入接线柱112电连接所述输入电压Vi的负极。所述输出接线柱12包括正极输出接线柱121和负极输出接线柱122，所述正极输出接线柱121电连接所述输出电压Vo的正极，所述负极输出接线柱122电连接所述输出电压Vo的负极。

在其他实施例中，所述电路板20还包括电压采样单元，所述电压采样单元的输入端电连接所述同步整流单元23、输出端电连接所述输出接线柱12。所述电压采样单元在某个规定的时刻接收输入电压，并在输出端保持该电压直至下次采样开始为止。所述电压采样单元的采样工作在采样状态和保持状态的两种状态之一。在采样状态下，开关接通，它尽可能快地跟踪模拟输入信号的电平变化，直到保持信号的到来；在保持状态下，开关断开，跟踪过程停止，它一直保持在开关断开前输入信号的瞬时值。从而达到高带宽、高精度和低成本的目的，并进一步保证提供给车载辅助装置的电源的稳定性。

本实用新型提供的车载辅助动力电源的电路板上设有依次电连接的电压控制单元、谐振单元和同步整流单元，其对应的电路拓扑结构简单可靠，可以实现输入电压在300V～420V范围内，从空载至满载皆可达到零电压开关，电路中的功率开关元件具有极低的关断电流，关断损失小，从而降低工作产生的热量、提高转换效率；此外，采用碳化硅MOS管，其材料特性让效率更高，散热设计更简单，从整体上优化成本。使得此变换器转换效率可达到97％以上；最后，在壳体上开设若干散热孔，提高散热效果，使工作温升小。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。