專利名稱：一種混合動力車dc/dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流變換器，具體地說是涉及一種混合動力車DC/DC變換器。
技術(shù)背景混合動力汽車在減速和制動時(shí)實(shí)施剎車制動能量回收，使電機(jī)發(fā)電并將電 能儲存于高壓動力電池中。另一方面也可以采用一套直流變直流(DC—DC)轉(zhuǎn) 換器以取代原來的小發(fā)電機(jī)來節(jié)省成本，這套系統(tǒng)可以把同步電機(jī)發(fā)出的高壓 電通過DC-DC轉(zhuǎn)換器降壓變?yōu)槠嚨蛪弘姎庀到y(tǒng)所需要的12V電壓，給車上小 蓄電池充電。DC—DC轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)有多種方式例如豐田汽車公司的混合動力車 雷克薩斯"GS450h"裝配的DC-DC轉(zhuǎn)換器是一種將驅(qū)動馬達(dá)的288V電源通過移 相半橋逆變電路轉(zhuǎn)換成普通12V電源。采用移相半橋逆變電路，但其轉(zhuǎn)換的效 率不高。另一種方式是降壓斬波電路，通常做法就是直接將直流電變?yōu)榱硪恢?流電即所謂的直流斬波，直流斬波電路有以下缺點(diǎn)1、輸入電壓和輸出電壓的 比例不能相差很大；2、輸入端和輸出端之間沒有隔離。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有多種保護(hù)功能、集成、高效和 穩(wěn)定的混合動力車DC/DC變換器。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是， 一種混合動力車DC/DC變換 器，其特征在于所述DC/DC變換器內(nèi)設(shè)有四只場效應(yīng)管(MOSFET)組成的移相 全橋逆變電路，它的輸入端與直流高壓相連接，其輸出端與變壓器的初級線圈 相連，變壓器的次級線圈輸出通過全波整流電路輸出直流低壓；所述的場效應(yīng) 管(MOSFET)柵極分別與脈寬調(diào)制(PWM)控制器輸出端(OUTA、 OUTB、 OUTC、 OUTD)相連接。
一種混合動力車DC/DC變換器，所述的脈寬調(diào)制(PWM)控制器，包括電源 電路、單片機(jī)、控制芯片組成，所述的電源電路5V、 12V輸出端分別與控制芯 片電源輸入端(EAP、 REF、 VCC)相連；單片機(jī)的輸出端與控制芯片的脈沖信號 輸入端EAN相連，控制芯片的輸出端RAMP與輸入端CT相連接，輸出端(DELAB、 DELCD)分別通過電阻(Rl、 R2)接地。一種混合動力車DC/DC變換器，所述的控制芯片的輸入端CS、 ADS、 SS/DISB 分別與直流高壓電流輸入端、1/2電流輸入端、輸入過壓信號、輸出過壓信號、 超溫信號相連接。一種混合動力車DC/DC變換器，所述的控制芯片型號為UCC2895?；旌蟿恿嘍C/DC變換器，由于采用上述結(jié)構(gòu)，采用的直一交一直變換電路 是先將混合動力車電機(jī)發(fā)出的114V直流電通過移相全橋逆變電路轉(zhuǎn)換為交流 電，然后通過全波整流電路變?yōu)槠嚨蛪弘姎庀到y(tǒng)所需要的12V直流電。通過 單片機(jī)PWM輸出口來輸出一定頻率的PWM波來控制移相全橋電路的場效應(yīng)管 (M0SFET)的導(dǎo)通以實(shí)現(xiàn)直流到交流的變換，調(diào)節(jié)PWM的占空比就可以間接的 調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。與現(xiàn)有技術(shù)相比；具有以下優(yōu)點(diǎn)，1、輸入電壓和輸出電 壓可以相差很大；2、輸入端和輸出端之間有變壓器作電氣隔離；3、交流環(huán)節(jié) 采用較高的工作頻率，可以減小變壓器、濾波電感和濾波電容的體積和重量。 在全波整流電路中采用兩組通態(tài)壓降僅為0. 3V的肖特基二極管，功率損耗小。 4、該DC/DC變換器具有過壓、過流、超溫故障保護(hù)以及輸出電壓可調(diào)，在上、 下半橋死區(qū)關(guān)斷時(shí)間的設(shè)置等功能。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明； 圖1為本發(fā)明一種混合動力車DC/DC變換器主電路結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明一種混合動力車DC/DC變換器中脈寬調(diào)制(PWM)控制器結(jié)構(gòu) 示意圖；圖3為圖2所示脈寬調(diào)制(PWM)控制器脈寬調(diào)制(PWM)信號輸入/輸出波 形圖；在圖l、圖2中，1、直流高壓；2、變壓器；3、全波整流電路；4、直流低壓；5、單片機(jī)；6、控制芯片。
具體實(shí)施方式
如圖l、圖2所示， 一種混合動力車DC/DC變換器，所述DC/DC變換器內(nèi)設(shè) 有四只場效應(yīng)管M0SFET組成的移相全橋逆變電路，它的輸入端與直流高壓1相 連接，其輸出端與變壓器2的初級線圈相連，變壓器2的次級線圈輸出通過全 波整流電路3輸出直流低壓4;所述的場效應(yīng)管MOSFET柵極分別與脈寬調(diào)制 (PWM)控制器的輸出端OUTA、 0UTB、 0UTC、 0UTD相連接。所述的脈寬調(diào)制(PWM)控制器，包括電源電路、單片機(jī)5、控制芯片6組 成，所述的電源電路5V、 12V輸出端分別與控制芯片6電源輸入端EAP、 REF、 VCC相連；單片機(jī)5的信號輸出端與控制芯片6的脈沖信號輸入端EAN相連，控 制芯片6的輸出端RAMP與輸入端CT相連接，輸出端DELAB、 DELCD分別通過電 阻R1、 R2接地?？刂菩酒?型號為UCC2895?？刂菩酒?的輸入端CS、 ADS、 SS/DISB分別與直流高壓1電流輸入端、1/2電流輸入端、輸入過壓信號、輸出 過壓信號、超溫信號相連接。參見圖3,在普通的單相全橋逆變電路中，各M0SFET的信號為180度正偏， 180度反偏，并且A、 B的信號互補(bǔ)，C、 D信號互補(bǔ)，且C與B同相位，D與A 同相位。因此輸出電壓"。=4f/rf/;r (s/"orf + 2/3s/"36rf + //5x/"orf+A )其中" 是MOSFET管導(dǎo)通頻率，是高壓端電壓。因此基波的幅值C^^和基波的有效
值l^,分別為<formula>formula see original document page 6</formula>(式l)<formula>formula see original document page 6</formula>(式2)<formula>formula see original document page 6</formula>(式3)從式2中可以看出輸出電壓大小不能調(diào)節(jié)。在移相全橋逆變電路中可以采用調(diào) 節(jié)輸出電壓脈沖的寬度的方式來調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓。在這里D的相位比A 相位落后(0° <0<180° )。這樣輸出電壓"。就不再是正負(fù)各為180°的脈 沖，而是各為0的脈沖，這樣改變0的大小來達(dá)到調(diào)節(jié)輸岀電壓《。的目的。在 移相全橋逆變電路中A、 B、 C、 D四個M0SFET的門極信號是由相移脈寬調(diào)制PWM 控制器產(chǎn)生的PWM波?？梢宰龅揭葡嗳珮蚰孀冸娐份斎腚妷汉洼敵鲭妷嚎梢韵?差很大。調(diào)壓的實(shí)現(xiàn)原理由上面的式3可知，要調(diào)節(jié)輸出電壓，即須改變0的大 小。從圖3中可以清楚地看出來。圖2中所示的PWM signal信號是由單片機(jī) 5設(shè)定的DC—DC—setpoint輸出的PWM波輸入到控制芯片6的脈沖信號輸入 端EAN引腳上，PWM信號由單片機(jī)5的PWM口輸出，名稱為DC-DC輸出電壓 設(shè)定值，這個PWM波信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后最終輸入到控制芯片6的EAN腳上，由 在控制芯片6內(nèi)部與引腳RAMP的斜坡電壓在相減得來的。因此我們可以通過 單片機(jī)PWM 口來輸出一定頻率的PWM信號來設(shè)置輸出電壓的大小，調(diào)節(jié)PWM的 占空比就可以間接的調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。低壓端輸出電流過大，關(guān)斷保護(hù)。在圖2中輸出的電流采集值輸入到控制 芯片6的引腳EA0UT，如果輸出電流過大，控制芯片6的引腳EA0UT處電壓就會 小于0.5V，由這個低電平來封鎖控制芯片6的輸出端OUT A、 OUT B、 OUT C、 OUT D的輸出。
高壓端輸入電流過大關(guān)斷保護(hù)。它的實(shí)現(xiàn)原理與輸出電流過大保護(hù)基本相同，只是輸入電流的釆集輸入到了控制芯片6的輸入端CS。這里CS處的電壓是 與電流成正比，只要它的電壓值超過設(shè)定值，就會關(guān)斷輸出。輸入過壓、輸出過壓和DC—DC變換器超溫關(guān)斷。三個故障信號是與控制芯 片6的軟關(guān)斷引腳SS/DISB連接的。只要三個故障產(chǎn)生，通過脈寬調(diào)制(PWM) 控制器中的電壓比較轉(zhuǎn)換電路就可以使這個引腳的電平拉低到低電平，而一旦 控制芯片6的輸入端SS/DISB處的電壓小于0. 5V，控制芯片6就啟動軟關(guān)斷功 能，將輸出關(guān)斷。實(shí)現(xiàn)全橋電路上、下半橋短路保護(hù)功能。通過設(shè)置與控制芯片6輸出端 DELAB、 DELCD連接處的電阻Rl和電阻R2大小以及檢測CS處輸入電流峰值的大 小來設(shè)置M0SFET門極信號A_GATE—DRIVE和B—GATE_DRIVE，以及C—GATE_DRIVE 和D—GATE_DRIVE延遲導(dǎo)通時(shí)間，通過控制MOSFET A和B的門極觸發(fā)信號延遲 導(dǎo)通時(shí)間以及M0SFET C和D的門極觸發(fā)信號延遲導(dǎo)通時(shí)間。以防止出現(xiàn)上、 下半橋的MOSFET在換相瞬間導(dǎo)致的短路現(xiàn)象。上述的控制是通過控制芯片6中 的軟件程序?qū)崿F(xiàn)的。具體的計(jì)算公式如下;￡緩=(25x10-12 )^^ + 25"s (式4):麗=["5《-「觀)〗+ 0.5" (式5 )綜上所述，在DC—DC轉(zhuǎn)換器中，正是由于其獨(dú)特的，完備的硬件保護(hù)功能 設(shè)計(jì)，在高效率地實(shí)現(xiàn)高壓到低壓轉(zhuǎn)換得同時(shí)，也確保了轉(zhuǎn)換的安全性和可靠 性。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上 述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性 的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在
本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、 一種混合動力車DC/DC變換器，其特征在于所述DC/DC變換器內(nèi)設(shè)有 四只場效應(yīng)管(M0SFET)組成的移相全橋逆變電路，它的輸入端與直流高壓(1) 相連接，其輸出端與變壓器(2)的初級線圈相連，變壓器(2)的次級線圈輸 出通過全波整流電路(3)輸出直流低壓(4);所述的場效應(yīng)管(M0SFET)柵 極分別與脈寬調(diào)制(PWM)控制器的輸出端(0UTA、 0UTB、 0UTC、 0UTD)相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合動力車DC/DC變換器，其特征在于所 述的脈寬調(diào)制(PWM)控制器，包括電源電路、單片機(jī)(5)、控制芯片(6)組 成，所述的電源電路5V、 12V輸出端分別與控制芯片(6)電源輸入端(EAP、 REF、 VCC)相連；單片機(jī)(5)的信號輸出端與控制芯片(6)的脈沖信號輸入 端(EAN)相連，控制芯片(6)的輸出端(RAMP)與輸入端(CT)相連接，輸 出端(DELAB、 DELCD)分別通過電阻(Rl、 R2)接地。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混合動力車DC/DC變換器，其特征在于所 述的控制芯片(6)的輸入端(CS、 ADS、 SS/DISB)分別與直流高壓(1)電流 輸入端、1/2電流輸入端、輸入過壓信號、輸出過壓信號、超溫信號相連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種混合動力車DC/DC變換器，其特征 在于所述的控制芯片(6)型號為UCC2895。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合動力車DC/DC變換器，其特征在于所述DC/DC變換器內(nèi)設(shè)有四只場效應(yīng)管(MOSFET)組成的移相全橋逆變電路，它的輸入端與直流高壓相連接，其輸出端與變壓器的初級線圈相連，變壓器的次級線圈輸出通過全波整流電路輸出直流低壓；所述的場效應(yīng)管(MOSFET)柵極分別與脈寬調(diào)制(PWM)控制器輸出端(OUTA、OUTB、OUTC、OUTD)相連接。采用上述結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比；具有以下優(yōu)點(diǎn)，1.輸入電壓和輸出電壓可以相差很大；2.輸入端和輸出端之間有變壓器作電氣隔離；3.交流環(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器、濾波電感和濾波電容的體積和重量。在全波整流電路中采用兩組通態(tài)壓降僅為0.3V的肖特基二極管，功率損耗小。
文檔編號H02M3/24GK101145736SQ200710131460
公開日2008年3月19日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者張興林 申請人:奇瑞汽車有限公司