专利名称：车用多功能电源的制作方法
技术领域：
本申请涉及电源领域。更具体来说，本申请涉及节能型车用多功能电源。
背景技术：
在汽车的生产、测试等过程中，一般希望车用(试验)电源能提供200多安培12
13.5伏的启动马达用大电流，对汽车电瓶进行充电的电源以及12 16V的车辆试验用大电流电源等。在现有技术中，通常采用低频电压器以非开关的方式进行电源电压转换来实现车 用(试验)电源。然而，由于该试验电源采用低频电压器进行电源转换，所以效率不高，体积过于庞大臃肿并且对散热有较高的要求。又由于该试验电源采用非开关的方式工作，其稳压效果不佳并且负载对电源的电压影响较大。另外，存在对汽车电瓶进行规范方式下的充放电工作的电源(即其不但可以提供定电压方式下的电流脉冲，又可以提供电压调节方式)的需求。还存在提供大功率车载逆变电源的需求。
实用新型内容本申请的目的之ー在于提供一种改进的节能型车用多功能电源。根据本申请的ー个方面，提供了一种车用多功能电源，包括IGBT (绝缘栅双极晶体管)模块，用于进行AC/DC转换以及DC/AC逆变(例如回馈电网放电等)；双向推挽振荡电路，包括第一推挽电路，高频振荡电路和第二推挽电路并且第一推挽电路和第二推挽电路分别耦合在高频振荡电路的两边，其中，所述第一推挽电路用于将从所述IGBT模块输出的直流电压转换为交流电压和将从高频振荡电路中抽取的交流电压转换为直流电压并反馈给IGBT模块；所述高频振荡电路用于在50kHz或更高的频率下通过脉宽调节对交流电压进行改变；所述第二推挽电路用于将经高频振荡电路改变的交流电压转换为直流电压和将从负载中抽取的直流电压转换为交流电压并反馈给高频振荡电路；以及IGBT驱动器，用于经由单片机的闭环控制对IGBT模块、第一推挽电路和第二推挽电路中的各开关元件进行通断控制，使得电源输出稳定在预期值。根据本申请的另ー个方面，提供了一种双向推挽振荡电路，包括第一推挽电路，高频振荡电路和第~■推挽电路，第一推挽电路和第~■推挽电路分别稱合在闻频振荡电路的两边，其中，所述第一推挽电路用于将输入的直流电压转换为交流电压和将从高频振荡电路中抽取的交流电压转换为直流电压；所述高频振荡电路用于在50kHz或更高的频率下对交流电压进行改变；所述第二推挽电路用于将经高频振荡电路改变的交流电压转换为直流电压和将从负载中抽取的直流电压转换为交流电压并反馈给高频振荡电路。与现有技术相比，本申请至少具有如下优点第一，在本申请中，车用多功能电源采用开关工作方式，使得能够得到稳定的电压输出；第二，在本申请中采用高频振荡电路取代现有技术的低频变压器，实现了转换效率、重量、体积等方面质的提高；第三，在本申请的一个实施方式中，在单片机的控制下，车用多功能电源的稳压效果进ー步提高并且电源使用范围扩大；第四，本申请的车用多功能电源采用全新的电路设计，増加了回馈电网放电功能，使得该电源更为 节能并且能够用于更为精确的电瓶试验。
图I是根据本申请的ー个实施例的车用多功能电源的结构框图；图2是根据本申请的另一个实施例的车用多功能电源的结构框图；图3 Ca)是根据本申请的ー个实施例的IGBT模块的电路图；图3 (b)是根据本申请的ー个实施例的IGBT模块工作在AC/DC转换时的等效电路图；图4是根据本申请的ー个实施例的IGBT模块工作在DC/AC逆变(例如回馈电网放电等)时的电流流向不意图；图5是根据本申请的ー个实施例、经IGBT模块AC/DC转换后的电压输出示意图；图6是根据本申请的ー个实施例、经IGBT模块AC/DC转换和电解电容滤波后的电压输出示意图；图7是根据本申请的ー个实施例的双向推挽振荡电路的电路图；图8是根据本申请的ー个实施例的车用多功能电源的电路图。
具体实施方式
下面介绍的是本实用新型的多个可能实施例中的ー些，g在提供对本实用新型的基本了解，并不g在确认本实用新型的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式
以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。图I是根据本申请的ー个实施例的车用多功能电源的结构框图。该车用多功能电源包括IGBT模块110、双向推挽振荡电路120以及IGBT驱动器130。IGBT模块110用于进行AC/DC转换以及DC/AC逆变(例如回馈电网放电等)。双向推挽振荡电路120进ー步包括第一推挽电路121、高频振荡电路122和第二推挽电路123，第一推挽电路121用于将从IGBT模块110输出的直流电压转换为交流电压和将从高频振荡电路中抽取的交流电压转换为直流电压并反馈给IGBT模块。高频振荡电路122用于在50kHz或更高的频率下例如通过脉宽调节等对交流电压进行改变。第二推挽电路123用于将经高频振荡电路122改变的交流电压转换为直流电压和将从负载(未示出)中抽取的直流电压转换为交流电压并反馈给高频振荡电路122。IGBT驱动器130用于例如经由单片机的闭环控制等对IGBT模块110、第一推挽电路121和第二推挽电路123中的各开关元件进行通断控制，使得电源输出稳定在预期值。在ー个具体的实现中，IGBT驱动器可采用SPWM和SPM结合的方式来对IGBT模块110、第一推挽电路121和第二推挽电路123中的各开关元件进行通断控制。例如，可采用SPWM的方式对IGBT模块110和第一推挽电路121中的各开关元件进行通断控制，而同时采用SPM的方式对第二推挽电路123中的各开关元件进行通断控制，等等。所谓SPWM(Sinusoidal PWM),就是在脉冲宽度调制(PWM)的基础上改变调制脉冲方式，使得脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。 可以采用多种方案来实现SPWM I.等面积法该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释。采用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断。由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点，可以准确地计算出各开关器件的通断时刻，其所得的波形很接近正弦波。2.硬件调制法硬件调制法的原理是把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角形作为载波，当调制信号拨为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。该方法实现比较简单，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波。3.软件生成法由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法自然采样法和规则采样法。在本申请的另一个实施例中，如图2所示，采用单片机160生成SPWM波来提供给IGBT驱动器130。在一种优选的实现中，单片机160可以是AVR单片机。AVR单片机是高速嵌入式单片机，内带模拟比较器，其I/O端ロ可用作模数转换器。它又有多个固定中断向量入口，可快速响应中断。另外，AVR单片机还具有耗能低、保密性能好等优点。进ー步參考图2，与图I所示的车用多功能电源相比，图2所示的车用多功能电源进ー步包括单片机160、第一电压比较器150、第二电压比较器170、键盘180、液晶显示190以及滤波电路140。第一电压比较器150用于将IGBT模块110输出的电压与第一參考电压进行比较，并将比较结果发送给单片机160。而另一方面，第二电压比较器170用于将车用多功能电源的输出电压与第二參考电压进行比较，并将比较结果发送给单片机160。在这种情况下，单片机160可根据第一电压比较器150和第二电压比较器170的比较结果，实时地向IGBT驱动器130提供控制信号。这样，通过向单片机160及时提供电压比较結果，单片机160可以及时了解外部电路的变化，改进了整个电路的响应速度并提高了电压、电流的控制精度。键盘180和显示装置190分别与单片机160相耦合。键盘180用于向单片机160输入用户预期电压和/或电流，而显示装置190用于显示从单片机接收的信息。在ー个具体实现中，显示装置190可以是液晶显示装置。当然，本领域技术人员容易明白，显示装置可以是其他类型的显示装置，例如LED显示器等等。键盘180和显示装置190的组合使得整个车用多功能电源的可操作性得到巨大的提升。滤波电路140设置在交流输入与IGBT模块110之间。本领域技术人员可以理解，滤波电路140 —般用于滤除电压输出中的纹波。在图2所示的实现中，从交流输入侧来看，滤波电路140用于滤除エ频220V交流电(粗电)中可能存在的高频杂波。而从IGBT模块110侧来看，由于IGBT模块110会向电网进行回馈放电，此时滤波电路140又对IGBT模块110的馈电进行滤波，起到了隔离保护的作用。在本申请的ー个实现中，如图3 (a)和图3 (b)所示，IGBT模块110可以包括四个IGBT Gl G4 ，其中Gl的第一端与G3的第一端相耦合，Gl的第二端与G2的第一端相耦合，G2的第二端与G4的第二端相耦合，G3的第二端与G4的第一端相耦合。值得指出的是，这里所述的“第一端”或“第二端”指的是IGBT的源极或漏扱。当Gl G4的栅极(即控制端)输入为“O”吋，Gl G4处于关断状态。与此同吋，与各IGBT并联的续流ニ极管正好组合为桥式整流电路，其等效电路请參见图3(b)。因而，IGBT模块这时能够将交流输入转换为直流输出。在桥式整流电路中，各续流ニ极管是作为开关使用的，具有单向导电性。当输入交流电处于正半周时，与Gl和G4对应的续流ニ极管导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当输入交流电处于负半周吋，与G2和G3对应的续流ニ极管导通，在负载电阻上得到的正弦波仍然是正半周。图5具体给出了该直流电压输出示意图。再參考图3 (a)和图3 (b)，IGBT模块110还可包括电解电容以用于经IGBT模块AC/DC转换的电压进行滤波。图6示出了根据本申请的ー个实施例、经IGBT模块AC/DC转换和电解电容滤波后的电压。在IGBT模块110用于DC/AC逆变(例如回馈电网放电等)时，GU G4和G2、G3交替导通。如图4所示，图中的实线示出了当Gl与G4导通时的电流流向，而虚线则示出了当G2和G3导通时的电流流向。当G1、G4导通而G2、G3关断时，负载两端的电压为正。当G2、G3导通而G1、G4关断时，负载两端的电压为负。这样，也就实现了从直流到交流的转变，即逆变过程。并且，通过改变G1、G4和G2、G3的导通/关断频率，可相应地改变回馈电网的交流电的频率。图7进ー步示出双向推挽振荡电路120的电路图。如前所述，双向推挽振荡电路120包括第一推挽电路121、高频振荡电路122和第二推挽电路123。在ー个具体实现中，第一推挽电路121和第二推挽电路123可分别包括四个增强型MOS (金属氧化物半导体)管NI N4以及四个增强型MOS管N5 N8，而高频振荡电路122可由高频变压器组成。其中，NI的第一端与N2的第一端、高频振荡电路122的第一端相耦合，NI的第二端与N2的第二端、地相耦合，N3的第一端与N4的第一端、高频振荡电路的第二端相耦合，N3的第二端与N4的第二端、地相耦合。类似地，N5的第一端与N6的第一端、高频振荡电路的第三端相耦合，N5的第二端与N6的第二端、地相耦合，N7的第一端与N8的第一端、高频振荡电路的第四端相耦合，N7的第二端与NS的第二端、地相耦合。当第一推挽电路121用于将从IGBT模块110输出的直流电压转换为交流电压吋，使N1、N2与N3、N4交替导通。而当第一推挽电路121用于将从高频振荡电路中抽取的交流电压转换为直流电压时，IGBT驱动器使NI N4关断。当NI N4关断时，与NI N4对应的续流ニ极管开始发挥整流作用。类似地，当第二推挽电路123用于将经高频振荡电路122改变的交流电压转换为直流电压吋，使N5 N8关断。这时，与N5 N8对应的续流ニ极管开始发挥整流作用。而当第二推挽电路123用于将从负载中抽取的直流电压转换为交流电压时，使N5、N6与N7、N8交替导通。图8是根据本申请的ー个实施例的车用多功能电源的电路图。与图2所示的框图相比，图8还包括由可变电阻WR1、第一电阻R1、第一ニ极管Dl和施密特触发器组成的相位采样电路、光电隔离器、霍尔电流传感器以及双向电流传感器等。相位采样电路用于将从由Gl G4组成的IGBT模块中采集的相位信息提供给单片机。光电隔离器用于实现单片机与相位采样电路、IGBT驱动器等的电隔离。双向电流传感器用于感测第一输出支路的电路，而霍尔电流传感器用于感测第二输出支路的电流，并且它们两者分别将与该电流有关的感测信息提供给AVR单片机的模数转换端ロ。以上例子主要说明了本申请的车用多功能电源的实现。尽管只对其中ー些具体实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本实用新型可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离权利要求所定义的精神及范围的情况下，本申请可能涵盖各种的修改与替 换。综上所述，本申请的车用多功能电源采用开关工作方式使得能够得到稳定的电压输出，并且采用高频振荡电路取代现有技术的低频变压器，实现了转换效率、重量、体积等方面质的提高。另外，在单片机的控制下，本申请的车用多功能电源的稳压效果进ー步提高并且使用范围扩大。再者，本申请的车用多功能电源采用全新的电路设计，増加了回馈电网放电功能，使得该电源更为节能并且能够用于更为精确的电瓶试验。
权利要求1.一种车用多功能电源，包括=IGBT模块、双向推挽振荡电路以及IGBT驱动器，其中IGBT模块与双向推挽振荡电路耦合，IGBT驱动器分别与IGBT模块与双向推挽振荡电路耦合，并且其中所述IGBT模块被构造成进行AC/DC转换以及DC/AC逆变；所述双向推挽振荡电路包括第一推挽电路，高频振荡电路和第二推挽电路并且第一推挽电路和第二推挽电路分别耦合在高频振荡电路的两边，其中，所述第一推挽电路被构造成将从所述IGBT模块输出的直流电压转换为交流电压和将从高频振荡电路中抽取的交流电压转换为直流电压并反馈给IGBT模块；所述高频振荡电路被构造成在50kHz或更高的频率下通过脉宽调节对交流电压进行改变；所述第二推挽电路被构造成将经高频振荡电路改变的交流电压转换为直流电压和将从负载中抽取的直流电压转换为交流电压并反馈给高频振荡电路；以及所述IGBT驱动器被构造成经由单片机的闭环控制对IGBT模块、第一推挽电路和第二推挽电路中的各开关元件进行通断控制，使得电源输出稳定在预期值。
2.如权利要求I所述的车用多功能电源，其中IGBT驱动器采用SPWM和PWM结合的方式来对IGBT模块、第一推挽电路和第二推挽电路中的各开关元件进行通断控制。
3.如权利要求I所述的车用多功能电源，其中所述IGBT模块被构造成进行回馈电网放电。
4.如权利要求I所述的车用多功能电源，还包括第一电压比较器，用于将IGBT模块输出的电压与第一參考电压进行比较,并将比较结果发送给单片机；和第二电压比较器，用于将车用多功能电源的输出电压与第二參考电压进行比较，并将比较结果发送给单片机；其中，单片机根据第一电压比较器和第二电压比较器的比较结果实时地向IGBT驱动器提供控制信号。
5.如权利要求I所述的车用多功能电源，还包括键盘，用于向单片机输入用户预期电压和/或电流；和显示装置，用于显示从单片机接收的信息。
6.如权利要求I所述的车用多功能电源，还包括滤波电路，耦合在IGBT模块与交流输入之间。
7.如权利要求I所述的车用多功能电源，还包括由可变电阻、第一电阻、第一ニ极管和施密特触发器组成的相位采样电路，所述相位采样电路将从IGBT模块中采集的相位信息提供给单片机。
8.如权利要求I所述的车用多功能电源，还包括电流传感器，用于感测输出支路的电流，并将与该电流有关的信息提供给单片机的模数转换端ロ。
9.如权利要求I所述的车用多功能电源，其中所述IGBT模块包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT，并且其中第一 IGBT的第一端与第三IGBT的第一端相耦合，第一 IGBT的第二端与第二 IGBT的第一端相耦合，第二 IGBT的第二端与第四IGBT的第二端相耦合，第三IGBT的第二端与第四IGBT的第一端相耦合。
10.如权利要求9所述的车用多功能电源，其中在IGBT模块用于AC/DC转换吋，IGBT驱动器使第一至第四IGBT关断。
11.如权利要求9所述的车用多功能电源，其中在IGBT模块用于DC/AC逆变时，IGBT驱动器使第一、第四IGBT与第二、第三IGBT交替导通。
12.如权利要求I所述的车用多功能电源，其中所述第一推挽电路包括第一、第二、第三和第四增强型MOS晶体管，并且其中第一增强型MOS晶体管的第一端与第二增强型MOS晶体管的第一端、高频振荡电路的第一端相耦合，第一增强型MOS晶体管的第二端与第二增强型MOS晶体管的第二端、地相耦合，第三增强型MOS晶体管的第一端与第四增强型MOS晶体管的第一端、高频振荡电路的第二端相耦合，第三增强型MOS晶体管的第二端与第四增强型MOS晶体管的第二端、地相耦合。
13.如权利要求12所述的车用多功能电源，其中在第一推挽电路用于将从所述IGBT模块输出的直流电压转换为交流电压吋，IGBT驱动器使第一、第二增强型MOS晶体管与第三、第四增强型MOS晶体管交替导通。
14.如权利要求12所述的车用多功能电源，其中在第一推挽电路用于将从高频振荡电路中抽取的交流电压转换为直流电压吋，IGBT驱动器使第一至第四增强型MOS晶体管关断。
15.如权利要求I所述的车用多功能电源，其中所述第二推挽电路包括第五、第六、第七和第八增强型MOS晶体管，并且其中第五增强型MOS晶体管的第一端与第六增强型MOS晶体管的第一端、高频振荡电路的第三端相耦合，第五增强型MOS晶体管的第二端与第六增强型MOS晶体管的第二端、地相耦合，第七增强型MOS晶体管的第一端与第八增强型MOS晶体管的第一端、高频振荡电路的第四端相耦合，第七增强型MOS晶体管的第二端与第八增强型MOS晶体管的第二端、地相耦合。
16.如权利要求15所述的车用多功能电源，其中在第二推挽电路用于将经高频振荡电路改变的交流电压转换为直流电压吋，IGBT驱动器使第五至第八增强型MOS晶体管关断。
17.如权利要求15所述的车用多功能电源，其中在第二推挽电路用于将从负载中抽取的直流电压转换为交流电压吋，IGBT驱动器使第五、第六增强型MOS晶体管与第七、第八增强型MOS晶体管交替导通。
18.—种双向推挽振荡电路,包括第一推挽电路,高频振荡电路和第二推挽电路，第一推挽电路和第二推挽电路分别耦合在高频振荡电路的两边，其中，所述第一推挽电路被构造成将输入的直流电压转换为交流电压和将从高频振荡电路中抽取的交流电压转换为直流电压；所述高频振荡电路被构造成在50kHz或更高的频率下对交流电压进行改变；所述第二推挽电路被构造成将经高频振荡电路改变的交流电压转换为直流电压和将从负载中抽取的直流电压转换为交流电压并反馈给高频振荡电路。
专利摘要本实用新型提供了一种车用多功能电源，包括IGBT模块，用于进行AC/DC转换以及DC/AC转换(如回馈电网放电等)；双向推挽振荡电路，包括第一推挽电路，高频振荡电路和第二推挽电路，其中，第一推挽电路用于将从IGBT模块输出的直流电压转换为交流电压和将从高频振荡电路中抽取的交流电压转换为直流电压并反馈给IGBT模块；高频振荡电路用于在50kHz或更高的频率下通过脉宽调节对交流电压进行改变；第二推挽电路用于将经高频振荡电路改变的交流电压转换为直流电压和将从负载中抽取的直流电压转换为交流电压并反馈给高频振荡电路；以及IGBT驱动器，用于经由单片机的闭环控制对IGBT模块、第一推挽电路和第二推挽电路中的各开关元件进行通断控制，使得电源输出稳定在预期值。
文档编号H02M3/337GK202513844SQ20112056672
公开日2012年10月31日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者周俊, 张家宁, 张琪, 李俊鹏, 梅爱群, 王登辉 申请人:上海汽车集团股份有限公司