一种车载电源电路的制作方法

1.本发明涉及一种车载电源技术领域，尤其涉及一种车载电源电路。


背景技术：

2.直流无刷电机(brushless direct current motor，bldc)普遍应用于车载用电设备，例如车载冰箱、车载空调，当其额定功率较大时，在使用时需采用电压较高的电机来减小电流，从而减小损耗并提高安全性，例如应用48v的直流压缩机电机以减小电流。而现有车载电池输出电源一般为12v
‑
24vdc，此时通常增加升压斩波电路(boost电路)升压后再通过逆变器实现bldc的变频驱动。但是，车载电池输出电源除了给车载用电设备供电外，还需要给变频驱动的控制电路供电。通常车载电池输出电压具有一定的波动范围，例如12
‑
24vdc的车载电池输出电压的波动范围可能为9
‑
30vdc。逆变器由于有前级boost升压电路稳定电压，从而不受车载电池的输出电压波动影响。然而，控制电路一般从线性电源获取工作电压，而较大的电压波动会导致线性电源产生较大的损耗及发热。
3.因此，如何解决车载电池的输出电压波动大导致的线性电源损耗及发热的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种车载电源电路，用于解决现有技术中较大电压波动而导致线性电源产生较大的损耗及发热的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种车载电源电路，所述车载电源电路至少包括：
6.升压模块、储能模块、逆变模块、控制电源辅助模块、控制电源模块及控制模块；
7.所述升压模块接收直流电源，用于将所述直流电源转换为母线电压；
8.所述储能模块连接于所述升压模块的输出端，用于稳定所述母线电压；
9.所述逆变模块连接于所述升压模块的输出端，用于将所述母线电压转换为交流电压并驱动负载；
10.所述控制电源辅助模块从所述升压模块的电感第一线圈中获取电源，产生所述控制电源模块的输入电压；
11.所述控制电源模块连接所述控制电源辅助模块的输出端，基于所述控制电源辅助模块的输出电压产生所述控制模块的工作电压；
12.所述控制模块连接所述控制电源模块的输出端，用于给所述升压模块、所述逆变模块及负载提供控制信号。
13.可选地，所述升压模块包括电感第一线圈、第一功率开关管及第二功率开关管；所述电感第一线圈的一端连接所述直流电源的正极，另一端连接所述第一功率开关管的漏极；所述第一功率开关管的源极连接所述直流电源的负极；所述第一功率开关管的漏极连接所述第二功率开关管的源极，所述第二功率开关管的漏极连接于所述母线电压的正极；
所述第一功率开关管及所述第二功率开关管的栅极分别连接所述控制模块的输出端。
14.更可选地，所述第一功率开关管、所述第二功率开关管均为金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管。
15.可选地，所述储能模块包括第三电容；所述第三电容的一端连接所述升压模块的正输出端，另一端连接所述升压模块的负输出端。
16.可选地，所述控制电源辅助模块包括电感第二线圈、第一电容、第一二极管、第二电容及第二二极管；所述第一电容的一端连接于所述电感第二线圈的一端，所述第一电容的另一端连接于第一二极管的正极；所述第一二极管的负极连接于所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接于所述电感第二线圈的另外一端，所述第二二极管的正极连接于所述第二电容的另一端及所述升压模块的负输入端，所述第二二极管的负极连接所述第一二极管的正极。
17.更可选地，所述车载电源电路还包括第三二极管、第四二极管、第三功率开关管及电阻；所述第三二极管的正极连接于所述控制电源辅助模块的正输出端，负极连接于所述第四二极管的负极；所述第四二极管的正极连接于所述第三功率开关管的源极；所述第三功率开关管的漏极连接于所述直流电源的负极，所述第三功率开关管的栅极连接于所述第四二极管的负极；所述电阻的一端连接所述直流电源的正极，另一端连接所述第三功率开关管的栅极。
18.更可选地，所述第三功率开关管为金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管。
19.更可选地，所述第四二极管为稳压二极管。
20.如上所述，本发明的车载电源电路，具有以下有益效果：
21.1、本发明中设置控制电源辅助模块，使得控制电源模块的输入电压只取决于母线电压和两组线圈的匝数比(ns/np)，而不受直流电源的波动影响；应用于负载功率较大的场合或者车载电池输出电源波动较大时，能够获得稳定的控制电路工作电压，系统稳定性高，损耗较小。
22.2、本发明中设置第三功率开光管，使得电路具有防反接功能，并且采用控制电源辅助模块的输出电压来驱动第三功率开关管，可以保证获得较高的驱动电压，使得第三功率开关管的导通电阻较小，从而减小其功率损耗。
23.3、本发明中第一功率开关管、第二功率开关管均采用mosfet管，并与电感第一线圈构成同步boost变换器，系统工作效率高，且在轻载和满载的情况下都可以工作在电流连续模式下。
附图说明
24.图1显示为本发明的车载电源电路的结构示意图。
25.图2显示为本发明的车载电源电路的一种实现方式。
26.图3显示为本发明的车载电源电路的另一种实现方式。
27.元件标号说明
[0028]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
升压模块
[0029]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
储能模块
[0030]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
逆变模块
[0031]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制电源辅助模块
[0032]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制电源模块
[0033]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制模块
[0034]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
负载
具体实施方式
[0035]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0036]
请参阅图1
‑
图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0037]
实施例一
[0038]
如图1
‑
图2所示，本实施例提供一种车载电源电路，所述车载电源电路包括：
[0039]
升压模块1、储能模块2、逆变模块3、控制电源辅助模块4、控制电源模块5及控制模块6。
[0040]
如图1
‑
图2所示，所述升压模块1接收所述直流电源vin，用于将所述直流电源vin转换为母线电压v
dc
。
[0041]
具体地，所述升压模块1的正输入端连接所述直流电源vin的正极，所述升压模块1的负输入端连接所述直流电源vin的负极，所述升压模块1的正输出端连接所述储能模块2的正输入端，所述升压模块1的负输出端连接所述储能模块2的负输入端。
[0042]
具体地，在本实施例中，所述升压模块1包括电感第一线圈l1、第一功率开关管s1及第二功率开关管s2；所述电感第一线圈l1的一端连接所述直流电源vin的正极，另一端连接所述第一功率开关管s1的漏极；所述第一功率开关管s1的源极连接所述直流电源vin的负极；所述第二功率开关管s2的漏极连接于所述母线电压v
dc
的正极，所述第二功率开关管s2的源极连接所述第一功率开关管s1的漏极；所述第一功率开关管s1及所述第二功率开关管s2的栅极分别连接所述控制模块6的输出端。
[0043]
更具体地，所述第一功率开关管s1、所述第二功率开关管s2均为金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管(mosfet管)；本实施例采用mosfet管，其他类型的功率管也适用，不以本实施例为限。
[0044]
需要说明的是，本实施例中，所述第一功率开关管s1、所述第二功率开关管s2均采用mosfet管，并与所述电感第一线圈l1构成同步boost变换器，可大大提高系统效率；且在轻载和满载的情况下，系统都可以工作在电流连续模式(ccm)下。在实际使用中，所述升压模块1可采用任意结构的boost电路，不以本实施例为限，在此不一一赘述。
[0045]
需要说明的是，本实施例中所述直流电源vin的负极、所述升压模块1的负输入端及负输出端连接在一起，在实际应用中三个端口之间还可以增加一些其他的器件，不以本实施例为限。
[0046]
如图1
‑
图2所示，所述储能模块2并联于所述升压模块1的输出端，用于稳定所述母线电压v
dc
。
[0047]
具体地，所述储能模块2包括第三电容c3；所述第三电容c3的一端连接所述升压模块1的正输出端，另一端连接所述升压模块1的负输出端。所述储能模块2具有储能、稳压等作用。
[0048]
需要说明的是，所述储能模块2中所述第三电容c3可以为一个电容，也可以为多个电容串联或者并联，不以本实施例为限。另外，当所述升压模块1的输出端并联有电容或者所述逆变模块3的输入端并联有电容时，所述第三电容c3可以不要，不以本实施例为限。
[0049]
如图1
‑
图2所示，所述逆变模块3的输入端并联于所述储能模块2，用于将所述母线电压v
dc
转换为交流电压并驱动负载7。
[0050]
具体地，所述逆变模块3将所述母线电压v
dc
转换为三相电压提供给负载7。
[0051]
需要说明的是，任意能将所述母线电压v
dc
转换成可供所述负载7使用的交流电压的电路结构均适用于本发明，在此不一一赘述。
[0052]
如图1
‑
图2所示，所述控制电源辅助模块4从所述升压模块1的所述电感第一线圈l1获取电源，产生不受所述直流电源vin波动影响的电压信号vaux，并提供给所述控制电源模块5。
[0053]
具体地，在本实施例中，所述控制电源辅助模块4包括电感第二线圈l2、第一电容c1、第一二极管d1、第二电容c2及第二二极管d2；所述第一电容c1的一端连接于所述第一二极管d1的正极，所述第一电容c1的另一端连接于所述电感第二线圈l2的一端；所述第一二极管d1的负极连接于所述第二电容c2的一端，所述第二电容c2的另一端连接于所述电感第二线圈l2的另外一端，所述第二二极管d2的正极连接于所述第二电容c2的另一端及所述升压模块1的负输入端，所述第二二极管d2的负极连接所述第一二极管d1的正极。
[0054]
如图1
‑
图2所示，所述控制电源模块5连接所述控制电源辅助模块4的输出端，基于所述控制电源辅助模块4的输出信号产生所述控制模块6的工作电压。
[0055]
具体地，本实施例中，所述控制电源模块5为线性稳压器7812，在其他实施例中，所有能将所述控制电源辅助模块4中电压信号转换成所述控制模块6可使用的电压的电路结构均适用于本发明，在此不一一赘述。
[0056]
如图1
‑
图2所示，所述控制模块6连接所述控制电源模块5的输出端，用于给所述升压模块1、所述逆变模块3及所述负载7提供控制信号。
[0057]
具体地，所述控制模块6发送控制信号至所述第一功率开关管s1及所述第二功率开关管s2的栅极，从而使得所述第一功率开关管s1和所述第二功率开关管s2轮流导通，将所述直流电源vin转换成波纹较小的所述母线电压v
dc
。所述控制模块6还发送控制信号至所述逆变模块3用于将所述母线电压v
dc
转换成可供所述负载7使用的三相电压。所述控制模块6还发送控制信号至所述负载7，进而控制所述负载7进行工作。
[0058]
工作原理：本实施例以所述电感第一线圈l1连接所述直流电源vin相连的一端与所述电感第二线圈l2连接所述第二二极管d2正极相连的一端为同名端为例。所述升压模块1工作时，当所述第一功率开关管s1导通，所述第二功率开关管s2断开时，所述直流电源vin、所述电感第一线圈l1及所述第一功率开关管s1形成回路，所述电感第一线圈l1两端的电压等于所述直流电源vin的电压，此时所述电感第一线圈l1两端的电压为所述电感第一
线圈l1与所述直流电源vin相连的一端为正，另一端为负。所述电感第二线圈l2与所述电感第一线圈l1互感使得所述电感第二线圈l2内产生相应的感应电压形成电压源，此时所述电感第二线圈l2两端的电压为所述电感第二线圈l2与所述第二二极管d2正极连接的一端为正，另一端为负；从而使得所述第二二极管d2导通给所述第一电容c1充电，则所述第一电容c1的电压为所述电感第二线圈l2通过互感得到的电压。
[0059]
记此时所述电感第二线圈l2两端的电压为第一电压，所述第一电压满足公式：
[0060][0061]
其中，ns为所述电感第二线圈l2的匝数，np为所述电感第一线圈l1的匝数，vns为所述第一电压。
[0062]
记此时所述第一电容c1两端的电压为v
c1
，则：
[0063][0064]
当所述第二功率开关管s2导通，所述第一功率开关管s1断开时，所述直流电源vin、所述电感第一线圈l1、所述第二功率开关管s2及所述第三电容c3形成回路，此时，所述电感第一线圈l1上的电压为v
dc
‑
vin，且所述电感第一线圈l1两端的电压为所述电感第一线圈l1与所述直流电源vin正极连接的一端为负，另一端为正；所述电感第二线圈l2与所述电感第一线圈l1互感使得所述电感第二线圈l2产生相应的感应电压，此时所述电感第二线圈l2两端的电压为所述电感第二线圈l2与所述第二二极管d2正极连接的一端为负，另一端为正，并且与所述第一电容c1串联形成电压源，从而使得所述第一二极管d1导通给所述第二电容c2充电，则所述第二电容c2的电压为所述电感第二线圈l2通过互感得到的电压与所述第一电容c1的电压之和。
[0065]
记此时所述电感第二线圈l2两端的电压为第二电压，所述第二电压满足公式：
[0066][0067]
其中，v’ns为所述第二电压。
[0068]
记此时所述第二电容c2两端的电压为v
c2
，则：
[0069][0070]
从公式可以看出vaux的值只取决于所述母线电压v
dc
和两组线圈的匝数比(ns/np)，而不受所述直流电源vin的波动影响。
[0071]
需要说明的是，在实际的使用中，所述电感第一线圈l1及所述电感第二线圈l2同名端还可以在同侧，即所述电感第一线圈l1连接所述直流电源vin相连的一端与所述电感第二线圈l2连接所述第一电容c1相连的一端为同名端。所述升压模块1工作时，当所述第一功率开关管s1断开，所述第二功率开关管s2导通时，所述第一电容c1两端的电压也即为所述电感第二线圈l2两端的电压；当所述第一功率开关管s1导通，所述第二功率开关管s2断
开时，所述第二电容c2两端的电压为所述电感第二线圈l2两端的电压与所述第一电容c1两端的电压之和。具体的工作原理不再一一赘述，跟上文类似。
[0072]
实施例二
[0073]
如图1及图3所示，本实施例提供一种车载电源电路，与实施例一的不同在于，所述车载电源电路还包括第三二极管d3、第四二极管d4、第三功率开关管qa及电阻r。
[0074]
具体地，所述第三二极管d3的正极和所述控制电源辅助模块4的正输出端相连接，负极和所述第四二极管d4的负极连接；所述第四二极管d4的正极连接于所述第三功率开关管qa的漏极；所述第三功率开关管qa的源极连接于所述直流电源vin的负极，所述第三功率开关管qa的栅极连接于所述第四二极管d4的负极；所述电阻r的一端连所述直流电源vin的正极，另一端连接所述第三功率开关管qa的栅极。
[0075]
更具体地，在本实施例中，所述车载电源电路还包括第四电容c4及第五电容c5，所述第四电容c4的一端连接所述直流电源vin的正极，另一端连接所述直流电源vin的负极；所述第五电容c5的一端连接所述升压模块1的正输入端，另一端连接所述第四二极管d4的正极及所述升压模块1的负输入端。
[0076]
需要说明的是，在本实施例中，所述第三功率开关管qa为mosfet管，所述第四二极管d4为稳压二极管。在其他实施例中，可根据实际需要来选择器件类型，在此不一一赘述。
[0077]
更具体地，所述第三功率开关管qa具有防反接的功能。所述直流电源vin正接且电压正常时，所述第三功率开关管qa导通，系统正常工作；所述直流电源vin反接时，所述第三功率开关管qa关断，系统不工作。
[0078]
更具体的，当vin较低而系统功率较大时，若没有本技术的控制电源辅助模块4，则第三功率开关管qa的驱动电压不足，而根据mosfet管的特性，驱动电压与导通电阻成反比，使得第三功率开关管qa的导通电阻较大，从而导致其功率损耗较大。而本技术增加了控制电源辅助模块4，采用不受vin波动影响的vaux来驱动第三功率开关管qa，则可以保证较高的驱动电压，使得第三功率开关管qa的导通电阻较小，从而减小其功率损耗。
[0079]
综上所述，本发明提供一种车载电源电路，包括升压模块、储能模块、逆变模块、控制电源辅助模块、控制电源模块及控制模块；所述升压模块接收直流电源，用于将所述直流电源转换为母线电压；所述储能模块连接于所述升压模块的输出端，用于稳定所述母线电压；所述逆变模块连接于所述储能模块，用于将所述母线电压转换为交流电压并驱动负载；所述控制电源辅助模块从所述升压模块的电感第一线圈中获取电源，产生所述控制电源模块的输入电压；所述控制电源模块连接所述控制电源辅助模块的输出端，基于所述控制电源辅助模块的输出电压产生所述控制模块的工作电压；所述控制模块连接所述控制电源模块的输出端，用于给所述升压模块、所述逆变模块及负载提供控制信号。首先，本发明中设置控制电源辅助模块，使得控制电源模块的输入电压只取决于母线电压和两组线圈的匝数比(ns/np)，而不受直流电源的波动影响；应用于负载功率较大的场合或者车载电池输出电源波动较大时，能够获得稳定的控制电路工作电压，系统稳定性高，损耗较小；其次，本发明中设置第三功率开光管，使得电路具有防反接功能，并且采用控制电源辅助模块的输出电压来驱动第三功率开关管，则可以保证较高的驱动电压，使得第三功率开关管的导通电阻较小，从而减小其功率损耗；最后，本发明中第一功率开关管、第二功率开关管均采用mosfet管，并与电感第一线圈构成同步boost变换器，系统工作效率高，且在轻载或者满载
的情况下都可以工作在电流连续模式下。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0080]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。