本公開(kāi)實(shí)施例涉及一種用于直流(dc)-dc轉(zhuǎn)換器的預(yù)充電電路、在第一電源和第二電源之間轉(zhuǎn)換電壓的直流dc-dc轉(zhuǎn)換器以及包括該dc-dc轉(zhuǎn)換器的混合動(dòng)力汽車。

背景技術(shù)：

在混合動(dòng)力汽車中，為了利用諸如電動(dòng)壓縮機(jī)、電加熱器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)泵等高電力負(fù)載，定義額外的48v電池系統(tǒng)級(jí)別。在該48v電池系統(tǒng)與14v電池系統(tǒng)之間需要布置dc-dc轉(zhuǎn)換器。

圖1示出在48v電池系統(tǒng)與14v電池系統(tǒng)之間連接dc-dc轉(zhuǎn)換器的示意圖，其中，單元1和單元2是dc-dc轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)主電路。在該電路連接中，當(dāng)在電容器c2上沒(méi)有電壓時(shí)如果接通開(kāi)關(guān)s1，則會(huì)發(fā)生電弧放電效應(yīng)。為了盡可能地減少該電弧放電效應(yīng)，通常需要預(yù)充電功能，即首先將電容器c2從0v預(yù)充電到48v，然后再接通開(kāi)關(guān)s1來(lái)開(kāi)始傳遞電力。

c2的預(yù)充電過(guò)程分為兩個(gè)階段，在第一階段中，c1和c2被從0v充電到14v；并且在第二階段中，c2被繼續(xù)充電到48v。對(duì)于第一階段，當(dāng)c1和c2上的電壓為0v時(shí)如果導(dǎo)通安全mosfet，則會(huì)發(fā)生勵(lì)磁涌流的問(wèn)題，由于其安全運(yùn)行區(qū)(safetyoperationarea，soa)的限制，該勵(lì)磁涌流對(duì)于安全mosfet是非常危險(xiǎn)的。

因此，需要一種在c2的預(yù)充電過(guò)程的第一階段中能夠限制勵(lì)磁涌流的機(jī)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例，提供一種用于直流dc-dc轉(zhuǎn)換器的預(yù)充電電路，包括：輔助電源產(chǎn)生部件，連接到第一電源，被配置為產(chǎn)生輔助電源；恒流源電路，被配置為基于所述輔助電源向外部提供充電電流；以及開(kāi)關(guān)部件，連接在輔助電源產(chǎn)生部件和恒流源電路之間，其中，所述恒流源電路的輸出 端連接到dc-dc轉(zhuǎn)換器的安全器件。

在一個(gè)例子中，所述輔助電源產(chǎn)生部件包括半波整流電路，并且所述輔助電源的參考地是所述第一電源的正極端。

在一個(gè)例子中，所述半波整流電路包括：浮置繞組，該浮置繞組的第一端連接到第一電源，且第二端連接到第一二極管的陰極；第一二極管，該第一二極管的陽(yáng)極連接到所述開(kāi)關(guān)部件；和電容器，連接在浮置繞組的第一端和第一二極管的陽(yáng)極之間。

在一個(gè)例子中，所述輔助電源產(chǎn)生部件是反激式轉(zhuǎn)換器的次級(jí)部分，并且所述反激式轉(zhuǎn)換器的初級(jí)部分連接到所述第一電源。

在一個(gè)例子中，所述恒流源電路包括：第一電阻器，第一端連接到所述開(kāi)關(guān)部件，且第二端連接到第一晶體管的控制端；第二電阻器，第一端連接到所述第一晶體管的第二端，且第二電阻器的第二端連接到第二晶體管的控制端；第三電阻器，第一端連接到所述第一晶體管的第二端，且第二端作為所述恒流源電路的輸出端連接到所述安全器件；第一晶體管，第一端連接到所述第一電阻器的第一端；和第二晶體管，第一端連接到所述第一電阻器的第二端，且該第二晶體管的第二端連接到所述第三電阻器的第二端。

在一個(gè)例子中，所述開(kāi)關(guān)部件包括：第三晶體管，第一端連接到所述恒流源電路，第二端連接到所述輔助電源產(chǎn)生部件，且控制端連接到第一控制信號(hào)；第四晶體管，第二端連接到參考地，且控制端連接到第二控制信號(hào)；和第四電阻器和第五電阻器，串聯(lián)連接在第三晶體管的第二端與第四晶體管的第一端之間。

在一個(gè)例子中，所述安全器件包括兩個(gè)共源極安全金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管mosfet，并且恒流源電路的輸出端連接到所述兩個(gè)安全mosfet的中點(diǎn)。

在一個(gè)例子中，所述第一晶體管和第二晶體管是npn型三極管，所述第三晶體管是pmos晶體管，且所述第四晶體管是nmos晶體管。

根據(jù)本公開(kāi)另一個(gè)實(shí)施例，提供一種被配置為在第一電源和第二電源之間轉(zhuǎn)換電壓的直流dc-dc轉(zhuǎn)換器，包括：第一端口，被配置為連接到第一電源；第二端口，被配置為連接到第二電源；轉(zhuǎn)換部件，連接在第一端口和第二端口之間；第一電容器(c1)，連接在第一端口和地之間，所述地被配置為連接到第一電源的負(fù)極引腳和第二電源的負(fù)極引腳；第二電容器(c2)，連接 在第二端口和地之間；以及安全器件，連接到第一端口，并被配置為連接到第一電源和如前所述的預(yù)充電電路，其中，通過(guò)所述預(yù)充電電路來(lái)對(duì)所述第一電容器進(jìn)行預(yù)充電。

在一個(gè)例子中，所述安全器件包括兩個(gè)共源極安全金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管mosfet，并且所述預(yù)充電電路連接到所述兩個(gè)安全mosfet的中點(diǎn)

根據(jù)本公開(kāi)再一個(gè)實(shí)施例，還提供一種包括如前所述的dc-dc轉(zhuǎn)換器的混合動(dòng)力汽車。

因此，根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的預(yù)充電電路包括恒流源電路，能夠減小充電時(shí)的最大電流，從而解決勵(lì)磁涌流的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下借助附圖的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地理解本發(fā)明，其中相同的標(biāo)號(hào)指定相同結(jié)構(gòu)的單元，并且在其中：

圖1示出在48v電池系統(tǒng)與14v電池系統(tǒng)之間連接dc-dc轉(zhuǎn)換器的示意圖；

圖2示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的用于dc-dc轉(zhuǎn)換器的預(yù)充電電路的示意性框圖；

圖3示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的預(yù)充電電路與dc-dc轉(zhuǎn)換器的具體電路的示意圖；并且

圖4示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖2示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的用于dc-dc轉(zhuǎn)換器的預(yù)充電電路200的示意性框圖。

如圖2中所示，預(yù)充電電路200包括輔助電源產(chǎn)生部件201、恒流源電路202和開(kāi)關(guān)部件203。

輔助電源產(chǎn)生部件201連接到第一電源，例如14v，被配置為產(chǎn)生輔助電源。恒流源電路202被配置為基于輔助電源向外部提供充電電流。開(kāi)關(guān)部件203連接在輔助電源產(chǎn)生部件201和恒流源電路202之間。其中，恒流源電路202的輸出端連接到dc-dc轉(zhuǎn)換器的安全器件。

因此，根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的預(yù)充電電路包括恒流源電路，能夠減小充電時(shí)的最大電流，從而解決勵(lì)磁涌流的問(wèn)題。

圖3示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的預(yù)充電電路與dc-dc轉(zhuǎn)換器的具體電路的示意圖。

如圖3中所示，輔助電源產(chǎn)生部件201可以包括半波整流電路，并且輔助電源的參考地是第一電源(14v)的正極端。

半波整流電路可以包括浮置繞組、第一二極管d1和電容器c3。

浮置繞組的第一端連接到第一電源，且第二端連接到第一二極管d1的陰極。第一二極管d1的陽(yáng)極連接到開(kāi)關(guān)部件203。電容器c3連接在浮置繞組的第一端和第一二極管d1的陽(yáng)極之間。

如圖3中所示，輔助電源產(chǎn)生部件201可以是反激式轉(zhuǎn)換器的次級(jí)部分，并且反激式轉(zhuǎn)換器的初級(jí)部分連接到所述第一電源(14v)。輔助電源產(chǎn)生部件201從反激式轉(zhuǎn)換器的初級(jí)部分汲取電力，以便提供輔助電源。也就是說(shuō)，反激式轉(zhuǎn)換器的初級(jí)部分從第一電源14v汲取電力，以便向輔助電源產(chǎn)生部件201提供能量，以便傳遞輔助電源。

輔助電源產(chǎn)生部件201基于第一電源(14v)可以產(chǎn)生15v/p14v的假電壓信號(hào)，該假電壓信號(hào)相對(duì)于地的電壓可以為15v+14v＝29v。利用該輔助電源產(chǎn)生部件201，電容器c1可以被充電到等于第一電源的電壓，即14v。否則，由14v電池系統(tǒng)直接對(duì)c1和c2充電，但是由于恒流源電路202上的壓降，當(dāng)?shù)谝浑A段結(jié)束時(shí)，c1的電壓不能達(dá)到第一電源的電壓，以致當(dāng)導(dǎo)通安全器件時(shí)仍然會(huì)發(fā)生勵(lì)磁涌流的問(wèn)題。

恒流源電路202可以包括第一電阻器r1、第二電阻器r2、第三電阻器r3、第一晶體管q1和第二晶體管q2。

第一電阻器r1的第一端連接到開(kāi)關(guān)部件202，且第二端連接到第一晶體管q1的控制端。第二電阻器r2的第一端連接到第一晶體管q1的第二端，且第二電阻器r2的第二端連接到第二晶體管q2的控制端。第三電阻器r3的第一端連接到第一晶體管q1的第二端，且第二端作為恒流源電路202的 輸出端連接到安全器件。第一晶體管q1的第一端連接到第一電阻器r1的第一端。第二晶體管q2的第一端連接到第一電阻器r1的第二端，且該第二晶體管q2的第二端連接到第三電阻器r3的第二端。

安全器件可以包括兩個(gè)共源極安全金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管mosfet，并且恒流源電路203的輸出端連接到所述兩個(gè)共源極安全mosfet的中點(diǎn)，即源極。兩個(gè)安全mosfet可以是n型mosfet。

在預(yù)充電期間，通過(guò)第三電阻器r3將流過(guò)恒流源電路202的電流的量限制到可接受的級(jí)別，例如，r3可以為5.1ω，恒流源電路202的輸出電流將被限制在0.7v/5.1ω＝137ma。第一晶體管q1可以為sot223封裝，使得可以根據(jù)充電電流值來(lái)計(jì)算第三電阻器r3上的功率損失和耗散量，并選擇適合r3的封裝，例如，r3上的功率損耗約為96mw，選擇0805封裝的貼片電阻即可。恒流源電路203的輸出端連接到兩個(gè)共源極mosfetq5和q6的源極端，并且充電電流流過(guò)q5和q6的體二極管。稍后將參照附圖詳細(xì)描述充電過(guò)程。

開(kāi)關(guān)部件203可以包括第三晶體管q3、第四晶體管q4、第四電阻器r4和第五電阻器r5。

第三晶體管q3的第一端連接到恒流源電路202，第二端連接到輔助電源產(chǎn)生部件201，且控制端連接到第一控制信號(hào)con1。第四晶體管q4的第二端連接到參考地，且控制端連接到第二控制信號(hào)con2。第四電阻器r4和第五電阻器r5串聯(lián)連接在第三晶體管q3的第二端與第四晶體管q4的第一端之間。

通過(guò)第一控制信號(hào)con1(未示出)和第二控制信號(hào)con2(未示出)來(lái)分別控制作為開(kāi)關(guān)的第三晶體管q3和第四晶體管q4?？梢岳密浖?、硬件或固件來(lái)實(shí)現(xiàn)第一控制信號(hào)con1和第二控制信號(hào)con2。第四電阻器r4和第五電阻器r5上的電壓等于第一電壓的電壓14v加上輔助電源產(chǎn)生部件201所產(chǎn)生的電壓，即15v+14v＝29v。當(dāng)通過(guò)第二控制信號(hào)con2控制第四晶體管q4導(dǎo)通時(shí)，第四電阻器r4和第五電阻器r5確保r4上的電壓不大于第三晶體管q3的最大柵源電壓vgs，并且同時(shí)，還可以限制第四晶體管q4上的電流。zd1是齊納二極管，用于確保第三晶體管q3的柵源電壓vgs不會(huì)超過(guò)其最大耐壓值，起保護(hù)作用。當(dāng)由于泄露電路完成預(yù)充電時(shí)，通過(guò)第二控制信號(hào)con2控制第四晶體管q4截止。

在一個(gè)例子中，第一晶體管q1和第二晶體管q2是npn型三極管，第三晶體管q3是pmos晶體管，且第四晶體管q4是nmos晶體管。

因此，第一晶體管q1和第二晶體管q2的控制端是其基極，第一端是集電極，且第二端是發(fā)射極。第三晶體管q3和第四晶體管q4的控制端是柵極，第一端是源極和漏極中的一個(gè)，且第二端是源極和漏極中的另外一個(gè)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求來(lái)為上述組件選擇任何合適的型號(hào)和具體數(shù)值，而不局限于前述示例。

此外，雖然在圖3中僅示出了單元1和單元2，但是本領(lǐng)域人員應(yīng)當(dāng)明白，dc-dc轉(zhuǎn)換器的主電路的個(gè)數(shù)不限于兩個(gè)，還可以更多或更少。

大多數(shù)預(yù)充電功能是利用串聯(lián)連接的大尺寸開(kāi)關(guān)和電阻器實(shí)現(xiàn)的，這樣的電路具有較短的充電時(shí)間但是成本較高。根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的預(yù)充電電路具有較長(zhǎng)的充電時(shí)間，能夠減少勵(lì)磁涌流，并且成本更低。

此后，將進(jìn)一步參照?qǐng)D3和圖4來(lái)詳細(xì)說(shuō)明具體的充電過(guò)程。

圖4示出根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的時(shí)序圖。

如圖4中所示，在時(shí)刻t1，通過(guò)第二控制信號(hào)con2控制第四晶體管q4導(dǎo)通，c1(圖3)上的電壓從0v逐漸上升，直到等于第一電源的電壓14v為止(時(shí)刻t2)。

在時(shí)刻t1至t2期間，假設(shè)電流從輔助電源產(chǎn)生部件201中包括的浮置繞組(即，反激式轉(zhuǎn)換器的次級(jí)繞組)起開(kāi)始流動(dòng)，依次流過(guò)第一二極管d1、第三晶體管q3、第一晶體管q1、第三電阻器r3、安全mosfetq5的體二極管、c1、第一電源(14v電池系統(tǒng))，最后返回到浮置繞組。

另一方面，當(dāng)電流依次流過(guò)第一二極管d1、第三晶體管q3、第一晶體管q1、第三電阻器r3、安全mosfetq5的體二極管后，除了如上所述流至c1外，電流還分別流過(guò)單元1以及單元2，具體地是分別流過(guò)單元1中的分流電阻器shunt1、電感器l1、第七晶體管q7的體二極管以及單元2中的分流電阻器shunt2、電感器l2、第八晶體管q8的體二極管，最后通過(guò)c2和14v電池系統(tǒng)返回浮置繞組。

在時(shí)刻t2，c1上的電壓等于第一電源的電壓、即14v，然后，由于安全mosfetq6的體二極管的鉗位作用，c1上的電壓不再上升，如圖4中所示。

在時(shí)刻t2時(shí)，c1上的電壓和c2上的電壓都不再上升。此時(shí)，假設(shè)電流仍然從輔助電源產(chǎn)生部件201中包括的浮置繞組起開(kāi)始流動(dòng)，則其依次流過(guò) 第一二極管d1、第三晶體管q3、第一晶體管q1、第三電阻器r3、安全mosfetq6的體二極管，最后返回至浮置繞組。這意味著預(yù)充電過(guò)程的第一階段結(jié)束。

一旦第一階段結(jié)束，則c1上的電壓等于第一電源的電壓14v，而c2上的電壓由于單元1中的第七晶體管q7的體二極管、電感器l1的電阻和分流電阻器shunt1和/或單元2中的第八晶體管q8的體二極管、電感器l2的電阻和分流電阻器shunt2而略低于c1上的電壓，所以兩個(gè)安全mosfetq5、q6可以被安全地導(dǎo)通，消除了勵(lì)磁涌流的問(wèn)題。

在預(yù)充電過(guò)程的第二階段中，利用升壓變壓器將c2從14v快速充電到48v，兩個(gè)安全mosfetq5、q6處于導(dǎo)通狀態(tài)，起到導(dǎo)線的作用。

此外，因?yàn)槔梅至⒌哪M器件來(lái)實(shí)現(xiàn)該預(yù)充電電路，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本低廉。

根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例，參考圖3，還提供一種被配置為在第一電源(例如，14v)和第二電源(例如，48v)之間轉(zhuǎn)換電壓的直流dc-dc轉(zhuǎn)換器，包括第一端口、第二端口、第一電容器(c1)、第二電容器(c2)和安全器件。

第一端口、例如用于第一電源的端口被配置為連接到第一電源(14v)。第二端口、例如用于第二電源的端口被配置為連接到第二電源(48)。轉(zhuǎn)換部件，連接在第一端口和第二端口之間。這里，轉(zhuǎn)換部件是例如單元1和單元2的dc-dc轉(zhuǎn)換器的主電路。第一電容器(c1)連接在第一端口和地之間，地被配置為連接到第一電源的負(fù)極引腳和第二電源的負(fù)極引腳。第二電容器(c2)連接在第二端口和地之間。安全器件連接到第一端口，并被配置為連接到第一電源和如前所述的預(yù)充電電路200。安全器件例如是如圖3中所示的兩個(gè)共源極安全mosfet。

通過(guò)預(yù)充電電路200來(lái)對(duì)所述第一電容器進(jìn)行預(yù)充電。

在一個(gè)例子中，安全器件包括兩個(gè)共源極安全金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管mosfet，并且預(yù)充電電路200連接到所述兩個(gè)安全mosfet的中點(diǎn)。

此外，本公開(kāi)實(shí)施例還提供一種包括如上所述的dc-dc轉(zhuǎn)換器的混合動(dòng)力汽車。

應(yīng)當(dāng)注意的是，為了清楚和簡(jiǎn)明，在圖2和圖3中僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，圖2和圖3中所示出的設(shè)備或器件可以包括其他必要的單元。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。