本發(fā)明涉及高速（高壓）電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，尤其涉及一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的預(yù)充電電路及方法。

背景技術(shù)：

高速（高壓）電動(dòng)汽車電池電壓通常在直流400V以上，電機(jī)的主控制器一般直接接在這個(gè)直流母線上。而由于控制器吸收逆變驅(qū)動(dòng)端紋波電流的需要，通常在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)需要放置幾百微法乃至幾千微法的電容。因此，當(dāng)控制器接入直流電的一瞬間，直流電會(huì)對(duì)電容直接充電，由于電容的等效串聯(lián)阻抗（ESR）通常為幾十個(gè)毫歐級(jí)別，在高壓下會(huì)產(chǎn)生上千安培的瞬時(shí)充電電流，這對(duì)于電池組以及電容等回路均具有一定的破壞影響。

目前，業(yè)界為了消除上述的高沖擊電流影響，一般通常采用直流接觸器等器件來進(jìn)行控制，而直流接觸器則由于體積大且價(jià)格昂貴通常不能夠放置在控制器內(nèi)部而必須外置，由控制器引線出去進(jìn)行控制，是一個(gè)價(jià)格貴，占空間，控制繁瑣的方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種具有自動(dòng)控制功能的預(yù)充電電路及方法，防止產(chǎn)生瞬時(shí)沖擊電流。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種具有自動(dòng)控制功能的預(yù)充電電路，連接在電動(dòng)汽車的電池組和控制器之間，所述控制器用于控制電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)，所述控制器至少包括起濾波作用的主電容和逆變驅(qū)動(dòng)電路，所述預(yù)充電電路包括由反饋二極管、晶閘管主開關(guān)、NTC熱敏電阻組成的并聯(lián)電路，及與之串聯(lián)的感應(yīng)電阻，所述感應(yīng)電阻的兩端各具有一個(gè)引出端，所述引出端均接入至一用于控制所述晶閘管主開關(guān)的自動(dòng)控制電路，所述自動(dòng)控制電路的信號(hào)輸出端連接于所述晶閘管主開關(guān)的信號(hào)輸入端。

優(yōu)選的，所述自動(dòng)控制電路包括儀表放大器電路，所述儀表放大器電路的兩個(gè)輸入端分別為所述感應(yīng)電阻的兩個(gè)引出端，所述儀表放大器電路連接于一比較器的負(fù)腳，所述比較器的正腳連接于控制器內(nèi)PCB板載變壓器，所述比較器的輸出腳連接于一光電耦合器，所述光電耦合器的負(fù)邊回路中連接有晶體管，所述晶體管接收PCB板載變壓器的第二電壓，并具有信號(hào)輸出端，所述信號(hào)輸出端連接于所述晶閘管主開關(guān)的信號(hào)輸入端。

優(yōu)選的，所述PCB板載變壓器連接于所述比較器的正腳的第一電壓值是穩(wěn)定的15V。

優(yōu)選的，所述PCB板載變壓器輸出電壓經(jīng)過電阻分壓，作為穩(wěn)定的參考電壓。

優(yōu)選的，所述PCB板載變壓器連接于所述晶體管的第二電壓值是5V。

本發(fā)明的具有自動(dòng)控制功能的預(yù)充電電路，應(yīng)用于電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

本發(fā)明還揭示了一種具有自動(dòng)控制功能的預(yù)充電電路的預(yù)充電方法，包括如下步驟：

首先，電池組通電，通過NTC熱敏電阻對(duì)所述主電容進(jìn)行預(yù)充電；

隨著充電持續(xù)，NTC熱敏電阻受熱導(dǎo)致其阻值變小，則在電壓穩(wěn)定的條件下通過其電流變大，但同時(shí)其兩側(cè)電壓差也減小，充電電流變小，總的充電電流呈緩慢下降趨勢(shì)；

其次，當(dāng)主電容預(yù)充電結(jié)束后，逆變驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)；此時(shí)，感應(yīng)電阻的兩端的引出端之間具有電壓降，該電壓降是隨著電流變化而變動(dòng)；

當(dāng)所述電壓降高于預(yù)定值時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)通光電耦合器，該光電耦合器的負(fù)邊回路中產(chǎn)生電流，使晶體管導(dǎo)通；此時(shí)，PCB板載變壓器輸出電壓通過所述晶體管輸出一個(gè)晶閘管導(dǎo)通信號(hào)，從而打開晶閘管主開關(guān)，使電流通過晶閘管主開關(guān)持續(xù)導(dǎo)通至電動(dòng)汽車逆變驅(qū)動(dòng)電路。

優(yōu)選的，所述預(yù)定值為PCB板載變壓器輸出第一電壓值。

優(yōu)選的，當(dāng)電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)制動(dòng)或減速時(shí)，所述晶閘管主開關(guān)關(guān)閉，電流通過反饋二極管反向?qū)ㄝ斎胫岭姵亟M。

本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：1、晶閘管價(jià)格低廉，尺寸較小，適合在控制器內(nèi)安裝，并且適合在高電壓大電流環(huán)境下工作；2、實(shí)現(xiàn)晶閘管自動(dòng)控制開關(guān)，無需軟件進(jìn)行控制，避免因?yàn)檐浖栴}或回路故障損壞；3、完美實(shí)現(xiàn)控制器的預(yù)充電效果，避免對(duì)電池組以及控制器內(nèi)回路產(chǎn)生沖擊；4、完成作為弱電回路的自動(dòng)控制電路與作為強(qiáng)電回路的電動(dòng)機(jī)控制器回路的完美結(jié)合；5、為反饋能量提供了通道，進(jìn)一步發(fā)揮電動(dòng)汽車節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明：

圖1：本發(fā)明預(yù)充電電路應(yīng)用于電動(dòng)汽車控制器的示意圖；

圖2：圖1中預(yù)充電電路的晶閘管主開關(guān)的自動(dòng)控制電路圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖所示的具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限于本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

本發(fā)明揭示了一種利用晶閘管作為高壓電動(dòng)車控制器緩沖充電回路的方法，其實(shí)現(xiàn)了充電緩沖，自動(dòng)控制晶閘管開通以及能量反饋三個(gè)功能。

如圖1、圖2所示，具有自動(dòng)控制功能的預(yù)充電電路，連接在電動(dòng)汽車的電池組1和控制器之間，所述控制器用于控制電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)8，所述控制器至少包括起濾波作用的主電容6和逆變驅(qū)動(dòng)電路7，所述預(yù)充電電路包括由反饋二極管2、晶閘管主開關(guān)3、NTC熱敏電阻4組成的并聯(lián)電路，及與之串聯(lián)的感應(yīng)電阻5，所述感應(yīng)電阻5的兩端各具有一個(gè)引出端，所述引出端DC+、I+均接入至一用于控制所述晶閘管主開關(guān)3的自動(dòng)控制電路，所述自動(dòng)控制電路的信號(hào)輸出端G連接于所述晶閘管主開關(guān)3的信號(hào)輸入端。優(yōu)選的，所述自動(dòng)控制電路包括儀表放大器電路，所述儀表放大器電路的兩個(gè)輸入端分別為所述感應(yīng)電阻5的兩個(gè)引出端DC+、I+，所述儀表放大器電路連接于一比較器A3-A的負(fù)腳，所述比較器A3-A的正腳通過分壓電阻連接于控制器內(nèi)PCB板載變壓器，所述比較器A3-A的輸出腳連接于一光電耦合器U5，所述光電耦合器U5的負(fù)邊回路中連接有晶體管Q5，所述晶體管Q5接收PCB板載變壓器的第二電壓，并具有信號(hào)輸出端G，所述信號(hào)輸出端G連接于所述晶閘管主開關(guān)3的信號(hào)輸入端。

優(yōu)選的，所述PCB板載變壓器連接于所述比較器A3-A的正腳的第一電壓值是穩(wěn)定的15V。所述PCB板載變壓器輸出電壓經(jīng)過電阻R54、R55分壓，作為穩(wěn)定的參考電壓。所述PCB板載變壓器連接于所述晶體管Q5的第二電壓值是5V。

下面介紹一下本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理。

NTC熱敏電阻4是直接連接電池組1和主電容6的，所以上電時(shí)，電流首先通過NTC熱敏電阻4對(duì)主電容6充電。使用NTC熱敏電阻4的原因在于；NTC熱敏電阻的初始電阻約在幾十歐姆，所以初始充電電流沖擊約為幾十安培，是完全安全的。隨著充電持續(xù)，NTC熱敏電阻受熱其阻值變小，允許電流變大，但同時(shí)兩側(cè)電壓差也減小，充電電流變小，總的充電電流呈緩慢下降趨勢(shì)。而如果采用固定阻值電阻，一則電阻的瞬間耐焦耳值需要很大，價(jià)格昂貴，二則由于受到電壓差下降電流減小這個(gè)唯一因素的影響，充電時(shí)間較長(zhǎng)。這樣，采用NTC熱敏電阻比采用固定阻值電阻大大減小充電時(shí)間而且成本較為低廉。

對(duì)于晶閘管主開關(guān)而言，開通需要滿足以下2個(gè)條件：

a：晶閘管承受正向電壓；

b：流過晶閘管的電流必須滿足一定的維持電流，通常約一百余毫安。

所以，初期電流僅僅通過NTC熱敏電阻4對(duì)主電容6充電，而晶閘管主開關(guān)3不導(dǎo)通。

當(dāng)主電容6預(yù)充電結(jié)束后，逆變驅(qū)動(dòng)電路7啟動(dòng)，需要有較大電流流過預(yù)充電回路；此時(shí)，感應(yīng)電阻5的兩端的引出端DC+、I+之間具有電壓降，該電壓降是隨著電流變化而變動(dòng)。

具體如圖2所示，首先由PCB板載變壓器產(chǎn)生兩組獨(dú)立電壓，分別為+15V/+5V,這個(gè)2個(gè)電壓相對(duì)于DC+產(chǎn)生，所以其值始終保持穩(wěn)定。第一電壓+15V經(jīng)過電阻R54、R55分壓，產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓輸入比較器A3-A的正腳作為參考。

所述感應(yīng)電阻5的兩側(cè)引出2組信號(hào)，分別為引出端DC+和I+，由于有電流流過，在所述感應(yīng)電阻5的兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓降V。相對(duì)于DC+，其電壓降V是隨著電流變化而變動(dòng)的。這個(gè)電壓降V經(jīng)過儀表放大器電路處理后產(chǎn)生一個(gè)比較電壓輸入比較器A3的負(fù)腳。

由于該感應(yīng)電阻5的阻值較?。ㄍǔＴ?0毫歐以內(nèi)），所以其上產(chǎn)生的電壓降也較小，所以本發(fā)明的三個(gè)放大器U21-A、U21-C、U21-D構(gòu)成一個(gè)儀器放大器電路，可以對(duì)微小的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。偵測(cè)信號(hào)可以設(shè)計(jì)在10A左右觸發(fā)回路。

本發(fā)明中，當(dāng)引出端I+低于DC+一定數(shù)值的時(shí)候，比較器翻轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生一個(gè)低電平，使光電耦合器U5導(dǎo)通。光電耦合器U5導(dǎo)通后，其負(fù)邊3,4腳之間產(chǎn)生電流，使晶體管Q5導(dǎo)通，第二電壓+5V通過晶體管Q5從而輸出一個(gè)晶閘管主開關(guān)3的導(dǎo)通信號(hào)G，從而打開晶閘管主開關(guān)3。

本發(fā)明中，晶閘管主開關(guān)3可以被安裝在控制器內(nèi)部，A極接在電池組電壓上，K極可以接在電路板上連接主電容回路，G極連接在電路板上，和上文所說的觸發(fā)信號(hào)連接在一起。反饋二極管和充電電阻NTC皆焊接在電路板上，共同組成一個(gè)預(yù)充電回路。感應(yīng)電阻通常為5~10毫歐的5W左右電阻，在電流較大時(shí)，可以選擇2個(gè)或以上并聯(lián)。主電容6可以選擇鋁電解電容或者薄膜電容，逆變開關(guān)器件多為IGBT模塊。

簡(jiǎn)單來講，本發(fā)明的預(yù)充電方法，包括如下步驟：

首先，電池組通電，通過NTC熱敏電阻4對(duì)所述主電容6進(jìn)行預(yù)充電；

隨著充電持續(xù)，NTC熱敏電阻4受熱導(dǎo)致其阻值變小，則在電壓穩(wěn)定的條件下通過其電流變大，但同時(shí)其兩側(cè)電壓差也減小，充電電流變小，總的充電電流呈緩慢下降趨勢(shì)；

其次，當(dāng)主電容6預(yù)充電結(jié)束后，逆變驅(qū)動(dòng)電路7啟動(dòng)；此時(shí)，感應(yīng)電阻5的兩端的引出端DC+、I+之間具有電壓降，該電壓降是隨著電流變化而變動(dòng)；

當(dāng)所述電壓降高于預(yù)定值時(shí)，比較器A3-A翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)通光電耦合器U5，該光電耦合器U5的負(fù)邊回路中產(chǎn)生電流，使晶體管Q5導(dǎo)通；此時(shí)，PCB板載變壓器輸出電壓通過所述晶體管Q5輸出一個(gè)晶閘管導(dǎo)通信號(hào)G，從而打開晶閘管主開關(guān)3，使電流通過晶閘管主開關(guān)3持續(xù)導(dǎo)通至電動(dòng)汽車逆變驅(qū)動(dòng)電路7。

當(dāng)電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)8制動(dòng)或減速時(shí)，所述晶閘管主開關(guān)3關(guān)閉，電流通過反饋二極管2反向?qū)ㄝ斎胫岭姵亟M1。

本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：1、晶閘管價(jià)格低廉，尺寸較小，適合在控制器內(nèi)安裝，并且適合在高電壓大電流環(huán)境下工作；2、實(shí)現(xiàn)晶閘管自動(dòng)控制開關(guān)，無需軟件進(jìn)行控制，避免因?yàn)檐浖栴}或回路故障損壞；3、完美實(shí)現(xiàn)控制器的預(yù)充電效果，避免對(duì)電池組以及控制器內(nèi)回路產(chǎn)生沖擊；4、完成作為弱電回路的自動(dòng)控制電路與作為強(qiáng)電回路的電動(dòng)機(jī)控制器回路的完美結(jié)合；5、為反饋能量提供了通道，進(jìn)一步發(fā)揮電動(dòng)汽車節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。