本公開實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)換器的混合動力汽車。

背景技術(shù)：

在混合動力汽車中，為了利用諸如電動壓縮機、電加熱器、動力轉(zhuǎn)向和電動泵等高電力負載，定義額外的48v電池系統(tǒng)級別。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)換器的兩個主電路。在該電路連接中，當(dāng)在電容器c2上沒有電壓時如果接通開關(guān)s1，則會發(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，然后再接通開關(guān)s1來開始傳遞電力。

c2的預(yù)充電過程分為兩個階段，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。對于第一階段，當(dāng)c1和c2上的電壓為0v時如果導(dǎo)通安全mosfet，則會發(fā)生勵磁涌流的問題，由于其安全運行區(qū)(safetyoperationarea，soa)的限制，該勵磁涌流對于安全mosfet是非常危險的。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開實施例，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，該第一二極管的陽極連接到所述開關(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極之間。

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

在一個例子中，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。

在一個例子中，所述開關(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；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；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。

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

在一個例子中，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)本公開另一個實施例，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極引腳和第二電源的負極引腳；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，通過所述預(yù)充電電路來對所述第一電容器進行預(yù)充電。

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

根據(jù)本公開再一個實施例，還提供一種包括如前所述的dc-dc轉(zhuǎn)換器的混合動力汽車。

因此，根據(jù)本公開實施例的預(yù)充電電路包括恒流源電路，能夠減小充電時的最大電流，從而解決勵磁涌流的問題。

附圖說明

通過以下借助附圖的詳細描述，將會更容易地理解本發(fā)明，其中相同的標(biāo)號指定相同結(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)本公開實施例的用于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)本公開實施例的預(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)本公開實施例的時序圖。

具體實施方式

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

圖2示出根據(jù)本公開實施例的用于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)本公開實施例的預(yù)充電電路包括恒流源電路，能夠減小充電時的最大電流，從而解決勵磁涌流的問題。

圖3示出根據(jù)本公開實施例的預(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的陽極連接到開關(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)換器的次級部分，并且反激式轉(zhuǎn)換器的初級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)換器的初級部分汲取電力，以便提供輔助電源。也就是說，反激式轉(zhuǎn)換器的初級部分從第一電源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，該假電壓信號相對于地的電壓可以為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，c1的電壓不能達到第一電源的電壓，以致當(dāng)導(dǎo)通安全器件時仍然會發(fā)生勵磁涌流的問題。

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共源極安全金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管mosfet，并且恒流源電路203的輸出端連接到所述兩個共源極安全mosfet的中點，即源極。兩個安全mosfet可以是n型mosfet。

在預(yù)充電期間，通過第三電阻器r3將流過恒流源電路202的電流的量限制到可接受的級別，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)充電電流值來計算第三電阻器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共源極mosfetq5和q6的源極端，并且充電電流流過q5和q6的體二極管。稍后將參照附圖詳細描述充電過程。

開關(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。

通過第一控制信號con1(未示出)和第二控制信號con2(未示出)來分別控制作為開關(guān)的第三晶體管q3和第四晶體管q4?？梢岳密浖⒂布蚬碳韺崿F(xiàn)第一控制信號con1和第二控制信號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)通過第二控制信號con2控制第四晶體管q4導(dǎo)通時，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，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不會超過其最大耐壓值，起保護作用。當(dāng)由于泄露電路完成預(yù)充電時，通過第二控制信號con2控制第四晶體管q4截止。

在一個例子中，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，且第二端是源極和漏極中的另外一個。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)設(shè)計需求來為上述組件選擇任何合適的型號和具體數(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)換器的主電路的個數(shù)不限于兩個，還可以更多或更少。

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

此后，將進一步參照圖3和圖4來詳細說明具體的充電過程。

圖4示出根據(jù)本公開實施例的時序圖。

如圖4中所示，在時刻t1，通過第二控制信號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(時刻t2)。

在時刻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)換器的次級繞組)起開始流動，依次流過第一二極管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，電流還分別流過單元1以及單元2，具體地是分別流過單元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c2和14v電池系統(tǒng)返回浮置繞組。

在時刻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。

在時刻t2時，c1上的電壓和c2上的電壓都不再上升。此時，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始流動，則其依次流過 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，所以兩個安全mosfetq5、q6可以被安全地導(dǎo)通，消除了勵磁涌流的問題。

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

此外，因為利用分立的模擬器件來實現(xiàn)該預(yù)充電電路，所以結(jié)構(gòu)簡單且成本低廉。

根據(jù)本公開實施例，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極引腳和第二電源的負極引腳。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中所示的兩個共源極安全mosfet。

通過預(yù)充電電路200來對所述第一電容器進行預(yù)充電。

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

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

應(yīng)當(dāng)注意的是，為了清楚和簡明，在圖2和圖3中僅示出了與本發(fā)明實施例相關(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)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，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)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。