CN112994174A - 磁集成开关电源转换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种磁集成开关电源转换系统，包括第一开关网络模块、第二开关网络模块、第一整流滤波模块、第二整流滤波模块、整流模块和变压模块；电池充电模式，直流电经第一开关网络模块、变压模块、第一整流滤波模块后给电池充电；给第一设备供电的模式，直流电经第二开关网络模块、变压模块、第二整流滤波模块后给第一设备供电；给第一设备和第二设备供电的模式，直流电经第二开关网络模块、变压模块、第二整流滤波模块给第一设备供电，经整流模块给第二设备供电。本发明中的磁集成开关电源转换系统通过一个变压器实现三合一的工作模式，降低了转换系统的体积，提高汽车空间的利用率，同时在不降低性能的情况下，成本方面同样降低近一半。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车领域，具体涉及一种磁集成开关电源转换系统。
背景技术
在新能源汽车上，OBC、DC/DC转换以及逆变电源模式采用的都是三套独立的电源转换方案，实际工作的时候，三套转换方案都不是满输出工作，三套方案导致整体体积大，汽车空间利用率低，同时成本也高，如何在不降低性能的情况下，降低体积以及成本是需要解决的问题。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种磁集成开关电源转换系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁集成开关电源转换系统，以实现在不降低性能的情况下，降低体积和成本。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种磁集成开关电源转换系统，所述转换系统包括第一开关网络模块、第二开关网络模块、第一整流滤波模块、第二整流滤波模块、整流模块和变压模块；在电池充电模式下，直流电通过第一开关网络模块后经变压模块变压，并经第一整流滤波模块输出稳定的直流电给电池充电；在电池给第一设备供电的模式下，直流电通过第二开关网络模块和变压模块后，并经第二整流滤波模块输出稳定的直流电给第一设备供电；在电池给第一设备和第二设备供电的模式下，直流电通过第二开关网络模块和变压模块后，并经第二整流滤波模块输出稳定的直流电给第一设备供电，同时经整流模块整流成交流电给第二设备供电。
一实施例中，所述变压模块包括变压器、第一谐振电感和第二谐振电感，变压器包括原边绕组和第一副边绕组和第二副边绕组，原边绕组与第一谐振电感串联并与第一开关网络模块的输出端以及整流模块的输入端同时连接，第一副边绕组与第二谐振电感串联并与第二开关模块模块的输出端以及第一整流滤波模块的输入端同时连接，第二副边绕组与第二整流滤波模块的输入端连接。
一实施例中，所述第一开关网络模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的漏极和第三开关管的漏极相连，第一开关管的源极和第二开关管的漏极相连并同时与第一谐振电感连接，第三开关管的源极和第四开关管的漏极相连并同时与原边绕组连接，第二开关管的源极和第四开关管的源极相连。
一实施例中，所述第一整流滤波模块包括第一全桥式整流电路和第一滤波电容，第一全桥式整流电路的输出端并联连接第一滤波电容的两端。
一实施例中，所述第一全桥式整流电路由4个第一二极管组成。
一实施例中，所述第二整流滤波模块包括第二全桥式整流电路和第二滤波电容，第二全桥式整流电路的输出端并联连接第二滤波电容的两端。
一实施例中，所述第二全桥式整流电路为由2个第二二极管组成的中心抽头式全桥整流电路。
一实施例中，所述第二开关网络模块包括第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，第五开关管的漏极和第七开关管的漏极连接，第五开关管的源极与第六开关管的漏极连接同时与第二谐振电感连接，第七开关管的源极与第八开关管的漏极连接同时与第一副边绕组连接，第八开关管的源极与第六开关管的源极连接。
一实施例中，所述整流模块为由4个第三二极管组成的全桥整流电路。
一实施例中，在所述电池充电模式下，直流电通过第一开关网络模块后经变压模块变压后，同时经第二整流滤波模块整流成稳定的直流电给第一设备供电。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明中的磁集成开关电源转换系统通过采用一个变压器实现三合一的工作模式，降低了转换系统的体积，提高汽车空间的利用率，同时在不降低性能的情况下，成本方面同样降低近一半。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中磁集成开关电源转换系统的系统原理图；
图2为本发明实施例一中变压模块的电路原理图；
图3为本发明实施例一中在电池充电模式下的电路原理图；
图4为本发明实施例一中在电池给第一设备供电的模式下的电路原理图；
图5为本发明实施例一中在电池给第一设备和第二设备供电的模式下的电路原理图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明公开了一种磁集成开关电源转换系统，包括第一开关网络模块、第二开关网络模块、第一整流滤波模块、第二整流滤波模块、整流模块和变压模块；在电池充电模式下，直流电通过第一开关网络模块后经变压模块变压，并经第一整流滤波模块输出稳定的直流电给电池充电；在电池给第一设备供电的模式下，直流电通过第二开关网络模块和变压模块后，并经第二整流滤波模块输出稳定的直流电给第一设备供电；在电池给第一设备和第二设备供电的模式下，直流电通过第二开关网络模块和变压模块后，并经第二整流滤波模块输出稳定的直流电给第一设备供电，同时经整流模块整流成交流电给第二设备供电。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：
参图1所示，一种磁集成开关电源转换系统，包括第一开关网络模块100、变压模块200、第一整流滤波模块300、第二开关网络模块400、第二整流滤波模块500和整流模块600，第一开关网络模块100具有与车载充电器(OBC)连接的第一输入端Vin1，第一整流滤波模块300具有与电池10连接的第一高压输出端HVout1，第二开关网络模块400具有与电池10连接的第二输入端Vin2，第二整流滤波模块500具有与第一设备20连接的低压输出端LVout，整流模块600具有与第二设备30连接的第二高压输出端HVout2。
在电池10充电模式下，交流电经车载充电器(OBC)输出直流电并通过第一开关网络模块100后经变压模块200变压，并经第一整流滤波模块300输出稳定的直流电给电池10充电，同时经第二整流滤波模块500整流成稳定的直流电给第一设备20供电，第一设备20为各种车载直流低压设备。
在电池10给第一设备20供电的模式下，电池10发出的直流电通过第二开关网络模块400和变压模块200后，并经第二整流滤波模块500输出稳定的直流电给第一设备20供电。
在电池10给第一设备20和第二设备30供电的模式下，直流电通过第二开关网络模块400和变压模块200后，并经第二整流滤波模块500输出稳定的直流电给第一设备20供电，同时经整流模块600整流成交流电给第二设备30供电，第二设备30为车载冰箱、笔记本电脑等交流电220V的用电设备。
参图2所示，变压模块200包括变压器、第一谐振电感Lr1和第二谐振电感Lr2，第一谐振电感Lr1两端为第一连接端1和第二连接端2，第二谐振电感Lr2两端为第五连接端5和第六连接端6，变压器包括原边绕组N1和第一副边绕组N2和第二副边绕组N3、N4，原边绕组N1两端为第三连接端3和第四连接端4，第二副边绕组N3、N4呈中心抽头式，第二副边绕组N3、N4具有第九连接端9、第十连接端10和第十一连接端11，原边绕组N1与第一谐振电感Lr1串联并与第一开关网络模块100的输出端以及整流模块600的输入端同时连接，第一连接端1与第三连接端3为同名端，第二连接端2和第三连接端3相连，第一连接端1和第四连接端4与第一开关网络模块100的输出端以及整流模块600的输入端连接，第一副边绕组N2与第二谐振电感Lr2串联并与第二开关网络模块400的输出端以及第一整流滤波模块300的输入端同时连接，第六连接端6与第七连接端7连接，第五连接端5与第七连接端7为同名端，第五连接端5和第八连接端8与第二开关网络模块400的输出端以及第一整流滤波模块300的输入端同时连接，第二副边绕组N3、N4与第二整流滤波模块500的输入端连接，第九连接端9、第十连接端10和第十一连接端11与第二整流滤波模块500的输入端连接。
本实施例中，变压器分时段工作，工作于车载充电器(OBC)给电池10进行充电的模式、电池10给低压直流车载设备供电的模式(DC/DC)以及电池10给低压直流车载设备以及交流车载设备供电的模式，变压器集成了第一谐振电感Lr1和第二谐振电感Lr2，实现变压器的双向工作。
参图3所示，第一开关网络模块100包括第一开关管T11、第二开关管T12、第三开关管T13和第四开关管T14，第一开关管T11、第二开关管T12、第三开关管T13和第四开关管T14均为P沟道mos管，第一开关管T11的漏极和第三开关管T13的漏极相连并引出第一输入端Vin1的正极端，第一开关管T11的源极和第二开关管T12的漏极相连并同时与第一谐振电感Lr1的第一连接端1连接，第三开关管T13的源极和第四开关管T14的漏极相连并同时与原边绕组N1的第四连接端4连接，第二开关管T12的源极和第四开关管T14的源极相连并引出第一输入端Vin1的负极端，第一输入端Vin1与车载充电器(OBC)连接。
参图3所示，第一开关管T11的漏极和源极之间并联有第一寄生二极管Dt1和第一寄生电容Ct1，第二开关管T12的漏极和源极之间并联有第二寄生二极管Dt2和第二寄生电容Ct2，第三开关管T13的漏极和源极之间并联有第三寄生二极管Dt3和第三寄生电容Ct3，第四开关管T14的漏极和源极之间并联有第四寄生二极管Dt4和第四寄生电容Ct4。
参图3所示，第一整流滤波模块300包括第一全桥式整流电路和第一滤波电容C1，第一全桥式整流电路的输入端与第五连接端5和第八连接端8连接，第一全桥式整流电路的输出端并联连接第一滤波电容C1的两端同时引出第一高压输出端HV out1的正、负极端，第一全桥式整流电路由4个第一二极管D1组成。
参图3所示，第二整流滤波模块500包括第二全桥式整流电路和第二滤波电容C2，第二全桥式整流电路的输入端与第九连接端9、第十连接端10和第十一连接端11，第二全桥式整流电路的输出端并联连接第二滤波电容C2的两端同时引出低压输出端LV out的正、负极端，第二全桥式整流电路为由2个第二二极管D2组成的中心抽头式全桥整流电路。
参图3所示，变压器工作于车载充电器(OBC)给电池10进行充电的模式下，原边绕组N1作为原边输入，Lr1为第一谐振电感，第一副边绕组N2作为高压输出提供满载电池10充电功率，同时第二副边绕组N3、N4作为低压直流输出，以正常负载20％的功率进行输出，在变压器工作于该工作时间时，绕组N2、N3、N4全部作为副边绕组进行输出。
参图4所示，第二开关网络模块400包括第五开关管T21、第六开关管T22、第七开关管T23和第八开关管T24，第五开关管T21、第六开关管T22、第七开关管T23和第八开关管T24均为P沟道mos管，第五开关管T21的漏极和第七开关管T23的漏极连接同时引出第二输入端Vin2的正极端，第五开关管T21的源极与第六开关管T22的漏极连接同时与第二谐振电感Lr2的第五连接端5连接，第七开关管T23的源极与第八开关管T24的漏极连接同时与第一副边绕组N2的第八连接端8连接，第八开关管T24的源极与第六开关管T22的源极连接同时引出第二输入端Vin2的负极端。
参图4所示，第五开关管T21的漏极和源极之间并联有第五寄生二极管Dt5和第五寄生电容Ct5，第六开关管T22的漏极和源极之间并联有第六寄生二极管Dt6和第六寄生电容Ct6，第七开关管T23的漏极和源极之间并联有第七寄生二极管Dt7和第七寄生电容Ct7，第八开关管T24的漏极和源极之间并联有第四寄生二极管Dt8和第四寄生电容Ct8。
参图4所示，变压器工作于电池10给低压直流车载设备供电的模式(DC/DC)下，由电池10供电，第一副边绕组N2作为变压器的原边输入绕组，Lr2作为变压器工作的谐振电感，第二副边绕组N3，N4则全功率工作，满足各种车载直流低压设备的供给。
参图5所示，整流模块600为由4个第三二极管D3组成的全桥整流电路，全桥整流电路的输出端连接第二高压输出端HVout2的正、负极端，全桥整流电路的输入端连接第一谐振电感Lr1的第一连接端1以及原边绕组N1的第四连接端4。
参图5所示，变压器工作于电池10给低压直流车载设备以及交流车载设备供电的模式下，第一副边绕组N2作为变压器的原边输入绕组，Lr2作为变压器工作的谐振电感，原边绕组N1作为输出绕组并通过逆变调制输出220V的交流工作电压，供常规用电设备使用，例如车载冰箱、笔记本电脑、各类220V供电设备都可以使用，统一市电标准电压，变压器工作时，因为车载低压直流设备需要持续供电，需让第二副边绕组N3、N4作为低压直流输出持续工作。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明中的磁集成开关电源转换系统通过采用一个变压器实现三合一的工作模式，降低了转换系统的体积，提高汽车空间的利用率，同时在不降低性能的情况下，成本方面同样降低近一半。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种磁集成开关电源转换系统，其特征在于，所述转换系统包括第一开关网络模块、第二开关网络模块、第一整流滤波模块、第二整流滤波模块、整流模块和变压模块；在电池充电模式下，直流电通过第一开关网络模块后经变压模块变压，并经第一整流滤波模块输出稳定的直流电给电池充电；在电池给第一设备供电的模式下，直流电通过第二开关网络模块和变压模块后，并经第二整流滤波模块输出稳定的直流电给第一设备供电；在电池给第一设备和第二设备供电的模式下，直流电通过第二开关网络模块和变压模块后，并经第二整流滤波模块输出稳定的直流电给第一设备供电，同时经整流模块整流成交流电给第二设备供电。
2.根据权利要求1所述的磁集成开关电源转换系统，其特征在于，所述变压模块包括变压器、第一谐振电感和第二谐振电感，变压器包括原边绕组和第一副边绕组和第二副边绕组，原边绕组与第一谐振电感串联并与第一开关网络模块的输出端以及整流模块的输入端同时连接，第一副边绕组与第二谐振电感串联并与第二开关网络模块的输出端以及第一整流滤波模块的输入端同时连接，第二副边绕组与第二整流滤波模块的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的磁集成开关电源转换系统，其特征在于，所述第一开关网络模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，第一开关管的漏极和第三开关管的漏极相连，第一开关管的源极和第二开关管的漏极相连并同时与第一谐振电感连接，第三开关管的源极和第四开关管的漏极相连并同时与原边绕组连接，第二开关管的源极和第四开关管的源极相连。
4.根据权利要求2所述的磁集成开关电源转换系统，其特征在于，所述第一整流滤波模块包括第一全桥式整流电路和第一滤波电容，第一全桥式整流电路的输出端并联连接第一滤波电容的两端。
5.根据权利要求4所述的磁集成开关电源转换系统，其特征在于，所述第一全桥式整流电路由4个第一二极管组成。
6.根据权利要求2所述的磁集成开关电源转换系统，其特征在于，所述第二整流滤波模块包括第二全桥式整流电路和第二滤波电容，第二全桥式整流电路的输出端并联连接第二滤波电容的两端。
7.根据权利要求6所述的磁集成开关电源转换系统，其特征在于，所述第二全桥式整流电路为由2个第二二极管组成的中心抽头式全桥整流电路。
8.根据权利要求2所述的磁集成开关电源转换系统，其特征在于，所述第二开关网络模块包括第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，第五开关管的漏极和第七开关管的漏极连接，第五开关管的源极与第六开关管的漏极连接同时与第二谐振电感连接，第七开关管的源极与第八开关管的漏极连接同时与第一副边绕组连接，第八开关管的源极与第六开关管的源极连接。
9.根据权利要求2所述的磁集成开关电源转换系统，其特征在于，所述整流模块为由4个第三二极管组成的全桥整流电路。
10.根据权利要求1所述的磁集成开关电源转换系统，其特征在于，在所述电池充电模式下，直流电通过第一开关网络模块后经变压模块变压后，同时经第二整流滤波模块整流成稳定的直流电给第一设备供电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210618 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |