[發明專利]一種用于電動汽車DC/DC轉換器的高性能軟開關

無效

• 申請號: 201110328857.2
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102437723A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 廖中華;金啟前;由毅;吳成明;趙福全
• 申請（專利權）人: 浙江吉利汽車研究院有限公司;浙江吉利控股集團有限公司
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36
• 代理公司: 臺州市方圓專利事務所 33107
• 代理人: 張智平

技術領域

本發明屬于汽車軟開關技術領域，涉及一種用于電動汽車DC/DC轉換器的高性能軟開關。

背景技術

在電動汽車中，DC/DC轉換器是必不可少的部件，它是轉變輸入電壓后有效輸出需求電壓的電壓轉換器，具有保障車載低壓蓄電池正常供電的作用，當車載低壓蓄電池虧電時，車輛通過它將動力電池中的電能充入車載低壓蓄電池中，保障車輛低壓電子器件的正常工作。由于車載低壓蓄電池工作頻繁，使得DC/DC也必須頻繁開啟與關閉，但受開關管的導通和關斷損耗影響，從而導致DC/DC變換部分經常損壞。

目前大部分DC/DC產品采用的都是硬開關或零電壓軟開關，硬開關DC/DC變換器是利用2個IGBT輪流切換，在高頻變壓器一次側產生高頻矩形交變電壓，帶中心抽頭的二次側繞組輸出的電壓經二極管再次整流后輸出直流電壓，這種方法很容易導致開關損耗很大，且容易損壞DC/DC變換部分。零電壓軟開關在超前臂的開關控制比較容易，但是它在滯后臂則難以實現，它雖然能在一定程度上減少開關的損耗但效果并不明顯。

IGBT即為絕緣柵雙極型晶體管，由雙極型三極管和絕緣柵型場效應管組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點，且驅動功率小而飽和壓降低。

中國專利文獻公開了專利號為94113331.1的脈沖寬度調制與零電流零電壓諧振開關聯合控制逆變方法，該方法內的軟開關利用全橋逆變回路中的負載及線路寄生電感、電容在開關過程中形成電壓和電流的諧振，采用電流過零時關斷開關器件，電壓為零時開通開關器件，該發明一定程度上減少了開關管的損耗，但同時存在幾點不足：1、該發明在零電流零電壓開關斷開關器件時開關比較單一，超前臂和超后臂的控制過程，導致該軟開關的實現范圍較窄；2、零電流控制在滯后臂上不容易實現。3、該全橋開關電路在整個移相控制過程中調整死區時間，從而使得轉換器的輸出不夠可靠。

發明內容

本發明針對現有的技術存在上述問題，提出了一種用于電動汽車DC/DC轉換器的高性能軟開關，本發明通過零電壓零電流的雙閉環恒壓控制方式降低DC/DC中開關的損耗，可在寬范圍內實現軟開關。

本發明通過下列技術方案來實現：包括分別依次連接的控制模塊、驅動模塊、包括四個開關管IGBT的開關網絡、變壓模塊和濾波整流模塊，濾波整流模塊輸出端與控制模塊之間連接的反饋模塊，所述的反饋模塊用于采樣輸出端負載上的電壓V₂并進行衰減且輸出給控制模塊，所述的控制模塊用于根據反饋模塊的采集信號比較放大后分別輸出四路不同相位的觸發脈沖控制驅動模塊驅動四個開關管IGBT的通斷工作，所述的四個開關管IGBT在觸發脈沖控制下間隔導通和關斷，其中兩個開關管IGBT構成超前臂，另外兩個開關管IGBT構成滯后臂，且在關斷和導通過程超前臂與滯后臂之間形成重疊角。

電路接通電源，控制模塊實時接收反饋模塊采集的電路輸出端電壓和電流等采樣數據，衰減后的采樣數據與設定值進行比較放大后輸出特定寬度的觸發脈沖，控制模塊輸出特定寬度和不同相位的觸發脈沖給驅動電路，驅動電路驅動四個開關管IGBT分別在不同的時刻進行關斷和導通，同時DC/DC輸入電壓經開關管的關斷和導通制造的重疊角來控制輸出電壓，輸出電壓經變壓模塊和整流模塊變壓整流后輸出平滑的電流給負載。

在上述的用于電動汽車DC/DC轉換器的高性能軟開關中，所述的控制模塊包括連接有外圍電路的PWM主控制器UC2875和保護單元，上述的反饋模塊與PWM主控制器之間連接運放單元。反饋模塊采集數據經運放單元進行比較放大后由PWM主控制器控制輸出觸發脈沖。

在上述的用于電動汽車DC/DC轉換器的高性能軟開關中，所述的保護單元包括UC2875內部設置的短路保護和過流保護電路，所述的過流保護電路連接UC2875的C/S腳。當UC2875的C/S腳電壓大于2.5V時，UC2875關閉輸出動作進行重啟動，以消除過流對電路的沖擊。

在上述的用于電動汽車DC/DC轉換器的高性能軟開關中，所述的運放單元包括一個外置運算放大器和UC2875內置運算放大器，所述的外置運算放大器的負輸入端與反饋模塊通過電阻連接，正輸入端連接一個電壓環的定值電壓，輸出端連接UC2875的ea+腳，外置運算放大器的輸出端與負輸出端串聯一個電阻和一個電容；UC2875芯片中的ea+腳、ea-腳和ea/out腳分別為UC2875內置運算放大器的正負輸入端和輸出端，UC2875內置運算放大器正負輸入端分別連接有電阻。