CN108233721A - 一种低压供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压供电电路。所述低压供电电路包括：开关调节电路、电压转换电路、输出控制电路、高压与低压隔离电路和输出电压反馈电路；开关调节电路包括调节芯片，用于对低压供电电路的输出电压进行过流保护和反馈控制，调整低压供电电路的开关频率，并对低压供电电路进行电路补偿；电压转换电路包括变压器，用于将所述高压电源输出的高压转换为低压；输出控制电路用于控制低压供电电路为电机控制器供电；输出电压反馈电路用于将低压供电电路的输出电压信号反馈给所述开关调节电路；高压与低压隔离电路用于通过变压器将开关调节电路、电压转换电路与输出控制电路、输出电压反馈电路隔离。本发明能够保证控制器更加安全可靠。

Description

一种低压供电电路

技术领域

本发明涉及电机控制器技术领域，特别涉及一种低压供电电路。

背景技术

在汽车动力等领域，控制器作为整车动力的核心部件，其控制安全尤为重要，大都控制器的低压控制供电均由整车低压电池作为供电输入。

现有由于整车的***相对复杂，无法做到百分百的安全可靠，而电机和控制器又在整车上占据十分重要的位置，目前市场上对于驾驶安全都提出了更高的要求，为使产品性能更可靠安全，在控制器内部增加相应措施已必不可少。

发明内容

基于本发明的一个目的，本发明提供了低压供电电路，在控制器的低压供电出现故障时，及时通过控制器内部电路提供控制器所需的低压电源。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种低压供电电路，应用于电机控制器，所述低压供电电路包括：开关调节电路、电压转换电路、输出控制电路、高压与低压隔离电路和输出电压反馈电路；

开关调节电路分别与电机控制器的高压电源、电压转换电路和输出电压反馈电路连接，开关调节电路包括调节芯片，用于对低压供电电路的输出电压进行过流保护和反馈控制，调整低压供电电路的开关频率，并对低压供电电路进行电路补偿；

电压转换电路与输出控制电路连接，电压转换电路包括变压器，用于将所述高压电源输出的高压转换为低压；

输出控制电路，用于控制低压供电电路为电机控制器供电；

输出电压反馈电路分别与所述电压转换电路和所述开关调节电路连接，用于将低压供电电路的输出电压信号反馈给所述开关调节电路；

高压与低压隔离电路，用于通过所述变压器将所述开关调节电路、电压转换电路与所述输出控制电路、输出电压反馈电路隔离。

本发明的有益效果是：本发明在电机控制器内设置低压供电电路作为备用电源，当控制器的低压供电出现故障时，利用控制器内部的低压供电电路对高压电源的输出进行电压转换，为控制器提供供电输，避免电机控制器因供电故障处于失控状态，本发明的低压供电电路利用电机控制器的高压电源作为输入，不需要额外为低压供电电路设计输入电源，而且出于安全控制的目的对高压输入和低压输出进行隔离，保障控制器更加安全可靠。

附图说明

图1为本发明实施例提供的低压供电电路的电路结构框图；

图2为本发明实施例提供的低压供电电路的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种电机控制器内部备用电源设计方案，该备用电源采用由高压转电压的电路设计，该备用电源为反激拓扑开关式电源，配合开关调节电路输出稳定的低压电。本发明实施例是出于控制安全考虑，低压供电异常时，如在备用电源只有在整车低压供电出现故障，无法确保控制器正常供电时，通过备用电源为控制器提供供电输出，确保控制器不会因供电故障出现失控状态，使控制器更加安全、可靠。

图1为本发明实施例提供的低压供电电路的电路结构框图，本实施例的低压供电电路应用于电机控制器，在电机控制器内设置低压供电电路。

如图1所示，本实施例的低压供电电路包括：开关调节电路、电压转换电路、输出控制电路、高压与低压隔离电路和输出电压反馈电路。

其中，开关调节电路分别与电机控制器的高压电源、电压转换电路和输出电压反馈电路连接，开关调节电路包括调节芯片U1，用于对低压供电电路的输出电压进行过流保护和反馈控制，调整低压供电电路的开关频率，并对低压供电电路进行电路补偿；本实施例中的开关调节电路的设计需要根据调节芯片U1的使用特性进行匹配，以保证调节芯片U1可以对输出电压进行过流保护和闭环反馈控制，以及能够调整开关频率和电路补偿，确保输出电压的稳定。

电压转换电路与输出控制电路连接，电压转换电路包括变压器T1，用于将高压电源输出的高压转换为低压，即变压器T1包括输入绕组和输出绕组，输入绕组接收来自电机控制器的高压电源的高压电，经过电压转换处理后，由输出绕组输出低压；本实施例中的电压转换电路包括高压输入支路，高压输入支路连接开关调节电路和变压器T1；本实施例的电压转换电路中各器件需要根据输入电压值选择合适的工作耐压，当输入支路是由金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOS管)组成的开关回路时，可以在变压器T1的输入绕组增加吸收回路，减少噪声干扰。

输出控制电路，用于控制低压供电电路为电机控制器供电；本实施例的输出控制电路可以对低压供电电路的输出支路的导通进行控制，在控制器低压供电正常时，低压供电电路的输出支路不工作，不会增加低压供电电路的负载，此时低压供电电路处于较低功耗状态，当给出输出使能信号EN_PS时，低压供电电路的输出支路才会导通，开始给电机控制器供电。

输出电压反馈电路分别与电压转换电路和开关调节电路连接，用于将低压供电电路的输出电压信号反馈给开关调节电路，提高低压供电电路的供电稳定性。

高压与低压隔离电路，用于通过变压器T1将开关调节电路、电压转换电路与输出控制电路、输出电压反馈电路隔离；本实施例将高压输入和低压输出采用变压器隔离，高低压模块独立工作，不会产生相互串扰，避免因高压供电造成低压控制的危险。

本实施例在电机控制器内设置低压供电电路作为备用电源，在控制器的低压供电出现故障时，利用控制器内部的低压供电电路对高压电源的输出进行电压转换，为控制器提供供电输，避免电机控制器因供电故障处于失控状态，本实施例的低压供电电路利用电机控制器的高压电源作为输入，不需要额外为低压供电电路设计输入电源，而且出于安全控制的目的对高压输入和低压输出进行隔离，保障控制器更加安全可靠。

本实施例的低压供电电路还包括辅助电源电路和高压启动电路。

其中，高压启动电路与开关调节电路连接，用于利用高压电源为低压供电电路提供启动电压和启动电流；本实施例利用高压电源为低压供电电路提供启动电压和电流，不需要单独为调节芯片提供输入电源，本实施例的各高压器件使用时需注意各器件的工作电压，各信号电平配置时可以根据自身使用条件进行调整，具有很强的适用性。

辅助电源电路分别与开关调节电路和电压转换电路连接，用于在开关调节电路工作后为开关调节电路提供供电输入；本实施例在高压输入侧增加一路电源输出，该输出电路主要是在开关调节电路开始工作后，为调节芯片U1提供稳定的供电输入，确保调节芯片U1的供电稳定。

为详细说明本实施例中低压供电电路中各器件之间的连接关系，本实施例结合图2进行说明。

图2为本发明实施例提供的低压供电电路的电路示意图，如图2所示，本实施例中的开关调节电路包括：调节芯片U1、光耦合器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第六电阻R6、第十七电阻R17、第一电容C1、第二电容C2、第八电容C8；其中，图2中示出调节芯片U1具有八个端口，参考图2，端口1为电流采样信号端；端口2为补偿端；端口3为反馈端；端口4为数字地端；端口5为电源地端；端口6为驱动端；端口7为频率配置端；端口8为电压输入端。

其中，开关调节电路的第一电阻R1用于配置低压供电电路的开关频率，第一电阻R1一端连接调节芯片U1的频率配置端，另一端连接第一参考地；

第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2用于为调节芯片U1提供外部补偿控制回路，利用外部补偿控制回路对调节芯片U1进行阻抗反馈调节处理，使调节芯片U1的输出稳定，提高调节芯片U1的控制准确性；第二电阻R2的一端与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端连接第一参考地，第二电阻R2的另一端与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端连接参考地，第二电阻R2与第二电容C2的连接端连接调节芯片U1的补偿端；

光耦合器U2、第六电阻R6、第十七电阻R17和第八电容C8组成反馈支路，光耦合器U2的第一输出端(对应为图2示出的U2的端口3)连接第十七电阻R17的一端，第十七电阻R17的另一端连接第一参考地，光耦合器U2的第二输出端(对应为图2示出的U2的端口4)分别连接第八电容C8的一端、第六电阻R6的一端和调节芯片U1的反馈端，第八电容C8的另一端连接第一参考地，第六电阻R6的另一端连接辅助电源电路，如图2所示，第六电阻R6的另一端连接在第二二极管和第三二极管之间，光耦合器U2的第一输入端(对应为图2示出的U2的端口1)和第二输入端(对应为图2示出的U2的端口2)连接输出电压反馈电路。

参考图2，低压供电电路的高压启动电路包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3、第一三极管Q1、第一二极管D1；其中，第一三极管Q1为MOS管，第一二极管D1为稳压二极管。

其中，高压启动电路中的第三电阻R3和第四电阻R4的一端分别连接高压电源的高压输入端HV+，第三电阻R3的另一端连接第一三极管Q1的栅极端(对应于图2示出的Q1的端口1)和第一二极管D1的一端，第一二极管D1的另一端分别连接第一参考地和第三电容C3的一端，第三电容C3的另一端连接调节芯片U1的电压输入端，第四电阻R4的另一端连接第一三极管Q1的漏极端(对应于图2示出的Q1的端口2)，第一三极管Q1的源极端(对应于图2示出的Q1的端口3)连接调节芯片U1的电压输入端。

高压启动电路上电时，稳压二极管D1给MOS管Q1以提供导通电压，即栅源极电压Vgs，高压电源的高压输入HV+通过第四电阻R4为第三电容C3充电，第三电容C3为调节芯片U1提供启动所需的瞬态启动电流和电压，当调节芯片U1的输入电压(VIN电压)逐渐上升至Vgs＝0时，MOS管Q1由开通趋于完全关断。MOS管Q1完全断开后，由辅助电源电路为调节芯片U1提供供电输入。

参考图2，低压供电电路的电压转换电路包括：变压器T1、第二三极管Q2、第八电阻R8、第五电容C5、第四二极管D4和第五电阻R5；其中，第二三极管Q2为MOS管，第四二极管D4为普通晶体二极管，具有单向导通作用，第二三极管Q2构成低压供电电路的高压输入支路。

第二三极管Q2用于作为电压转换电路的开关，第二三极管Q2的栅极端(对应于图2示出的Q2的端口1)连接调节芯片U1的驱动端，漏极端(对应于图2示出的Q2的端口2)连接变压器T1输入绕组，源极端(对应于图2示出的Q2的端口3)连接调节芯片U1的电流采样信号端；

第八电阻R8、第五电容C5和第四二极管D4组成变压器T1输入绕组的吸收回路，第八电阻R8和第五电容C5的一端均连接到高压电源的高压输入HV+，第八电阻R8和第五电容C5的另一端均连接第四二极管D4的一端，第四二极管D4的另一端连接变压器T1输入绕组。

第五电阻R5为电压转换电路的电流采样电阻，第五电阻R5的一端连接调节芯片U1的电流采样信号端，另一端连接第一参考地。

参考图2，低压供电电路的辅助电源电路包括：第二二极管D2、第三二极管D3和第四电容C4；其中，第二二极管D2、第三二极管D3均为普通晶体二极管，具有单向导通作用。

第二二极管D2的一端连接调节芯片U1的电压输入端，另一端连接第三二极管D3的一端和第四电容C4的一端，第四电容C4和第三二极管D3的另一端连接变压器T1的输入绕组，第四电容C4和变压器T1输入绕组的连接端连接第一参考地；本实施例中辅助电源通过第六电阻R6、第十七电阻R17，光耦合器U2的第一输出端和第二输出端组成反馈支路，为调节芯片U1提供输出反馈电压FB，使低压供电电路能够实时调节，使输出电压更加准确稳定。

需要说明的是，图2示出具有12端的变压器T1，如图2所示，变压器T1的1～6端为高压输入绕组，7～12端为低压输出绕组，高压输入绕组的端子1连接高压电源的高压输入HV+，高压输入绕组的端子3连接第四二极管D4，高压输入绕组的端子5连接第三二极管D3，高压输入绕组的端子6连接第一参考地，高压输出绕组的端子7～9连接第二参考地，高压输出绕组的端子10～12连接第五二极管D5。

参考图2，低压供电电路的输出控制电路包括：第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第六电容C6、第三三极管Q3、第四三极管Q4；其中，第三三极管Q3为场效应管，第四三极管Q4为MOS管，第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7均为普通晶体二极管，具有单向导通作用。

第五二极管D5和第六电容C6组成变压器T1输出绕组的滤波电路，第五二极管D5和第六电容C6串联连接在变压器T1输出绕组，第六电容C6与变压器T1输出绕组的连接端连接第二参考地；

第六二极管D6、第七二极管D7、第十电阻R10、第十一电阻R11和第四三极管Q4组成低压供电电路的输出支路，第六二极管D6的一端连接在第五二极管D5和第六电容C6的连接端，第六二极管D6的另一端分别连接第七二极管D7的一端、第十电阻R10的一端和第四三极管Q4的源极端(对应图2示出的Q4的端口3)，第七二极管D7的另一端、第十电阻R10的另一端和第十一电阻R11的一端均连接第四三极管Q4的栅极端(对应图2示出的Q4的端口1)，第四三极管Q4的漏极端(对应图2示出的Q4的端口4)为输出支路的输出端；

第十二电阻R12、第十三电阻R13和第三三极管Q3组成输出使能控制回路，第三三极管Q3的集电极端连接第十一电阻R11的一端，基极端连接第十三电阻R13的一端和第十二电阻R12的一端，第十三电阻R13的另一端为输出使能信号EN_PS接收端，第十二电阻R12的另一端连接第二参考地，第三三极管Q3的发射极连接第二参考地。示例性的，当输出使能信号EN_PS为高电平时，第三三极管Q3导通，此时，第四三极管Q4的Vgs<0，第四三极管Q4导通，输出支路导通，开始为电机控制器供电。

其中，第六二极管D6和第四三极管Q4是为了使低压供电电路具有单向供电的控制，防止正常供电电流倒灌，确保输出供电具有可控性。

参考图2，低压供电电路的输出电压反馈电路包括：第七电阻R7、第九电阻R9、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第七电容C7、三端调节器U3为线性调节的集成芯片，如图2所示，端口2对应的电压为基准电压，当基准电压变化时，端口1的电流发生线性变化；

第七电阻R7、第九电阻R9、第十四电阻R14、第十六电阻R16和第七电容C7组成三端调节器U3的调节电路，第十五电阻R15和第十八电阻R18对低压供电电路的输出电压进行分压，并为三端调节器U3提供参考基准电压；即第十五电阻R15、第十八电阻R18对输出电压进行分压，给三端调节器U3提供参考基准电压，然后通过光耦合器U2隔离输出反馈到调节芯片U1的反馈端。

其中，三端调节器U3第一端(对应图2示出的U3的端口1)分别连接光耦合器的第二输入端、第九电阻R9和第十四电阻R14的一端，第九电阻R9的另一端分别连接第七电阻R7的一端和光耦合器U2的第一输入端，第七电阻R7的另一端连接输出控制电路，即第七电阻R7的另一端连接第五二极管D5与第六二极管D6的连接端，第十四电阻R14的另一端连接第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端分别连接第十六电阻R16的一端和三端调节器U3的第二端(对应图2示出的U3的端口2)，第十六电阻R16的另一端分别连接第十八电阻R18和第十五电阻R15的一端，第十五电阻R15的另一端连接输出控制电路，即第十五电阻R15的另一端连接第五二极管D5与第六二极管D6的连接端，第十八电阻R18的另一端和三端调节器U3的第三端(对应图2示出的U3的端口3)均连接第二参考地。

本实施例的输出电压反馈电路在输出支路引入反馈信号，通过隔离光耦合器U2，三端调节器U3，以及周边电路组成输出反馈回路，既能及时准确地反馈输出电平信号，又能做到高压与低压隔离，较好地满足了输出要求。

参考图2，本实施例中的高压与低压隔离电路，是由变压器T1和光耦合器U2进行隔离，电源输入和辅助电源为高压侧，高压侧以高压输入HV-作为参考地，电源输出为低压侧，以低压电源GND为参考地；即第一参考地为高压输入HV-，第二参考地为低压电源GND。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种低压供电电路，其特征在于，应用于电机控制器，所述低压供电电路包括：开关调节电路、电压转换电路、输出控制电路、高压与低压隔离电路和输出电压反馈电路；

开关调节电路分别与电机控制器的高压电源、电压转换电路和输出电压反馈电路连接，开关调节电路包括调节芯片，用于对低压供电电路的输出电压进行过流保护和反馈控制，调整低压供电电路的开关频率，并对低压供电电路进行电路补偿；

电压转换电路与输出控制电路连接，电压转换电路包括变压器，用于将所述高压电源输出的高压转换为低压；

输出控制电路，用于控制低压供电电路为电机控制器供电；

输出电压反馈电路分别与所述电压转换电路和所述开关调节电路连接，用于将低压供电电路的输出电压信号反馈给所述开关调节电路；

高压与低压隔离电路，用于通过所述变压器将所述开关调节电路、电压转换电路与所述输出控制电路、输出电压反馈电路隔离。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

辅助电源电路分别与所述开关调节电路和电压转换电路连接，用于在所述开关调节电路工作后为所述开关调节电路提供供电输入。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，辅助电源电路包括：第二二极管、第三二极管和第四电容；

第二二极管的一端连接调节芯片的电压输入端，另一端连接第三二极管的一端和第四电容的一端，第四电容和第三二极管的另一端连接所述变压器的输入绕组，第四电容和所述变压器输入绕组的连接端连接第一参考地。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述开关调节电路还包括：光耦合器、第一电阻、第二电阻、第六电阻、第十七电阻、第一电容、第二电容、第八电容；

第一电阻用于配置低压供电电路的开关频率，第一电阻一端连接调节芯片的频率配置端，另一端连接第一参考地；

第二电阻、第一电容和第二电容用于为调节芯片提供外部补偿控制回路，第二电阻的一端与第一电容的一端连接，第一电容的另一端连接第一参考地，第二电阻的另一端与第二电容的一端连接，第二电容的另一端连接参考地，第二电阻与第二电容的连接端连接调节芯片的补偿端；

光耦合器、第六电阻、第十七电阻和第八电容组成反馈支路，光耦合器的第一输出端连接第十七电阻的一端，第十七电阻的另一端连接第一参考地，光耦合器的第二输出端分别连接第八电容的一端、第六电阻的一端和调节芯片的反馈端，第八电容的另一端连接第一参考地，第六电阻的另一端连接辅助电源电路，光耦合器的第一输入端和第二输入端连接所述输出电压反馈电路。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，

高压与低压隔离电路，还用于利用光耦合器将所述开关调节电路、电压转换电路与所述输出控制电路、输出电压反馈电路隔离。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，电压转换电路还包括：第二三极管、第五电阻、第八电阻、第五电容、第四二极管；

第二三极管用于作为电压转换电路的开关，第二三极管的栅极端连接所述调节芯片的驱动端，漏极端连接所述变压器输入绕组，源极端连接所述调节芯片的电流采样信号端；

所述第五电阻为电压转换电路的电流采样电阻，第五电阻的一端连接所述调节芯片的电流采样信号端，另一端连接第一参考地；

第八电阻、第五电容和第四二极管组成所述变压器输入绕组的吸收回路，第八电阻和第五电容的一端均连接到所述高压电源，第八电阻和第五电容的另一端均连接第四二极管的一端，第四二极管的另一端连接所述变压器输入绕组。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输出控制电路包括：第五二极管、第六二极管、第七二极管、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第六电容、第三三极管、第四三极管；

第五二极管和第六电容组成所述变压器输出绕组的滤波电路，第五二极管和第六电容串联连接在所述变压器输出绕组，所述第六电容与所述变压器输出绕组的连接端连接第二参考地；

第六二极管、第七二极管、第十电阻、第十一电阻和第四三极管组成所述低压供电电路的输出支路，第六二极管的一端连接在第五二极管和第六电容的连接端，第六二极管的另一端分别连接第七二极管的一端、第十电阻的一端和第四三极管的源极端，第七二极管的另一端、第十电阻的另一端和第十一电阻的一端均连接第四三极管的栅极端，第四三极管的漏极端为所述输出支路的输出端；

第十二电阻、第十三电阻和第三三极管组成输出使能控制回路，第三三极管的集电极端连接第十一电阻的一端，基极端连接第十三电阻的一端和第十二电阻的一端，第十三电阻的另一端为使能信号接收端，第十二电阻的另一端连接第二参考地，第三三极管的发射极连接第二参考地。

8.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，输出电压反馈电路包括：第七电阻、第九电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十八电阻、第七电容、三端调节器；

第七电阻、第九电阻、第十四电阻、第十六电阻和第七电容组成三端调节器的调节电路，第十五电阻和第十八电阻对所述低压供电电路的输出电压进行分压，并为三端调节器提供参考基准电压；

其中，三端调节器第一端分别连接光耦合器的第二输入端、第九电阻和第十四电阻的一端，第九电阻的另一端分别连接第七电阻的一端和光耦合器的第一输入端，第七电阻的另一端连接输出控制电路，第十四电阻的另一端连接第七电容的一端，第七电容的另一端分别连接第十六电阻的一端和三端调节器的第二端，第十六电阻的另一端分别连接第十八电阻和第十五电阻的一端，第十五电阻的另一端连接输出控制电路，第十八电阻的另一端和三端调节器的第三端均连接第二参考地。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

高压启动电路与所述开关调节电路连接，用于利用所述高压电源为所述低压供电电路提供启动电压和启动电流。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述高压启动电路包括：第三电阻、第四电阻、第三电容、第一三极管、第一二极管；

第三电阻和第四电阻的一端分别连接所述高压电源，第三电阻的另一端连接第一三极管的栅极端和第一二极管的一端，第一二极管的另一端分别连接第一参考地和第三电容的一端，第三电容的另一端连接调节芯片的电压输入端，第四电阻的另一端连接第一三极管的漏极端，第一三极管的源极端连接调节芯片的电压输入端。