CN204506592U - 一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置 - Google Patents

一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置 Download PDF

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Abstract

一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，涉及一种汽车电子设备供电装置。提高了电动汽车运行时动力电池组的稳定性与均衡性，实现控制电源与动力电源的分离，本实用新型的后备电源控制电路的电源信号输入端连接电动汽车动力电池组的电源信号输出端，后备电源控制电路的电源控制信号输出端连接降压变换电路的压降变换控制信号输入端，后备电源控制电路的电源采集信号输入端连接充电电池的电源信号输出端，降压变换电路的电压信号输出端连接充电控制电路的一个充电电源信号输入端，充电控制电路的充电信号输出端连接充电电池的充电信号输入端，本实用新型适用于为汽车电子设备供电。

Description

一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置
技术领域
本实用新型涉及一种汽车电子设备供电装置。
背景技术
随着环境污染和能源危机的加重，新能源的开发越来越得到重视，电动汽车采用电能驱动，比传统内燃机更经济、清洁，有利于低碳经济的发展。锂电池的性能是决定电动汽车的质量的主要因素，而伴随锂电池的使用，动力电池组的稳定性与均衡性决定着电动汽车的安全性能，一套行之有效的电子供电装置，分担了电动汽车运行时动力电池组的负担，降低了动力电池组的功耗对于动力电池组内部电池单体的均衡性与稳定性有着重要意义。
发明内容
本实用新型是为了提高电动汽车运行时动力电池组的稳定性与均衡性，实现控制电源与动力电源的分离，提出了一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置。
本实用新型所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，该装置包括后备电源控制电路、降压变换电路、充电控制电路、充电电池、5V电压转换电路、3.3V电压转换电路、基准电压源电路和外部接口充电电路；
后备电源控制电路的电源信号输入端连接电动汽车动力电池组的电源信号输出端，后备电源控制电路的电源控制信号输出端连接降压变换电路的压降变换控制信号输入端，后备电源控制电路的电源采集信号输入端连接充电电池的电源信号输出端，降压变换电路的电压信号输出端连接充电控制电路的一个充电电源信号输入端，充电控制电路的充电信号输出端连接充电电池的充电信号输入端，充电控制电路的外部电源充电信号输入端连接外部接口充电电路的充电信号输出端，充电电池的电源信号输出端同时连接V电压转换电路的电源信号输入端、3.3V电压转换电路的电源信号输入端和基准电压源电路的电源信号输入端。
本实用新型所述装置通过单独的供电电源为电机控制器和电池管理***等电子设备供电，同时动力电池组作为辅助应急电源在该电源电量不足时可以对其充电，提高了装置稳定性与均衡性。当电动汽车停止时，也可以通过外部充电接口电路对其充电或者直接更换电池。本装置实现了控制与动力输出两部分分别供电，实现了控制电源与动力电源的分离对于安全性与可控性也要这重要作用。
附图说明
图1为本实用新型所述的基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置的电气原理框图；
图2为具体实施方式三所述的降压变换电路的示意图；
图3为具体实施方式四所述的充电控制电路的示意图；
图4为具体实施方式五所述的5V电压转换电路的示意图；
图5为具体实施方式六所述的3.3V电压转换电路的示意图；
图6为具体实施方式八所述的外部接口充电电路的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，该装置包括后备电源控制电路1、降压变换电路2、充电控制电路3、充电电池4、5V电压转换电路5、3.3V电压转换电路6、基准电压源电路7和外部接口充电电路8；
后备电源控制电路1的电源信号输入端连接电动汽车动力电池组的电源信号输出端，后备电源控制电路1的电源控制信号输出端连接降压变换电路2的压降变换控制信号输入端，后备电源控制电路1的电源采集信号输入端连接充电电池4的电源信号输出端，降压变换电路2的电压信号输出端连接充电控制电路3的充电信号输入端，充电控制电路3的充电信号输出端连接充电电池4的充电信号输入端，充电控制电路3的外部电源充电信号输入端连接外部接口充电电路8的充电信号输出端，充电电池4的电源信号输出端同时连接V电压转换电路5的电源信号输入端、3.3V电压转换电路6的电源信号输入端和基准电压源电路7的电源信号输入端。
本实施方式通过附加小型锂电池供电电源经过电压转换电路为电动汽车电子设备提供所需电压，减少了动力电池组的功耗，将控制电与动力电分隔，提高了电动汽车运行的稳定性。当电动汽车运行过程中附加电源电量不足时，通过控制电路使充电电路导通，动力电池组为其充电，增强了装置的安全性能。此外，由于附加的供电电源容量较小也可以通过外部电网快速充电或者直接更换备用电源。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置的进一步说明，后备电源控制电路1包括绝缘栅双极型晶体管、比较器和驱动电路；
绝缘栅双极型晶体管的栅极连接驱动电路的驱动信号输出端，比较器的基准电压信号输入端连接基准电压V0，比较器的电源采集信号输入端连接后备电源控制电路1的电源采 集信号输出端，绝缘栅双极型晶体管的漏极为后备电源控制电路1的电源控制信号输出端，绝缘栅双极型晶体管的源极为后备电源控制电路1的电源信号输入端。
当电动汽车行驶过程中附加电源能量不足时，可以通过后备电源控制电路使动力电池组充电电路，锂电池SOC小于一定值时，其端电压急剧降低，当低于参考电压时绝缘栅双极型晶体管导通，动力电池充电电路工作，从而自动维持电池的电量，增强了安全性与稳定性。如果要对其进行满电量的充电操作，可以通过人为控制可控开关使动力电池所在的充电电路持续导通。采用隔离驱动电路实现对后备电源控制电路中的绝缘栅双极型晶体管进行驱动。隔离驱动电路中的隔离芯片采用的是高速光耦6N137实现隔离，驱动芯片选择的是美国IR公司的IR2117驱动芯片，它是IR公司生产的专用于驱动单个绝缘栅双极型晶体管或MOSFET的集成驱动芯片。
具体实施方式三、结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置的进一步说明，降压变换电路2包括电容C1、电容C2、稳压器U1、二极管D1和电感L1；
稳压器U1采型号为IM2576HV的稳压器实现，稳压器U1的1号引脚为降压变换电路2的压降变换控制信号输入端，稳压器U1的3号引脚和5号引脚接地，稳压器U1的2号引脚同时连接二极管D1的阳极和电感L1的一端，电感L1的另一端同时连接电容C2的一端和稳压器U1的4号引脚，电容C2的另一端接地，二极管D1的阴极接地；电感L1的另一端为降压变换电路2的电压信号输出端。
降压变化电路采用的是LM2576系列的IM2576HV稳压器，能提供降压开关稳压器的各种功能，能驱动3A负载，有优异的线性和负载调整能力，这些器件的固定输出电压有3.3V，5V,12V，15V还有可调整输出的型号，输入电压范围广，其中HV型号可达60V，满足动力电池组的电压要求，同时具有热关断和电流限制保护。
具体实施方式四、结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置的进一步说明，充电控制电路3包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4、电容C3、极性电容C4、自带体二极管的功率开关管Q1、锂电池线性充电管理芯片U2和滑动变阻器R7；
锂电池线性充电管理芯片U2采用型号为SL1053的芯片实现，二极管D2的阴极为充电控制电路3的充电信号输入端的正极，极管D2的阳极同时连接电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R6的一端、锂电池线性充电管U2的1号引脚和电容C3的一端，电容C3的一端为二极管D2的阴极为充电控制电路3的充电信号输入端的负极，电容C3的一端同时连 接发光二极管D3的阳极、发光二极管D4的阳极、锂电池线性充电管理芯片U2的5号引脚、电阻R5的一端接地；电阻R1的另一端同时连接锂电池线性充电管理芯片U27号引脚和自带体二极管的功率开关管Q1的漏极，自带体二极管的功率开关管Q1的栅极同时连接电阻R2的另一端和锂电池线性充电管理芯片U2的6号引脚，自带体二极管的功率开关管Q1的源极同时连接锂电池线性充电管理芯片U2的8号引脚和极性电容C4的正极，自带体二极管的功率开关管Q1的源极为充电控制电路3的充电信号输出端的正极，极性电容C4的负极连接滑动变阻器R7的活动端，极性电容C4的负极为充电控制电路3的充电信号输出端的负极，滑动变阻器R7的固定端同时连接电阻R6的另一端、电阻R5的另一端和锂电池线性充电管理芯片U2的2号引脚，锂电池线性充电管理芯片U2的3号引脚连接电阻R2的一端，锂电池线性充电管理芯片U2的4号引脚连接电阻R4的一端，电阻R2的另一端连接发光二极管D3的阴极、电阻R2的另一端连接发光二极管D4阴极。
本实施方式中的充电控制电路采用的是SL1053芯片，该芯片是一款专门为高精度的线性锂电池充电器而设计的电路，它集高精度预充电、恒定电流充电、恒定电压充电、电池状态检测、温度监控、充电结束低泄漏、充电状态指示等性能与一身，非常适合那些低成本、便携式充电器使用。
SL1053通过检测电池电压来决定其充电状态：预充电、恒流充电、恒压充电。当电池电压小于阈值电压时，处于预充电状态，以较小的电流对电池进行充电，预充电的电流可以通过外部电阻进行调整。预充电使电池达到阈值电压后，进入恒定电流充电的快速充电状态，充电电流可以通过***电阻调整，恒定电流充电使电池电压上升到恒定电压充电电压。然后进入恒定电压充电状态，充电电压的精度优于±1％，在该状态下，充电电流将逐渐减小，当小于阈值后，充电结束。为在整个充电过程中SL1053利用电池内部的热敏电阻和适当的***电阻对电池的温度进行监控，可以使电池的温度控制在用户设定的范围内。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置的进一步说明，5V电压转换电路5采用型号为LM210503的芯片实现。
5V电压转换电路通过LMZ10503芯片实现，如图4所述，该芯片具有15W最大输出功率，输出电流高达3A，输入电压范围在2.95至5.5V，满足电池输出电压对其的要求。拥有外部软启动、跟踪和高精度使能端，可以实现灵活的上电时序控制。此外该芯片还具有抗干扰能力强，效率高可以减少热量产生的优点。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于控电隔离的小体积 电动汽车电子设备供电装置的进一步说明，3.3V电压转换电路6采用型号为TPS62064的芯片实现。
3.3V电压转换电路通过型号为TPS62046的芯片实现，如图5所示，该芯片是TI公司生产稳压芯片，输出恒压3.3V，输出最大电流1.2A，转化效率为95％，是一款降压型DC-DC转换器，静态电流18uA，采用Msop/QFN10封装。输入电压范围+2.5V-6V，开关频率1.25MHz，***元件少，仅需要22uF的输入电容以及6.2uH的输出电感和22uF的输出电容即可，特别适合给***提供+3.3V电源。
具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置的进一步说明，基准电压源电路7采用型号为LM7800的芯片实现。
基准电压源是模拟集成电路极为重要的组成部分，它为A/D和D/A转化器提供基准电压，也是大多数传感器的稳压供电电源或激励源，也可作为标准电池、为精密仪器供电。该电路采用MC1403，其内部电路很复杂，但应用很简单，MC1403要求输入电压4.5V～10V，电池采用单节锂电池的话电压需要经过DC/DC变换芯片如上述采用的LMZ10503将电压剩至5V后作为MC1403的输入电压。
具体实施方式八、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置的进一步说明，外部接口充电电路8采用型号为MC1403的芯片实现。
本实施方式所述的外部接口冲电电路有变压电路，如图6所示，整流电路，滤波电路，稳压电路构成。电网电压经过变压器，整流电路转换成所需要数值的直流电经过滤波电容滤掉交流分量，在经过三段固定式集成稳压模块输出稳定的直流量。三端固定集成稳压器有许多品种，常用7800系列，输出正电压，可根据需要和带载能力选用。如果要求输出电流较大要注意散热策略的考虑。C10为输入稳定电容，其作用是减小纹波、消振、抑制高频和脉冲干扰，一般为0.1～1μF，C12为输出稳定电容，其作用是改善负载的瞬态响应，一般为1μF，本装置可选用该芯片系列的7805输出5V电压，满足充电电路的电压需要。

Claims (8)

1.一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，其特征在于，该装置包括后备电源控制电路(1)、降压变换电路(2)、充电控制电路(3)、充电电池(4)、5V电压转换电路(5)、3.3V电压转换电路(6)、基准电压源电路(7)和外部接口充电电路(8)；
后备电源控制电路(1)的电源信号输入端连接电动汽车动力电池组的电源信号输出端，后备电源控制电路(1)的电源控制信号输出端连接降压变换电路(2)的压降变换控制信号输入端，后备电源控制电路(1)的电源采集信号输入端连接充电电池(4)的电源信号输出端，降压变换电路(2)的电压信号输出端连接充电控制电路(3)的充电信号输入端，充电控制电路(3)的充电信号输出端连接充电电池(4)的充电信号输入端，充电控制电路(3)的外部电源充电信号输入端连接外部接口充电电路(8)的充电信号输出端，充电电池(4)的电源信号输出端同时连接V电压转换电路(5)的电源信号输入端、3.3V电压转换电路(6)的电源信号输入端和基准电压源电路(7)的电源信号输入端。
2.根据权利要求1所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，其特征在于，后备电源控制电路(1)包括绝缘栅双极型晶体管、比较器和驱动电路；
绝缘栅双极型晶体管的栅极连接驱动电路的驱动信号输出端，比较器的基准电压信号输入端连接基准电压V0，比较器的电源采集信号输入端连接后备电源控制电路(1)的电源采集信号输出端，绝缘栅双极型晶体管的漏极为后备电源控制电路(1)的电源控制信号输出端，绝缘栅双极型晶体管的源极为后备电源控制电路(1)的电源信号输入端。
3.根据权利要求1所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，其特征在于，降压变换电路(2)包括电容C1、电容C2、稳压器(U1)、二极管D1和电感L1；
稳压器(U1)采型号为IM2576HV的稳压器实现，稳压器(U1)的1号引脚为降压变换电路(2)的压降变换控制信号输入端，稳压器(U1)的3号引脚和5号引脚接地，稳压器(U1)的2号引脚同时连接二极管D1的阳极和电感L1的一端，电感L1的另一端同时连接电容C2的一端和稳压器(U1)的4号引脚，电容C2的另一端接地，二极管D1的阴极接地；电感L1的另一端为降压变换电路(2)的电压信号输出端。
4.根据权利要求1所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，其特征在于，充电控制电路(3)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D2、发光二极管D3、发光二极管D4、电容C3、极性电容C4、自带体二极管的功率开关管Q1、锂电池线性充电管理芯片(U2)和滑动变阻器R7；
锂电池线性充电管理芯片(U2)采用型号为SL1053的芯片实现，二极管D2的阴极为充电控制电路(3)的充电信号输入端的正极，极管D2的阳极同时连接电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R6的一端、锂电池线性充电管理芯片(U2)的1号引脚和电容C3的一端，电容C3的一端为二极管D2的阴极为充电控制电路(3)的充电信号输入端的负极，电容C3的一端同时连接发光二极管D3的阳极、发光二极管D4的阳极、锂电池线性充电管理芯片(U2)的5号引脚、电阻R5的一端接地；电阻R1的另一端同时连接锂电池线性充电管理芯片(U2)7号引脚和自带体二极管的功率开关管Q1的漏极，自带体二极管的功率开关管Q1的栅极同时连接电阻R2的另一端和锂电池线性充电管理芯片(U2)的6号引脚，自带体二极管的功率开关管Q1的源极同时连接锂电池线性充电管理芯片(U2)的8号引脚和极性电容C4的正极，自带体二极管的功率开关管Q1的源极为充电控制电路(3)的充电信号输出端的正极，极性电容C4的负极连接滑动变阻器R7的活动端，极性电容C4的负极为充电控制电路(3)的充电信号输出端的负极，滑动变阻器R7的固定端同时连接电阻R6的另一端、电阻R5的另一端和锂电池线性充电管理芯片(U2)的2号引脚，锂电池线性充电管理芯片(U2)的3号引脚连接电阻R2的一端，锂电池线性充电管理芯片(U2)的4号引脚连接电阻R4的一端，电阻R2的另一端连接发光二极管D3的阴极、电阻R2的另一端连接发光二极管D4阴极。
5.根据权利要求1所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，其特征在于，5V电压转换电路(5)采用型号为LM210503的芯片实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，其特征在于，3.3V电压转换电路(6)采用型号为TPS62064的芯片实现。
7.根据权利要求1所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，其特征在于，基准电压源电路(7)采用型号为LM7800的芯片实现。
8.根据权利要求1所述的一种基于控电隔离的小体积电动汽车电子设备供电装置，其特征在于，外部接口充电电路(8)采用型号为MC1403的芯片实现。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107181297A (zh) * 2017-05-25 2017-09-19 安徽师范大学 一种基于震动发电机的手机充电装置
CN108475938A (zh) * 2015-12-23 2018-08-31 瑞克锐斯株式会社 自供电型元件及包括此的柔性装置

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