CN208336095U - 抗容性负载冲击双路高压控制组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗容性负载冲击双路高压控制组件，第一继电器常开触点与容性负载串联后并联在电源电池两端，第二继电器常开触点与抗性负载串联后并联在电源电池两端，并联在第一继电器常开触点两端的A智能控制模块、A第一继电器常开触点和第一限流电阻，A第一继电器常开触点与第一限流电阻串联后并联在第一继电器常开触点两端，A智能控制模块和B智能控制模块均包括继电器控制线圈输出端、继电器控制线圈输出端和控制模块控制信号输入端；有效避免主继电器闭合时受大电流冲击，兼容阻性和感性负载，降低高压直流接触器在闭合的瞬间冲击电流，提高继电器触点使用寿命及安全可靠性。

Description

抗容性负载冲击双路高压控制组件

技术领域

本实用新型涉及一种高压控制组件，尤其是涉及一种使用于新能源汽车辅助***中各高压驱动部件的高压控制组件。

背景技术

新能源汽车辅助***的变频空调压缩机、PTC加热器、液压转向助力泵、气刹空气压缩泵等是采用高压驱动，直接由HV动力电池供电，驱动器通过高压直流接触器与动力电池相连接，它们的共同特点是驱动器都有电容负载特性，高压直流接触器在闭合的瞬间冲击电流极大，常规的继电器都无法承受这一瞬间电流的冲击，这个冲击电流的危害就是极易导致继电器触点粘联，继电器触点分离失效，电源切断失控，危害极大。而典型抗容组件电路通常如图1所示假设电源电压为600V，则容性负载第一继电器S1闭合瞬间的电流为A=600V/0.1Ω=6000A，其中0.1Ω为容性负载第一继电器S1闭合瞬间产生的等效电阻RAJ，明显可见电流太大，第一继电器S1触点受瞬间大电流冲击，导致第一继电器S1的寿命大大降低。而相同继电器触点S2阻性负载PTC加热器（通常阻值为300欧）闭合时，第二继电器S2触点的闭合电流为A=600V/300Ω≈2A，可以很小几乎对继电器S2触点不造成影响。虽然也有一些大功率场合基本都是通过在主继电器上旁路预充继电器加上限流电阻的形式避免大电流冲击，同时需要控制器程序控制预充逻辑，然而也还存在着控制复杂，程序开销大，体积大及硬件成本高等缺陷。

实用新型内容

本实用新型为解决现有新能源汽车辅助***中的各高压驱动器存在着高压直流接触器在闭合的瞬间冲击电流极大，极易导致继电器触点粘联，继电器触点分离失效，电源切断失控，危害极大；或者是控制器程序控制复杂，体积大，控制成本高等现状而提供的一种可有效避免主继电器闭合时容性负载瞬间大电流冲击，同时可以兼容阻性和感性负载，降低高压直流接触器在闭合的瞬间冲击电流，提高继电器触点使用寿命，提高驱动器使用安全可靠性的抗容性负载冲击双路高压控制组件及其闭合控制方法。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种抗容性负载冲击双路高压控制组件，包括抗容组件电路，抗容组件电路采用第一继电器、第二继电器、容性负载和抗性负载组合构成，第一继电器常开触点与容性负载串联后并联在电源电池两端，第二继电器常开触点与抗性负载串联后并联在电源电池两端，其特征在于：还包括并联在第一继电器常开触点两端的A智能控制模块、A第一继电器常开触点和第一限流电阻，其中A第一继电器常开触点与第一限流电阻串联后并联在第一继电器常开触点两端，A智能控制模块包括第一继电器控制线圈输出端、A第一继电器控制线圈输出端和A控制模块控制信号输入端；第二继电器常开触点两端并联B智能控制模块、B第二继电器常开触点和第二限流电阻，其中B第二继电器常开触点与第二限流电阻串联后并联在第二继电器常开触点两端，B智能控制模块包括第二继电器控制线圈输出端、B第二继电器控制线圈输出端和B控制模块控制信号输入端。每次使用时，A第一继电器的高压直流继电器常开触点先闭合，经限流电阻给容性负载小电流充电时，第一继电器的高压直流继电器常开触点不闭合；当容性负载两端电压上升后，第一继电器的高压直流继电器触点两端的电压差几乎为零伏时，第一继电器的高压直流继电器常开触点闭合不再承受大电流的冲击。可有效避免主继电器闭合时容性负载瞬间大电流冲击，同时可以兼容阻性和感性负载，降低高压直流接触器在闭合的瞬间冲击电流，提高继电器触点使用寿命，提高驱动器使用安全可靠性。

作为优选，所述的A智能控制模块和B智能模块采用两组同样控制结构的智能控制模块，智能控制模块包括负载启动控制输入信号、桥式整流电路、稳压电路、A第一继电器常开触点延时关闭电路和第一继电器常开触点延时通电电路，其中负载启动控制输入信号与桥式整流电路输入端相电连接，桥式整流电路输出端与稳压电路输入端相电连接，稳压电路后级与A第一继电器常开触点延时关闭电路相电连接，A第一继电器常开触点延时关闭电路后级与第一继电器常开触点延时通电电路相电连接，A第一继电器常开触点延时通电电路输出端与A第一继电器控制线圈输出端相电连接。双通道抗容性负载冗余电路的工作过程相同，更好的适应车辆实际应用环境。

作为优选，所述的A第一继电器常开触点延时关闭电路采用第一电压比较器，第21电阻、第22电阻、第23电阻、第21电容和第二N沟道MOS管共同构成，其中第21电阻一端与第21电容相串联，第21电阻另一端与稳压电路输出端正极相电连接，第22电阻一端与第23电阻相串联，第22电阻另一端与稳压电路输出端正极相电连接，第21电阻和第21电容的串联节点与第一比较器反向输入端相电连接，第22电阻和第23电阻的串联节点与第一比较器正向输入端相电连接，第一比较器输出端与第二N沟道MOS管栅极输入端相电连接，第二N沟道MOS管漏极输出端与A第一继电器控制线圈输出端相电连接。提高容性负载两端充电电压升到与电源电压基本相同的充电升压可靠稳定性，降低第一继电器常开触点闭合电流冲击损坏性。

作为优选，所述的A第一继电器常开触点延时通电电路采用第二电压比较器、第24电阻、第22电容、第22电阻、第23电阻和第一N沟道MOS管共同构成，第22电阻一端与第23电阻相串联，第22电阻另一端与稳压电路输出端正极相电连接，第22电阻和第23电阻的串联节点与第二比较器反向输入端相电连接；第24电阻一端与第22电容相串联，第24电阻另一端与稳压电路输出端正极相电连接，第22电阻和第22电容的串联节点与第二比较器正向输入端相电连接，第二比较器输出端与第一N沟道MOS管栅极输入端相电连接，第一N沟道MOS管漏极输出端与第一继电器控制线圈输出端相电连接。提高容性负载两端充电电压升到与电源电压基本相同的充电升压可靠稳定性，降低第一继电器常开触点闭合电流冲击损坏性，提高第一继电器常开触点使用寿命。

作为优选，所述的稳压电路采用型号为LM2596-12的降压型稳压芯片、第29电容、第30电容、第10稳压二极管和第3电感共同电连接构成，其中第29电容并联在降压型稳压芯片输入端，第30电容并联在降压型稳压芯片输出端，第10稳压二极管并联在降压型稳压芯片输出端，且第10稳压二极管阴极与降压型稳压芯片输出端相电连接，第29电容和第30电容均为电解电容，第29电容和第30电容负极与稳压电路负极相电连接。提高电源工作稳定可靠性。

作为优选，所述的A智能控制模块和B智能控制模块中均采用一个双电压比较器和一个双N通道MOS管，其中A第一继电器常开触点延时关闭电路和A第一继电器常开触点延时通电电路使用同一双电压比较器和双N通道MOS管。

作为优选，所述的桥式整流电路采用第5整流二极管、第6整流二极管、第7整流二极管和第8整流二极管共同电连接构成桥式整流电路，桥式整流电路的输入端与负载启动控制信号相电连接，桥式整流电路的输出端与稳压电路相电连接。提高对负载启动控制信号的整流可靠有效性。

本实用新型的另一个目的在于提供一种抗容性负载冲击双路高压控制组件闭合控制方法，其特征在于，包括如下控制过程

a.当负载启动控制信号接收到控制电信号后，上述技术方案之一所述的A智能控制模块中的第二N通道MOS管先导通，上述技术方案之一所述的A第一继电器先闭合，A第一继电器的高压直流继电器常开触点先闭合，以较小电路向第一容性负载充电；

b.数百毫秒后，容性负载预充电到80%以上后，上述技术方案之一所述的第一N通道MOS管导通，第一继电器的高压直流继电器常开触点接近0电流闭合；

c.数十毫秒后，A第二继电器的高压直流继电器也是接近0电流关断触点；

上述控制过程中，每次使用时，A第一继电器的高压直流继电器常开触点先闭合，经限流电阻给容性负载小电流充电时，第一继电器的高压直流继电器常开触点不闭合；当容性负载两端电压上升后，第一继电器的高压直流继电器触点两端的电压差几乎为零伏时，第一继电器的高压直流继电器常开触点闭合不再承受大电流的冲击。

本实用新型的有益效果是：每次使用时，A第一继电器的高压直流继电器常开触点先闭合，经限流电阻给容性负载小电流充电时，第一继电器的高压直流继电器常开触点不闭合；当容性负载两端电压上升后，第一继电器的高压直流继电器触点两端的电压差几乎为零伏时，第一继电器的高压直流继电器常开触点闭合不再承受大电流的冲击。极大程度上降低了第一继电器的使用成本，控制结构简单，制造重量低、体积小功耗低，提高了继电器的寿命。针对新能源汽车辅助***高压驱动部件，如空调、PTC、助力泵等的市场需求，研发并生产了本申请抗容性负载冲击双路高压控制组件，兼容阻性负载和感性负载，无需程序控制，体积小，控制逻辑简单，更好满足新能源汽车辅助***集成。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

图1是本实用新型抗容性负载冲击双路高压控制组件的结构原理框图示意图。

图2是本实用新型抗容性负载冲击双路高压控制组件中智能控制模块的电路结构示意图。

图3是现有技术中的典型抗容组件电路结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

图1、图2所示的实施例中，一种抗容性负载冲击双路高压控制组件，包括抗容组件电路，抗容组件电路采用第一继电器、第二继电器、容性负载和抗性负载组合构成，第一继电器常开触点S1A与容性负载CA串联后并联在电源电池两端，第二继电器常开触点S1B与抗性负载PTC串联后并联在电源电池BAT两端，还包括并联在第一继电器常开触点S1A两端的A智能控制模块10、A第一继电器常开触点S2A和第一限流电阻RA，其中A第一继电器常开触点S2A与第一限流电阻RA串联后并联在第一继电器常开触点S1A两端，A智能控制模块10包括第一继电器控制线圈输出端12、A第一继电器控制线圈输出端11和A控制模块控制信号输入端13，共同构成通道A抗容性负载冗余电路；第二继电器常开触点S1B两端并联B智能控制模块20、B第二继电器常开触点S2B和第二限流电阻RB，其中B第二继电器常开触点S2B与第二限流电阻RB串联后并联在第二继电器常开触点S1B两端，B智能控制模块20包括第二继电器控制线圈输出端22、B第二继电器控制线圈输出端21和B控制模块控制信号输入端23，共同构成通道B抗容性负载冗余电路。 通道A抗容性负载冗余电路和通道B抗容性负载冗余电路共同组合成双通道抗容性负载冗余电路，各自独立工作，兼容感性负载和容性负载，通道A和通道B双通道抗容性负载冗余电路的工作过程相同，更好的适应车辆实际应用环境。双通道抗容性负载冗余电路设置更好实现对汽车中空调、气压制动***的压缩空气泵、DCDC、PTC等车辆辅助***的不同高压控制应用需求；更好提高这些高压控制应用中继电器触点使用寿命。以通道A抗容性负载冗余电路为例，通道A在典型容性负载电路的基础上增加A第一继电器常开触点S2A、第一限流电阻RA为300Ω电阻，另外增加一个智能控制模块A。当外部控制信号给出后， 第一继电器常开触点S2A继电器先闭合，通过A第一限流电阻RA 为300Ω电阻对容性负载CA进行充电，延时数百毫秒，容性负载电容充满电后，电源电池与容性负载两端电压相近，第一继电器常开触点S1A触点间的电压差很低甚至为0V，这时第一继电器常开触点S1A再闭合，使第一继电器常开触点S1A得到可靠有效的保证；当第一继电器常开触点S1A闭合后，A第一继电器常开触点S2A再次断开。A第一继电器常开触点S2A在高压直流继电器的整个闭合过程中是无负载闭合与切断，因而触点间不承受高压和电流冲击，只是机械阻断作用，A第一继电器常开触点的使用寿命也得到可靠有效的保证。而典型电路中第一继电器常开触点S1每次闭合时电流很大，为满足使用要求需要则使用大功率继电器，相应的也就带来典型继电器的成本、重量、体积、功耗也要跟随相应增加。A智能控制模块和B智能模块采用两组同样控制结构的智能控制模块，其中以A智能控制模块为例的智能控制模块包括负载启动控制输入信号、桥式整流电路、稳压电路、A第一继电器常开触点延时关闭电路和第一继电器常开触点延时通电电路，其中负载启动控制输入信号与桥式整流电路输入端相电连接，桥式整流电路输出端与稳压电路输入端相电连接，稳压电路后级与A第一继电器常开触点延时关闭电路相电连接，A第一继电器常开触点延时关闭电路后级与第一继电器常开触点延时通电电路相电连接，A第一继电器常开触点延时通电电路输出端与A第一继电器控制线圈输出端相电连接。A第一继电器常开触点延时关闭电路采用第一电压比较器U2-1，第21电阻R21、第22电阻R22、第23电阻R23、第21电容C21和第二N沟道MOS管U4-2共同构成，其中第21电阻R21一端与第21电容C21相串联，第21电阻R21另一端与稳压电路输出端正极VCC12B相电连接，第22电阻R22一端与第23电阻R23相串联，第22电阻R22另一端与稳压电路输出端正极VCC12B相相电连接，第21电阻R21和第21电容C21的串联节点与第一比较器反向输入端-INA相电连接，第22电阻R22和第23电阻R23的串联节点与第一比较器正向输入端+INA相电连接，第一比较器输出端OUTA与第二N沟道MOS管U4-2栅极输入端CK3+相电连接，第二N沟道MOS管漏极输出端与A第二继电器控制线圈输出端PAD4相电连接。A第一继电器常开触点延时通电电路采用第二电压比较器U2-2、第24电阻R24、第22电容C22、第22电阻R22、第23电阻R23和第一N沟道MOS管U4-1共同构成，第22电阻R22一端与第23电阻R23相串联，第22电阻R22另一端与稳压电路输出端正极相电连接，第22电阻R22和第23电阻R23的串联节点与第二比较器反向输入端-INA相电连接；第24电阻一端与第22电容相串联，第24电阻另一端与稳压电路输出端正极相电连接，第22电阻和第22电容的串联节点与第二比较器U2-2正向输入端+INA（U2第5引脚）相电连接，第二比较器输出端OUTB与第一N沟道MOS管栅极输入端CK2+相电连接，第一N沟道MOS管漏极输出端与第一继电器控制线圈输出端PAD3相电连接。稳压电路采用型号为LM2596-12的降压型稳压芯片U24、第29电容C29、第30电容C30、第10稳压二极管D10和第3电感L3共同电连接构成，其中将第29电容C29并联在降压型稳压芯片U24输入端，第30电容C30并联在降压型稳压芯片U24输出端，第10稳压二极管D10并联在降压型稳压芯片U24输出端，且第10稳压二极管D10阴极与降压型稳压芯片U24输出端相电连接，第29电容C29和第30电容C30均为电解电容，第29电容C29和第30电容C30负极与稳压电路负极相电连接。A智能控制模块和B智能控制模块中均采用一个双电压比较器U2和一个双N通道MOS管U4，其中A第一继电器常开触点延时关闭电路和A第一继电器常开触点延时通电电路使用同一双电压比较器和双N通道MOS管。桥式整流电路采用第5整流二极管D5、第6整流二极管D6、第7整流二极管D7和第8整流二极管D8共同电连接构成桥式整流电路，将桥式整流电路的输入端与负载启动控制信号PDA1/PDA2相电连接，桥式整流电路的输出端与稳压电路相电连接。根据容性负载电容充电特性，瞬间电流大，储电容量小的特点，通过抗容组件限制电容的瞬间电流，让主体继电器在接近零负载处通断，有效避免主继电器闭合时容性负载瞬间大电流冲击，同时可以兼容阻性和感性负载。

实施例2：

一种抗容性负载冲击双路高压控制组件闭合控制方法，包括如下控制过程：

a.当负载启动控制信号接收到控制电信号后，实施例1所述的A智能控制模块中的第二N通道MOS管先导通，实施例1的A第一继电器先闭合，A第一继电器的高压直流继电器常开触点先闭合，以较小电路向第一容性负载充电；

b.数百毫秒后，容性负载预充电到80%以上后，实施例1的第一N通道MOS管导通，第一继电器的高压直流继电器常开触点接近0电流闭合；

c.数十毫秒后，A第二继电器的高压直流继电器也是接近0电流关断触点；

上述控制过程中，每次使用时，A第一继电器的高压直流继电器常开触点先闭合，经限流电阻给容性负载小电流充电时，第一继电器的高压直流继电器常开触点不闭合；当容性负载两端电压上升后，第一继电器的高压直流继电器触点两端的电压差几乎为零伏时，第一继电器的高压直流继电器常开触点闭合不再承受大电流的冲击。

根据容性负载电容充电特性，瞬间电流大，储电容量小的特点，通过抗容组件限制电容的瞬间电流，让主体继电器在接近零负载处通断，有效避免主继电器闭合时容性负载瞬间大电流冲击，同时可以兼容阻性和感性负载。

以上内容和结构描述了本实用新型产品的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本实用新型范围之内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种抗容性负载冲击双路高压控制组件，包括抗容组件电路，抗容组件电路采用第一继电器、第二继电器、容性负载和抗性负载组合构成，第一继电器常开触点与容性负载串联后并联在电源电池两端，第二继电器常开触点与抗性负载串联后并联在电源电池两端，其特征在于：还包括并联在第一继电器常开触点两端的A智能控制模块、A第一继电器常开触点和第一限流电阻，其中A第一继电器常开触点与第一限流电阻串联后并联在第一继电器常开触点两端，A智能控制模块包括第一继电器控制线圈输出端、A第一继电器控制线圈输出端和A控制模块控制信号输入端；第二继电器常开触点两端并联B智能控制模块、B第二继电器常开触点和第二限流电阻，其中B第二继电器常开触点与第二限流电阻串联后并联在第二继电器常开触点两端，B智能控制模块包括第二继电器控制线圈输出端、B第二继电器控制线圈输出端和B控制模块控制信号输入端。

2.按照权利要求1所述的抗容性负载冲击双路高压控制组件，其特征在于：所述的A智能控制模块和B智能模块采用两组同样控制结构的智能控制模块，智能控制模块包括负载启动控制输入信号、桥式整流电路、稳压电路、A第一继电器常开触点延时关闭电路和第一继电器常开触点延时通电电路，其中负载启动控制输入信号与桥式整流电路输入端相电连接，桥式整流电路输出端与稳压电路输入端相电连接，稳压电路后级与A第一继电器常开触点延时关闭电路相电连接，A第一继电器常开触点延时关闭电路后级与第一继电器常开触点延时通电电路相电连接，A第一继电器常开触点延时通电电路输出端与A第一继电器控制线圈输出端相电连接。

3.按照权利要求1所述的抗容性负载冲击双路高压控制组件，其特征在于：所述的A第一继电器常开触点延时关闭电路采用第一电压比较器，第21电阻、第22电阻、第23电阻、第21电容和第二N沟道MOS管共同构成，其中第21电阻一端与第21电容相串联，第21电阻另一端与稳压电路输出端正极相电连接，第22电阻一端与第23电阻相串联，第22电阻另一端与稳压电路输出端正极相电连接，第21电阻和第21电容的串联节点与第一比较器反向输入端相电连接，第22电阻和第23电阻的串联节点与第一比较器正向输入端相电连接，第一比较器输出端与第二N沟道MOS管栅极输入端相电连接，第二N沟道MOS管漏极输出端与A第一继电器控制线圈输出端相电连接。

4.按照权利要求1所述的抗容性负载冲击双路高压控制组件，其特征在于：所述的A第一继电器常开触点延时通电电路采用第二电压比较器、第24电阻、第22电容、第22电阻、第23电阻和第一N沟道MOS管共同构成，第22电阻一端与第23电阻相串联，第22电阻另一端与稳压电路输出端正极相电连接，第22电阻和第23电阻的串联节点与第二比较器反向输入端相电连接；第24电阻一端与第22电容相串联，第24电阻另一端与稳压电路输出端正极相电连接，第22电阻和第22电容的串联节点与第二比较器正向输入端相电连接，第二比较器输出端与第一N沟道MOS管栅极输入端相电连接，第一N沟道MOS管漏极输出端与第一继电器控制线圈输出端相电连接。

5.按照权利要求2或3或4所述的抗容性负载冲击双路高压控制组件，其特征在于：所述的稳压电路采用型号为LM2596-12的降压型稳压芯片、第29电容、第30电容、第10稳压二极管和第3电感共同电连接构成，其中第29电容并联在降压型稳压芯片输入端，第30电容并联在降压型稳压芯片输出端，第10稳压二极管并联在降压型稳压芯片输出端，且第10稳压二极管阴极与降压型稳压芯片输出端相电连接，第29电容和第30电容均为电解电容，第29电容和第30电容负极与稳压电路负极相电连接。

6.按照权利要求1所述的抗容性负载冲击双路高压控制组件，其特征在于：所述的A智能控制模块和B智能控制模块中均采用一个双电压比较器和一个双N通道MOS管，其中A第一继电器常开触点延时关闭电路和A第一继电器常开触点延时通电电路使用同一双电压比较器和双N通道MOS管。

7.按照权利要求2所述的抗容性负载冲击双路高压控制组件，其特征在于：所述的桥式整流电路采用第5整流二极管、第6整流二极管、第7整流二极管和第8整流二极管共同电连接构成桥式整流电路，桥式整流电路的输入端与负载启动控制信号相电连接，桥式整流电路的输出端与稳压电路相电连接。