專利名稱：電源能量靜態轉換裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種將直流功率輸入變換為交流功率輸出的電力變換設 備，具體地說是一種采用有控制極的半導體器件的電源能量靜態轉換裝置。
背景技術：
在現有的電動汽車或混合動力車輛中，電源供電是一件極為棘手的事情， 因為這種車輛需用的電源電壓一般都在二百伏以上。如果全部使用高性能的高 壓鋰電池供電，則其購置價格和使用成本將會非常昂貴，而使用這種高配置直 流電源的電動汽車或混合動力車輛在空載或較少載荷時，就是"大馬拉小車" 的具體形象體現。而目前還沒有一種使用經濟、適于車行特點的電源裝置。
實用新型內容
本實用新型的目的就是提供一種電源能量靜態轉換裝置，以解決電動或混 合動力車輛的電源配置使用不經濟、不適于車行特點的問題。
本實用新型是這樣實現的 一種電源能量靜態轉換裝置，在外框體的邊框 內側面上制有線槽，在線槽中繞有輸出繞組，在所述外框體中設有若干并列的 鐵芯；在所述并列鐵芯的左半部分的鐵芯上套接有正向線圈繞組，在所述并列 鐵芯的右半部分的鐵芯上套接有反向線圈繞組；所述正、反向線圈繞組的接線 端共接直流變頻控制器。
所述輸出繞組有兩個，分別繞制在所述外框體的兩個相對邊框內側面上的 線槽中；其中一個是單相的或三相的功率輸出繞組，另一個是單相的充電輸出 繞組。
在所述功率輸出繞組的輸出端與所述直流變頻控制器之間分別接有電流檢 測反饋電路和電壓檢測反饋電路。
所述充電輸出繞組的輸出端連接能量回饋緩沖電路。
所述鐵芯的正端面為工字形或h形，所述鐵芯的上下端面與所述外框體上 的所述線槽的相對面之間保留有至少0.5毫米的間隙。
所述直流變頻控制器是以數據處理器U7為核心，數據處理器U7的輸出接 若干四個一組的光耦隔離驅動電路，每組光耦隔離驅動電路的輸出經IGBT驅動電路U4、 U5接由四個IGBT功率管組成的全橋移相驅動電路Qi—Q4，全橋移相 驅動電路Qi—Q4的兩個輸出端分接在一個所述正向線圈繞組或一個所述反向線 圈繞組的兩端。
在本實用新型中的直流變頻控制器中設置有由IGBT大功率管組成的全橋 移相驅動電路，該全橋移相驅動電路可對普通的車載36V或48V直流電瓶與正、 反向線圈繞組在導通方向和導通時間兩方面進行變換控制，使直流電瓶的直流 電壓分別交變地加在各并列鐵芯上的正、反向線圈繞組上，在每個線圈繞組上 就產生一個了交變的磁場，由此在外框體線槽上的單相或三相輸出繞組中就可 隨之感應出交變的感應電動勢。如果直流變頻控制器的一個控制變化周期為T， 則在單相或三相輸出繞組上的感應電動勢的變化頻率即為1/T。如果并列設置有 多個鐵芯，即有兩個以上的正向線圈繞組和兩個以上的反向線圈繞組存在，那 么，就可根據線圈繞組匝數的設置不同，而產生正品字形與倒品字形相接的類 似正弦波的感應電動勢，從而輸出交變的電壓和電流。由此達到了利用本裝置 實現直流功率輸入變換為交流功率輸出的目的。
由于高壓交流電源能夠更好地適應電動機輸出功率的大范圍變化要求，而 本實用新型的輸入/輸出的穩定性以及不可逆性，使得本能量靜態轉換裝置既能 夠滿足汽車發動機在正常扭矩下的高低轉速的頻繁變換的要求，也能夠滿足汽 車發動機在大扭矩低轉速下的啟動性能要求。因而，使用本實用新型作為電動 汽車或混合動力汽車的能量轉換裝置，配以普通規格的低壓直流電瓶之后，即 可滿足汽車的行駛要求。所以，本實用新型具有明顯的使用經濟性、工作穩定 性和車輛運行的適應性。
圖1是本實用新型的物理結構部分與電路結構部分合一的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的物理結構部分的構成是，外框體l為矩形框架， 在外框體l的上、下邊框的內側面上制有并列均布的多個線槽，在線槽中繞制有 輸出繞組。在上邊框的線槽中繞制的是單相或三相的功率輸出繞組21，在下邊 框的線槽中繞制的是單相的充電輸出繞組22。輸出繞組的繞線方式可采用單相 或三相電機的定子繞組的繞線結構。在外框體l中設置有兩個(數量可根據需要 具體設定)并列的鐵芯3;鐵芯3的正端面為工字形，也可以是h形或倒h形等；鐵芯3的上下端面與外框體1上的線槽的相對面之間保留有0.7毫米的間隙；兩鐵
芯之間也保留一定的間距。在左邊的鐵芯3上套接一個正向線圈繞組4，在右邊
的鐵芯3上套接一個反向線圈繞組5;正、反向線圈繞組的接線端共接直流變頻
控制器。所謂正線圈繞組就是一個順時針繞向的線圈繞組或是一個逆時針繞向 的線圈繞組，反向線圈繞組就是與之繞向相反的線圈繞組。
本實用新型的電路結構部分因圖面所限，只給出了正向線圈繞組4與直流變 頻控制器的連接關系及相關電路結構，反向線圈繞組5與正向線圈繞組4具有相 同的與直流變頻控制器的接線方式及相關電路結構，這部分電路因結構相同， 所以就在圖l中省略掉了。
圖1中，本實用新型中的直流變頻控制器是以數據處理器U7為核心，數據 處理器U7可選用51系列單片機，在其數據輸出線接線端分別連接四個一組的 光耦隔離驅動電路；光耦隔離驅動電路的組數與正、反向線圈繞組的總數一致。 如圖1所示，每組光耦隔離驅動電路選用兩個雙運算放大電路芯片U2、U3，其
中U2中的兩個運放U2A、 U2B的輸出各接一個光電耦合器PCl、 PC2，該兩光電
耦合器PCi、 PC2的輸出端各分兩路、各路串接一個限流電阻后接IGBT驅動電
路U4 。而雙運算放大電路芯片U3的兩個運放U3A、 U3B的輸出通過相同的電路
結構接IGBT驅動電路U5。兩個IGBT驅動電路都選用TR2132芯片，并且與全 橋移相驅動電路中的四個IGBT功率管Qi—Q4相接，全橋移相驅動電路Qi—Q4 的兩個輸出端分接在正向線圈繞組21的兩端。
為完善功能特性，本實用新型在上述結構的基礎上，在功率輸出繞組21的 輸出端即A、 B端通過變壓器Ti連接一條電流檢測反饋電路，還通過變壓器T2 連接一條電壓檢測反饋電路。電流檢測反饋電路和電壓檢測反饋電路都是采用 常規電路，用以檢測功率輸出繞組21的交流輸出電流和交流輸出電壓的有無及 幅值，并向數據處理器U7進行反饋。兩反饋電路的信號輸出端分接至直流變頻 控制器中的數據處理器U7的信號輸入端。
本實用新型在外框體1上還設置有充電輸出繞組22。充電輸出繞組22的輸 出端接能量回饋緩沖電路。能量回饋緩沖電路由整流器D3、 二極管D4、電容C5 —C7和DC—DC轉換電路芯片U6連接組成。DC—DC轉換電路芯片U 6可選用 LM2596-ADJ芯片。與能量回饋緩沖電路相接的BTi為36V的車載直流鋰電池。開機時，由鋰電池BTi通過二極管D4向電容C7充電。在IGBT功率管工作時， 電容C7上的電能首先被使用，這樣就可緩解對鋰電池的過度放電。
本實用新型的工作原理是首先，能量回饋緩沖電路中的DC-DC轉換電路 U6將36V直流電壓通過電壓變換將其轉變成標準的+15V、 -15V和+5V直流電壓， 以供數據處理器U7及其外圍電路使用。在數據處理器U7加電時，單片機工作
電路能夠使其順利地啟動工作。電路啟動后，數據處理器U7通過P6、 P7端口向
光耦隔離驅動電路輸出P麗調制脈沖，用于驅動IGBT驅動電路U4、 U5。 IGBT 驅動電路U4 、 Us將調制脈沖信號整理放大后，分別送給全橋移相驅動電路的四 個IGBT功率管Qi-Q4。在IGBT驅動電路U4、 Us的控制下，先是IGBT功率管Qi、 Q4導通，在正向線圈繞組4上形成一個N極向上的磁場。接下來IGBT驅動電路 U4、 Us就會將調制脈沖分配給IGBT功率管Q3、 Q2，使IGBT功率管Q3、 Q2導通， 在正向線圈繞組4上形成一個N極向下的反向磁場。在反向線圈繞組5上產生 的是時間接序、極性相反的交變磁場。由此形成一個有正反向波形的、磁場強 度大小有變的合成磁場。
由變壓器T2、運放UlB和電阻R6—R8、 Rl8、 Rl9連接組成的電壓檢測反饋電
路，用于檢測功率輸出繞組21上的單相交流電壓的有無及幅值。由變壓器Ti、 運放UiA、 二極管Di、 D2等連接組成的電流檢測反饋電路，用于檢測功率輸出繞 組21上的交流電流的變化值。這兩個檢測反饋電路將輸出電壓、電流的檢測情 況反饋到數據處理器U7，可使數據處理器U7實時地計算出最佳的P麗脈寬調制 控制值，以調整和控制各全橋移相驅動電路的導通時間和導通方向，從而達到 適應性的交流功率輸出。
如果需要人工修改P麗的控制參數，可以通過(4X4)鍵盤Soi，向數據處 理器U7的P5端口輸入修改信息，由此實現人工干預功能。
權利要求1、一種電源能量靜態轉換裝置，其特征在于在外框體(1)的邊框內側面上制有線槽，在線槽中繞有輸出繞組，在所述外框體(1)中設有若干并列的鐵芯(3)；在所述并列鐵芯的左半部分的鐵芯(3)上套接有正向線圈繞組(4)，在所述并列鐵芯的右半部分的鐵芯(3)上套接有反向線圈繞組(5)；所述正、反向線圈繞組的接線端共接直流變頻控制器。
2、 根據權利要求l所述的電源能量靜態轉換裝置，其特征在于所述輸出繞 組有兩個，分別繞制在所述外框體(1)的兩個相對邊框內側面上的線槽中；其 中一個是單相的或三相的功率輸出繞組(21)，另一個是單相的充電輸出繞組(22)。
3、 根據權利要求2所述的電源能量靜態轉換裝置，其特征在于在所述功率 輸出繞組(21)的輸出端與所述直流變頻控制器之間分別接有電流檢測反饋電 路和電壓檢測反饋電路。
4、 根據權利要求2所述的電源能量靜態轉換裝置，其特征在于所述充電輸 出繞組(22)的輸出端接能量回饋緩沖電路。
5、 根據權利要求1所述的電源能量靜態轉換裝置，其特征在于所述鐵芯(3) 的正端面為工字形或h形，所述鐵芯(3)的上下端面與所述外框體(1)上的 所述線槽的相對面之間保留有至少0.5毫米的間隙。
6、 根據權利要求1、 2或5所述的電源能量靜態轉換裝置，其特征在于所 述直流變頻控制器是以數據處理器U7為核心，數據處理器U7的輸出接若干四個 一組的光耦隔離驅動電路，每組光耦隔離驅動電路的輸出經IGBT驅動電路U4、 U5接由四個IGBT功率管組成的全橋移相驅動電路Q!—Q4，全橋移相驅動電路 Q1—Q4的兩個輸出端分接在一個所述正向線圈繞組或一個所述反向線圈繞組的 兩端。
專利摘要本實用新型涉及一種采用有控制極的半導體器件的電源能量靜態轉換裝置。其結構是在外框體的邊框內側面上制有線槽，在線槽中繞有輸出繞組，在所述外框體中設有若干并列的鐵芯；在所述并列鐵芯的左半部分的鐵芯上套接有正向線圈繞組，在所述并列鐵芯的右半部分的鐵芯上套接有反向線圈繞組；所述正、反向線圈繞組的接線端共接直流變頻控制器。本實用新型具有明顯的使用經濟性、工作穩定性和車輛運行的適應性。使用本實用新型作為電動汽車或混合動力汽車的能量轉換裝置，配以普通規格的低壓直流電平，即可達到車輛行駛要求。
文檔編號B60L11/00GK201398153SQ20092010275
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月14日 優先權日2009年5月14日
發明者薄中學 申請人:薄中學