一種電流過流保護電路、雙向充電機及電動汽車的制作方法

本發(fā)明屬于電動汽車的電機控制技術領域，尤其是涉及一種電流過流保護電路、雙向充電機及電動汽車。

背景技術：

電動汽車車載雙向充電機是一種在電網(wǎng)和電動汽車動力電池之間能夠轉(zhuǎn)換能量的裝置，具有從電網(wǎng)220V/50Hz交流電源獲取能量，為電動汽車內(nèi)高壓動力電池進行充電的功能，和將電動汽車內(nèi)高壓動力電池的能量轉(zhuǎn)化為220V/50Hz交流電，以帶動交流負載或者為其他電動汽車的動力電池之間充電的功能。

車載雙向充電機拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，無論是充電功能還是逆變功能，都必須通過一定的控制算法控制Q1-Q4四個MOS管實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，Q1-Q4四個MOS管全部關斷時終止能量轉(zhuǎn)換。

現(xiàn)有技術中，控制Q1-Q4四個MOS管實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的算法存在如下問題，限定比較限值電路只提供了單一的比較限值，因此比較電路只能對如圖2所示的交流電流采樣信號進行正半周期的過流保護，對于負半周期的過流沒有保護能力，如圖3所示；單一的比較限值無法監(jiān)測雙向充電機充電功率和逆變功率不相同的情況時的交流電流是否有過流現(xiàn)象，如圖5所示；當雙向充電機出現(xiàn)過流故障后，Q1-Q4四個MOS管立即關斷，同時采集的交流采樣信號小于比較限值，因此Q1-Q4四個MOS管立即導通，由于過流故障未清除，因此會導致Q1-Q4四個MOS管頻繁關斷、導通，如圖4所示，從而使Q1-Q4四個MOS管存在炸管的風險。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種交流過流保護電路、雙向充電機及汽車，從而解決現(xiàn)有技術中電流過流保護電路無法對充電功率和逆變功率不相同的情況下，區(qū)別監(jiān)控交流電流的限值。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種交流過流保護電路，連接于電動汽車的雙向充電機的驅(qū)動電路中，包括：

比較限值提供單元，包括至少四個電壓輸出端；其中第一電壓輸出端和第二電壓輸出端所輸出電壓分別為所述雙向充電機處于充電模式時的電壓上限值和電壓下限值，第三電壓輸出端和第四電壓輸出端所輸出電壓分別為所述雙向充電機處于逆變模式時的電壓上限值和電壓下限值；

開關選擇單元，包括兩個輸出端和用于輸入雙向充電機所處模式的表征信號的第一輸入端，當所述第一輸入端所輸入為充電模式的表征信號時，所述開關選擇單元用于使兩個輸出端分別與所述第一電壓輸出端和第二電壓輸出端導通；當所述第一輸入端所輸入為逆變模式時的表征信號時，所述開關選擇單元用于使兩個輸出端分別與所述第三電壓輸出端和第四電壓輸出端導通；

比較單元，包括用于與雙向充電機的交流電流采樣電路的電壓輸出端連接的第二輸入端、分別與所述開關選擇單元的兩個輸出端連接的第三輸入端和第四輸入端，所述比較單元用于將所述第二輸入端上的電壓與所述第三輸入端和第四輸入端上的電壓進行比較，將比較結(jié)果通過輸出端輸出至雙向充電機的驅(qū)動信號輸出單元。

其中，所述比較限值提供單元包括第一電壓輸入端和第二電壓輸入端，其中所述第一電壓輸入端輸入的電壓值大于所述第二電壓輸入端輸入的電壓值，且所述第一電壓輸入端和所述第二電壓輸入端之間串聯(lián)接設有多個分壓電阻，所述電壓輸出端與其中兩個相鄰分壓電阻之間的節(jié)點連接。

其中，所述比較限值提供單元的每一所述電壓輸出端與所述第二電壓輸入端之間分別接設有電容。

其中，所述開關選擇單元包括一分壓元件，所述分壓元件的一端與所述第一輸入端連接，另一端接地連接。

其中，所述第二輸入端和比較單元的輸出端分別接設有低通濾波電路。

其中，所述開關選擇單元包括比較子電路和至少四個開關子電路，所述比較子電路包括一輸入端和一輸出端，其中所述比較子電路的輸入端形成為所述開關選擇單元的第一輸入端，當所述第一輸入端輸入的為充電模式時的表征信號時，所述輸出端輸出第一比較值；當所述第一輸入端輸入的為逆變模式的表征信號時，所述輸出端輸出第二比較值；

其中第一開關子電路的控制端和第二開關子電路的控制端與所述比較子電路的輸出端連接，第三開關子電路的控制端和第四開關子電路的控制端與所述比較子電路的輸入端連接；所述第一開關子電路的輸入端與所述第一電壓輸出端連接，所述第二開關子電路的輸入端與所述第二電壓輸出端連接，所述第三開關子電路的輸入端與所述第三電壓輸出端連接，所述第四開關子電路的輸入端與所述第四電壓輸出端連接；且所述第一開關子電路的輸出端和所述第三開關子電路的輸出端與所述開關選擇單元的第一輸出端連接，所述第二開關子電路的輸出端和所述第四開關子電路的輸出端與所述開關選擇單元的第二輸出端連接；

當所述第一輸入端輸入的為充電模式時的表征信號時，所述第一開關子電路和第二開關子電路的輸入端與輸出端之間呈閉合狀態(tài)，所述第三開關子電路和第四開關子電路的輸入端與輸出端之間呈斷開狀態(tài)斷開；當所述第一輸入端輸入的為逆變模式時的表征信號時，所述第一開關子電路和第二開關子電路的輸入端與輸出端之間呈斷開狀態(tài)，所述第三開關子電路和第四開關子電路的輸入端與輸出端之間呈閉合狀態(tài)。

其中，所述比較單元包括第一比較器和第二比較器，其中，所述第一比較器的一輸入端與所述第二比較器的一輸入端分別與所述比較單元的第二輸入端連接；所述第一比較器的另一輸入端與所述第三輸入端連接；所述第二比較器的另一輸入端與所述第四輸入端連接；且所述第一比較器的輸出端與所述第二比較器的輸出端連接，形成為所述比較單元的輸出端。

其中，所述比較單元的輸出端通過鎖存器與所述雙向充電機的驅(qū)動信號輸出單元連接。

其中，所述鎖存器包括與所述比較單元的輸出端連接的第五輸入端、用于輸入雙向充電機所處工作狀態(tài)的表征信號的第六輸入端，以及與所述驅(qū)動信號輸出單元連接的輸出端；當所述雙向充電機發(fā)生故障時，所述鎖存器用于將故障信號鎖存，使所述驅(qū)動信號輸出單元輸出無效信號。

本發(fā)明還提供了一種雙向充電機，包括如上所述的電流過流保護電路。

本發(fā)明還提供了一種電動汽車，包括如上所述的雙向充電機。

本發(fā)明的上述技術方案至少具有如下有益效果：

本發(fā)明將現(xiàn)有技術中的限值比較提供單元進行改進，通過計算選擇合適的分壓電阻值，從而為比較單元提供雙向充電機處于充電模式時的電壓上、下限值和逆變模式時的電壓上、下限值，實現(xiàn)同時監(jiān)測交流電流的正半周期和負半周期的交流過流現(xiàn)象；通過在限值比較提供單元和比較單元之間增加開關選擇單元，根據(jù)雙向充電機的工作模式的不同，實現(xiàn)監(jiān)測充電模式的交流電流過流現(xiàn)象，或監(jiān)測逆變模式的交流電流過流現(xiàn)象；通過在比較單元和驅(qū)動信號輸出單元之間增加鎖存器，實現(xiàn)在出現(xiàn)過流現(xiàn)象時，所述鎖存器將故障信號鎖存，使驅(qū)動信號輸出單元輸出無效的驅(qū)動信號給Q1-Q4四個MOS管，直至故障清除，從而避免Q1-Q4四個MOS管頻繁關斷和導通。

附圖說明

圖1是雙向充電機的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是交流電流采樣電路輸出的交流電流采樣信號波形示意圖；

圖3是現(xiàn)有技術的交流電流采樣信號與單一限值比較的示意圖；

圖4是現(xiàn)有技術導致Q1-Q4頻繁關斷和導通的示意圖；

圖5是現(xiàn)有技術無逆變過流保護功能的示意圖；

圖6是本發(fā)明的比較限值的示意圖；

圖7是本發(fā)明的鎖存器的真值表；

圖8是本發(fā)明的電流過流保護電路的示意圖。

附圖標記說明：

1-限值比較提供單元，2-開關選擇單元，3-比較單元，5-驅(qū)動信號輸出單元，R1-第一電阻，R2-第二電阻，R3-第三電阻，R4-第四電阻，R5-第五電阻，R6-第六電阻，U1-反相器，U2-模擬開關芯片，U31-第一比較器，U32-第二比較器，U4-鎖存器，U5-單片機芯片。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。

如圖8所示，本發(fā)明的一實施例提供了一種電流過流保護電路，包括：比較限值提供單元1，開關選擇單元2，比較單元3、鎖存器U4以及驅(qū)動信號輸出單元5。

所述比較限值提供單元1包括第一電壓輸入端和第二電壓輸入端，其中所述第一電壓輸入端輸入的電壓值大于所述第二電壓輸入端輸入的電壓值，且所述第一電壓輸入端和所述第二電壓輸入端之間串聯(lián)接設有多個通過計算后選擇的分壓電阻，所述比較限值提供單元用以提供雙向充電機處于充電模式的交流電流過流保護的電壓上、下限值和處于逆變模式的交流電流過流保護的電壓上、下限值。

所述比較限值提供單元1還包括至少四個電壓輸出端，其中第一電壓輸出端與第一電阻R1和第二電阻R2之間的節(jié)點連接，輸出的電壓為雙向充電機處于充電模式時的電壓上限值；第二電壓輸出端與第四電阻R4和第五電阻R5之間的節(jié)點連接，輸出的電壓為雙向充電機處于充電模式時的電壓下限值；第三電壓輸出端與第二電阻R2和第三電阻R3之間的節(jié)點連接，輸出的電壓為雙向充電機處于逆變模式時的電壓上限值；第四電壓輸出端與第三電阻R3和第四電阻R4之間的節(jié)點連接，輸出的電壓為雙向充電機處于逆變模式時的電壓下限值。

每一所述電壓輸出端分別與第二電壓輸入端之間接設有濾波電容，從而使所述電壓輸出端輸出的電壓值更加穩(wěn)定。

所述開關選擇單元2包括比較子電路和至少四個開關子電路。

其中，所述比較子電路包括一反相器U1、為所述反相器提供電壓的供電電源以及連接在所述反相器U1的輸入端與接地端之間的分壓元件。所述反相器U1的輸入端為所述開關選擇單元的第一輸入端，用于輸入雙向充電機所處模式的表征信號；所述分壓元件為第六電阻R6，用于對所述第一輸入端輸入的異常電壓進行分壓處理。

所述開關選擇單元中的至少四個開關子電路可以為模擬開關芯片U2、繼電器、晶體管或者MOS管。

以模擬開關芯片U2為例，如圖8所示，所述模擬開關芯片U2內(nèi)部包括四個開關子電路，每一開關子電路包括一控制端、一輸入端和一輸出端，通過給所述控制端輸入控制信號，使所述輸入端和輸出端閉合或斷開。

其中，第一開關子電路的控制端和第二開關子電路的控制端與所述比較子電路的輸出端連接，第三開關子電路的控制端和第四開關子電路的控制端與所述比較子電路的輸入端連接；所述第一開關子電路的輸入端與所述第一電壓輸出端連接，所述第二開關子電路的輸入端與所述第二電壓輸出端連接，所述第三開關子電路的輸入端與所述第三電壓輸出端連接，所述第四開關子電路的輸入端與所述第四電壓輸出端連接；且所述第一開關子電路的輸出端和所述第三開關子電路的輸出端與所述開關選擇單元的第一輸出端連接，所述第二開關子電路的輸出端和所述第四開關子電路的輸出端與所述開關選擇單元的第二輸出端連接。

當所述第一輸入端輸入的為逆變模式時的表征信號時，所述比較子電路的輸出端輸出第一比較值，所述第一輸入端輸入一控制信號給所述第三開關子電路的控制端和第四開關子電路的控制端，使所述第三開關子電路和第四開關子電路的輸入端與輸出端之間呈閉合狀態(tài)；所述比較子電路的輸出端將第一比較值輸出給所述第一開關子電路和第二開關子電路的控制端，使所述第一開關子電路和第二開關子電路的輸入端與輸出端之間呈斷開狀態(tài)斷開；當所述第一輸入端輸入的為充電模式時的表征信號時，所述第一輸入端將與所述充電模式表征信號相對應的控制信號發(fā)送給所述第三開關子電路和第四開關子電路的控制端，使所述第三開關子電路和第四開關子電路的輸入端與輸出端之間呈斷開狀態(tài)；所述比較子電路的輸出端將第二比較值傳輸給所述第一開關子電路和第二開關子電路的控制端，使所述第一開關子電路和第二開關子電路的輸入端與輸出端之間呈閉合狀態(tài)。

所述比較單元3包括第一比較器U31和第二比較器U32，其中，所述第一比較器的U31一輸入端與所述第二比較器U32的一輸入端分別與所述比較單元的第二輸入端連接；所述第一比較器U31的另一輸入端與所述第三輸入端連接；所述第二比較器U32的另一輸入端與所述第四輸入端連接；且所述第一比較器U31的輸出端與所述第二比較器U32的輸出端連接，形成為所述比較單元3的輸出端。

其中，所述第二輸入端用于與雙向充電機的交流電流采樣電路的電壓輸出端連接；所述第三輸入端與所述開關選擇單元2的第一輸出端連接；所述第四輸入端與所述開關選擇單元2的第二輸出端連接；所述比較單元3用于將所述第二輸入端上的電壓與所述第三輸入端和第四輸入端上的電壓進行比較，將比較結(jié)果通過所述比較單元3的輸出端輸出至雙向充電機的驅(qū)動信號輸出單元5。

其中，所述第二輸入端和所述比較單元的輸出端上分別接設有低通濾波電路，用于使所述輸入電壓值和所述輸出電壓值更加穩(wěn)定。

如圖8所示，所述比較單元3的輸出端通過鎖存器U4與所述雙向充電機的驅(qū)動信號輸出單元5連接。

其中，所述鎖存器U4包括與所述比較單元3的輸出端連接的第五輸入端、用于輸入雙向充電機所處工作狀態(tài)的表征信號的第六輸入端，以及與所述驅(qū)動信號輸出單元5連接的輸出端；當所述雙向充電機發(fā)生故障時，所述鎖存器U4用于將故障信號鎖存，通過控制驅(qū)動信號輸出單元5，使驅(qū)動信號輸出單元5輸出無效信號，從而使所述雙向充電機停止能量轉(zhuǎn)換。

所述驅(qū)動信號輸出單元5包括一單片機芯片U5，與所述單片機芯片U5的使能端連接的MOS管Q20。所述鎖存器U4的輸出端與所述MOS管Q20的柵極連接，通過所述鎖存器U4的輸出端輸出的電壓值控制所述MOS管Q20的斷開或?qū)?，從而輸出無效或有效的驅(qū)動信號。

其中，所述單片機芯片U5的輸入端分別與雙向充電機的單片機芯片的輸出端連接；所述單片機芯片U5的輸出端通過第二級驅(qū)動單元分別與所述Q1-Q4四個MOS管的柵極連接。

本發(fā)明的電流過流保護電路在具體應用時，所述電流過流保護電路上電后，所述比較限值提供單元1輸出穩(wěn)定的充電模式的電壓上、下限值和逆變模式的電壓上、下限值，如圖6所示，當所述第一輸入端輸入的為充電模式的表征信號時，所述第一開關子電路和第二開關子電路的輸入端和輸出端導通，使輸出充電模式電壓上限值的第一電壓輸出端與所述比較單元的第三輸入端導通，使輸出充電模式電壓下限值的第二電壓輸出端與所述比較單元的第四輸入端導通；所述第二輸入端輸入所述交流電流采樣信號EXT-AI-Iac，所述比較單元3將所述交流電流采樣信號EXT-AI-Iac與所述充電模式的電壓上限值和電壓下限值進行比較。

若所述交流電流采樣信號EXT-AI-Iac位于所述充電模式的電壓上限值和下限值之間，則所述雙向充電機未發(fā)生過流故障，所述比較單元3的輸出端輸出一高電平，即與其連接的所述鎖存器U4的第五輸入端輸入一高電平，從而使所述鎖存器U4的輸出端輸出一高電平，使所述MOS管Q20導通，從而使所述單片機芯片U5的使能端為低電平，使驅(qū)動信號輸出單元5輸出有效的驅(qū)動信號，使Q1-Q4四個MOS管導通。

若所述雙向充電機發(fā)生過流故障，則所述交流電流采樣信號EXT-AI-Iac不在所述充電模式的電壓上限值和下限值之間，則所述比較單元3的輸出端輸出一低電平，從而使與其連接的第五輸入端輸入一低電平，如圖7所示的鎖存器真值表，所述鎖存器U4的輸出端輸出一低電平，從而使所述MOS管Q20關斷，使所述單片機芯片U5的使能端為高電平，最終使驅(qū)動信號輸出單元5輸出無效的驅(qū)動信號，使Q1-Q4四個MOS管關斷，從而停止所述雙向充電機的能量轉(zhuǎn)換。

當故障消失，所述第五輸入端為高電平時，由于第六輸入端始終為低電平，因此所述鎖存器U4的輸出端輸出為鎖存的低電平，所述驅(qū)動信號輸出單元5輸出的驅(qū)動信號依然無效，從而避免Q1-Q4四個MOS管頻繁關斷和導通；當雙向充電機的單片機確認交流過流故障清除后，給所述第六輸入端輸入一上升沿，如圖7所示的真值表所示，解除對過流故障信號的鎖存，使驅(qū)動信號輸出單元5輸出有效的驅(qū)動信號給Q1-Q4四個MOS管。

當雙向充電機處于逆變模式時，所述第三開關子電路和所述第四開關子電路導通，使所述交流電流采樣信號EXT-AI-Iac與逆變模式的電壓上、下限值進行比較，最終使驅(qū)動信號輸出單元5輸出有效或無效驅(qū)動信號給Q1-Q4四個MOS管。

本發(fā)明的上述實施例，通過選擇合適的分壓電阻值，從而使所述比較限值提供單元1能夠提供充電模式的電壓上、下限值和逆變模式的電壓上、下限值；通過增加開關選擇單元2，使所述雙向充電機處于充電模式時，所述第一電壓輸出端和所述第二電壓輸出端分別與所述比較單元的第三輸入端和第四輸入端連接；當所述雙向充電機處于逆變模式時，所述第三電壓輸出端和所述第四電壓輸出端分別與所述比較單元3的第三輸入端和第四輸入端連接；從而實現(xiàn)了既能監(jiān)測充電模式的限流過流故障，又能監(jiān)測逆變模式的限流過流故障。通過將比較單元3設置為兩個比較器，從而實現(xiàn)了同時監(jiān)測交流電流正半周期和負半周期的過流現(xiàn)象，縮短了交流電流過流保護響應的時間。通過在比較單元3和驅(qū)動信號輸出單元5之間增加鎖存器U4，避免了Q1-Q4四個MOS管頻繁關斷、導通，避免炸管現(xiàn)象的發(fā)生。

本發(fā)明還提供了一種雙向充電機，包括如上所述的電流過流保護電路。

相應的由于本發(fā)明實施例的電流過流保護電路，應用于雙向充電機上，因此，本發(fā)明實施例還提供了一種雙向充電機，其中，上述電流過流保護電路所述實現(xiàn)實施例均適用于該雙向充電機的實施例中，也能達到相同的技術效果。

本發(fā)明還提供了一種電動汽車，包括如上所述的雙向充電機。

相應的由于本發(fā)明實施例的雙向充電機，應用于電動汽車上，因此，本發(fā)明實施例還提供了一種電動汽車，其中，上述雙向充電機所述實現(xiàn)實施例均適用于該電動汽車的實施例中，也能達到相同的技術效果。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。