宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统技术方案

一种宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统，设置在动力电池组模块和负载模块之间，包括依次相连的输入电压预充模块、EMI模块、BOOST升压模块、LLC功率变换模块和低压侧整流MOS模块；还包括通讯连接的初级MCU控制模块、次级MCU控制模块、LLC控制模块以及低压侧控制模块。本实用新型专利技术既能够保证较宽的输入电压范围，以及显著提高转换效率，且同样功率下，体积更小、重量很轻，满足整车轻量化要求，又能保证系统的可靠性、稳定性及安全性。稳定性及安全性。稳定性及安全性。

【技术实现步骤摘要】
宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统


[0001]本技术涉及一种新能源汽车的DC
‑
DC变换器，尤其是一种宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统，属于电源转换


技术介绍

[0002]近几年来，由于环境污染的恶化，空气质量逐渐下降，环境问题日益突出，政府出台了一系列相关政策，以鼓励电动汽车产业的发展，汽车产业转型升级和电动化趋势日益明显，采用电力等新能源汽车在中国得到了快速发展，而车载DC
‑
DC变换器作为电动汽车动力电池系统的重要组成部分，在行车过程中始终都要保持供电，对其性能提高了要求，其中最显著一点要求就是，车载 DC
‑
DC变换器的输入电压范围要宽。
[0003]目前，电动汽车的高压电池组由大量的单体电池进行串并联组合以满足电池电压和容量的需求，为了提高电动汽车的续航能力，增加高压电池组的功率容量，就要求用到更多的单体电池，也就使得实际车载动力电池的母线电压会存在很大的电压波动，特别对于锂电池动力电池系统，该母线电压的输出波动范围为400V～700V。因此，宽范围输入电压的要求增加了车载DC
‑
DC变换器的设计难度，降低了工作效率，需要选择合适的拓扑来适应宽范围电压输入。
[0004]但是，现有的DC
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DC变换器主要应用于工业领域，同时存在以下不足或缺点：
[0005]1)供电范围较窄，无法适用车载不同电压平台的母线输入电压要求；
[0006]2)转换效率较低，仅有89％左右，无法满足续航要求；
[0007]3)体积较大、重量较重，无法满足整车轻量化要求；
[0008]4)所带EMI滤波器的电容较大，上电冲击电流较大，给整车PDU(Power Distribution Unit，电源分配单元)设计带来困难；
[0009]5)稳定性、可靠性和耐久性都有待于提高，无法满足高性能要求。

技术实现思路

[0010]为了克服现有技术的上述不足，本技术提供一种宽输入范围的高效率 SiC电动汽车电源变换器系统，该变换器既能够保证较宽的输入电压范围，以及显著提高转换效率，且同样功率下，体积更小、重量很轻，满足整车轻量化要求，又能保证系统的可靠性、稳定性及安全性。
[0011]本技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种宽输入范围的高效率 SiC电动汽车电源变换器系统，设置在动力电池组模块和负载模块之间，包括依次相连的输入电压预充模块、EMI模块、BOOST升压模块、LLC功率变换模块和低压侧整流MOS模块；还包括通讯连接的初级MCU控制模块和次级 MCU控制模块；初级MCU控制模块分别连接至输入电压预充模块和BOOST 升压模块连接，BOOST升压模块与LLC功率变换模块之间也连接至初级 MCU控制模块，初级MCU控制模块和次级MCU控制模块均通过LLC控制模块连接到LLC功率变换模块；低压侧整流MOS模块与负载模块之间还连接至次级MCU控制模块，低压侧整流MOS模块设
有连接的低压侧控制模块。
[0012]相比现有的DC
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DC变换器，本技术的宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统，显著优势如下：
[0013]1)采用预充电路前置方案，通过设置输入电压预充模块，保证了上电冲击电流最小；
[0014]2)采用一级使用1200V高压碳化硅MOS的BOOST功率变换升压模块，保证了较宽的输入电压范围，使输入电压范围可达220VDC～880VDC；
[0015]3)采用平面变压技术、软开关技术，碳化硅(SiC)高压MOSFET技术及LLC技术，显著提高了转换效率，转换效率可达95％以上，使同样功率下，体积更小、重量很轻，满足整车轻量化要求；
[0016]4)采用双MCU冗余设计方案，通过设置初级MCU控制模块和次级 MCU控制模块，保证了系统的可靠性、稳定性及安全性。
附图说明
[0017]下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
[0018]图1是本技术一个实施例的系统结构框图。
[0019]图2是本技术一个实施例的系统原理图。
[0020]图3是本技术一个实施例的输入电压预充模块+EMI模块+BOOST升压模块的电路图。
[0021]图4是本技术一个实施例中LLC控制模块的电路图。
[0022]图5是本技术一个实施例中LLC功率变换模块的电路图。
[0023]图6是本技术一个实施例中低压侧整流MOS模块的电路图。
[0024]图7是本技术一个实施例中低压侧控制模块的电路图。
具体实施方式
[0025]为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术的保护范围。
[0026]图1至图7示出了本技术一个较佳的实施例的结构示意图，图1中的宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统，设置在动力电池组模块和负载模块之间，包括依次相连的输入电压预充模块、EMI模块、BOOST升压模块、LLC功率变换模块和低压侧整流MOS模块；还包括通讯连接的初级 MCU控制模块和次级MCU控制模块；初级MCU控制模块分别连接至输入电压预充模块和BOOST升压模块连接，BOOST升压模块与LLC功率变换模块之间也连接至初级MCU控制模块，初级MCU控制模块和次级MCU控制模块均通过LLC控制模块连接到LLC功率变换模块；低压侧整流MOS模块与负载模块之间还连接至次级MCU控制模块，低压侧整流MOS模块设有连接的低压侧控制模块。其中，所述的初级MCU控制模块包括初级MCU，次级 MCU控制模块包括次级MCU。
[0027]在本实施例中，所述的LLC控制模块包括控制芯片L6599AD及其周围电路，控制芯片U2的VCC引脚受初级和次级MCU控制，U2的6脚经检流电流接谐振电容C139和谐振电容C140的公共端，U2的11脚接隔离驱动芯片 U14的2脚，作为LLC半桥的下臂SiC功率开关管Q7的驱动输入，U2的15 脚接隔离驱动芯片U14的1脚，作为LLC半桥的上臂SiC功率开关管Q6的驱动输入，U2的4脚和5脚可通过输出反馈调节系统频率。参见图7，所述的低压侧控制模块包括同步整流控制芯片U23和同步整流控制芯片U8及其周围电路，U8和U23的4脚接同步整流MOS Q4、Q9、Q12、Q1、Q8、Q10的源极； U8和U23的4脚经限流电阻R39和R97接次级辅助电源+12V，U8和U23的 3脚为输出脚，3脚经驱动保护电路接同步整流MOS Q4、Q9、Q12、Q1、Q8、 Q10的栅极。
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统，设置在动力电池组模块和负载模块之间，其特征是：包括依次相连的输入电压预充模块、EMI模块、BOOST升压模块、LLC功率变换模块和低压侧整流MOS模块；还包括通讯连接的初级MCU控制模块和次级MCU控制模块；初级MCU控制模块分别连接至输入电压预充模块和BOOST升压模块连接，BOOST升压模块与LLC功率变换模块之间也连接至初级MCU控制模块，初级MCU控制模块和次级MCU控制模块均通过LLC控制模块连接到LLC功率变换模块；低压侧整流MOS模块与负载模块之间还连接至次级MCU控制模块，低压侧整流MOS模块设有连接的低压侧控制模块。2.根据权利要求1所述的宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统，其特征是：所述的输入电压预充模块由预充电路构成，包括预充继电器RLY1、预充功率电阻RT1以及防反接二极管BRG2，动力电池组模块的输出正极VIN+经保险丝F1分别连接预充功率电阻RT1和预充继电器RLY1的一个触点，预充功率电阻RT1的另一端连接防反接二极管BRG2的正极，防反接二极管BRG2的负极和预充继电器RLY1的另一个触点相连，此处防反二极管BRG2使用整流桥代替。3.根据权利要求2所述的宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统，其特征是：所述的EMI模块由两级LC滤波电路串接构成，一级LC滤波电路包括X电容C5、Y电容C1、Y电容C2和共模电感L2，X电容C5一端同时连接防反接二极管的负极、Y电容C2的一引脚及共模电感L2的一同名端，X电容C5的另一端同时连接动力电池组模块的负极VIN
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、Y电容C1的一引脚及共模电感L2的另一绕组的同名端；Y电容C1和Y电容C2的另一引脚相接，同时接金属外壳；二级LC滤波电路包括X电容C3、Y电容C11、Y电容C12和共模电感L3，X电容C3分别连接共模电感L3、L2的两个非同名端；共模电感L3的两个非同名端分别连接薄膜电容C6的两端及C11、C12的一非同名引脚；Y电容C11和Y电容C12的另一引脚相接，同时接金属外壳。4.根据权利要求3所述的宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统，其特征是：所述的BOOST升压模块由BOOST升压电路构成，包括升压电感L6、SiC功率开关管Q2、SiC功率开关管Q22、SiC续流二极管D31、保护二极管BRG1、检流电阻RS1、检流电阻RS3、输出滤波电容C29、输出滤波电容C4和输出滤波电容C36；升压电感L6的一端连接薄膜电容C6的正极，同时连接保护二极管BRG1的正极，此处保护二极管BRG1由整流桥代替，升压电感L6的另一端连接SiC功率开关管Q2的漏极和SiC功率开关管Q22的漏极以及SiC续流二极管D31的正极，此处SiC功率开关管Q2和SiC功率开关管Q22并联，SiC续流二极管D31的负极与保护二极管BRG1的负极连接，同时连接输出滤波电容C29和输出滤波电容C4的正极，输出滤波电容C4与输出滤波电容C36串联，输出滤波电容C36的负极与SiC功率开关管Q2和SiC功率开关管Q22的源极连接，同时还连接到检流电阻RS1和检流电阻RS3的一端，检流电阻RS1和检流电阻RS3并联，其另一端连接薄膜电容C6的负极；BOOST升压模块升压后的输出电压即输出滤波电容C4正极端电压作为系统母线电压，为后续LLC功率变换模块提供输入电压。5.根据权利要求4所述的宽输入范围的高效率SiC电动汽车电源变换器系统，其特征是：所述的LLC功率变换模块由LLC半桥高压侧SiC功率开关电...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宇晓，王飞，李小凡，
申请(专利权)人：江苏省精创电气股份有限公司，
类型：新型
国别省市：