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摘要：本文通過比亞迪公司的專利了解電動汽車、車載充電器及其過流保護電路，其中，車載充電器包括AC/DC變換器和DC/DC變換器，AC/DC變換器和DC/DC變換器均采用光耦驅動的SiC開關管，過流保護電路包括：電流檢測單元，通過檢測DC/DC變換器的輸出端電流以輸出電流檢測值；過流保護單元，用于輸出過流保護信號；控制單元，在接收到過流保護信號時關閉SiC開關管的控制信號輸出通道，以使AC/DC變換器和DC/DC變換器停止工作。該過流保護電路可以在車載充電器出現過流故障時快速觸發過流保護功能，提升車載充電器工作的安全性，同時，采用SiC開關管可以提高車載充電器的充電速率，降低控制難度和成本。
技術領域
本實用新型涉及電動汽車技術領域，特別涉及一種車載充電器的過流保護電路、一種車載充電器和一種電動汽車。
背景技術
由于傳統燃油車產生的汽車尾氣加重環境污染，地球石油資源日益緊缺，因此全球市場對于電動汽車的需求急速增長。目前，車載充電器多使用兩級變換結構，具體結構如圖1所示，該車載充電器先將交流電經過AC/DC變換器100整流，然后將整流后的直流電接入DC/DC變換器200，以對直流電壓進行調節，最后將調節后的直流電輸入到負載(即電池包)。具體電路拓撲如圖2所示，DC/DC變換器200多采用BOOST(升壓斬波電路)和BUCK(降壓斬波電路)電路實現DC/DC轉換，開關管一般使用IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)，通過驅動芯片控制IGBT的通斷，該驅動芯片的型號一般為1ED020I12FA。
為保證車載充電器工作的安全性，一般需要設置過流保護電路。一些車載充電器可以根據采集到的IPM(Intelligent Power Module，智能功率模塊)的過流保護信號，通過軟件或者硬件電路關閉PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制)輸出通道，實現過流保護。
但是，大部分車載充電器使用的是MOS管，沒有IPM(Intelligent Power Module，智能功率模塊)過流保護信號，需要通過檢測車載充電器的電流信號以構建過流保護信號。然而，一些車載充電器最高開關頻率可達100KHz，如果采用上述方法的實現車載充電器的過流保護功能，其過流保護電路的動作延遲時間較大，過流保護功能存在失效風險，嚴重影響車載充電器工作的安全性。
實用新型內容
本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本實用新型的一個目的在于提出一種車載充電器的過流保護電路，該過流保護電路可以在車載充電器出現過流時快速觸發過流保護功能，提升車載充電器工作的安全性，同時，車載充電器采用SiC(Silicon Carbide，碳化硅)開關管，可以提高車載充電器的充電速率，降低控制難度和成本。本實用新型的第二個目的在于提出一種車載充電器。本實用新型的第三個目的在于提出一種電動汽車。
為達到上述目的，本實用新型一方面提出了一種車載充電器的過流保護電路，所述車載充電器包括AC/DC變換器和DC/DC變換器，所述AC/DC變換器和DC/DC變換器均采用光耦驅動的SiC開關管，所述過流保護電路包括：電流檢測單元，所述電流檢測單元通過檢測所述DC/DC變換器的輸出端電流以輸出電流檢測值；過流保護單元，所述過流保護單元與所述電流檢測單元相連，所述過流保護單元用于在所述電流檢測值大于預設電流閾值時輸出過流保護信號；控制單元，所述控制單元與所述過流保護單元相連，所述控制單元在接收到所述過流保護信號時關閉所述SiC開關管的控制信號輸出通道，以使所述AC/DC變換器和DC/DC變換器停止工作。
根據本實用新型的車載充電器的過流保護電路，電流檢測單元通過檢測DC/DC變換器的輸出端電流以輸出電流檢測值，過流保護單元在電流檢測值大于預設電流閾值時輸出過流保護信號，控制單元在接收到過流保護信號時關閉SiC開關管的控制信號輸出通道，以使AC/DC變換器和DC/DC變換器停止工作。由此，該過流保護電路可以在車載充電器出現過流故障時快速觸發過流保護功能，提升車載充電器工作的安全性，同時，車載充電器采用SiC開關管，可以提高車載充電器的充電速率，降低控制難度和成本。
根據本實用新型的車載充電器的過流保護電路還可以具有如下附加的技術特征：
所述電流檢測單元包括電流霍爾傳感器，所述電流霍爾傳感器連接到所述DC/DC變換器的輸出端。所述DC/DC變換器為諧振全橋隔離變換器，所述諧振全橋隔離變換器包括第一橋式變換單元、第二橋式變換單元和隔離變壓器，所述第一橋式變換單元的輸入端與所述AC/DC變換器的直流端相連，所述第一橋式變換單元的輸出端連接到所述隔離變壓器的初級側，所述隔離變壓器的次級側連接所述第二橋式變換單元的輸入端，所述第二橋式變換單元的輸出端并聯有直流側電容、且作為所述DC/DC變換器的輸出端，所述電流霍爾傳感器連接到所述直流側電容的正極端。
所述AC/DC變換器為三相橋式變換器，所述三相橋式變換器的交流端用以連接電網或驅動電機，所述三相橋式變換器的直流端并聯有母線電容。所述SiC開關管為SiC功率場效應管。所述過流保護單元包括：串聯在基準電壓電源與地之間的第一電阻、第二電阻和第三電阻，所述第二電阻與所述第三電阻之間具有第一節點；比較器，所述比較器的負輸入端與所述電流檢測單元的輸出端相連，所述比較器的正輸入端與所述第一節點相連；第四電阻，所述第四電阻的一端與第一預設電源相連，所述第四電阻的另一端與所述比較器的輸出端相連；第五電阻，所述第五電阻的一端與所述比較器的輸出端相連；第六電阻，所述第六電阻的一端與所述第五電阻的另一端相連，所述第六電阻的另一端接地；第一電容，所述第一電容與所述第六電阻并聯。
所述過流保護單元還包括：放大器，所述放大器的正輸入端分別與所述第五電阻的另一端和所述第六電阻的一端相連，所述放大器的負輸入端與所述放大器的輸出端相連，所述放大器的電源端與所述第一預設電源相連；第二電容，所述第二電容的一端與所述放大器的電源端相連，所述第二電容的另一端接地；第七電阻，所述第七電阻的一端與所述放大器的輸出端相連，所述第七電阻的另一端與所述控制單元相連；第三電容，所述第三電容的一端與所述第七電阻的另一端相連，所述第三電容的另一端接地。
所述過流保護單元還包括：第一箝位二極管，所述第一箝位二極管的陽極接地；第二箝位二極管，所述第二箝位二極管的陽極與所述第一箝位二極管的陰極相連，所述第二箝位二極管的陽極與所述第一箝位二極管的陰極之間具有第二節點，所述第二箝位二極管的陰極與所述第一預設電源相連，所述第二節點與所述第七電阻的另一端相連。
為達到上述目的，本實用新型的第二方面提出一種車載充電器，其包括本實用新型第一方面所述的車載充電器的過流保護電路。
本實用新型的車載充電器，通過上述的車載充電器的過流保護電路的電流檢測單元檢測DC/DC變換器的輸出端電流以輸出電流檢測值，并通過過流保護單元在電流檢測值大于預設電流閾值時輸出過流保護信號，以及通過控制單元在接收到過流保護信號時關閉SiC開關管的控制信號輸出通道，以使AC/DC變換器和DC/DC變換器停止工作。由此，該車載充電器可以在出現過流故障時快速觸發過流保護功能，提升車載充電器工作的安全性，同時，車載充電器采用SiC開關管，可以提高車載充電器的充電速率，降低控制難度和成本。
為達到上述目的，本實用新型的第三方面提出一種電動汽車，其包括本實用新型第二方面所述的車載充電器。
本實用新型的電動汽車，通過上述的車載充電器，可以在車載充電器出現過流故障時快速觸發過流保護功能，提升車載充電器工作的安全性，同時，車載充電器采用SiC開關管，可以提高電動汽車的充電速率，降低控制難度和成本。
附圖說明
本實用新型上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中，
圖1是相關技術中車載充電器的方框示意圖；
圖2是相關技術中車載充電器的電路拓撲圖；
圖3是根據本實用新型一個實施例的車載充電器的過流保護電路的方框示意圖；
圖4是根據本實用新型一個實施例的車載充電器的電路拓撲圖；
圖5是根據本實用新型一個實施例的車載充電器的過流保護電路的電路拓撲圖。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。 下面參照附圖來描述根據本實用新型實施例提出的車載充電器的過流保護電路、車載充電器和電動汽車。圖3是根據本實用新型一個實施例的車載充電器的過流保護電路的方框示意圖。其中，如圖4所示，車載充電器包括：AC/DC變換器40和DC/DC變換器50，AC/DC變換器10和DC/DC變換器20均采用光耦驅動的SiC開關管。
如圖3所示，過流保護電路包括：電流檢測單元10、過流保護單元20和控制單元30。電流檢測單元10通過檢測DC/DC變換器50的輸出端電流以輸出電流檢測值。過流保護單元20與電流檢測單元10相連，過流保護單元20用于在電流檢測值大于預設電流閾值時輸出過流保護信號?？刂茊卧?0與過流保護單元20相連，控制單元30在接收到過流保護信號時關閉SiC開關管的控制信號輸出通道，以使AC/DC變換器40和DC/DC變換器50停止工作。預設電流閾值可以根據實際情況進行預設。 其中，在本實用新型實施例中，SiC開關管為SiC功率場效應管。
與傳統的場效應管相比，SiC功率場效應管具有如下優點：1、耐壓值高，可達到1200V；2、過電流能力強，可達到72A；3、導通阻抗低；4、快速的開關能力；5、更快的反向恢復能力；6、并聯使用更加方便，且驅動方式更簡單。因此，用SiC功率場效應管代替傳統的場效應管，可以提高車載充電器的充電速率，降低控制難度和成本。
具體地，電流檢測單元10實時檢測車載充電器DC/DC變換器50的輸出端電流，并輸出電流檢測值至過流保護單元20，如果電流檢測值大于預設電流閾值，則說明車載充電器出現過流故障，過流保護單元20輸出過流保護信號至控制單元30?？刂茊卧?0可以為DSP（Digital Signal Process，數字信號處理）芯片，其型號可以為TMS320F28335，該型號的DSP芯片支持外部中斷，過流保護單元20將過流保護信號發送到DSP芯片支持外部中斷的引腳，觸發中斷，關閉SiC開關管的控制信號輸出通道，即PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制）通道，AC/DC變換器40和DC/DC變換器50停止工作，實現車載充電器的過流保護。 需要說明的是，在本實用新型的實施例中，光耦可以使用安華高的貼片集成塊ACPL-K33T，其采用18V供電，一路互補PWM信號分別加在光耦的ANODE引腳和CATHODE管腳，光耦輸出通過門極電阻連接SiC功率場效應管的門極。
當ANODE引腳是高電平且CATHODE引腳是低電平時，光耦輸出高電平18V，SiC功率場效應管開通；當ANODE引腳是低電平且CATHODE引腳是高電平時，光耦輸出低電平0V，SiC功率場效應管關斷，AC/DC變換器40和DC/DC變換器50停止工作。 根據本實用新型的一個實施例，電流檢測單元10包括電流霍爾傳感器101，如圖4所示，電流霍爾傳感器10連接到DC/DC變換器50的輸出端。電流霍爾傳感器101可以使用意瑞半導體的雙向電流霍爾傳感器CH704150CT。
進一步地，根據本實用新型的一個實施例，如圖4所示，DC/DC變換器50為諧振全橋隔離變換器，諧振全橋隔離變換器包括第一橋式變換單元501、第二橋式變換單元502和隔離變壓器T，第一橋式變換單元501的輸入端與AC/DC變換器40的直流端相連，第一橋式換單元501的輸出端連接到隔離變壓器T的初級側，隔離變壓器T的次級側連接第二橋式變換單元502的輸入端，第二橋式變換單元502的輸出端并聯有直流側電容C、且作為DC/DC變換器50的輸出端，電流霍爾傳感器101連接到直流側電容C的正極端。
具體地，如圖4所示，諧振全橋隔離變換器還包括第一電感Lr1、初級側電容Cr1、第二電感Lr2和次級側電容Cr2，第一電感Lr1、初級側電容Cr1、第二電感Lr2、次級側電容Cr2和變壓器T構成諧振直流變換器，用于實現動力負載與交流電源（電網/驅動電機）之間的隔離。通過設置諧振直流變換器中Lr1、Cr1、Lr2、Cr2的參數，使DC/DC變換器50呈現感性，即電流滯后電壓，從而使V1-V8開通前，已有電流經過續流二極管，V1-V8兩端的電壓近似為零，實現零電壓開通，達到減少開通損耗的目的。
第一橋式變換單元501由第一至第四SiC功率場效應管即V1-V4和續流二極管組成，第二橋式變換單元502由第五至第八SiC功率場效應管即V5-V8和續流二極管組成。此外，如圖4所示，車載充電器還可以包括EMI （Electro Magnetic Interference，電磁干擾）模塊，EMI模塊連接在電網/驅動電機與AC/DC變換器40之間，用于滿足電源的EMI要求。具體連接方式如圖4所示，此處不再贅述。
根據本實用新型的一個實施例，如圖4所示，AC/DC變換器40為三相橋式變換器，三相橋式變換器的交流端用以連接電網或驅動電機，三相橋式變換器的直流端并聯有母線電容C0。AC/DC變換器40用以將交流電轉換為直流電。根據本實用新型的一個實施例，如圖5所示，過流保護單元20包括：第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、比較器A1、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6和第一電容C1。其中，第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3串聯在基準電壓電源VCC1與地GND之間，第二電阻R2與第三電阻R3之間具有第一節點Q1。
比較器A1的負輸入端與電流檢測單元10的輸出端相連，比較器A1的正輸入端與第一節點Q1相連。第四電阻R4的一端與第一預設電源VCC2相連，第四電阻R4的另一端與比較器A1的輸出端相連。第五電阻R5的一端與比較器A1的輸出端相連。第六電阻R6的一端與第五電阻R5的另一端相連，第六電阻R6的另一端接地，第一電容C1與第六電阻R6并聯。
具體地，基準電壓電源VCC1可以為3V，R1可以為2KΩ，R2可以為220Ω，R3可以為20KΩ，基準信號為2 .7V。比較器A1的型號可以為LM2901，LM2901為OC門，不能輸出高電平，R4為上拉電阻，可以使比較器A1輸出高電平。其中，第一預設電源VCC2可以為5V，R4的可以為10KΩ，R5可以為10KΩ，R6可以為15KΩ，C1可以為1nF。R5、R6構成0 .6的比例，使過流保護信號的滿足DSP的要求，R5和C1實現濾波的功能。 進一步地，根據本實用新型的一個實施例，如圖5所示，過流保護單元20還可以包括：放大器A2、第二電容C2、第七電阻R7、第三電容C3。其中，放大器A2的正輸入端分別與第五電阻R5的另一端和第六電阻R6的一端相連，放大器A2的負輸入端與放大器A2的輸出端相連，放大器A2的電源端與第一預設電源VCC2相連。第二電容C2的一端與放大器的電源端相連，第二電容C2的另一端接地。
第七電阻R7的一端與放大器A2的輸出端相連，第七電阻R7的另一端與控制單元30相連。第三電容C3的一端與第七電阻R7的另一端相連，第三電容C3的另一端接地。 具體地，放大器A2的型號可以為LMV842，放大器A2可以作為電壓跟隨器。C2用以穩定5V電源，其大小可以為100nF。R7和C3用以濾波，R7可以為51Ω，C3可以為22nF。更進一步地，根據本實用新型的一個實施例，如圖5所示，過流保護單元20還可以包括：第一箝位二極管D1和第二箝位二極管D2。其中，第一箝位二極管D1的陽極接地。
第二箝位二極管D2的陽極與第一箝位二極管D2的陰極相連，第二箝位二極管D2的陽極與第一箝位二極管D1的陰極之間具有第二節點Q2，第二箝位二極管Q2的陰極與第一預設電源VCC2相連，第二節點Q2與第七電阻R7的另一端相連。 具體地，第一箝位二極管D1和第二箝位二極管D2用以將過流保護信號的電平控制在預設范圍內，超過預設范圍的信號將被丟棄，以防止過流保護信號過強損壞控制單元30。由圖4和圖5可知，當電流檢測值大于預設電流閾值時過流保護單元20將輸出過流保護信號至控制單元30?？刂茊卧?0接收到過流保護信號，并關閉SiC開關管的控制信號輸出通道，以使AC/DC變換器40和DC/DC變換器50停止工作，從而實現車載充電器的過流保護功能。
本實用新型的車載充電器的過流保護電路將軟硬件結合起來，軟件提前配置好中斷，當硬件檢測出過流故障時，可以立即觸發過流保護，縮短了保護電路的動作用時間，提升了車載充電器工作的安全性。 綜上所述，根據本實用新型的車載充電器的過流保護電路，電流檢測單元通過檢測DC/DC變換器的輸出端電流以輸出電流檢測值，過流保護單元在電流檢測值大于預設電流閾值時輸出過流保護信號，控制單元在接收到過流保護信號時關閉SiC開關管的控制信號輸出通道，以使AC/DC變換器和DC/DC變換器停止工作。
由此，該過流保護電路可以在車載充電器出現過流故障時快速觸發過流保護功能，提升車載充電器工作的安全性，同時，車載充電器采用SiC開關管，可以提高車載充電器的充電速率，降低控制難度和成本。 本實用新型還提出一種車載充電器，其包括上述的車載充電器的過流保護電路。本實用新型的車載充電器，通過上述的車載充電器的過流保護電路的電流檢測單元檢測DC/DC變換器的輸出端電流以輸出電流檢測值，并通過過流保護單元在電流檢測值大于預設電流閾值時輸出過流保護信號，以及通過控制單元在接收到過流保護信號時關閉SiC開關管的控制信號輸出通道，以使AC/DC變換器和DC/DC變換器停止工作。由此，該車載充電器可以在出現過流故障時快速觸發過流保護功能，提升車載充電器工作的安全性，同時，車載充電器采用SiC開關管，可以提高車載充電器的充電速率，降低控制難度和成本。
此外，本實用新型還提出一種電動汽車，其包括上述的車載充電器。 本實用新型的電動汽車，通過上述的車載充電器，可以在車載充電器出現過流故障時快速觸發過流保護功能，提升車載充電器工作的安全性，同時，車載充電器采用SiC開關管，可以提高電動汽車的充電速率，降低控制難度和成本。 文章中提到的CH704150CT芯片是隔離集成式電流傳感器芯片，具有高精度、增強絕緣耐壓、高可靠性、低功耗等優點。CH704系列產品是專為大電流檢測應用開發的隔離集成式電流傳感芯片，內置 0.1mΩ 的初級導體電阻，有效降低芯片發熱支持大電流檢測：±50A， ±100A， ±150A， ±200A。其內部集成獨特的溫度補償電路以實現芯片在 -40 到150-°C全溫范圍內良好的一致性。該芯片是滿足汽車級標準的產品，填補了國內的空白。
特性如下： ? 隔離電壓：4800VRMS ? AEC-Q100 汽車認證 (CH704A) ? 電源：4.5-5.5V ? 輸出電壓與電流成正比：+/-50A,+/-100A,+/-150A,+/-200A ? 帶寬：120kHz ? 響應時間：2us ? 寬溫度范圍：-40-°C 至 150-°C ? 使用 EEPROM 進行高分辨率偏移和靈敏度調整 ? 導線電阻：0.1 mΩ ? 集成數字溫度補償電路 ? 幾乎為零的磁滯 ? 電源電壓的比例輸出 ? 抗外部磁場 ?
主要應用包括：
???? 工業控制：不間斷電源（UPS）、焊機/移動通信設備等電源供電等
???? 大功率電機：平衡車/獨輪車控制器、熱泵/制冰機等
?? ? 能源：過程控制、蓄電池檢測、能量測量等
編輯：黃飛
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工商網監
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