信号隔离转换电路、双向均衡控制电路及电源转换器的制作方法

本发明涉及电压均衡，特别涉及一种信号隔离转换电路、双向均衡控制电路及电源转换器。

背景技术：

1、电池储能产业目前发展迅速，应用越来越广泛。由于电池材料和工艺等方面的原因，会导致在充电或者放电后，电池包里的单节电池电压不一致。这会导致电池包寿命降低和过充放引起的安全问题。电池的成本占了总成本的80%以上，提高电池寿命就相当于显著降低成本，电池均衡技术目前已成为提高电池寿命的必要手段。双向均衡技术，简单的讲就是给电压低的单节电池充电、给电压高的单节电池放电，最终使得各个单节电池的电压趋于相同，工况达到一致。为了方便适配不同的应用场景，行业提出对双向均衡模块在线调流的功能，期望通过上位机可以实时调节均衡模块的充电和放电的恒流值。

2、恒流控制目前为成熟的技术。充电状态时，一般原边控制电路为原边反馈恒流控制方案，可在原边实现副边的恒流输出控制，副边控制电路无需参与工作，如图1所示。放电状态时，副边控制电路与放电电流是共地的，在副边采用常规的电流采样及误差放大器反馈即可简单实现，原边控制电路无需参与工作，如图2所示。

3、在现有的方案中，上位机发送使能信号和电流控制信号给原边控制电路和副边控制电路。一般上位机与原边控制电路是共地的。以反激拓扑为例，当均衡模块处于充电状态时，上位机使能原边控制电路工作、副边控制电路未接受到使能信号不工作，构成一个左边输入右边输出的反激拓扑，且上位机可以输入一个正向电流控制信号控制充电电流值的大小，称为正向充电。当均衡模块处于放电状态时，由于上位机与副边控制电路隔离，上位机通过隔离器件1使能副边控制电路工作，原边控制电路未接受到使能信号不工作，构成一个右边输入左边输出的反激拓扑，同时上位机还需输出一个反向电流控制信号通过隔离器件2控制放电电流值的大小，称为反向放电。在现有的双向均衡方案中，会需要两个隔离器件，一个用来控制副边控制电路是否工作，另一个用来控制副边的电池放电电流的大小。随着隔离耐压和爬电距离的要求变高，隔离器件的体积会变得很大、成本也会显著增高。

4、需要说明的是，上述公开于背景技术部分的信息，仅仅旨在加深对本技术的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种信号隔离转换电路、双向均衡控制电路及电源转换器，解决现有技术中需要两个隔离器件来实现双向均衡控制产生的产品体积大、成本高的问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供一种信号隔离转换电路，包括隔离器件和信号转换电路，隔离器件接收前端上位机发送的控制信号并传输给信号转换电路，信号转换电路将控制信号转换为使能信号和基准电压，分别从信号转换电路的两个输出端口输出给后端的恒流控制电路；通过调节控制信号控制输出的基准电压值以及使能信号的电平。

4、进一步的，所述隔离器件为第一变压器t1；第一变压器t1原边绕组的一端输入控制信号，另一端通过第一mos管q1连接到地；第一变压器t1原边绕组的两端之间还连接第一电阻r1；第一变压器t1原边绕组的另一端连接第一mos管q1的漏极；第一mos管q1的源极接原边地，栅极输入固定频率和占空比的方波信号；第一变压器t1的副边绕组两端连接信号转换电路。

5、进一步的，所述信号转换电路包括二极管d1、第一电容c1、第二电阻r2和第一比较器comp1；二极管d1的阳极连接副边绕组的一端，二极管d1的阴极分别连接第一电容c1的一端、第二电阻r2的一端和第一比较器comp1正输入端，并作为信号隔离转换电路的第一输出端输出基准电压；副边绕组的另一端、第一电容c1的另一端和第二电阻r2的另一端接副边地；第一比较器comp1的负输入端输入阈值电压信号en_th，第一比较器comp1的输出端作为信号隔离转换电路的第二输出端输出使能信号。

6、进一步的，所述隔离器件为第一变压器t1；第一变压器t1原边绕组的一端输入供电电压vdd，另一端通过第一mos管q1连接到地；第一变压器t1原边绕组的两端之间还连接第一电阻r1；第一变压器t1原边绕组的另一端连接第一mos管q1的漏极；第一mos管q1的源极接原边地，栅极输入控制信号；第一变压器t1的副边绕组两端连接信号转换电路。

7、进一步的，所述信号转换电路包括二极管d1、第一电容c1、第二电阻r2、第三电阻r3和第一比较器comp1；二极管d1的阳极连接副边绕组的一端，二极管d1的阴极分别连接第一电容c1的一端、第二电阻r2的一端和第一比较器comp1正输入端，并作为信号隔离转换电路的第一输出端输出基准电压；副边绕组的另一端、第一电容c1的另一端和第二电阻r2的另一端接副边地；第一比较器comp1的负输入端输入阈值电压信号en_th，第一比较器comp1的输出端作为信号隔离转换电路的第二输出端输出使能信号；第三电阻r3连接在二极管d1的阴极和第一比较器comp1的正输入端之间。

8、进一步的，所述隔离器件包括光耦opt1，光耦opt1的阳极通过第四电阻r4接收上位机发送的控制信号，集电极输入供电电压，发射极连接信号转换电路。

9、进一步的，所述信号转换电路包括第五电阻r5、第六电阻r6、第二电容c2和第二比较器comp2；第五电阻r5的一端连接光耦opt1的发射极；第五电阻r5的另一端分别连接第六电阻r6的一端、第二电容c2的一端和第二比较器comp2的正输入端，并作为信号隔离转换电路的第一输出端输出基准电压；第二比较器comp2的负输入端输入阈值电压信号en_th，第二比较器comp2的输出端作为信号隔离转换电路的第二输出端输出使能信号。

10、第二方面，本发明提供一种双向均衡控制电路，包括隔离器件、正向信号转换电路、反向信号转换电路、正向恒流控制电路和反向恒流控制电路；所述隔离器件和反向信号转换电路为上述信号隔离转换电路；所述正向信号转换电路为上述信号转换电路；正向信号转换电路的输入端和隔离器件分别接收上位机发送的控制信号；正向信号转换电路将控制信号转换为使能信号和基准电压并传输到正向恒流控制电路；反向信号转换电路将控制信号转换为使能信号和基准电压并传输到反向恒流控制电路；正向恒流控制电路控制电源转换器原边功率电路导通与关断，并在导通时采样电源转换器原边充电电流；反向恒流控制电路控制电源转换器副边功率电路导通与关断，并在导通时采样电源转换器副边放电电流；通过控制信号，控制双向均衡控制电路正向工作或反向工作；并且通过控制信号调整基准电压值，进而控制正向充电电流恒定或者反向放电电流恒定。

11、第三方面，本发明提供一种电源转换器，包括上述双向均衡控制电路，还包括第二变压器t2、原边mos管q2、副边mos管q3和电池；原边mos管q2的漏极连接第二变压器t2原边绕组的一端，原边mos管q2的源极连接电源负极；第二变压器t2原边绕组的另一端连接电源正极；原边mos管q2的栅极连接正向恒流控制电路的输出端；正向恒流控制电路的采样端连接原边mos管q2的源极，采样原边充电电流值；副边mos管q3的漏极连接第二变压器t2副边绕组的一端，副边mos管q3的源极连接电池负极；第二变压器t2副边绕组的另一端连接电池正极；副边mos管q3的栅极连接反向恒流控制电路的输出端；反向恒流控制电路的采样端连接副边mos管q3的源极，采样副边放电电流值。

12、本发明只采用一个隔离器件，即可实现正向充电和反向放电两种不同工作状态的切换。另外，只需调整上位机发送的控制信号，即可调整充电电流或放电电流值，维持充电/放电电流恒定。减小产品体积，降低产品成本。