一种双向充电系统控制电路及车载双向充电机的制作方法

1.本技术涉及电路技术领域，尤其涉及一种双向充电系统控制电路及车载双向充电机。


背景技术：

2.传统燃油汽车其动力系统依赖于石油，燃油汽车排放的废气对环境污染比较严重，且随着石油资源的紧缺，我国对外国的石油依赖度逐年提升。因此，出于不可再生资源
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石油的短缺危机和环境保护的客观要求，新能源汽车是整个产业的需求。
3.目前新能源汽车中，电动汽车以电能作为动力来源，对环境污染比较小，并且电能相对而言属于可再生资源，因此，电动汽车成为主流发展趋势。电动汽车主要动力来源为双向充电系统，双向充电系统包括原边桥式电路和副边桥式电路，其工作模式包括具有正向模式和逆向模式两种。其中在正向模式下，原边桥式电路的两端外接220v交流电，该交流电经过原边桥式电路和副边桥式电路转换成高压直流电提供至高压动力电池。在逆向模式下，高压动力电池的高压直流电经过副边桥式电路和原边桥式电路逆变为交流电，该交流电可以提供给车外交流用电设备使用。
4.在正向模式下，原边桥式电路的开关管需工作在开关状态，副边桥式电路的开关管需工作在整流状态。在逆向模式下，副边桥式电路的开关管需工作在开关状态，原边桥式电路的开关管需工作在整流状态。因此，双向充电系统从正向模式切换为逆向模式时，原边桥式电路和副边桥式电路各自开关管的状态也需要进行切换。
5.然而，在实际应用中发现，双向充电系统从正向模式切换为逆向模式时，或者从逆向模式切换为正向模式时，会出现开关管的状态混乱的情况，例如：原边桥式电路和副边桥式电路各自的开关管都处于开关状态或者都处于整流状态。由此导致整个双向充电系统工作状态混乱，可能会损伤双向充电系统中的元器件以及与之连接的设备。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种双向充电系统控制电路及车载双向充电机，控制原边桥式电路和副边桥式电路各自的开关管处于正确的状态，降低双向充电系统出现工作状态混乱的可能性，以及降低对双向充电系统元器件和与之连接的设备的损伤。
7.本技术第一方面提供一种双向充电系统控制电路，包括：依次连接的输入模块、第一开关模块、第二开关模块和输出模块；输入模块包括输入端子和输入开关；第一开关模块包括第一开关管，第二开关模块包括第二开关管，输出模块包括第三开关管和输出端子；输入端子分别与输入开关的一端和第一开关管的第一极连接，第一开关管的第一极和第二极分别和电压源连接；第一开关管的第三极和输入开关的另一端分别和地端连接；第二开关管的第一极和第一开关管的第二极连接，第二开关管的第二极和电压源连接，第二开关管的第三极和第三开关管的第一极连接，第三开关管的第二极和电压源连接，第三开关管的第三极和地端连接，输出端子和第三开关管的第二极连接；在输入开关断开的情况下，输入
端子和地端断开，输入端子的信号为高电平，以使第一开关管导通，第二开关管截止，第三开关管截止，输出端子和地端断开，输出端子的信号为高电平；在输入开关闭合的情况下，输入端子和地端连接，输入端子的信号为低电平，以使第一开关管截止，第二开关管导通，第三开关管导通，输出端子和地端连接，输出端子的信号为低电平。
8.可选的，第一开关模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；第一电阻和第二电阻串联成电阻串，第一电阻和第二电阻之间设有第一节点；输入端子和第一节点连接，第一开关管的第一极通过电阻串和电压源连接，第一开关管的第二极通过第三电阻和电压源连接，第四电阻连接在第一开关管的第一极和地端之间。
9.可选的，第二开关模块还包括第四开关管，第四开关管的第一极和第二开关管的第二极连接，第四开关管的第二极和第二开关管的第一极连接，第四开关管的第三极和电压源连接。
10.可选的，第二开关模块还包括二极管、第五电阻、第六电阻和第七电阻；第二开关管的第一极通过二极管和第一开关管的第二极连接，第二开关管的第二极通过第五电阻和电压源连接；第六电阻连接在第二开关管的第一极和地端之间；第七电阻连接在第四开关管的第一极和第三极之间。
11.可选的，输出模块还包括第八电阻、第九电阻和第十电阻；第三开关管的第一极通过第八电阻和第二开关管的第三极连接，第三开关管的第二极通过第九电阻和电压源连接，第十电阻连接在第三开关管的第一极和地端之间。
12.可选的，还包括切换模块；切换模块连接在第一开关模块和第二开关模块之间；切换模块包括切换端子和第五开关管；切换端子和第五开关管的第一极连接，第五开关管的第二极和第二开关管的第一极连接，第五开关管的第三极和地端连接；切换端子用于向第五开关管的第一极提供电信号。
13.可选的，切换模块还包括第十一电阻和第十二电阻；切换端子通过第十一电阻和第五开关管的第一极连接，第十二电阻连接在第五开关管的第一极和地端之间。
14.可选的，第一开关管、第二开关管和第三开关管均为三极管；三极管的第一极为基极，三极管的第二极为集电极，三极管的第三极为发射极。
15.可选的，输入端子包括硬线端子。
16.本技术第二方面提供一种车载双向充电机，包括本技术第一方面中任一项的双向充电系统控制电路。
17.本技术提供的双向充电系统控制电路包括：依次连接的输入模块、第一开关模块、第二开关模块和输出模块；输入模块包括输入端子和输入开关；第一开关模块包括第一开关管，第二开关模块包括第二开关管，输出模块包括第三开关管和输出端子；输入端子分别与输入开关的一端和第一开关管的第一极连接，第一开关管的第一极和第二极分别和电压源连接；第一开关管的第三极和输入开关的另一端分别和地端连接；第二开关管的第一极和第一开关管的第二极连接，第二开关管的第二极和电压源连接，第二开关管的第三极和第三开关管的第一极连接，第三开关管的第二极和电压源连接，第三开关管的第三极和地端连接，输出端子和第三开关管的第二极连接。
18.本技术提供的双向充电系统控制电路，通过输入开关的断开和闭合，控制输出端子的信号drive_state为高电平或低电平。drive_state为高电平的情况下，双向充电系统
只能工作在充电模式，drive_state为低电平的情况下，双向充电系统只能工作在逆向模式。由此使得整个双向充电系统的工作状态保持稳定，降低损伤双向充电系统中的元器件以及与之连接的设备的可能性。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
20.图1是本技术实施例提供的双向充电系统的结构示意图；
21.图2是本技术实施例提供的双向充电系统控制电路的结构示意图；
22.图3是本技术实施例提供的另一双向充电系统控制电路的结构示意图。
23.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明，后文中将详细的描述。
具体实施方式
24.以下详述本技术的实施例。
25.首先声明一种双向充电系统，如图1所示，该双向充电系统包括原边全桥电路和副边全桥电路，原边全桥电路包括并列设置的原边电容、第一原边半桥和第二原边半桥，副边全桥电路包括并列设置的第一副边半桥、第二副边半桥和副边电容。其中，第一原边半桥包括第一原边开关管q11和第二原边开关管q12，第二原边半桥包括第三原边开关管q13和第四原边开关管q14；第一副边半桥包括第一副边开关管q21和第二副边开关管q22，第二副边半桥包括第三副边开关管q23和第四副边开关管q24。可选的，上述第一原边开关管q11至第四原边开关管q14均为mos管，上述第一副边开关管q21至第四副边开关管q24均为mos管。
26.实际应用时，原边全桥电路的两端连接充电器，充电器可以和220v市电连接。副边全桥电路的两端连接高压动力电池。
27.本技术实施例提供的双向充电系统控制电路，如图2和图3所示，该双向充电系统控制电路控制上述双向充电系统的开关管的工作状态。该双向充电系统控制电路具体包括：依次连接的输入模块100、第一开关模块200、第二开关模块300和输出模块400。
28.其中，输入模块100包括输入端子d1和输入开关k；第一开关模块200包括第一开关管q1，第二开关模块300包括第二开关管q2，输出模块400包括第三开关管q3和输出端子d2。
29.具体的，输入端子d1分别与输入开关k的一端和第一开关管q1的第一极b1连接，第一开关管q1的第一极b1和第二极c2分别和电压源vcc连接；第一开关管q1的第三极e1和输入开关k的另一端分别和地端连接；第二开关管q2的第一极b2和第一开关管q1的第二极c1连接，第二开关管q2的第二极c2和电压源vcc连接，第二开关管q2的第三极e2和第三开关管q3的第一极b3连接，第三开关管q3的第二极c3和电压源vcc连接，第三开关管q3的第三极e3和地端连接，输出端子d2和第三开关管q3的第二极c3连接。
30.其中，在输入开关k断开的情况下，输入端子d1和地端断开，输入端子d2的信号为高电平，以使第一开关管q1导通，第二开关管q2截止，第三开关管q3截止，输出端子d2和地端断开，输出端子d2的信号为高电平；在输入开关k闭合的情况下，输入端子d1和地端连接，
输入端子d1的信号为低电平，以使第一开关管q1截止，第二开关管q2导通，第三开关管q3导通，输出端子d2和地端连接，输出端子d2的信号为低电平。
31.实际应用时，双向充电系统控制电路的输出端子d2通过第一芯片和原边全桥电路的第一原边开关管q11至第四原边开关管q14连接，该输出端子d2通过第二芯片和副边全桥电路的第一副边开关管q21至第四副边开关管q24连接，以下为输出端子d2输出的电平信号drive_state与原边全桥电路的第一原边开关管q11至第四原边开关管q14和副边全桥电路的第一副边开关管q21至第四副边开关管q24的工作状态对应关系。
[0032][0033]
由上可见，只要本技术实施例提供的双向充电系统控制电路中，输出端子d2输出的电平信号drive_state为高电平信号，则原边全桥电路中的第一原边开关管q11至第四原边开关管q14工作在开关状态，副边全桥电路中的第一副边开关管q21至第四副边开关管q24工作在体二极管d整流状态。相反的，输出端子d2输出的电平信号drive_state为低电平，则原边全桥电路中的第一原边开关管q11至第四原边开关管q14工作在体二极管d整流状态，副边全桥电路中的第一副边开关管q21至第四副边开关管q24工作在开关状态。
[0034]
以下详述双向充电系统控制电路的工作原理：
[0035]
输入端子d1连接在电压源vcc和输入开关k之间，输入开关k连接在输入端子d1和地端之间，在输入开关k断开的情况下，输入端子d1和地端之间断开，因此输入端子d1的信号ivt_ctr被拉升至高电平。此时第一开关管q1的第一极b1有电流流入，该电流使得第一开关管q1的第二极c1和第三极e1导通。因第一开关管q1的第三极e1接地，而第二开关管q2的第一极b2和第一开关管q1的第二极c1连接，因此第二开关管q2的第一极b2没有电流流入，那么第二开关管q2截止，也即第二开关管q2的第二极c2和第三极e2未导通，二者之间没有电流流经。因第三开关管q3的第一极b3和第二开关管q2的第三极e2连接，第二开关管q2截止，则第三开关管q3的第一极b3也没有电流流入，因此第三开关管q3也截止，也即第三开关管q3的第二极c3和第三极e3未导通，二者之间没有电流流经。因输出端子d2连接在电压源vcc和第三开关管q3的第二极c3之间，第三开关管q3的第三极e3和地端连接，第三开关管q3截止，则输出端子d2和地端之间断开，因此输出端子d2的信号drive_state为高电平。
[0036]
同样的道理，在输入开关k闭合的情况下，输入端子d1和地端连接，因此输入端子d1的信号ivt_ctr为低电平，因输入端子d1和第一开关管q1的第一极b1连接，因此输入端子d1的信号ivt_ctr为低电平，相当于第一开关管q1的第一极b1短接至地端。此时第一开关管q1的第一极b1没有电流流入，第一开关管q1的第二极c1和第三极e1截止。因第一开关管q1截止，且第二开关管q2的第一极b2连接在电压源vcc和第一开关管q1的第二极c1之间，因此第二开关管q2的第一极b2有电流流入，第二开关管q2的第二极c2和第三极e2导通，二者之间有电流流经。
[0037]
因第三开关管q3的第一极b3和第二开关管q2的第三极e2连接，因此第二开关管q2
的第二极c2和第三极e2流经的电流会流入第三开关管q3的第一极b3，该电流使得第三开关管q3的第二极c3和第三极e3导通，二者之间有电流流经。因输出端子d2和第三开关管q3的第二极c3连接，第三开关管q3的第三极e3和地端连接，第三开关管q3导通，则输出端子d2被短接至地端，因此输出端子d2的信号drive_state为低电平。
[0038]
也即，本技术实施例提供的双向充电系统控制电路，通过输入开关k的断开和闭合，控制输出端子d2的信号drive_state为高电平或低电平。drive_state为高电平的情况下，双向充电系统只能工作在充电模式，drive_state为低电平的情况下，双向充电系统只能工作在逆向模式。由此使得整个双向充电系统的工作状态保持稳定，降低损伤双向充电系统中的元器件以及与之连接的设备的可能性。
[0039]
详细的，输出端子d2输出的电平信号drive_state为高电平信号，则原边全桥电路中的第一原边开关管q11至第四原边开关管q14工作在开关状态，副边全桥电路中的第一副边开关管q21至第四副边开关管q24工作在体二极管d整流状态。相反的，输出端子d2输出的电平信号drive_state为低电平，则原边全桥电路中的第一原边开关管q11至第四原边开关管q14工作在体二极管d整流状态，副边全桥电路中的第一副边开关管q21至第四副边开关管q24工作在开关状态。
[0040]
在一种可选实施方式中，第一开关管q1、第二开关管q2和第三开关管q3均为三极管；三极管的第一极为基极，三极管的第二极为集电极，三极管的第三极为发射极。在一种可选实施方式中，三极管为npn型三极管。采用npn型三极管作为开关管，其成本较低。
[0041]
在一种可选实施方式中，如图3所示，第一开关模块200还包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和第四电阻r4；第一电阻r1和第二电阻r2串联成电阻串，第一电阻r1和第二电阻r2之间设有第一节点。其中，输入端子d1和第一节点连接，第一开关管q1的第一极b1通过电阻串和电压源vcc连接，第一开关管q1的第二极c1通过第三电阻r3和电压源vcc连接，第四电阻r4连接在第一开关管q1的第一极b1和地端之间。
[0042]
具体的，第一电阻r1和第二电阻r2串联后连接在第一开关管q1的第一极b1和电压源vcc之间，可以起到降低第一开关管q1的第一极b1电流的作用，使第一开关管q1的第一极b1电流工作在允许范围之内，以确保第一开关管q1可靠性和稳定性。第一开关管q1的第二极c1连接第三电阻r3，该第三电阻r3作为限流电阻，使第一开关管q1的第二极c1电压随第一开关管q1的第一极b1的电流进行变化，从而使得加载在第三电阻r3上电压的发生改变，起到稳定电流作用。第四电阻r4连接在第一开关管q1的第一极b1和地端之间，作为上拉电阻，从而降低因输入信号不稳定导致的第一开关管q1误动作的可能性。
[0043]
在一种可选实施方式中，如图3所示，第二开关模块300还包括第四开关管q4，第四开关管q4的第一极和第二开关管q2的第二极c2连接，第四开关管q4的第二极和第二开关管q2的第一极b2连接，第四开关管q4的第三极和电压源vcc连接。具体的，该第四开关管q4可以为pnp型三极管；第四开关管q4为pnp型三极管的情况下，其第一极为基极，第二极为集电极，第三极为发射极。
[0044]
上述已经提及，在输入开关k闭合的情况下，第二开关管q2导通，因第四开关管q4的第一极和第二开关管q2的第二极c2连接，因此第二开关管q2导通后，第四开关管q4也导通，因第四开关管q4的第二极和第二开关管q2的第一极b2连接，第二开关管q2和第四开关管q4形成闭锁关系。因第二开关管q2和第四开关管q4的闭锁关系，也即第二开关管q2和第
四开关管q4处于相互导通的状态，因此第三开关管q3也会一直导通。此时，第三开关管q3保持导通状态，且该导通状态不会受到输入端子d1的信号ivt_ctr的影响。此时，输出端子d2输出的电平信号drive_state保持为低电平，双向充电系统被锁定在逆变模式，而不会随意切换至充电模式，增加了安全系数。
[0045]
在一种可选实施方式中，如图3所示，第二开关模块300还包括二极管d、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7。其中，第二开关管q2的第一极b2通过二极管d和第一开关管q1的第二极c1连接，第二开关管q2的第二极c2通过第五电阻r5和电压源vcc连接；第六电阻r6连接在第二开关管q2的第一极b2和地端之间；第七电阻r7连接在第四开关管q4的第一极和第三极之间。
[0046]
其中二极管d相当于第一开关模块200和第二开关模块300之间的开关，二极管d导通，则第二开关模块300才能导通，二极管d截止，则第二开关管q2断开，由此避免第二开关模块300误动作。第二开关管q2的第二极c2连接第五电阻r5，该第五电阻r5作为限流电阻，使第二开关管q2的第二极c2电压随第二开关管q2的第一极b2的电流进行变化，从而使得加载在第五电阻r5上电压的发生改变，起到稳定电流作用。第六电阻r6连接在第二开关管q2的第一极b2和地端之间，作为上拉电阻，从而降低因输入信号不稳定导致的第二开关管q2误动作的可能性。第七电阻r7作为第四开关管q4的上拉电阻，避免第四开关管q4误动作。
[0047]
由此可见，设置二极管d、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7，可以使得第二开关管q2和第四开关管q4稳定工作，降低第二开关管q2和第四开关管q4导致整个电路状态不稳定的概率。
[0048]
在一种可选实施方式中，如图3所示，输出模块400还包括第八电阻r8、第九电阻r9和第十电阻r10。其中，第三开关管q3的第一极b3通过第八电阻r8和第二开关管q2的第三极e2连接，第三开关管q3的第二极c3通过第九电阻r9和电压源vcc连接，第十电阻r10连接在第三开关管q3的第一极b3和地端之间。
[0049]
其中第八电阻r8作为第三开关管q3的限流电阻，第九电阻r9作为第三开关管q3的限流电阻，第十电阻r10作为第三开关管q3的上拉电阻，三个电阻共同作用，以使第三开关管q3顺利、安全且稳定的进行工作，降低第三开关管q3不稳定导致整个电路状态不稳定的概率。
[0050]
在一种可选实施方式中，如图3所示，双向充电系统控制电路还包括切换模块；切换模块连接在第一开关模块200和第二开关模块300之间；切换模块包括切换端子d3和第五开关管q5。其中，切换端子d3和第五开关管q5的第一极连接，第五开关管q5的第二极和第二开关管q2的第一极b2连接，第五开关管q5的第三极和地端连接；切换端子d3用于向第五开关管q5的第一极提供电信号。
[0051]
具体的，断开输入开关k，且切换端子d3向第五开关管q5的第一极提供的信号ivt_stop为高电平的情况下，第五开关管q5导通。因第五开关管q5的第二极和第二开关管q2的第一极b2连接，第五开关管q5的第三极和地端连接，第五开关管q5导通后，相当于将第二开关管q2的第一极b2短接至地端，此时第二开关管q2截止，第四开关管q4随之截止，第二开关管q2和第四开关管q4的闭锁关系解除；此时输出端子d2的信号drive_state为高电平，整个双向充电系统切换至充电模式。
[0052]
当然，本领域技术人员可以理解的是，需要再次切换为逆变模式时，再次闭合输入
开关k即可，而再次从逆变模式切换为充电模式时，断开输入开关k且给切换端子d3输入高电平信号即可。
[0053]
在一种可选实施方式中，如图3所示，切换模块还包括第十一电阻r11和第十二电阻r12；切换端子d3通过第十一电阻r11和第五开关管q5的第一极连接，第十二电阻r12连接在第五开关管q5的第一极和地端之间。
[0054]
其中，第十一电阻r11作为第五开关管q5的限流电阻，第十二电阻r12作为第五开关管q5的上拉电阻，由此确保第五开关管q5工作的稳定性，降低因第五开关管q5不稳定导致整个电路不稳定的可能性。
[0055]
在一种可选实施方式中，输入端子d1包括硬线端子。该硬线端子接地与否，可以通过硬线端子的悬空或者接触车身实现。具体的，硬线端子为物理线束，在该硬线端子悬空时，相当于输入开关k断开，硬线端子搭接在车身上时，相当于和地端连接。
[0056]
本技术实施例还提供一种车载双向充电机，包括本技术任意示例的双向充电系统控制电路。
[0057]
尽管已经示出和描述了本技术的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。