一种车载变压器的制作方法

1.本发明涉及车载变压器技术，尤其涉及一种取消外部辅助电源的车载变压器。


背景技术：

2.车载直流电源的直流/直流(dc/dc)转换器，一般用于把高压直流电变换为恒定12v或14v的低压直流电。这种车载变压器既能给整车电器供电，又能辅助给车辆的低压铅酸蓄电池充电。
3.请参考图1，图1示出了一种传统dc/dc转换器的供电示意图。
4.如图1所示，目前市面上已有的dc/dc转换器，普遍需要通过外部辅助电源kl30/kl31来为其主控制单元(main control unit，mcu)供电。该外部辅助电源kl30/kl31首先需要从铅酸蓄电池12引出，经过车辆前舱电器盒或驾驶舱电器盒的分配，再通过低压信号接插件才能进入dc/dc转换器内部，进而通过内部电源模块13为主控制单元mcu供电。
5.这种传统dc/dc转换器的供电方式存在以下缺陷：
6.(1)整个辅助电源的回路线束较长，约3～8米，而且涉及的低压线数量较多、线束较粗，线束布置的难度较高；
7.(2)辅助电源kl30/kl31的回路需要占用dc/dc转换器的低压接插件的2～4个引脚，不利于接插件体积的小型化；
8.(3)整个dc/dc转换器中存在的低压供电电流环较多，会增加车辆的辐射骚扰，不利于整车的电磁兼容(electromagnetic compatibility，emc)设计；
9.(4)需要在dc/dc转换器内部设置独立的滤波电路143，对dc/dc转换器的内部结构布置和pcb布置提出较高要求。
10.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种取消外部辅助电源的车载变压器架构，用于减小低压线束的长度和宽度、减小低压接插件的引脚、减少低压电流环，并实现dc/dc转换器的小型化。


技术实现要素：

11.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
12.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种车载变压器，可以减小低压线束的长度和宽度、减小低压接插件的引脚、减少低压电流环，并实现dc/dc转换器的小型化。
13.本发明提供的上述车载变压器，包括：变压模块，其第一端用于连接车辆的高压电源，适于对输入的高压直流电进行降压以从其第二端输出低压直流电；第一级滤波电路，其第一端连接所述变压模块的第二端；第二级滤波电路，其第一端连接所述第一级滤波电路
的第二端，其第二端用于连接所述车辆的低压蓄电池；以及内部电源模块，连接所述第一级滤波电路的第二端及所述第二级滤波电路的第一端，适于对从连接处获得的低压直流电进行变压以向控制单元供电，其中，所述控制单元用于控制所述车载变压器运行。
14.优选地，在本发明的一些实施例中，在所述变压模块运行的工况下，所述变压模块输出的低压直流电经所述第一级滤波电路的滤波后，可以在其第二端分为两路，其中，第一路经所述第二级滤波电路的二次滤波后为所述低压蓄电池充电，第二路直接向所述内部电源模块供电。
15.可选地，在本发明的一些实施例中，在所述变压模块未运行的工况下，所述低压蓄电池提供的低压直流电经所述第二级滤波电路的滤波后，可以从所述第二级滤波电路的第一端直接向所述内部电源模块供电。
16.可选地，在本发明的一些实施例中，所述变压模块可以包括隔离变压器。所述变压模块的原边可以包括四个功率管，适于将从所述变压模块的第一端输入的高压直流电变换为交流电。所述变压模块的副边可以包括两个功率管，适于将所述交流电变换为低压直流电，并从所述变压模块的第二端输出。
17.优选地，在本发明的一些实施例中，所述变压模块还适于对所述低压蓄电池提供的低压直流电进行反向升压，从其第一端输出高压直流电以作为所述车辆的预充电源或应急高压供电电源。所述低压蓄电池提供的低压直流电经所述第一级滤波电路及所述第二级滤波电路传递到所述变压模块的第二端。
18.可选地，在本发明的一些实施例中，所述第二级滤波电路的第二端可以通过保险丝连接所述车辆的低压蓄电池。所述保险丝用于对所述低压蓄电池的充电电流和放电电流提供过流保护。所述放电电流可以包括由所述低压蓄电池向所述内部电源模块供电的电流，以及由所述低压蓄电池传递到所述变压模块的反向电流。
19.可选地，在本发明的一些实施例中，所述内部电源模块包括但不限于内部变压单元，适于对从所述连接处获得的12v或14v的直流电进行变压，输出5v的芯片级直流电以向所述控制单元供电。
20.可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一级滤波电路及所述第二级滤波电路中的一者可以为低频滤波电路，而其中的另一者可以为高频滤波电路。
21.优选地，在本发明的一些实施例中，所述第一级滤波电路及所述第二级滤波电路可以为π型滤波电路。
22.可选地，在本发明的一些实施例中，所述车载变压器还可以包括所述控制单元。所述控制单元可以设于所述车载变压器内，通信连接所述变压模块的各功率管，适于控制各所述功率管的闭合和断开以控制所述车载变压器运行。
附图说明
23.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
24.图1示出了一种传统dc/dc转换器的供电示意图。
25.图2示出了根据本发明的一些实施例提供的车载变压器的架构示意图。
26.附图标记：
27.11、21
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变压模块；
28.12、22
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铅酸蓄电池；
29.13、23
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内部电源模块；
30.141、142、143
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滤波电路；
31.241、242
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滤波电路；
32.25
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保险丝；
33.mcu
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主控制单元；
34.kl30
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外部辅助电源。
具体实施方式
35.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
38.能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
39.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种车载变压器，可以减小低压线束的长度和宽度、减小低压接插件的引脚、减少低压电流环，并实现dc/dc转换器的小型化。
40.请参考图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的车载变压器的架构示意图。
41.如图2所示，本发明提供的上述车载变压器可以包括变压模块21、第一级滤波电路241、第二级滤波电路242，以及内部电源模块23。
42.上述变压模块21的第一端可以用于连接车辆的高压电源。该高压电源包括但不限于电动汽车的动力电池。该变压模块21可以在主控制单元mcu的控制下，对高压电源输入的
高压直流电进行降压，从而由其第二端向第一级滤波电路241输出低压直流电。
43.在一些实施例中，变压模块21可以包括隔离变压器。隔离变压器的原边连接变压模块21的四个功率管，包括但不限于硅(si)基mosfet。该四个功率管可以构成全桥结构，适于将从变压模块21的第一端输入的高压直流电变换为交流电。隔离变压器原边产生的交流电可以通过隔离变压器传递到其副边。在一些实施例中，隔离变压器可以包括两个副边。该两个副边可以分别连接位于变压模块21对应副边的硅(si)基mosfet。位于变压模块21两个副边的两组功率管适于在主控制单元mcu的控制下按时序导通，从而将传递到隔离变压器副边的交流电变换为低压直流电，并从变压模块21的第二端输出到第一级滤波电路241的第一端。
44.上述第一级滤波电路241的第一端连接变压模块21的第二端，适于对变压模块21输出的低压直流电进行初次滤波，并从其第二端将初次滤波后的低压直流电通过输出到第二级滤波电路242的第一端。
45.上述第二级滤波电路242的第一端连接第一级滤波电路241的第二端，而其第二端可以用于连接车辆的低压蓄电池22。该低压蓄电池22包括但不限于12v或14v的低压铅酸电池。第二级滤波电路242适于对初次滤波后的低压直流电进行二次滤波，并从其第二端将二次滤波后的低压直流电输出到低压蓄电池22，从而为低压蓄电池22充电。输出到低压蓄电池22的低压直流电包括但不限于12v或14v的直流电压。在一些实施例中，第二级滤波电路242的第二端还可以用于连接车辆的低压用电器。第二级滤波电路242还适于将二次滤波后纯净、稳定的低压直流电输出到其第二端连接的低压用电器，从而为低压用电器供电。
46.在一些非限制性的实施例中，上述第一级滤波电路241及上述第二级滤波电路242都可以选用π型滤波电路。在一些优选的实施例中，上述第一级滤波电路241可以设置为低频滤波电路，而上述第二级滤波电路242设置为高频滤波电路。经过第一级滤波电路241及第二级滤波电路242的两次滤波，车载变压器可以向低压蓄电池22和低压用电器提供纯净、稳定的低压直流电。可选地，在另一些实施例中，技术人员也可以将上述第一级滤波电路241可以设置为高频滤波电路，而将上述第二级滤波电路242设置为低频滤波电路，以达到相同的效果。
47.上述内部电源模块可以连接第一级滤波电路241的第二端及第二级滤波电路242的第一端，适于对从连接处获得的低压直流电进行进一步的变压，以向主控制单元mcu供电。该连接处是指第一级滤波电路241的第二端及第二级滤波电路242的第一端的连接处。在一些实施例中，内部电源模块可以包括内部变压单元。该内部变压单元适于先从连接处获取12v或14v的直流电，再对获取的12v或14v的直流电进行变压，输出5v的芯片级直流电来向主控制单元mcu供电。
48.如图2所示，在本发明的一些实施例中，上述车载变压器还可以包括控制单元mcu。该控制单元mcu可以设于车载变压器的内部，通信连接变压模块21的各功率管，适于通过控制各功率管来控制车载变压器运行。
49.本领域的技术人员可以理解，尽管上述实施例将控制单元mcu描述为车载变压器的专用控制器，但这并不意味着车载变压器必须由专用的控制器来控制。可选地，在另一些实施例中，车载变压器的控制单元mcu也可以由其他车载设备的处理器或控制器来兼任，或由车辆的整车控制单元(vehicle controlunit，vcu)来兼任。也就是说，这些兼任的处理器
和控制器可以设于车载变压器的内部，并同时控制包括车载变压器在内的多个车载设备。
50.以下将结合一些车载变压器的工况模式的实施例来描述车载变压器的工作原理。本领域的技术人员可以理解，这些工况模式的实施例只是一些非限制性的实施例，旨在清楚地展示本发明的构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
51.具体来说，在一些实施例中，在变压模块21未运行的工况下，变压模块21无法向第一级滤波电路241的第一端输出低压直流电。控制单元mcu无法从第一级滤波电路241的第二端获得供电。响应于启动车载变压器的需求，可以首先由低压蓄电池22向第二级滤波电路242的第二端提供12v或14v的低压直流电。第二级滤波电路242可以对低压蓄电池22提供的低压直流电进行滤波。之后，从第二级滤波电路242的第一端直接向内部电源模块23供电，再由内部电源模块23向控制单元mcu供电。此时，内部电源模块23可以利用第二级滤波电路242来进行滤波，从而免于设置独立的滤波电路。
52.响应于获得供电，控制单元mcu可以向动力电池的电池管理系统(battery management system)发送闭合主接触器的请求，从而将车辆的动力电池连接到变压模块21的第一端。之后，控制单元mcu可以向变压模块21的各功率管发送控制指令，以控制变压模块21向第一级滤波电路241的第一端输出低压直流电。
53.当变压模块21进入运行的工况后，第一级滤波电路241将对变压模块21输出的低压直流电进行初次滤波。经过初次滤波的低压直流电将在第一级滤波电路241的第二端分为两路。第一路低压直流电将传递到第二级滤波电路242，由第二级滤波电路242进行二次滤波后，输出到低压蓄电池充电22来为低压蓄电池22充电。第二路低压直流电可以直接向内部电源模块23供电，再由内部电源模块23向控制单元mcu供电。此时，车载变压器可以脱离低压蓄电池22来为自身的控制单元mcu供电。内部电源模块23可以利用第一级滤波电路241来进行滤波，从而免于设置独立的滤波电路。
54.在本发明的一些实施例中，控制单元mcu还可以控制变压模块21的各功率管，对从变压模块21的第二端输入的低压直流电进行反向升压。具体来说，低压蓄电池22可以向第二级滤波电路242的第二端提供低压直流电。在经过第一级滤波电路241及第二级滤波电路242的两次滤波后，该低压直流电将传递到变压模块21的第二端，由变压模块21进行反向升压。经过反向升压后获得的高压直流电，可以从变压模块21的第一端输出车载变压器，以作为车辆的预充电源或应急高压供电电源，从而提升车载变压器的拓展性。
55.如图2所示，在本发明的一些实施例中，第二级滤波电路242的第二端与低压蓄电池22之间可以设有一个保险丝25，用于对低压蓄电池22的充电电流和放电电流提供过流保护。如上所述，无论是利用车载变压器向低压蓄电池22进行充电的工况、利用低压蓄电池22向内部电源模块23供电的工况，还是利用低压蓄电池22向变压模块21提供反向电流的工况，低压蓄电池22的充电电流和放电电流都会经过该保险丝25。也就是说，内部电源模块23和变压模块21可以共用同一保险丝25来进行过流保护，从而减小零部件的尺寸、重量和成本。
56.相比于图1所示的传统dc/dc转换器，本发明不需要通过外部辅助电源kl30/kl31来为主控制单元mcu供电。主控制单元mcu的供电回路可以直接布置于车载变压器的内部，以利于减小低压线束的长度。其二，通过采用本发明所提供的上述车载变压器的架构，可以
有效减少低压线的数量，从而减小低压线束的宽度，以利于低压线束在车载变压器内部的布置。其三，通过采用本发明所提供的上述车载变压器的架构，可以免除外部辅助电源kl30/kl31的接插需求，以便于选择引脚少的接插件来降低安装布置的难度、降低成本，并实现接插件的小型化。其四，通过采用本发明所提供的上述车载变压器的架构，可以取消外部辅助电源kl30/kl31的供电回路以减少低压供电电流环，从而降低车辆的辐射骚扰以利于整车的电磁兼容emc设计。其五，通过采用本发明所提供的上述车载变压器的架构，控制单元mcu的供电回路可以和变压模块21的供电回路共用滤波电路241、242，以避免设置独立的滤波电路143，从而减小零部件的整体的尺寸和重量，同时降低零部件成本并降低车载变压器内部结构布置和电路板布置的难度。
57.尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
58.尽管上述的实施例所述的控制单元mcu可以通过软件与硬件的组合来实现。但是可以理解，控制单元mcu也可在软件或硬件中单独加以实施。对于硬件实施而言，控制单元mcu可以在一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理器件(dapd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。对软件实施而言，控制单元mcu可通过在通用芯片上运行的诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块执行一个或多个本文中描述的功能和操作。
59.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。