[实用新型]车载充电机的高效辅助电源控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种车载充电机的高效辅助电源控制系统。

背景技术

车载充电机辅助电源由于功率偏小，一般采用比较简单的反激电路拓扑结构，既可以节省成本，同时设计、生产也比较简单，整体可靠性高。但是，由于车载充电机的设计需要配合输出侧接的电池种类比较多，从而导致输出电压范围很宽，而车载充电机辅助电源输入是从车载充电机输出来的，这样就会要求辅助电源必须在很宽的输入电压条件下可靠高效的工作。

图1是传统的辅助电源及其控制方式结构简图，为电感电流断续模式的峰值电流控制方式。其控制方式经典、应用广泛、可靠性高。但是其缺点也是显而易见的，其控制的主电路整体效率偏低，特别是在输入电压较宽的情况下，由于电路效率偏低而带来的热应力问题，直接导致了电路可靠性风险，往往需要花费较高的成本代价和较大的体积空间来解决这一问题。同时，由该控制方式控制的主电路工作在固定频率，EMI性能较差，需要额外增加解决 EMI的成本。

图2是小功率开关电源中一种改进行的控制方式的结构简图，该控制方式为临界电流控制模式，电感电流处于连续与断续的临界点，电路工作在准谐振状态。该控制方式相对于图 1所示传统的DCM控制模式，主要优点是主电路的MOS管在每个开关周期中都能在Vds振荡波形的波谷开通，从而大大降低了MOS管的开通损耗，由此提高了电路的整体效率。同时，由于MOS管在谷底开通，大大降低了dv/dt，而此工作模式主电路开关管的工作频率是变化的，因此，大大的改善了EMI性能，降低了相应成本。但是这种控制模式也有着比较明显的缺陷，在宽的输入电压条件下工作，当输入电压较低时，工作频率会非常低，开关管峰值电流会成倍数增加。因此，MOS管导通时的电流有效值会非常高，这样会大大的增加了 MOS管的导通损耗，而在此工作条件下，MOS管的导通损耗在总的损耗中占主导地位。同时，变压器也会因为电流有效值的急剧增加而使得铁芯损耗和绕组损耗相应增加。这样会给电路在低输入电压条件下工作时的电流应力和热应力带来非常大的挑战。

图3是开关电源中一种常见的控制方式结构简图，为电感电流连续控制模式。该控制方式的主要优点是电感电流以及MOS管电流的有效值相对以上两种控制方式大大降低，因此，变压器的铁芯损耗和绕组损耗，以及MOS管的导通损耗和二极管的导通损耗会大大降低。该控制方式的缺点是MOS管不能实现软开关，从而大大的增加了MOS管的开关损耗，以及二极管关断时的反向恢复损耗。同时，由于固定的开关频率，二极管严重的反向恢复，EMI 性能很差。在应用于车载充电机辅助电源这样小功率宽输入电压领域，当输入电压比较高的情况下，原边电流较小，MOS管的开关损耗占主导地位的，而导通损耗比重很小，因此，整体电路的效率会偏低。

实用新型内容

为了克服上述问题，本实用新型提出了一种新型开关电源控制方案，适用于车载充电机辅助电源领域。在宽的输入电压条件下，整体电路效率大大提高，散热效果得到很好的改善， EMI性能得到进一步优化，功率密度也相应的有所提高，电路可靠性得到加强。

本实用新型根据输入电压的不同来改变主电路的控制策略，从而实现各输入电压条件下、各工作状态条件下主电路的核心元器件总体损耗最低，电路整体效率最高。大大降低输入低压条件下核心元器件热应力，提高整机工作可靠性。由于在输入电压较高时，增加了准谐振控制策略，开关管工作频率在一定范围内变化，dv/dt大大降低，能很好的改善整体电路EMI性能。

本实用新型提出一种适于车载充电机的辅助电源控制系统，包括：

外部信息采集单元，用于获取车载充电机辅助电源工作时的各状态量；

工作模式单元，包括多种可选工作模式，工作模式单元可发出控制信号；

输入电压识别及控制模式选通单元，根据外部信息采集单元获得的状态量识别并选定工作模式单元中的工作模式；

开关驱动单元，根据工作模式单元中发出的控制信号来驱动辅助电源控制系统。

进一步地，外部信息采集单元、工作模式单元、输入电压识别及控制模式选通单元、开关驱动单元均由数字控制的处理器MCU来实现。

进一步地，可选工作模式包括DCM准谐振工作模式和CCM工作模式。