[发明专利]氢燃料电池汽车及其高压充电装置

权利要求书

1.一种高压充电装置，其特征在于，所述高压充电装置包括：充电主回路、控制电路，控制电路连接充电主回路；

所述充电主回路包括第一推挽正激电路、第二推挽正激电路、第三推挽正激电路、第四推挽正激电路、第五推挽正激电路、第六推挽正激电路、第一高频变压器T1、第二高频变压器T2、第三高频变压器T3、第四高频变压器T4、第五高频变压器T5、第六高频变压器T6、快速整流电路、倍压电路；

所述第一推挽正激电路、第二推挽正激电路、第三推挽正激电路、第四推挽正激电路、第五推挽正激电路、第六推挽正激电路分别连接对应的第一高频变压器T1、第二高频变压器T2、第三高频变压器T3、第四高频变压器T4、第五高频变压器T5、第六高频变压器T6；

所述第一高频变压器T1、第二高频变压器T2、第三高频变压器T3、第四高频变压器T4、第五高频变压器T5、第六高频变压器T6依次串联，整流电路分别连接第一高频变压器T1、第六高频变压器T6；整流电路连接倍压电路；

所述充电主回路还包括第二六电容C26、第二八电容C28、压敏电阻RT1、汽车电源熔断器F1、电流传感器芯片U；燃料电池汽车电源保险管F1为输出电流过载保护用，电流传感器芯片U用来采集输出电流信号；

所述整流电路包括第二五二极管D25、第二六二极管D26、第二七二极管D27、第二八二极管D28,第五六电阻R56、第五七电阻R57、第五八电阻R58、第五九电阻R59；所述第二五二极管D25、第二六二极管D26、第二七二极管D27、第二八二极管D28均为快恢复整流二极管；所述第五六电阻R56、第五七电阻R57、第五八电阻R58、第五九电阻R59均为均压电阻；

所述倍压电路包括继电器RELAY1A、第二三电容C23、第三一电容C31、第六十电阻R60、第六一电阻R61；第二三电容C23、第三一电容C31为电解电容，第六十电阻R60、第六一电阻R61为均压电阻；

燃料电池低电压输入经过各高频变压器升压后到第二六电容C26全桥高频整流，第二六电容C26为谐振电容；继电器RELAYIA的一个触点接全桥高频整流交流一端，另一触点接输出滤波电解电容串联中间点，输出400VDC以下，倍压电路关闭，输出400VDC以上，倍压电路启动；所述充电主回路设有霍尔电流传感器H1，霍尔电流传感器H1用来采集输入电流信号；

所述第二五二极管D25的正极分别连接第五六电阻R56的第二端、第二七二极管D27 的负极、第五八电阻R58的第一端、第二六电容C26的第二端，第二五二极管D25的负极分别连接第五六电阻R56的第一端、第二六二极管D26的负极、第五七电阻R57的第一端、第二三电容C23的第一端、第六十电阻R60的第一端、汽车电源熔电器F1的第一端；

所述第二六二极管D26的正极分别连接第五七电阻R57的第二端、继电器RELAY1A开关的第一端、第五九电阻R59的第一端、第二八二极管D28的负极；第二七二极管D27的正极分别连接第五八电阻R58的第二端、第二八二极管D28的正极、第五九电阻R59的第二端、第三一电容C31的第二端、第六一电阻R61的第二端、电流传感器芯片U的第五管脚；所述第二三电容C23的第二端分别连接继电器RELAY1A开关的第二端、第三一电容C31的第一端、第六十电阻R60的第二端、第六一电阻R61的第一端；

所述汽车电源熔电器F1的第二端分别连接第二八电容C28的第一端、压敏电阻RT1的第一端；第二八电容C28的第二端分别连接压敏电阻RT1的第二端、电流传感器芯片U的第三管脚；第二八电容C28为高频滤波电容，压敏电阻RT1、第二八电容C28用来防止输出过压保护；

所述第一推挽正激电路包括第五电容C5、第六电容C6、第十电容C10、第三电容C3、第一开关管Q1、第三开关管Q3、第一电阻R1、第三电阻R3；第十电容C10、第三电容C3为箝位电容，用以抑制开关管的电压尖峰,同时抑制推挽电路直流偏磁；

由于原边漏感的存在,第一开关管Q1、第三开关管Q3关断时,漏源极产生较大的电压尖峰；在第一开关管Q1关断时，由第三电容C3、第十电容C10作为箝位电容，给变压器原边漏感提供一个第三开关管Q3内置反相二极管DV3分别经第三电容C3、第十电容C10，再经原边绕组TP2的低阻抗能量释放回路；将第一开关管Q1的漏源极电压箝位在Uin+Uc,因而第一开关管Q1的电压尖峰得到了有效的抑制；箝位电容在开关管全关断时储存电能，在导通时将能量释放给负载，无能量损耗,抑制漏感，不存在直流偏磁；当某一开关管导通时，另一开关管的电压被箝位在2Uin；当两个开关管均关断时,第一开关管Q1、第三开关管Q3电压各为Uin，Uc为箝位电容两端电压；

所述第五电容C5的第一端分别连接第六电容C6的第一端、第一开关管Q1的漏极、第一高频变压器T2的第一端；第五电容C5的第二端、第六电容C6的第二端分别接地；

所述第一电阻R1的第一端分别连接第一脉冲信号PWM1、第一开关管Q1的栅极，第一开关管Q1的源极、第一电阻R1的第二端分别接地；

第一高频变压器T1的第二端分别连接第三电容C3的第一端、第十电容C10的第一端、第三开关管Q3的漏极，第三开关管Q3的栅极分别连接第三脉冲信号PWM3、第三电阻R3 的第一端，第三开关管Q3的源极、第三电阻R3的第二端分别接地；

第一高频变压器T1的第三端、第三电容C3的第二端、第十电容C10的第二端分别接地；第一高频变压器T1的第四端接地；

第一高频变压器T1的第五端连接第二六电容C26的第一端，第一高频变压器T1的第六端连接第二高频变压器T2的第五端；

所述第二推挽正激电路包括第一七电容C17、第一八电容C18、第二十电容C20、第一三电容C13、第二开关管Q2、第四开关管Q4、第二电阻R2、第四电阻R4；第二十电容C20、第一三电容C13为箝位电容；

所述第一七电容C17的第一端分别连接第一八电容C18的第一端、第二开关管Q2的漏极、第二高频变压器T2的第一端；第一七电容C17的第二端、第一八电容C18的第二端分别接地；

所述第二电阻R2的第一端分别连接第二脉冲信号PWM2、第二开关管Q2的栅极，第二开关管Q2的源极、第二电阻R2的第二端分别接地；

第二高频变压器T2的第二端分别连接第一三电容C13的第一端、第二十电容C20的第一端、第四开关管Q4的漏极，第四开关管Q4的栅极分别连接第四脉冲信号PWM4、第四电阻R4的第一端，第四开关管Q4的源极、第四电阻R4的第二端分别接地；

第二高频变压器T2的第三端、第一三电容C13的第二端、第二十电容C20的第二端分别接地；第二高频变压器T2的第四端接地；第二高频变压器T2的第六端连接第三高频变压器T3的第五端；

所述第三推挽正激电路包括第七电容C7、第八电容C8、第一一电容C11、第四电容C4、第五开关管Q5、第七开关管Q7、第五电阻R5、第七电阻R7；第一一电容C11、第四电容C4为箝位电容；

所述第七电容C7的第一端分别连接第八电容C8的第一端、第五开关管Q5的漏极、第三高频变压器T3的第一端；第七电容C7的第二端、第八电容C8的第二端分别接地；

所述第五电阻R5的第一端分别连接第五脉冲信号PWM5、第五开关管Q5的栅极，第五开关管Q5的源极、第五电阻R5的第二端分别接地；

第三高频变压器T3的第二端分别连接第四电容C4的第一端、第一一电容C11的第一端、第七开关管Q7的漏极，第七开关管Q7的栅极分别连接第七脉冲信号PWM7、第七电阻R7的第一端，第七开关管Q7的源极、第七电阻R7的第二端分别接地；

第三高频变压器T3的第三端、第四电容C4的第二端、第一一电容C11的第二端分别接地；第三高频变压器T3的第四端接地；第三高频变压器T3的第六端连接第四高频变压器T4的第五端；

所述第四推挽正激电路包括第一五电容C15、第一六电容C16、第二一电容C21、第一四电容C14、第六开关管Q6、第八开关管Q8、第六电阻R6、第八电阻R8；第二一电容C21、第一四电容C14为箝位电容；

所述第一五电容C15的第一端分别连接第一六电容C16的第一端、第六开关管Q6的漏极、第四高频变压器T4的第一端；第一五电容C15的第二端、第一六电容C16的第二端分别接地；

所述第六电阻R6的第一端分别连接第六脉冲信号PWM6、第六开关管Q6的栅极，第六开关管Q6的源极、第六电阻R6的第二端分别接地；

第四高频变压器T4的第二端分别连接第一四电容C14的第一端、第二一电容C21的第一端、第八开关管Q8的漏极，第八开关管Q8的栅极分别连接第八脉冲信号PWM8、第八电阻R8的第一端，第八开关管Q8的源极、第八电阻R8的第二端分别接地；

第四高频变压器T4的第三端、第一四电容C14的第二端、第二一电容C21的第二端分别接地；第四高频变压器T4的第四端接地；第四高频变压器T4的第六端连接第五高频变压器T5的第五端；

所述第五推挽正激电路包括第二四电容C24、第二五电容C25、第二七电容C27、第二二电容C22、第九开关管Q9、第一一开关管Q11、第九电阻R9、第一一电阻R11；第二七电容C27、第二二电容C22为箝位电容；

所述第二四电容C24的第一端分别连接第二五电容C25的第一端、第九开关管Q9的漏极、第五高频变压器T5的第一端；第二四电容C24的第二端、第二五电容C25的第二端分别接地；

所述第九电阻R9的第一端分别连接第九脉冲信号PWM9、第九开关管Q9的栅极，第九开关管Q9的源极、第九电阻R9的第二端分别接地；

第五高频变压器T5的第二端分别连接第二二电容C22的第一端、第二七电容C27的第一端、第一一开关管Q11的漏极，第一一开关管Q11的栅极分别连接第十一脉冲信号PWM11、第一一电阻R11的第一端，第一一开关管Q11的源极、第一一电阻R11的第二端分别接地；

第五高频变压器T5的第三端、第二二电容C22的第二端、第二七电容C27的第二端分别接地；第五高频变压器T5的第四端接地；第五高频变压器T5的第六端连接第六高频变压器T6的第五端；

所述第六推挽正激电路包括第三四电容C34、第三五电容C35、第三七电容C37、第三二电容C32、第十开关管Q10、第一二开关管Q12、第十电阻R10、第一二电阻R12；第三七电容C37、第三二电容C32为箝位电容；

所述第三四电容C34的第一端分别连接第三五电容C35的第一端、第十开关管Q10的漏极、第六高频变压器T6的第一端；第三四电容C34的第二端、第三五电容C35的第二端分别接地；

所述第十电阻R10的第一端分别连接第十脉冲信号PWM10、第十开关管Q10的栅极，第十开关管Q10的源极、第十电阻R10的第二端分别接地；

第六高频变压器T6的第二端分别连接第三二电容C32的第一端、第三七电容C37的第一端、第一二开关管Q12的漏极，第一二开关管Q12的栅极分别连接第十二脉冲信号PWM12、第一二电阻R12的第一端，第一二开关管Q12的源极、第一二电阻R12的第二端分别接地；

第六高频变压器T6的第三端、第三二电容C32的第二端、第三七电容C37的第二端分别接地；第六高频变压器T6的第四端接地；第六高频变压器T6的第六端连接继电器RELAY1A开关的第一端；

所述控制电路包括高速隔离光耦芯片U1、PWM脉冲调制芯片U2、减法器芯片U3、第一比较器芯片U4A、隔离传输信号芯片U5、第一运放芯片U6、DC/DC隔离电源U7、第二比较器芯片U8A、第三比较器芯片U8B、第二运放芯片U9；

所述PWM脉冲调制芯片U2的第二管脚+IN端口为给定信号输入端，包括两路给定信号输入，其中一路连接高速隔离光耦芯片U1，外接DSP输入端UREF数字信号，经过隔离传输信号经RC滤波，输入给PWM脉冲调制芯片U2的第二管脚+IN端口；另一路由VREF基准电压供给第一可调电阻RP1调节模拟信号，PWM脉冲调制芯片U2的第二管脚+IN端口；V_IN端口为燃料电池输入电压信号，经减法器芯片U3运算后给PWM脉冲调制芯片U2的第一管脚-IN端口；所述DC/DC隔离电源U7连接隔离传输信号芯片U5，为隔离传输信号芯片U5提供电源；由高压充电模块输出电压降压后，经隔离传输信号芯片U5隔离传输信号给第一运放芯片U6运算到V_OUT端，由第一比较器芯片U4A判定输出信号给PWM脉冲调制芯片U2的第八管脚的SOFTSTART端；温度传感器信号端TH_1经第三比较器芯片U8B输出到SOFTSTART端口；NIF端口和I_DSP端口为高压充电模块输入和输出电流信号，经第二运放芯片U9到第二比较器芯片U8A输出，然后输送至第三零一开关管Q301信号端，来控制PWM脉冲调制芯片U2的第十管脚SOFTSTART端口；

所述高速隔离光耦芯片U1的第二管脚连接第三零二电阻R302的第二端，高速隔离光耦芯片U1的第三管脚接地，高速隔离光耦芯片U1的第五管脚接地；高速隔离光耦芯片U1的第六管脚分别连接高速隔离光耦芯片U1的第七管脚、第三零三电阻R303的第一端，第三零三电阻R303的第二端分别连接第三零四电阻R304的第一端、第三零三电容C303的第一端，第三零四电阻R304的第二端分别连接第三零五电阻R305的第一端、第三零四电容C304的第一端，第三零五电阻R305的第二端分别连接第三零二电容C302的第一端、第三零五电容C305的第一端、第三零八电阻R308的第一端、第一可调电阻RP1的第三端；第三零三电容C303的第二端、第三零四电容C304的第二端、第三零二电容C302的第二端分别接地，第三零五电容C305的第二端接地；所述高速隔离光耦芯片U1的第八管脚连接第三零一电阻R301的第二端，第三零一电阻R301的第一端连接电源电压；

所述第一可调电阻RP1的第一端连接第三零六电阻R306的第二端，第一可调电阻RP1的第二端接地；

所述第三零八电阻R308的第二端连接PWM脉冲调制芯片U2的第二管脚+IN端口；PWM脉冲调制芯片U2的第一管脚-IN端口分别连接第三一五电阻R315的第二端、第三零九电阻R309的第一端、第三零六电容C306的第一端；第三零六电容C306的第二端分别连接第三零七电容C307的第二端、PWM脉冲调制芯片U2的第九管脚COMP端口；第三零九电阻R309的第二端连接第三零七电容C307的第一端；

所述第三一五电阻R315的第一端分别连接减法器芯片U3的第六管脚Out端口、第三一九电阻R319的第二端；第三一九电阻R319的第一端分别连接减法器芯片U3的第二管脚-IN端口、第三一六电阻R316的第二端；第三一六电阻R316的第一端人保连接第三一四电阻R314的第二端、第三一八电阻R318的第一端、第三一一电容C311的第一端；第三一四电阻R314的第一端连接电源电压，第三一八电阻R318的第二端、第三一一电容C311的第二端分别接地；减法器芯片U3的第三管脚+IN端口分别连接第三一二电阻R312的第二端、第三一三电阻R313的第二端，第三一二电阻R312的第一端接地；减法器芯片U3的第七管脚+VS端口分别连接电源电压、第三零八电容C308的第一端，第三零八电容C308的第二端接地；

所述PWM脉冲调制芯片U2的第十管脚SHUTDN端口分别连接第三一一电阻R311的第二端、第一接口J1的第二管脚，第一接口J1的第一管脚接地；

所述PWM脉冲调制芯片U2的第八管脚SS端口分别连接SOFTSTART端口、第三一七电阻R317的第一端，第三一七电阻R317的第二端连接第三一零电容C310的第一端，第三一零电容C310的第二端接地；

所述PWM脉冲调制芯片U2的第六管脚RT端口连接第二可调电阻RP2的第二端，第二可调电阻RP2的第一端、第二可调电阻RP2的第三端分别接地，所述PWM脉冲调制芯片U2的第一二管脚GND端口接地；

所述PWM脉冲调制芯片U2的第五管脚CT端口分别连接第三一零电阻R310的第二端、第三零九电容C309的第一端，第三一零电阻R310的第一端连接PWM脉冲调制芯片U2的第七管脚DIS端口，第三零九电容C309的第二端接地；

所述PWM脉冲调制芯片U2的第一三管脚VC端口连接第三零七电阻R307的第二端，PWM脉冲调制芯片U2的第一五管脚VCC端口连接第二电源电压、第三零七电阻R307的第一端、第三零一电阻R301的第一端，第三零一电阻R301的第二端接地；

所述隔离传输信号芯片U5的第七管脚VOU+端口连接第三二四电阻R324的第一端，第三二四电阻R324的第二端分别连接第一运放芯片U6的第三管脚+IN端口、第三二零电阻R320的第二端、第三一五电容C315的第二端，第三二零电阻R320的第一端、第三一五电容C315的第一端接地；

隔离传输信号芯片U5的第六管脚VOU-端口连接第三二七电阻R327的第一端，第三二七电阻R327的第二端分别连接第一运放芯片U6的第二管脚-IN端口、第三二九电阻R329的第一端、第三二零电容C320的第一端；第一运放芯片U6的第六管脚Out端口分别连接第三二九电阻R329的第二端、第三二零电容C320的第二端、第三二一电阻R321的第一端；

所述第一比较器芯片U4A的负相输入端连接第三二一电阻R321的第二端；第一比较器芯片U4A的正相输入端分别连接第三一六电容C316的第一端、第三二三电阻R323的第一端、第三二五电阻R325的第一端，第三一六电容C316的第二端、第三二三电阻R323的第二端分别接地，第三二五电阻R325的第二端连接第二电源电压、第一比较器芯片U4A的第八端口，第一比较器芯片U4A的第四端口接地；所述第一比较器芯片U4A的输出端连接SOFTSTART端口；

所述第三比较器芯片U8B的正相输入端分别连接第三一九电容C319的第二端、第三二八电阻R328的第二端，第三一九电容C319的第一端接地；第三比较器芯片U8B的负相输入端分别连接第三三零电阻R330的第二端、第三二五电容C325的第一端，第三三零电阻R330的第一端连接第二电源电压，第三二五电容C325的第二端接地；第三比较器芯片U8B的输出端连接SOFTSTART端口；

所述第二运放芯片U9的第三管脚+IN端口分别连接第三二六电容C326的第二端、第三零一二极管D301的负极、第三零二二极管D302的负极，第三二六电容C326的第一端接地；第三零一二极管D301的正极连接NIF端口，第三零二二极管D302的正极连接I_DSP端口；

第二运放芯片U9的第二管脚-IN端口分别连接第三三七电阻R337的第一端、第三三四电阻R334的第一端、第三三三电容C333的第一端，第三三七电阻R337的第二端接地；第二运放芯片U9的第六管脚Out端口分别连接第三三四电阻R334的第二端、第三三三电容C333的第二端、第三三二电阻R332的第一端；第三三二电阻R332的第二端分别连接第二比较器芯片U8A的正相输入端、第三二九电容C329的第二端，第三二九电容C329的第一端接地；所述第二运放芯片U9的第七管脚+VS端口分别连接第二电源电压、第三二七电容C327的第一端，第三二七电容C327的第二端接地；

所述第二比较器芯片U8A的负相输入端分别连接第三三六电阻R336的第一端、第三三五电阻R335的第一端、第三三二电容C332的第一端，第三三五电阻R335的第二端、第三三二电容C332的第二端、第二比较器芯片U8A的第四端口分别接地；第二比较器芯片U8A的第八端口连接第二电源电压；所述第二比较器芯片U8A的输出端分别连接第三三一电阻R331的第一端、第三零三二极管D303的正极，第三三一电阻R331的第二端连接第二电源电压，第三零三二极管D303的负极分别连接第三三零电容C330的第一端、第三三三电阻R333的第一端、第三零一开关管Q301的第三端，第三三零电容C330的第二端、第三三三电阻R333的第二端、第三零一开关管Q301的第二端、第三三一电阻R331的第二端分别接地；第三零一开关管Q301的第一端、第三三一电阻R331的第一端分别连接SOFTSTART端口。