專利名稱：電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種將直流功率輸入變換為交流功率輸出的電力變換設(shè) 備，具體地說是一種采用有控制極的半導(dǎo)體器件的電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力車輛中，電源供電是一件極為棘手的事情， 因?yàn)檫@種車輛需用的電源電壓一般都在二百伏以上。如果全部使用高性能的高 壓鋰電池供電，則其購置價(jià)格和使用成本將會(huì)非常昂貴，而使用這種高配置直 流電源的電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力車輛在空載或較少載荷時(shí)，就是"大馬拉小車" 的具體形象體現(xiàn)。而目前還沒有一種使用經(jīng)濟(jì)、適于車行特點(diǎn)的電源裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是提供一種電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，以解決電動(dòng)或混 合動(dòng)力車輛的電源配置使用不經(jīng)濟(jì)、不適于車行特點(diǎn)的問題。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，在外框體的邊框 內(nèi)側(cè)面上制有線槽，在線槽中繞有輸出繞組，在所述外框體中設(shè)有若干并列的 鐵芯；在所述并列鐵芯的左半部分的鐵芯上套接有正向線圈繞組，在所述并列 鐵芯的右半部分的鐵芯上套接有反向線圈繞組；所述正、反向線圈繞組的接線 端共接直流變頻控制器。
所述輸出繞組有兩個(gè)，分別繞制在所述外框體的兩個(gè)相對邊框內(nèi)側(cè)面上的 線槽中；其中一個(gè)是單相的或三相的功率輸出繞組，另一個(gè)是單相的充電輸出 繞組。
在所述功率輸出繞組的輸出端與所述直流變頻控制器之間分別接有電流檢 測反饋電路和電壓檢測反饋電路。
所述充電輸出繞組的輸出端連接能量回饋緩沖電路。
所述鐵芯的正端面為工字形或h形，所述鐵芯的上下端面與所述外框體上 的所述線槽的相對面之間保留有至少0.5毫米的間隙。
所述直流變頻控制器是以數(shù)據(jù)處理器U7為核心，數(shù)據(jù)處理器U7的輸出接 若干四個(gè)一組的光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，每組光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)電路U4、 U5接由四個(gè)IGBT功率管組成的全橋移相驅(qū)動(dòng)電路Qi—Q4，全橋移相 驅(qū)動(dòng)電路Qi—Q4的兩個(gè)輸出端分接在一個(gè)所述正向線圈繞組或一個(gè)所述反向線 圈繞組的兩端。
在本實(shí)用新型中的直流變頻控制器中設(shè)置有由IGBT大功率管組成的全橋 移相驅(qū)動(dòng)電路，該全橋移相驅(qū)動(dòng)電路可對普通的車載36V或48V直流電瓶與正、 反向線圈繞組在導(dǎo)通方向和導(dǎo)通時(shí)間兩方面進(jìn)行變換控制，使直流電瓶的直流 電壓分別交變地加在各并列鐵芯上的正、反向線圈繞組上，在每個(gè)線圈繞組上 就產(chǎn)生一個(gè)了交變的磁場，由此在外框體線槽上的單相或三相輸出繞組中就可 隨之感應(yīng)出交變的感應(yīng)電動(dòng)勢。如果直流變頻控制器的一個(gè)控制變化周期為T， 則在單相或三相輸出繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢的變化頻率即為1/T。如果并列設(shè)置有 多個(gè)鐵芯，即有兩個(gè)以上的正向線圈繞組和兩個(gè)以上的反向線圈繞組存在，那 么，就可根據(jù)線圈繞組匝數(shù)的設(shè)置不同，而產(chǎn)生正品字形與倒品字形相接的類 似正弦波的感應(yīng)電動(dòng)勢，從而輸出交變的電壓和電流。由此達(dá)到了利用本裝置 實(shí)現(xiàn)直流功率輸入變換為交流功率輸出的目的。
由于高壓交流電源能夠更好地適應(yīng)電動(dòng)機(jī)輸出功率的大范圍變化要求，而 本實(shí)用新型的輸入/輸出的穩(wěn)定性以及不可逆性，使得本能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置既能 夠滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在正常扭矩下的高低轉(zhuǎn)速的頻繁變換的要求，也能夠滿足汽 車發(fā)動(dòng)機(jī)在大扭矩低轉(zhuǎn)速下的啟動(dòng)性能要求。因而，使用本實(shí)用新型作為電動(dòng) 汽車或混合動(dòng)力汽車的能量轉(zhuǎn)換裝置，配以普通規(guī)格的低壓直流電瓶之后，即 可滿足汽車的行駛要求。所以，本實(shí)用新型具有明顯的使用經(jīng)濟(jì)性、工作穩(wěn)定 性和車輛運(yùn)行的適應(yīng)性。


圖1是本實(shí)用新型的物理結(jié)構(gòu)部分與電路結(jié)構(gòu)部分合一的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型的物理結(jié)構(gòu)部分的構(gòu)成是，外框體l為矩形框架， 在外框體l的上、下邊框的內(nèi)側(cè)面上制有并列均布的多個(gè)線槽，在線槽中繞制有 輸出繞組。在上邊框的線槽中繞制的是單相或三相的功率輸出繞組21，在下邊 框的線槽中繞制的是單相的充電輸出繞組22。輸出繞組的繞線方式可采用單相 或三相電機(jī)的定子繞組的繞線結(jié)構(gòu)。在外框體l中設(shè)置有兩個(gè)(數(shù)量可根據(jù)需要 具體設(shè)定)并列的鐵芯3;鐵芯3的正端面為工字形，也可以是h形或倒h形等；鐵芯3的上下端面與外框體1上的線槽的相對面之間保留有0.7毫米的間隙；兩鐵
芯之間也保留一定的間距。在左邊的鐵芯3上套接一個(gè)正向線圈繞組4，在右邊
的鐵芯3上套接一個(gè)反向線圈繞組5;正、反向線圈繞組的接線端共接直流變頻
控制器。所謂正線圈繞組就是一個(gè)順時(shí)針繞向的線圈繞組或是一個(gè)逆時(shí)針繞向 的線圈繞組，反向線圈繞組就是與之繞向相反的線圈繞組。
本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)部分因圖面所限，只給出了正向線圈繞組4與直流變 頻控制器的連接關(guān)系及相關(guān)電路結(jié)構(gòu)，反向線圈繞組5與正向線圈繞組4具有相 同的與直流變頻控制器的接線方式及相關(guān)電路結(jié)構(gòu)，這部分電路因結(jié)構(gòu)相同， 所以就在圖l中省略掉了。
圖1中，本實(shí)用新型中的直流變頻控制器是以數(shù)據(jù)處理器U7為核心，數(shù)據(jù) 處理器U7可選用51系列單片機(jī)，在其數(shù)據(jù)輸出線接線端分別連接四個(gè)一組的 光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路；光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的組數(shù)與正、反向線圈繞組的總數(shù)一致。 如圖1所示，每組光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路選用兩個(gè)雙運(yùn)算放大電路芯片U2、U3，其
中U2中的兩個(gè)運(yùn)放U2A、 U2B的輸出各接一個(gè)光電耦合器PCl、 PC2，該兩光電
耦合器PCi、 PC2的輸出端各分兩路、各路串接一個(gè)限流電阻后接IGBT驅(qū)動(dòng)電
路U4 。而雙運(yùn)算放大電路芯片U3的兩個(gè)運(yùn)放U3A、 U3B的輸出通過相同的電路
結(jié)構(gòu)接IGBT驅(qū)動(dòng)電路U5。兩個(gè)IGBT驅(qū)動(dòng)電路都選用TR2132芯片，并且與全 橋移相驅(qū)動(dòng)電路中的四個(gè)IGBT功率管Qi—Q4相接，全橋移相驅(qū)動(dòng)電路Qi—Q4 的兩個(gè)輸出端分接在正向線圈繞組21的兩端。
為完善功能特性，本實(shí)用新型在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在功率輸出繞組21的 輸出端即A、 B端通過變壓器Ti連接一條電流檢測反饋電路，還通過變壓器T2 連接一條電壓檢測反饋電路。電流檢測反饋電路和電壓檢測反饋電路都是采用 常規(guī)電路，用以檢測功率輸出繞組21的交流輸出電流和交流輸出電壓的有無及 幅值，并向數(shù)據(jù)處理器U7進(jìn)行反饋。兩反饋電路的信號(hào)輸出端分接至直流變頻 控制器中的數(shù)據(jù)處理器U7的信號(hào)輸入端。
本實(shí)用新型在外框體1上還設(shè)置有充電輸出繞組22。充電輸出繞組22的輸 出端接能量回饋緩沖電路。能量回饋緩沖電路由整流器D3、 二極管D4、電容C5 —C7和DC—DC轉(zhuǎn)換電路芯片U6連接組成。DC—DC轉(zhuǎn)換電路芯片U 6可選用 LM2596-ADJ芯片。與能量回饋緩沖電路相接的BTi為36V的車載直流鋰電池。開機(jī)時(shí)，由鋰電池BTi通過二極管D4向電容C7充電。在IGBT功率管工作時(shí)， 電容C7上的電能首先被使用，這樣就可緩解對鋰電池的過度放電。
本實(shí)用新型的工作原理是首先，能量回饋緩沖電路中的DC-DC轉(zhuǎn)換電路 U6將36V直流電壓通過電壓變換將其轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的+15V、 -15V和+5V直流電壓， 以供數(shù)據(jù)處理器U7及其外圍電路使用。在數(shù)據(jù)處理器U7加電時(shí)，單片機(jī)工作
電路能夠使其順利地啟動(dòng)工作。電路啟動(dòng)后，數(shù)據(jù)處理器U7通過P6、 P7端口向
光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路輸出P麗調(diào)制脈沖，用于驅(qū)動(dòng)IGBT驅(qū)動(dòng)電路U4、 U5。 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路U4 、 Us將調(diào)制脈沖信號(hào)整理放大后，分別送給全橋移相驅(qū)動(dòng)電路的四 個(gè)IGBT功率管Qi-Q4。在IGBT驅(qū)動(dòng)電路U4、 Us的控制下，先是IGBT功率管Qi、 Q4導(dǎo)通，在正向線圈繞組4上形成一個(gè)N極向上的磁場。接下來IGBT驅(qū)動(dòng)電路 U4、 Us就會(huì)將調(diào)制脈沖分配給IGBT功率管Q3、 Q2，使IGBT功率管Q3、 Q2導(dǎo)通， 在正向線圈繞組4上形成一個(gè)N極向下的反向磁場。在反向線圈繞組5上產(chǎn)生 的是時(shí)間接序、極性相反的交變磁場。由此形成一個(gè)有正反向波形的、磁場強(qiáng) 度大小有變的合成磁場。
由變壓器T2、運(yùn)放UlB和電阻R6—R8、 Rl8、 Rl9連接組成的電壓檢測反饋電
路，用于檢測功率輸出繞組21上的單相交流電壓的有無及幅值。由變壓器Ti、 運(yùn)放UiA、 二極管Di、 D2等連接組成的電流檢測反饋電路，用于檢測功率輸出繞 組21上的交流電流的變化值。這兩個(gè)檢測反饋電路將輸出電壓、電流的檢測情 況反饋到數(shù)據(jù)處理器U7，可使數(shù)據(jù)處理器U7實(shí)時(shí)地計(jì)算出最佳的P麗脈寬調(diào)制 控制值，以調(diào)整和控制各全橋移相驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通時(shí)間和導(dǎo)通方向，從而達(dá)到 適應(yīng)性的交流功率輸出。
如果需要人工修改P麗的控制參數(shù)，可以通過(4X4)鍵盤Soi，向數(shù)據(jù)處 理器U7的P5端口輸入修改信息，由此實(shí)現(xiàn)人工干預(yù)功能。
權(quán)利要求1、一種電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于在外框體(1)的邊框內(nèi)側(cè)面上制有線槽，在線槽中繞有輸出繞組，在所述外框體(1)中設(shè)有若干并列的鐵芯(3)；在所述并列鐵芯的左半部分的鐵芯(3)上套接有正向線圈繞組(4)，在所述并列鐵芯的右半部分的鐵芯(3)上套接有反向線圈繞組(5)；所述正、反向線圈繞組的接線端共接直流變頻控制器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述輸出繞 組有兩個(gè)，分別繞制在所述外框體(1)的兩個(gè)相對邊框內(nèi)側(cè)面上的線槽中；其 中一個(gè)是單相的或三相的功率輸出繞組(21)，另一個(gè)是單相的充電輸出繞組(22)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于在所述功率 輸出繞組(21)的輸出端與所述直流變頻控制器之間分別接有電流檢測反饋電 路和電壓檢測反饋電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述充電輸 出繞組(22)的輸出端接能量回饋緩沖電路。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述鐵芯(3) 的正端面為工字形或h形，所述鐵芯(3)的上下端面與所述外框體(1)上的 所述線槽的相對面之間保留有至少0.5毫米的間隙。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或5所述的電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所 述直流變頻控制器是以數(shù)據(jù)處理器U7為核心，數(shù)據(jù)處理器U7的輸出接若干四個(gè) 一組的光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路，每組光耦隔離驅(qū)動(dòng)電路的輸出經(jīng)IGBT驅(qū)動(dòng)電路U4、 U5接由四個(gè)IGBT功率管組成的全橋移相驅(qū)動(dòng)電路Q!—Q4，全橋移相驅(qū)動(dòng)電路 Q1—Q4的兩個(gè)輸出端分接在一個(gè)所述正向線圈繞組或一個(gè)所述反向線圈繞組的 兩端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種采用有控制極的半導(dǎo)體器件的電源能量靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置。其結(jié)構(gòu)是在外框體的邊框內(nèi)側(cè)面上制有線槽，在線槽中繞有輸出繞組，在所述外框體中設(shè)有若干并列的鐵芯；在所述并列鐵芯的左半部分的鐵芯上套接有正向線圈繞組，在所述并列鐵芯的右半部分的鐵芯上套接有反向線圈繞組；所述正、反向線圈繞組的接線端共接直流變頻控制器。本實(shí)用新型具有明顯的使用經(jīng)濟(jì)性、工作穩(wěn)定性和車輛運(yùn)行的適應(yīng)性。使用本實(shí)用新型作為電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車的能量轉(zhuǎn)換裝置，配以普通規(guī)格的低壓直流電平，即可達(dá)到車輛行駛要求。
文檔編號(hào)B60L11/00GK201398153SQ20092010275
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者薄中學(xué) 申請人:薄中學(xué)