一种电源转换装置的制作方法

1.本发明涉及电源系统技术领域，具体而言，涉及一种电源转换装置。


背景技术：

2.在一些特定的应用场景中，比如针对大型储能电站的锂电池，会通过向某一节电池进行主动充电，来实现电池组中各电池之间的电压平衡，从而提高电池组的使用寿命、减少电池组的损耗。目前市面上现有的产品设备，输出的电压为一个固定值，而作为负载的电池本身一般具有一个最佳充电曲线，即充电过程的电压最好是可变的；若以固定的电压来对电池进行充电，效率较低。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种电源转换装置。
4.本发明实施例提供了一种电源转换装置，包括：直流转换模块、第一模数转换器、主控芯片和pwm开关模块；
5.所述直流转换模块的输入侧设有电压输入端，输出侧设有电压输出端，所述电压输入端用于接入待转换电压；所述直流转换模块用于将所述待转换电压进行直流转换，并由所述电压输出端输出转换后的输出电压；
6.所述第一模数转换器的输入端接入所述直流转换模块的输出侧，用于采集所述输出电压；所述第一模数转换器的输出端与所述主控芯片的第一输入端相连；所述第一模数转换器用于将实际采集到的电压转换为第一测量电压，并将所述第一测量电压传输至所述主控芯片；
7.所述主控芯片的第二输入端用于获取设定电压；所述主控芯片用于根据所述第一测量电压确定所述输出电压，并比较所述输出电压与所述设定电压的大小，根据比较结果向所述pwm开关模块传输相应的第一pwm信号；
8.所述pwm开关模块接入所述直流转换模块的输入侧，用于根据所述第一pwm信号控制所述直流转换模块的输入侧的通断。
9.在一种可能的实现方式中，所述直流转换模块包括分压电路；所述分压电路与所述电压输出端相连；
10.所述分压电路包括两个串联的电阻，两个电阻之间的连接节点用于输出反馈电压；
11.所述第一模数转换器的输入端与所述连接节点相连，并采集所述反馈电压。
12.在一种可能的实现方式中，电源转换装置还包括第一比较器和第一光电耦合器；
13.所述第一比较器的第一输入端接入所述直流转换模块的输出侧，用于采集所述输出电压；所述第一比较器的第二输入端用于接入第一参考电压；
14.所述第一比较器的输出端与所述第一光电耦合器的输入端相连；所述第一光电耦合器的输出端与所述pwm开关模块的控制端相连；
15.所述第一比较器用于比较所述第一比较器的第一输入端实际采集到的电压与所述第一参考电压的大小，根据比较结果向所述第一光电耦合器传输相应的第一电平信号；
16.所述第一光电耦合器用于根据所述第一电平信号向所述pwm开关模块传输对应的第一保护信号；所述第一保护信号用于控制所述pwm开关模块是否断开。
17.在一种可能的实现方式中，所述第一比较器包括运算放大器、第一电阻、第一电容、第二电阻、第二电容和第三电容；
18.所述第一电阻的一端作为所述第一比较器的第一输入端，另一端与所述第一电容的一端相连，所述第一电容的另一端与地相连；所述第一电容与所述第一电阻相连的一端，均与所述运算放大器的同相输入端相连；
19.所述第二电阻的一端作为所述第一比较器的第二输入端，另一端与所述第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端与地相连；所述第二电容与所述第二电阻相连的一端，均与所述运算放大器的反相输入端相连；
20.所述第三电容的一端与所述运算放大器的同相输入端相连，所述第三电容的另一端与所述运算放大器的反相输入端相连；
21.所述运算放大器的输出端与所述第一光电耦合器的输入端相连。
22.在一种可能的实现方式中，电源转换装置还包括第二模数转换器；
23.所述第二模数转换器的输入端接入所述直流转换模块的输出侧，用于采集输出电流相对应的电流转换电压；其中，所述输出电流由所述电压输出端所输出；
24.所述第二模数转换器的输出端与所述主控芯片的第三输入端相连；所述第二模数转换器用于将实际采集到的电压转换为第二测量电压，并将所述第二测量电压传输至所述主控芯片；
25.所述主控芯片的第二输入端还用于获取设定电流；所述主控芯片用于根据所述第二测量电压确定所述输出电流，并比较所述输出电流和所述设定电流的大小，根据比较结果向所述pwm开关模块传输相应的第一pwm信号。
26.在一种可能的实现方式中，电源转换装置还包括第二比较器和第二光电耦合器；
27.所述第二比较器的第一输入端接入所述直流转换模块的输出侧，用于采集输出电流相对应的电流转换电压；其中，所述输出电流由所述电压输出端所输出；
28.所述第二比较器的第二输入端用于接入第二参考电压；
29.所述第二比较器的输出端与所述第二光电耦合器的输入端相连；所述第二光电耦合器的输出端与所述pwm开关模块的控制端相连；
30.所述第二比较器用于比较所述第二比较器的第一输入端实际采集到的电压与所述第二参考电压的大小，根据比较结果向所述第二光电耦合器传输相应的第二电平信号；
31.所述第二光电耦合器用于根据所述第二电平信号向所述pwm开关模块传输对应的第二保护信号；所述第二保护信号用于控制所述pwm开关模块是否断开。
32.在一种可能的实现方式中，所述直流转换模块包括反激式转换器和检流电阻；
33.所述反激式转换器包括原边和副边，所述原边的第一端用于接入所述待转换电压，所述原边的第二端与pwm开关模块相连；
34.所述副边的第一端与所述检流电阻的一端相连，所述检流电阻另一端接地；所述副边的第二端用于输出所述输出电压；其中，所述原边的第一端与所述副边的第一端互为
同名端；
35.所述副边的第一端与所述检流电阻之间的连接节点用于输出所述电流转换电压。
36.在一种可能的实现方式中，电源转换装置还包括参考电压输出模块，所述参考电压输出模块包括：nmos管和直流转换器；
37.所述直流转换器的输入侧用于接入输入电压，所述nmos管的漏极接入所述直流转换器的输入侧，所述nmos管的栅极用于接入第二pwm信号，所述nmos管的源极接地；
38.所述直流转换器的输出侧用于输出参考电压；
39.其中，所述参考电压为所述第一参考电压或者所述第二参考电压。
40.在一种可能的实现方式中，参考电压输出模块还包括：第一运算放大器、第一二极管、第二运算放大器和第二二极管；
41.所述第一运算放大器的反相输入端接入所述直流转换器的输出侧，所述第一运算放大器的同相输入端接入基准电压；
42.所述第一二极管的正极与所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第一二极管的负极与所述第一运算放大器的输出端相连；
43.所述第二运算放大器的反相输入端也接入所述直流转换器的输出侧，所述第二运算放大器的同相输入端接地；
44.所述第二二极管的负极与所述第二运算放大器的反相输入端相连，所述第二二极管的正极与所述第二运算放大器的输出端相连。
45.在一种可能的实现方式中，电源转换装置还包括第三光电耦合器；
46.所述第三光电耦合器的输入端接入所述直流转换模块的输出侧，用于采集所述输出电压；
47.所述光电耦合器的输出端与所述第一模数转换器的输入端相连。
48.本发明实施例提供的方案中，主控芯片向pwm开关模块发送第一pwm信号，从而可以调整直流转换模块所输出的输出电压的大小；并且，利用第一模数转换器对输出电压进行采集，主控芯片通过比较所采集到的输出电压与所需的设定电压之间的大小，可以相应地调整第一pwm信号，使得所输出的输出电压与该设定电压相一致，实现对输出电压按需动态调整；且在设定电压发生变化的情况下，也可使得输出电压同步变化。利用该电源转换装置对电池进行充电时，可以基于设定的最佳充电曲线对该电池进行充电，从而能够提高对电池的充电效率。
49.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1示出了本发明实施例所提供的电源转换装置的第一结构示意图；
52.图2示出了本发明实施例所提供的电源转换装置中，直流转换模块和pwm开关模块
的一种电路图；
53.图3示出了本发明实施例所提供的电源转换装置的第二结构示意图；
54.图4示出了本发明实施例所提供的电源转换装置中，第一比较器和第一光电耦合器的一种电路图；
55.图5示出了本发明实施例所提供的电源转换装置中，参考电压输出模块的一种电路图；
56.图6示出了本发明实施例所提供的电源转换装置中，用于提供基准电压的一种电路图；
57.图7示出了本发明实施例所提供的电源转换装置的第三结构示意图；
58.图8示出了本发明实施例所提供的电源转换装置中，第一模数转换器和第三光电耦合器的一种电路图。
59.附图标记说明：
60.10、直流转换模块；101、分压电路；21、第一模数转换器；22、第二模数转换器；23、第三光电耦合器；24、第四光电耦合器；30、主控芯片；40、pwm开关模块；51、第一比较器；52、第一光电耦合器；53、第二比较器；54、第二光电耦合器；60、参考电压输出模块；601、直流转换器。
具体实施方式
61.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
62.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
63.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“接入”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
64.本发明实施例提供一种电源转换装置，参见图1所示，该电源转换装置包括：直流转换模块10、第一模数转换器21、主控芯片30和pwm开关模块40。
65.直流转换模块10的输入侧设有电压输入端，输出侧设有电压输出端，电压输入端用于接入待转换电压vin；直流转换模块10用于将待转换电压vin进行直流转换，并由电压输出端输出转换后的输出电压vout。
66.第一模数转换器21的输入端接入直流转换模块10的输出侧，用于采集输出电压vout；第一模数转换器21的输出端与主控芯片30的第一输入端相连；第一模数转换器21用
于将实际采集到的电压转换为第一测量电压v-adc，并将第一测量电压v-adc传输至主控芯片30。
67.主控芯片30的第二输入端用于获取设定电压vset；主控芯片30用于根据第一测量电压v-adc确定输出电压vout，并比较输出电压vout与设定电压vset的大小，根据比较结果向pwm开关模块传输相应的第一pwm信号，图1以dc-pwm表示第一pwm信号。
68.pwm开关模块40接入直流转换模块10的输入侧，用于根据第一pwm信号dc-pwm控制直流转换模块10的输入侧的通断。
69.本发明实施例中的直流转换模块10用于将一个直流电转换为另一个直流电，如图1所示，该直流转换模块10用于将所输入的待转换电压vin转换为需要输出的输出电压vout；为方便描述，本发明实施例中，将该直流转换模块10用于输入该待转换电压vin的一侧称为输入侧，将直流转换模块10用于输出该输出电压vout的一侧称为输出侧。相应地，该直流转换模块10的输入侧具有能够输入该待转换电压vin的输入端，即“电压输入端”，直流转换模块10的输出侧具有能够输出该输出电压vout的输出端，即“电压输出端”；即，电压输入端用于接入该待转换电压vin，电压输出端用于输出该输出电压vout。并且，可以由该电压输出端向需要充电的电池进行供电，即电池的充电电压为该输出电压vout。
70.其中，电压输入端所接入的待转换电压vin，一般可以是固定的，例如待转换电压vin恒定为15v；为能够生成可变的电压，本发明实施例利用主控芯片30和pwm开关模块40控制直流转换模块10的工作情况，使得直流转换模块10所输出的输出电压vout是可变的。
71.具体地，主控芯片30向pwm开关模块40输出第一pwm信号dc-pwm，控制pwm开关模块40的通断，进而可以控制直流转换模块10的工作情况。
72.pwm开关模块40是在pwm信号的控制作用下会呈现不同通断状态的模块，其中，由主控芯片30向该pwm开关模块40提供相应的pwm信号，即第一pwm信号dc-pwm。例如，在第一pwm信号dc-pwm为高电平时，该pwm开关模块40是导通状态，在第一pwm信号dc-pwm为低电平时，该pwm开关模块40是关断状态。
73.其中，pwm开关模块40接入直流转换模块10的输入侧，在第一pwm信号dc-pwm的作用下，通过改变pwm开关模块40本身的通断状态，从而改变直流转换模块10输入侧的通断状态，即可以在第一pwm信号的作用下控制直流转换模块10的输入侧的通断，从而控制输出电压vout的大小。
74.具体地，直流转换模块10输入侧的通断情况会影响其输出侧所输出的输出电压vout的大小；一般情况下，若直流转换模块10输入侧正常导通，则其可正常进行电压转换，若直流转换模块10输入侧关断，则其不能实现电压转换，即不能对待转换电压vin进行转换。通过控制直流转换模块10输入侧的通断情况，即可改变输出电压vout的大小。其中，直流转换模块10输入侧的导通时间越长，输出电压vout越大。例如，主控芯片30通过控制第一pwm信号的占空比，从而可以控制直流转换模块10的输入侧的通断时长占比，进而控制输出电压vout的大小。
75.该直流转换模块10可以通过不同的器件来实现直流转换，直流转换模块10例如可以是dc-dc(直流-直流)转换模块。如上所述，直流转换模块10由输入侧的电压输入端接入该待转换电压vin，由输出侧的电压输出端输出该输出电压vout；而对于不同器件的直流转换模块10，pwm开关模块40可以接入输入侧的不同位置。例如，该pwm开关模块40可以与该电
压输入端串接，通过控制自身的通断状态，从而可以控制外部电源是否向直流转换模块10提供待转换电压vin；或者，在直流转换模块10的输入侧为回路的情况下，该pwm开关模块40串接在该回路中，通过控制该回路的通断，从而控制直流转换模块10输入侧的工作状态。
76.例如，在直流转换模块10通过变压器来实现直流转换的情况下，直流转换模块10的输入侧指的是变压器的原边，输出侧为变压器的副边。直流转换模块10的输入侧设有电压输入端，用于接入待转换电压vin。并且，变压器原边的一端为该电压输入端，另一端与pwm开关模块40相连，从而在第一pwm信号的作用下，使得原边的状态在导通、关断之间切换。
77.例如，参见图2所示，直流转换模块10包括变压器t1，其通过变压器t1来实现直流转换。直流转换模块10的输入侧指的是变压器t1的原边。该变压器原边的一端作为电压输入端，用于接入待转换电压vin；该变压器原边的另一端接入pwm开关模块40。如图2所示，该pwm开关模块40包括mos管q1，主控芯片30向该mos管q1的栅极提供第一pwm信号dc-pwm，控制mos管q1的通断，从而实现控制变压器t1原边(即直流转换模块10输入侧)的工作状态，进而控制器电压输出端所输出的输出电压vout的大小，实现对电池充电时的充电电压(即输出电压vout)可调。
78.第一模数转换器21的作用是输出电压vout，其接入直流转换模块10的输出侧，从而采集该输出侧与输出电压vout相关的电压，并将采集到的电压信号转换为数字的电压信号，即第一测量电压v-adc，并将第一测量电压v-adc发送至主控芯片30，从而实现对输入电压vout的采集。
79.其中，“第一模数转换器21的输入端接入直流转换模块10的输出侧”表示的是第一模数转换器21可以直接接入直流转换模块10的电压输出端，即第一模数转换器21的输入端直接与直流转换模块10的电压输出端相连；或者，第一模数转换器21也可以间接接入直流转换模块10的电压输出端。
80.例如，参见图2所示，直流转换模块10的输出侧设有分压电路，由该分压电路分出与输出电压vout相关的反馈电压，供第一模数转换器21进行采集；图2以v-feedback表示该反馈电压。具体地，如图2所示，该分压电路包括两个串联的电阻，即电阻r2和r5；这两个电阻之间的连接节点用于输出反馈电压v-feedback；第一模数转换器21的输入端与该连接节点相连，并采集反馈电压v-feedback。第一模数转换器21将该反馈电压v-feedback转换为第一测量电压v-adc。由于电压采集芯片(如第一模数转换器21、下述的第一比较器51等)的输入电压是有一定范围的，直接采集输出电压vout，可能会超出这个范围，利用分压电路进行分压，之后再进行采集，可以有效规避该问题。
81.主控芯片30具有多个可以接收数据的输入端，其第一输入端可以接收该第一测量电压v-adc，图1中以接口1表示该第一输入端；并且，该主控芯片30的第二输入端可以接收用户设定的电压，即设定电压vset，图1中以接口2表示该第二输入端。其中，该设定电压vset为所需的电压，例如在使用该电源转换装置对电池进行充电时，电池充电时所需的电压即为该设定电压vset，该电源转换装置可以使得所输出的输出电压vout与该设定电压vset基本相同。如图1所示，该电源转换装置可以包括通信模块，基于该通信模块接收用户所设置的设定电压vset。
82.本发明实施例中，主控芯片30在获取到第一测量电压v-adc后，可以基于第一测量
电压v-adc还原得到相应的输出电压vout；本领域技术人员可以理解，由于第一模数转换器21以及分压电路(图2中的电阻r2、r5)是固定的，由此可从第一测量电压v-adc反推出相应的输出电压vout，此处不做详述。主控芯片30在确定该输出电压vout，即可将其与设定电压vset进行比较，根据比较结果对第一pwm信号进行调整，并向pwm开关模块传输调整后的第一pwm信号。例如，若输出电压vout大于设定电压vset，则可减小第一pwm信号的占空比；相反地，若输出电压vout小于设定电压vset，则可增大第一pwm信号的占空比。如此重复反馈调整，直至输出电压vout与设定电压vset基本相同。并且，若所需的设定电压vset发生变化，主控芯片30通过调整第一pwm信号，也可使得输出电压vout随设定电压vset同步变化，实现输出电压vout动态可调。
83.本发明实施例提供的电源转换装置，主控芯片30向pwm开关模块40发送第一pwm信号，从而可以调整直流转换模块10所输出的输出电压的大小；并且，利用第一模数转换器21对输出电压进行采集，主控芯片30通过比较所采集到的输出电压与所需的设定电压之间的大小，可以相应地调整第一pwm信号，使得所输出的输出电压与该设定电压相一致，实现对输出电压按需动态调整；且在设定电压发生变化的情况下，也可使得输出电压同步变化。利用该电源转换装置对电池进行充电时，可以基于设定的最佳充电曲线对该电池进行充电，从而能够提高对电池的充电效率。
84.可选地，参见图3所示，该电源转换装置还包括起保护作用的第一比较器51和第一光电耦合器52。
85.其中，第一比较器51的第一输入端接入直流转换模块10的输出侧，用于采集输出电压vout；第一比较器51的第二输入端用于接入第一参考电压v-ref。第一比较器51的输出端与第一光电耦合器52的输入端相连；第一光电耦合器52的输出端与pwm开关模块40的控制端相连。第一比较器51用于比较第一比较器51的第一输入端实际采集到的电压与第一参考电压v-ref的大小，根据比较结果向第一光电耦合器52传输相应的第一电平信号。
86.本发明实施例中，第一比较器51用于比较两个输入端(即第一输入端、第二输入端)分别输入的电压大小，即对所采集的与输出电压vout相关的电压以及第一参考电压v-ref进行比较；基于二者的比较结果生成相应的电平信号，即第一电平信号。例如，若实际采集到的电压大于该第一参考电压v-ref，则第一比较器51输出高电平，即第一电平信号为高电平；若实际采集到的电压小于该第一参考电压v-ref，则第一比较器51输出低电平，即第一电平信号为低电平。
87.其中，与第一模数转换器21采集输出电压vout的方式类似，该第一比较器51也可直接或间接地采集输出电压vout；即，第一比较器51实际采集到的电压可以为该输出电压vout，或者，如图2所示，若直流转换模块10的输出侧设有分压电阻r2、r5，则第一比较器51实际采集到的电压也可以为分压后的反馈电压v-feedback，即该第一比较器51用于比较反馈电压v-feedback与第一参考电压v-ref之间的大小。在这种情况下，第一比较器51的第一输入端与电阻r2、r5之间的连接节点相连。
88.第一光电耦合器52用于根据第一电平信号向pwm开关模块40传输对应的第一保护信号shutdown；该第一保护信号shutdown用于控制pwm开关模块40是否断开。例如，若第一电平信号为高电平，则该第一光电耦合器52导通，其输出端输出一种第一保护信号，例如低电平；若第一电平信号为低电平，则该第一光电耦合器52截止，其输出端为高阻态，输出另
一种第一保护信号，例如高电平等。
89.其中，pwm开关模块40包括mos管q1，该第一光电耦合器52的输出端与该mos管q1的栅极相连，向mos管q1的栅极提供第一保护信号；该mos管q1的栅极即为pwm开关模块40控制端。若第一比较器51实际采集到的电压小于第一参考电压v-ref，说明此时输出电压vout不是很高，其一般在允许范围内，第一电平信号为高阻态，不影响pwm开关模块40正常工作；相反地，若第一比较器51实际采集到的电压大于第一参考电压v-ref，说明此时输出电压vout较高，其存在一定的风险，此时需要降低输出电压vout；具体地，由第一光电耦合器52输出低电平的第一电平信号，从而拉低mos管q1，使得mos管q1关断，直流转换模块10输入侧停止工作，从而降低输出电压vout，保证输出电压vout不会过高。
90.可选地，参见图4所示，该第一比较器51包括运算放大器u2a、第一电阻r1、第一电容c1、第二电阻r3、第二电容c5和第三电容c4。
91.如图4所示，第一电阻r1的一端作为第一比较器51的第一输入端，其接入实际采集到的电压，如反馈电压v-feedback；第一电阻r1的另一端与第一电容c1的一端相连，第一电容c1的另一端与地相连；第一电容c1与第一电阻r1相连的一端，均与运算放大器u2a的同相输入端相连。
92.第二电阻r3的一端作为第一比较器51的第二输入端，其接入第一参考电压v-ref；第二电阻r3的另一端与第二电容c5的一端相连，第二电容c5的另一端与地相连；第二电容c5与第二电阻r3相连的一端，均与运算放大器u2a的反相输入端相连。
93.第三电容c4的一端与运算放大器u2a的同相输入端相连，第三电容c4的另一端与运算放大器u2a的反相输入端相连。运算放大器u2a的输出端与第一光电耦合器52的输入端相连。
94.本发明实施例中，利用运算放大器u2a比较反馈电压v-feedback与第一参考电压v-ref之间的大小。具体地，如图4所示，
95.当反馈电压v-feedback小于第一参考电压v-ref时，运算放大器u2a输出低电平，第一光电耦合器52处于关闭状态，第一保护信号shutdown为高阻态；当反馈电压v-feedback大于第一参考电压v-ref时，运算放大器u2a输出高电平，第一光电耦合器52处于打开状态，第一保护信号shutdown为低电平，其输出到图2所示的mos管q1的栅极，强制mos管q1断开，避免输出电压vout过高，从而可以起到保护作用。其中，第一电阻r1、第一电容c1、第二电阻r3、第二电容c5作用为一阶滤波，第三电容c4为差分比较信号输入滤波。
96.其中，该第一参考电压v-ref可以为定值；而为了能够适应动态输出不同值的输出电压vout，本发明实施例采用动态的第一参考电压v-ref，即该第一参考电压v-ref是可调的。
97.具体地，参见图3和图5所示，电源转换装置还包括参考电压输出模块60，该参考电压输出模块60可以向第一比较器51提供第一参考电压v-ref。具体地，如图5所示，该参考电压输出模块60包括：nmos管q2和直流转换器601。
98.其中，直流转换器601的输入侧用于接入输入电压，例如，该输入电压可以为待转换电压vin。nmos管q2的漏极接入直流转换器601的输入侧，nmos管q2的栅极用于接入第二pwm信号，nmos管q2的源极接地；如图3所示，该第二pwm信号可以是主控芯片30输出的pwm信号，图3和图5中以v-pwm表示该第二pwm信号。直流转换器601的输出侧用于输出参考电压；
该参考电压例如可以是第一参考电压v-ref。
99.本发明实施例中，该nmos管q2的工作原理与上述的pwm开关模块40的工作原理相似，直流转换器601的工作原理与上述的直流转换模块10的工作原理相似，此处不做详述；例如，直流转换器601和直流转换模块10均利用变压器t1或t2形成反激式转换器，以实现直流转换。如图5所示，在第二pwm信号v-pwm的作用下，通过控制nmos管q2的通断情况，可以控制直流转换器601输出侧的参考电压的大小，即可以控制第一参考电压v-ref的大小，实现动态调整该第一参考电压v-ref。其中，基于变压器t2实现直流转换器601，不仅可以实现隔离，且在信号传递时具有较好的响应速度，比光耦更快。
100.可选地，为提高安全性，本发明实施例将直流转换器601所输出的参考电压限制在一定范围内。具体地，如图5所示，该参考电压输出模块60还包括：第一运算放大器u5a、第一二极管d6、第二运算放大器u5b和第二二极管d7。
101.第一运算放大器u5a的反相输入端接入直流转换器601的输出侧，第一运算放大器u5a的同相输入端接入基准电压vref-base。第一二极管d6的正极与第一运算放大器u5a的反相输入端相连，第一二极管d6的负极与第一运算放大器u5a的输出端相连。
102.第二运算放大器u5b的反相输入端也接入直流转换器601的输出侧，第二运算放大器u5b的同相输入端接地；第二二极管d7的负极与第二运算放大器u5b的反相输入端相连，第二二极管d7的正极与第二运算放大器u5b的输出端相连。
103.本发明实施例中，利用双路运放，可以将直流转换器601所输出的参考电压(例如，第一参考电压v-ref)限制在0至基准电压vref-base之间。
104.其中，主控芯片可以采用fpga芯片，fpga可自由配置引脚输出功能，根据需要可以配置多路pwm输出以及通信io。并且，该电源转换装置可以是非高频电源，因此fpga较低的低主频也能满足控制需求，性价比较高，适用于电源产品上。
105.具体地，参见图5所示，当主控芯片30输出的第二pwm信号v-pwm开始调控nmos管q2时，可以调控所输出的第一参考电压v-ref，并输入至第一运算放大器u5a的反相输入端；并且，基准电压vref-base施加到第一运算放大器u5a的同相输入端，输出通过第一二极管d6反馈到反相输入端。
106.当输入的第一参考电压v-ref低于基准电压vref-base时，第一运算放大器u5a的输出被驱动至正电源轨，第一二极管d6反向偏置，因此输入信号通过而不被改变。当输入的第一参考电压v-ref高于基准电压vref-base时，第一运算放大器u5a输出反转并通过第一二极管d6闭合环路，有效地成为基准电压的单位增益跟随器，有效保证所输出的第一参考电压v-ref不会超过基准电压vref-base。并且，如图5所示，直流转换器601的输出端增加了限流电阻r9，该限流电阻r9可以限制运算放大器输出必须吸收的电流量。类似地，第二运算放大器u5b和第二二极管d7可以执行互补削波功能，防止所输出的参考电压低于地电位。
107.其中，基准电压vref-base可以有稳压芯片生成。例如，生成基准电压vref-base的电路可参见图6所示，其中，u6为稳压芯片，例如可以是tl431；r12、r13均为精密电阻，通过设置电阻r12与r13的阻值比为所需值，即可输出所需的基准电压vref-base；三极管q3根据输出的vref-base值不同，可以起到了线性电阻的作用。
108.本发明实施例中，该参考电压输出模块60可以将所输出的参考电压(例如，第一参考电压v-ref)限制在0至基准电压vref-base之间，即使主控芯片30出现失控的问题，例如
其输出不合适的第二pwm信号，也可以保证所输出的参考电压在合理范围，不会失控。
109.可选地，该电源转换装置还可以对所输出的电流进行调整。具体地，参见图7所示，该电源转换装置，还包括第二模数转换器22。
110.第二模数转换器22的输入端接入直流转换模块10的输出侧，用于采集输出电流相对应的电流转换电压；其中，该输出电流由电压输出端所输出。第二模数转换器22的输出端与主控芯片30的第三输入端相连；第二模数转换器22用于将实际采集到的电压转换为第二测量电压，并将第二测量电压传输至主控芯片30。主控芯片30的第二输入端还用于获取设定电流；主控芯片30用于根据第二测量电压确定输出电流，并比较输出电流和设定电流的大小，根据比较结果向pwm开关模块40传输相应的第一pwm信号。
111.本发明实施例中，与第一模数转换器21相似，该第二模数转换器22也是将采集到的电压输入至主控芯片30，二者的区别在于：第一模数转换器21采集与输出电压vout相关的电压，而第二模数转换器22采集与输出电流相关的电压。具体地，如图7所示，第二模数转换器22将采集到的电压转换为第二测量电压i-adc，并将第二测量电压i-adc传输至主控芯片30。主控芯片30根据该第二测量电压i-adc可以反推出相应的输出电流。
112.并且，该主控芯片30还可以接收用户输入的设定电流；如图7所示，用户通过通讯模块除了可以向主控芯片30设置设定电压vset之外，还可以设置设定电流iset。主控芯片30在反推出输出电流后，即可将该输出电流与设定电流iset进行比较，基于比较结果调整向pwm开关模块40传输的第一pwm信号。该调整过程与基于输出电压和设定电压的比较结果进行调整的过程相似，此处不做赘述。
113.其中，参见图7所示，第二模数转换器22用于采集直流转换模块10的输出侧与电流相关的电流转换电压i-feedback，该电流转换电压也是一种反馈电压；其中，直流转换模块10的输出侧回路中串接有接地的检流电阻rl1，第二模数转换器22从该检流电阻rl1远离接地端的另一端采集该电压i-feedback。主控芯片30反推出该电压i-feedback后，基于i-feedback＝icur*rl1,即可计算出当前的输出电流icur。
114.此外可选地，与上述第一比较器51相似，该参见图7所示，该电源转换装置，还包括第二比较器53和第二光电耦合器54，以避免出现输出电流过高的情况。
115.具体地，如图7所示，第二比较器53的第一输入端接入直流转换模块10的输出侧，用于采集输出电流相对应的电流转换电压；其中，输出电流由电压输出端所输出。
116.第二比较器53的第二输入端用于接入第二参考电压i-ref；第二比较器53的输出端与第二光电耦合器54的输入端相连；第二光电耦合器54的输出端与pwm开关模块40的控制端相连；第二比较器53用于比较第二比较器53的第一输入端实际采集到的电压与第二参考电压i-ref的大小，根据比较结果向第二光电耦合器54传输相应的第二电平信号；第二光电耦合器54用于根据第二电平信号向pwm开关模块40传输对应的第二保护信号；第二保护信号用于控制pwm开关模块40是否断开。
117.其中，该第二比较器53、第二光电耦合器54与前述的第一比较器51、第一光电耦合器52的工作原理相似，结构也相似；例如，第二比较器53、第二光电耦合器54的结构与图4所示的结构相似。其中，第二比较器53的第一输入端实际采集到的电压为直流转换模块10输出侧的电流转换电压i-feedback；第二光电耦合器54的输出端也与mos管q1的栅极相连，其向mos管q1的栅极传输的第二保护信号也是shutdown信号。
118.类似地，该电源转换装置可以包括两个参考电压输出模块60，其中一个参考电压输出模块60用于向第一比较器51提供第一参考电压v-ref，另一个参考电压输出模块60用于向第二比较器53提供第二参考电压i-ref。可选地，该第二参考电压i-ref也是可调的，两个参考电压输出模块60的电路结构均可如图5所示，相应地，参考电压输出模块60所输出的参考电压也可以是第二参考电压i-ref。
119.可选地，如上所述，为方便采集能够表示输出电流的电流转换电压i-feedback，在直流转换模块10的输出侧设有检流电阻rl1。如图2所示，该直流转换模块10可以包括反激式转换器和检流电阻rl1；其中，该直流转换模块10主要由变压器t1及其外围电路组成。
120.其中，该反激式转换器包括原边和副边，原边的第一端用于接入待转换电压vin，原边的第二端与pwm开关模块40相连。副边的第一端与检流电阻rl1的一端相连，检流电阻rl1另一端接地；副边的第二端用于输出该输出电压vout；例如，副边的第二端可以作为电压输出端。其中，如图2所示，原边的第一端与副边的第一端互为同名端；副边的第一端与检流电阻rl1之间的连接节点用于输出电流转换电压i-feedback。例如，第二比较器53的第一输入端可以与该连接节点相连，以采集电流转换电压i-feedback。
121.本发明实施例中，在副边的一端串接检流电阻rl1，且该检流电阻rl1接地，从而在检流电阻rl1阻值已知的情况下，可以通过采集该检流电阻rl1的电压，确定流过该检流电阻rl1的电流，实现对输出电流的采集。
122.可选地，为将主控芯片30与输出侧的输出电压vout完全隔离，参见图7所示，该电源转换装置还包括第三光电耦合器23；第三光电耦合器23的输入端接入直流转换模块10的输出侧，用于采集输出电压；光电耦合器的输出端与第一模数转换器21的输入端相连。即，第一模数转换器21的输入侧通过该第三光电耦合器23接入直流转换模块10的输出侧。利用该第三光电耦合器23实现对采集反馈电压回路的隔离。
123.例如，该第三光电耦合器23和第一模数转换器21可以将采集到的反馈电压v-feedback转换为输入至主控芯片30的第一测量电压v-adc。例如，该第三光电耦合器23和第一模数转换器21的一种电路图可参见图8所示；其中，d3为该第三光电耦合器23，其为线性光耦，在这种情况下，v-feedback与v-adc之间的比例关系由电阻r8和r7决定，即v-adc＝(r7/r8)*v-feedback。
124.类似地，参见图7所示，该电源转换装置还包括第四光电耦合器24，利用该第四光电耦合器24实现对采集电流转换电压回路的隔离。同样地，第二模数转换器22和第四光电耦合器24的电路结构也可参见图8所示。
125.本发明实施例提供的电源转换装置的一种工作流程如下：
126.步骤a1：主控芯片通过通信模块，从外部控制系统获取设定电压vset和电流iset。
127.步骤a2：根据设定的vset和iset，调节dc-pwm、v-pwm、i-pwm，使得输出电压vout和输出负载电流满足设定的需求。
128.步骤a3：重复步骤a1和a2，直到主控芯片收到停止输出信号或自动判断需要停止。这里自动停止的前提是检测到负载电流小于一定值并持续一段时间，即系统处于空载状态，自动关闭输出。
129.步骤a4：主控芯片根据采集到电流转换的电压值，计算出实时电流，并按照每秒累计计算出安时积分值，上传至外部设备，用于充电电量估算。
130.本发明实施例提供的电源转换装置，采用变压器隔离或光耦隔离的方式，可以实现输入与输出隔离，提高安全性；利用第一比较器等可以限制输出电压，防止控制失常时出现充电安全问题，且参考电压输出模块不仅可以动态调整参考电压，且也可以将参考电压钳位在一定范围内，即保证了响应速度，又保证了安全使用。此外，该电源转换装置具有隔离功能，封装为独立的模块，方便扩展为多路并列的隔离电源模块，最终适配到电池组中，实现多路单体电池同步充电，且充电中数据可同步采集并输出至外部模块，方便外部模块对电池充电电量在时间积分上的累计，实际在计算中，只需要排除检流电路的误差，即可得到较为准确的充电电量值累计。
131.因此，该电源转换装置可以对电池包单体电池进行并联均衡充电，并针对不同类型及不同容量的电池，设置对其匹配的充电电压和充电电流，并可同步输出较为准确的充电电量累计值，实现高效安全充电以及对累计充电电量的估算，为电池容量估算提供依据。
132.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种电源转换装置，其特征在于，包括：直流转换模块、第一模数转换器、主控芯片和pwm开关模块；所述直流转换模块的输入侧设有电压输入端，输出侧设有电压输出端，所述电压输入端用于接入待转换电压；所述直流转换模块用于将所述待转换电压进行直流转换，并由所述电压输出端输出转换后的输出电压；所述第一模数转换器的输入端接入所述直流转换模块的输出侧，用于采集所述输出电压；所述第一模数转换器的输出端与所述主控芯片的第一输入端相连；所述第一模数转换器用于将实际采集到的电压转换为第一测量电压，并将所述第一测量电压传输至所述主控芯片；所述主控芯片的第二输入端用于获取设定电压；所述主控芯片用于根据所述第一测量电压确定所述输出电压，并比较所述输出电压与所述设定电压的大小，根据比较结果向所述pwm开关模块传输相应的第一pwm信号；所述pwm开关模块接入所述直流转换模块的输入侧，用于根据所述第一pwm信号控制所述直流转换模块的输入侧的通断。2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述直流转换模块包括分压电路；所述分压电路与所述电压输出端相连；所述分压电路包括两个串联的电阻，两个电阻之间的连接节点用于输出反馈电压；所述第一模数转换器的输入端与所述连接节点相连，并采集所述反馈电压。3.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，还包括第一比较器和第一光电耦合器；所述第一比较器的第一输入端接入所述直流转换模块的输出侧，用于采集所述输出电压；所述第一比较器的第二输入端用于接入第一参考电压；所述第一比较器的输出端与所述第一光电耦合器的输入端相连；所述第一光电耦合器的输出端与所述pwm开关模块的控制端相连；所述第一比较器用于比较所述第一比较器的第一输入端实际采集到的电压与所述第一参考电压的大小，根据比较结果向所述第一光电耦合器传输相应的第一电平信号；所述第一光电耦合器用于根据所述第一电平信号向所述pwm开关模块传输对应的第一保护信号；所述第一保护信号用于控制所述pwm开关模块是否断开。4.根据权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，所述第一比较器包括运算放大器、第一电阻、第一电容、第二电阻、第二电容和第三电容；所述第一电阻的一端作为所述第一比较器的第一输入端，另一端与所述第一电容的一端相连，所述第一电容的另一端与地相连；所述第一电容与所述第一电阻相连的一端，均与所述运算放大器的同相输入端相连；所述第二电阻的一端作为所述第一比较器的第二输入端，另一端与所述第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端与地相连；所述第二电容与所述第二电阻相连的一端，均与所述运算放大器的反相输入端相连；所述第三电容的一端与所述运算放大器的同相输入端相连，所述第三电容的另一端与所述运算放大器的反相输入端相连；所述运算放大器的输出端与所述第一光电耦合器的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，还包括第二模数转换器；所述第二模数转换器的输入端接入所述直流转换模块的输出侧，用于采集输出电流相对应的电流转换电压；其中，所述输出电流由所述电压输出端所输出；所述第二模数转换器的输出端与所述主控芯片的第三输入端相连；所述第二模数转换器用于将实际采集到的电压转换为第二测量电压，并将所述第二测量电压传输至所述主控芯片；所述主控芯片的第二输入端还用于获取设定电流；所述主控芯片用于根据所述第二测量电压确定所述输出电流，并比较所述输出电流和所述设定电流的大小，根据比较结果向所述pwm开关模块传输相应的第一pwm信号。6.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，还包括第二比较器和第二光电耦合器；所述第二比较器的第一输入端接入所述直流转换模块的输出侧，用于采集输出电流相对应的电流转换电压；其中，所述输出电流由所述电压输出端所输出；所述第二比较器的第二输入端用于接入第二参考电压；所述第二比较器的输出端与所述第二光电耦合器的输入端相连；所述第二光电耦合器的输出端与所述pwm开关模块的控制端相连；所述第二比较器用于比较所述第二比较器的第一输入端实际采集到的电压与所述第二参考电压的大小，根据比较结果向所述第二光电耦合器传输相应的第二电平信号；所述第二光电耦合器用于根据所述第二电平信号向所述pwm开关模块传输对应的第二保护信号；所述第二保护信号用于控制所述pwm开关模块是否断开。7.根据权利要求5或6所述的电源转换装置，其特征在于，所述直流转换模块包括反激式转换器和检流电阻；所述反激式转换器包括原边和副边，所述原边的第一端用于接入所述待转换电压，所述原边的第二端与pwm开关模块相连；所述副边的第一端与所述检流电阻的一端相连，所述检流电阻另一端接地；所述副边的第二端用于输出所述输出电压；其中，所述原边的第一端与所述副边的第一端互为同名端；所述副边的第一端与所述检流电阻之间的连接节点用于输出所述电流转换电压。8.根据权利要求3或6所述的电源转换装置，其特征在于，还包括参考电压输出模块，所述参考电压输出模块包括：nmos管和直流转换器；所述直流转换器的输入侧用于接入输入电压，所述nmos管的漏极接入所述直流转换器的输入侧，所述nmos管的栅极用于接入第二pwm信号，所述nmos管的源极接地；所述直流转换器的输出侧用于输出参考电压；其中，所述参考电压为所述第一参考电压或者所述第二参考电压。9.根据权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，参考电压输出模块还包括：第一运算放大器、第一二极管、第二运算放大器和第二二极管；所述第一运算放大器的反相输入端接入所述直流转换器的输出侧，所述第一运算放大器的同相输入端接入基准电压；所述第一二极管的正极与所述第一运算放大器的反相输入端相连，所述第一二极管的
负极与所述第一运算放大器的输出端相连；所述第二运算放大器的反相输入端也接入所述直流转换器的输出侧，所述第二运算放大器的同相输入端接地；所述第二二极管的负极与所述第二运算放大器的反相输入端相连，所述第二二极管的正极与所述第二运算放大器的输出端相连。10.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，还包括第三光电耦合器；所述第三光电耦合器的输入端接入所述直流转换模块的输出侧，用于采集所述输出电压；所述光电耦合器的输出端与所述第一模数转换器的输入端相连。

技术总结
本发明提供了一种电源转换装置，包括：直流转换模块、第一模数转换器、主控芯片和PWM开关模块；直流转换模块的输入侧设有电压输入端，输出侧设有电压输出端；第一模数转换器的输入端接入直流转换模块的输出侧，用于将实际采集到的电压转换为第一测量电压，并传输至主控芯片；主控芯片获取设定电压，根据第一测量电压确定输出电压，并比较输出电压与设定电压的大小，根据比较结果向PWM开关模块传输相应的第一PWM信号；PWM开关模块根据第一PWM信号控制直流转换模块的输入侧的通断。通过本发明实施例提供的电源转换装置，对电池进行充电时，可以基于设定的最佳充电曲线对该电池进行充电，从而能够提高对电池的充电效率。从而能够提高对电池的充电效率。从而能够提高对电池的充电效率。


技术研发人员：宋佩 孙海峰 魏琼 严晓 赵恩海 周国鹏 赵健 马妍 冯洲武
受保护的技术使用者：上海玫克生储能科技有限公司
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/9/20