[發(fā)明專利]一種電動汽車電機控制器驅(qū)動電路及故障保護方法

在審

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• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112467693A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 陰曉峰;唐忠健;屈凡林;陳柯序
• 申請（專利權(quán)）人: 西華大學
• 主分類號: H02H7/08
• 分類號: H02H7/08;H02H7/085;H02P27/06;H02M7/5387;H02H7/122
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

1.一種電動汽車電機控制器驅(qū)動電路，其特征在于，由結(jié)構(gòu)完全相同的U相、V相和W相驅(qū)動電路組成；所述電機控制器由控制板與驅(qū)動板組成，在控制板上布置控制電路，驅(qū)動板上布置本驅(qū)動電路；

各相驅(qū)動電路由所述接口電路、電平轉(zhuǎn)換電路、互鎖電路、門極驅(qū)動模塊與IGBT模塊組成；

具體地，U相驅(qū)動電路由連接器、電平轉(zhuǎn)換芯片MC14504B、U1非門芯片CD40106、U2三輸入與非門芯片CD4023、門極驅(qū)動模塊2SC0108T以及IGBT模塊組成，其中，非門芯片和三輸入與非門芯片組成互鎖電路；

U相接口電路：實現(xiàn)控制電路與驅(qū)動電路之間控制信號PWM-UH、PWM-UL與故障信號FAULT-U的硬件連接與電平幅值轉(zhuǎn)換處理，由驅(qū)動板連接器與U相電平轉(zhuǎn)換電路組成；

U相電平轉(zhuǎn)換電路：接收由驅(qū)動板連接器傳送的IGBT控制信號，將控制信號電平轉(zhuǎn)換至門極驅(qū)動模塊所需幅值，以及接收互鎖電路傳送的門極驅(qū)動模塊故障信號SO，并將該故障信號電平轉(zhuǎn)換至控制板所需幅值后、經(jīng)驅(qū)動板連接器傳送至控制板連接器；

U相互鎖電路：電平轉(zhuǎn)換芯片輸出的UH信號一路傳送至U2-A引腳，一路經(jīng)U1-1腳輸入取反由U1-2串接短脈沖抑制電路R1、C1傳送至U2-E引腳；UL一路與U2-D引腳相連，一路經(jīng)U1-3腳輸入取反由U1-4串接短脈沖抑制電路R2、C2傳送至U2-B引腳；UH通過電阻R5上拉至+15V，UL通過電阻R6上拉至+15V，避免其在沒有控制信號時輸出任意態(tài)；U2-C引腳通過電阻R3上拉至+15V，U2-F引腳通過電阻R4上拉至+15V，U2-J引腳接于U1-9引腳，U2-K引腳接于U1-11引腳，U1的引腳8和引腳10分別接至門極驅(qū)動模塊；

U相門極驅(qū)動模塊：分別與IGBT模塊的門極G、集電極C、發(fā)射極E連接；接收互鎖電路傳送的IGBT驅(qū)動信號UH*和UL*，根據(jù)驅(qū)動信號導通或關斷U相上橋臂IGBT-UH和U相下橋臂IGBT-UL，并經(jīng)引腳SO發(fā)送門極驅(qū)動模塊故障信號SO至U1的引腳5，U1的引腳6接于電平轉(zhuǎn)換芯片；

U相IGBT模塊：由上橋臂IGBT-UH和下橋臂IGBT-UL組成，通過U相驅(qū)動力線與驅(qū)動電機連接；

所述控制板連接器連接驅(qū)動板連接器而實現(xiàn)信號雙向傳輸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動汽車電機控制器驅(qū)動電路，其特征在于，所述U相驅(qū)動信號PWM-UH、PWM-UL、UL*、UH*以及門極驅(qū)動模塊故障信號SO真值關系如下表：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種所述控制器驅(qū)動電路的故障保護方法，其特征在于，由所述整車控制器和電機控制器共同實現(xiàn)；

整車控制器：采集加速踏板開度和制動踏板開度信號，通過CAN總線發(fā)送轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速指令至電機控制器收發(fā)電路，通過CAN總線接收電機控制器故障信號；

電機控制器由控制板與驅(qū)動板組成，在控制板上布置控制電路，在驅(qū)動板上布置驅(qū)動電路；

控制電路由收發(fā)電路、ADC采集電路、旋變解碼電路、主控芯片DSP28335以及控制板連接器組成；

收發(fā)電路：接收并向主控芯片傳送上述轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速指令信號，將主控芯片發(fā)出的電機控制器狀態(tài)信號通過CAN總線傳送至整車控制器；

ADC采集電路：采集母線電壓、母線電流以及UVW三相電流；

旋變解碼電路：解碼旋轉(zhuǎn)變壓器的反饋信號獲得驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信號，并將該信號傳送至主控芯片，產(chǎn)生旋變激勵信號并傳送至驅(qū)動電機；

主控芯片：讀取ADC采集電路傳送的母線電壓，母線電流以及UVW三相電流信號，讀取旋變解碼電路傳送的驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信號，接收由控制板連接器傳送的門極驅(qū)動模塊故障信號SO，發(fā)送UVW三相IGBT控制信號PWM-UH和PWM-UL、PWM-VH和PWM-VL、以及PWM-WH和PWM-WL至控制板連接器；

1)硬件保護

整車控制器采集加速踏板、制動踏板開度信號，通過CAN通訊電路發(fā)送轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速指令至電機控制器；電機控制器通過控制板上的ADC采集電路采集母線電壓、母線電流、UVW三相電流，通過旋轉(zhuǎn)變壓器解碼電路產(chǎn)生驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)變壓器激勵信號、并解碼旋轉(zhuǎn)變壓器(在與驅(qū)動電機內(nèi)部)的反饋信號獲得驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置信號；主控芯片DSP28335發(fā)送讀取信號至ADC采集電路與旋變解碼電路采集電壓、電流與電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置信號，并根據(jù)所制定的控制策略響應整車控制器指令，輸出UVW三相IGBT控制PWM信號至控制板連接器；控制板與驅(qū)動板通過連接器進行連接實現(xiàn)信號相互傳輸，即控制板通過連接器輸出UVW三相IGBT控制PWM信號至驅(qū)動板；

驅(qū)動板連接器與驅(qū)動板電平轉(zhuǎn)換電路相連，電平轉(zhuǎn)換電路將UVW三相IGBT控制PWM信號由3.3V電平轉(zhuǎn)換為15V電平后分別輸出U相PWM、V相PWM、W相PWM信號至U相互鎖電路、V相互鎖電路、W相互鎖電路；控制板與驅(qū)動板工作正常時，UVW三相PWM控制信號由UVW三相互鎖電路分別輸出至U相驅(qū)動模塊、V相驅(qū)動模塊、W相驅(qū)動模塊；UVW三相驅(qū)動模塊分別與U相IGBT、V相IGBT、W相IGBT的門極(G)、集電極(C)、發(fā)射極(E)相連，三相IGBT輸出端接至驅(qū)動電機UVW三相高壓動力線；任一驅(qū)動電路發(fā)生欠壓、過流、短路時，對應門極驅(qū)動模塊故障信號SO經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路發(fā)出高電平故障信號FAULT-U、FAULT-V或FAULT-W，驅(qū)動電路工作正常時FAULT-U、FAULT-V、FAULT-W信號為低電平；驅(qū)動模塊故障信號SO經(jīng)互鎖電路后，互鎖電路輸出IGBT上下橋臂同時關斷信號，關斷IGBT實現(xiàn)保護；在控制電路故障發(fā)出上下橋臂同為導通指令時，互鎖電路輸出IGBT上下橋臂關斷信號實現(xiàn)保護；

2)軟件保護

驅(qū)動電路故障信號被反饋至控制電路，由控制電路實現(xiàn)軟件保護；驅(qū)動電路正常工作時故障反饋信號為低電平，某相故障時，對應該相故障反饋信號為高電平；程序運行時，控制電路實時檢測U、V、W三相故障反饋信號，依次檢測并記錄U、V、W相故障信號狀態(tài)；若三相全部工作正常，則輸出IGBT控制信號至驅(qū)動電路，并將電機控制器工作正常狀態(tài)反饋至整車控制器，若三相部分故障或三相全部故障則輸出IGBT關斷信號實現(xiàn)保護，并將所記錄故障信號狀態(tài)反饋至整車控制器。