CN102723909B - 一种电动车用电机控制器的主动泄放电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提出一种高可靠性、安全、便于维护、空间利用率高的电动车用电机控制器的主动泄放电路及其控制方法。该主动泄放电路包括电机控制器及电机控制器的支撑电容，支撑电容的负端接地，所述支撑电容与一个由第一电阻、第二电阻串联所形成的串联电路并联；所述第一电阻、第二电阻的接点与一个泄放开关的控制端相连；所述支撑电容的正端通过一个泄放电阻与泄放开关的电流输入端相连，所述泄放开关的电流输出端与支撑电容的负端相连；所述电机控制器具有第一信号输出脚，所述第一信号输出脚通过一个第一隔离驱动电路与一个控制开关的控制端相连，所述控制开关的输出信号输出端与所述泄放开关的控制端相连。

Description

一种电动车用电机控制器的主动泄放电路及其控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车电机驱动技术领域，特别是涉及一种电动车用电机控制器的主动泄放电路及其控制方法。 

背景技术

随着全球石油资源日趋紧张及环境污染日趋严重，各种节能环保的新能源汽车不断涌现，特别是电动汽车和混合动力汽车越来越受到人们的关注和青昧，这最主要是得益于新能源、新材料、高性能微处理器技术以及大容量动力电池技术的突破，使得人们对电动汽车/混合动力汽车有了新的认识，同时电动车的接受度得到了极大的提高，人们已经开始愿意去购买电动汽车作为代步工具。 

在电动汽车中，电机控制器是实现电池的直流电与电机的交流电变换，驱动电机运行的关键部件，属于电动车核心功率部件，要求其能够持续可靠的运行，维护安全便捷。随着人们对电动汽车动力性、舒适性要求的逐渐提高，电机控制器的功率等级不断增加且支撑电容的容值也越来越大，许多国家出台了相关法规，电机控制器支撑电容在一定时间内必须要泄放到安全电压。目前较为先进能量泄放电路都采用主动泄放，但其泄放电路复杂，成本较高；电路本身也无法监控自身状态，一旦系统出现故障或泄放电路器件损坏时无法实现自我诊断，从而给电机控制器的维护带来不便。由于电动汽车工况的特殊性，目前的主动泄放电路还存在所占空间大，无法处理异常状况等问题。为了避免现有主动泄放电路的种种弊端，必须设计出更节能、更安全、可靠性高、便于维护的泄放电路，才能更好的满足纯电动车的需要。 

发明内容

本发明的目的是提出一种高可靠性、安全、便于维护、空间利用率高的电动车用电机控制器的主动泄放电路及其控制方法。 

本发明的电动车用电机控制器的主动泄放电路包括电机控制器及电机控制器的支撑电容，支撑电容的负端接地，关键在于所述支撑电容与一个由第一电阻、第二电阻串联所形成的串联电路并联；所述第一电阻、第二电阻的接点与一个泄放开关的控制端相连；所述支撑电容的正端通过一个泄放电阻与泄放开关的电流输入端相连，所述泄放开关的电流输出端与支撑电容的负端相连；所述电机控制器具有第一信号输出脚，所述第一信号输出脚通过一个第一隔离驱动电路与一个控制开关的控制端相连，所述控制开关的输出信号输出端与所述泄放开关的控制端相连。上述泄放开关可以采用MOSFET、IGBT、GTO、Power BJT等，控制开关可以采用三极管。 

进一步地，该主动泄放电路还包括并联于所述支撑电容两端以用于检测电机控制器电源母线电压的母线电压检测电路，所述电机控制器与所述母线电压检测电路相连，所述电机控制器还具有第二信号输出脚，所述第二信号输出脚通过所述第一隔离驱动电路与所述控制开关的控制端相连。上述母线电压检测电路为最基本的电压检测电路，已为公知技术，此处不再赘述。 

具体来说，所述第一隔离驱动电路为或门电路，所述第一信号输出脚、第二信号输出脚分别与所述或门电路的输入端相连，所述或门的输出端与所述控制开关的控制端相连。 

进一步地，所述电机控制器还具有第三信号输出脚和第一信号输入脚，所述第三信号输出脚与电机控制器的供电电源的控制端相连以控制该供电电源的工作，所述第一信号输入脚通过一个第二隔离驱动电路与一个用于检测泄放开关的电流输入端电压的泄放状态检测电路的输出端相连；所述电机控制器与整车控制器或汽车仪表相连。 

具体来说，所述泄放状态检测电路包括第三电阻、第四电阻、二极管和稳压管，所述第三电阻的一端与支撑电容的正端相连，另一端与第四电阻、稳压管的正端依次串联，所述稳压管的负端与支撑电容的负端相连；所述第三电阻与第四电阻的接点与所述二极管的正端相连，所述二极管的负端与泄放开关的电流输入端相连；所述第四电阻与稳压管的接点通过第二隔离驱动电路与第一信号输入脚相连。 

上述的电动车用电机控制器的主动泄放电路的控制方法包括如下步骤： 

A：汽车点火后，电机控制器的第一信号输出脚输出高电平，通过控制开关使得泄放开关的控制端为低电平，从而控制泄放开关关闭；

B：汽车熄火后，电机控制器的第一信号输出脚的输出信号由高电平变为低电平，通过控制开关使得泄放开关的控制端为高电平，从而通过控制开关来控制泄放开关导通，对支撑电容进行放电。

上述方法不仅可以按照设定的控制策略进行泄放，从而使泄放更具有可控性，而且将泄放开关的控制导通的开关信号设计为高电平信号，这样当低压电源故障或低压电源掉电时，可以由支撑电容自身电压通过分压后控制泄放，提高了安全性，便于控制器的维护。 

进一步地，为避免高压电源无法断开而造成泄放电路被烧毁，上述控制方法还包括步骤C：汽车点火后，电机控制器的第二信号输出脚输出低电平；在泄放开关放电过程中，电机控制器通过母线电压检测电路来检测母线电压，当母线电压在预定时间内下降预定电压时，表示母线电源工作正常，否则表示母线电源发生故障，此时电机控制器通过第二信号输出脚输出高电平，通过控制开关使得泄放开关的控制端为低电平，从而控制泄放开关关闭，停止放电。 

这样当高压侧出现故障时（譬如：高压继电器吸死，无法断开），电机控制器可以控制泄放开关停止放电，以避免能量浪费和保护泄放电路自身器件的安全，从而避免泄放电阻进行长时间、大能量的泄放，避免了泄放电阻的烧毁或选择空间尺寸大、成本高的大功率电阻，所以提高了电路的可靠性和安全性，便于控制器小型化。 

进一步地，为及时发现因泄放开关故障而造成泄放电路工作不正常，危及维修人员的人身安全，上述控制方法还包括步骤D：在泄放开关放电过程中，电机控制器通过第三信号输出脚输出控制信号，使得电机控制器的供电电源保持正常输出，电机控制器通过泄放状态检测电路来检测泄放开关的电流输入端电压，当泄放开关的电流输入端电压在预定时间内下降预定电压时，表示放电状态正常，否则电机控制器通过整车控制器或汽车仪表发出警报。 

与目前其他主动泄放电路相比，本发明的电动车用电机控制器的主动泄放电路的器件少、结构简单、占用空间小、成本低、便于安装和维护，可以在高压断电后进行支撑电容的能量泄放，同时还可以监控泄放开关和高压电源状况，从而大大提高了泄放的可控性，使得泄放更快速、更安全、更可靠，特别适用于电动车电机控制器的应用。 

附图说明

图1 是本发明的动车用电机控制器的主动泄放电路的电路原理图。 

附图标识：电机控制器U1；电机控制器的第一信号输出脚KL、第二信号输出脚Q3C、第三信号输出脚DPKR、第一信号输入脚Q3WAH；第一隔离驱动电路U2；母线电压检测电路U3；供电电源U4；第二隔离驱动电路U5；整车控制器U6；第一电阻R1；第二电阻R2；第三电阻R3；第四电阻R4；泄放电阻RX；泄放开关Q1；控制开关Q2；支撑电容C1；二极管D1；稳压管D2；。 

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。 

实施例1： 

本实施例的电动车用电机控制器的主动泄放电路包括电机控制器U1、电机控制器的支撑电容C1、并联于支撑电容C1两端以用于检测电机控制器U1电源母线电压的母线电压检测电路U3，电机控制器U1与母线电压检测电路U3相连，支撑电容C1的负端接地；支撑电容C1与一个由第一电阻R1、第二电阻R2串联所形成的串联电路并联；第一电阻R1、第二电阻R2的接点与由三极管制成的泄放开关Q1的控制端（基极）相连；支撑电容C1的正端通过泄放电阻RX与泄放开关Q1的电流输入端（集电极）相连，泄放开关Q1的电流输出端（发射极）与支撑电容C1的负端相连；

电机控制器U1具有第一信号输出脚KL、第二信号输出脚Q3C、第三信号输出脚DPKR、第一信号输入脚Q3WAH；其中第一信号输出脚KL、第二信号输出脚Q3C分别与由或门电路制成的第一隔离驱动电路U2的两个输入端相连，第一隔离驱动电路U2的输出端与控制开关Q2的控制端（基极）相连，控制开关Q2的输出信号输出端（集电极）与泄放开关Q1的控制端（基极）相连，控制开关Q2的发射极接地；

第三信号输出脚DPKR与电机控制器U1的供电电源U4的控制端相连以控制该供电电源U4的工作，第一信号输入脚Q3WAH通过一个由非门电路制成的第二隔离驱动电路U5与一个用于检测泄放开关Q1的电流输入端电压的泄放状态检测电路的输出端相连；电机控制器U1与整车控制器U6相连以用于报警。

具体来说，所述泄放状态检测电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、二极管D1和稳压管D2，所述第三电阻R3的一端与支撑电容C1的正端相连，另一端与第四电阻R4、稳压管D2的正端依次串联，稳压管D2的负端与支撑电容C1的负端相连；第三电阻R3与第四电阻R4的接点与二极管D1的正端相连，二极管D1的负端与泄放开关Q1的电流输入端（集电极）相连；第四电阻R4与稳压管的D2接点通过第二隔离驱动电路U5与第一信号输入脚Q3WAH相连。 

上述的电动车用电机控制器的主动泄放电路的控制方法包括如下步骤： 

A：汽车点火后，电机控制器U1的第一信号输出脚KL输出高电平，第二信号输出脚Q3C输出低电平，这样第一隔离驱动电路U2的输出端就为高电平，使得控制开关Q2导通，进而将泄放开关Q1的控制端拉低为低电平，从而控制泄放开关Q1关闭；

B：汽车熄火后，电机控制器U1的第一信号输出脚KL的输出信号由高电平变为低电平，这样第一隔离驱动电路U2的输出端就为低电平，使得控制开关Q2关闭，这样第一电阻R1、第二电阻R2的分压作用将泄放开关Q1的控制端提升为高电平，从而控制泄放开关Q1导通，对支撑电容C1进行放电；

C：在泄放开关Q1放电过程中，电机控制器U1通过母线电压检测电路U3来检测母线电压，当母线电压在预定时间（例如一秒）内下降预定电压时，表示母线电源工作正常，否则表示母线电源发生故障，此时电机控制器U1通过第二信号输出脚Q3C输出高电平，这样第一隔离驱动电路U2的输出端就为高电平，使得控制开关Q2导通，进而将泄放开关Q1的控制端拉低为低电平，从而控制泄放开关Q1关闭，停止放电；

D：在泄放开关Q1放电过程中，电机控制器U1通过第三信号输出脚DPKR输出控制信号，使得电机控制器U1的供电电源U4保持正常输出，电机控制器U1通过泄放状态检测电路来检测泄放开关Q1的电流输入端（集电极）电压，当Q1的电流输入端（集电极）电压在预定时间（例如一毫秒）内下降到预定电压时，表示放电状态正常，否则电机控制器U1通过整车控制器U6发出警报。     D步骤的原理如下：在泄放开关Q1放电过程中，如果泄放开关Q1工作正常（即泄放开关Q1导通），泄放开关Q1的电流输入端（集电极）电压应该为低电平，若泄放开关Q1工作不正常（即泄放开关Q1关闭），则泄放开关Q1的电流输入端（集电极）电压应该为高电平，电机控制器U1通过泄放状态检测电路来检测泄放开关Q1的电流输入端（集电极）电压为低电平时，表示放电状态正常，否则电机控制器U1通过整车控制器U6发出警报。 

Claims (7)

1.一种电动车用电机控制器的主动泄放电路，包括电机控制器及电机控制器的支撑电容，支撑电容的负端接地，其特征在于所述支撑电容与一个由第一电阻、第二电阻串联所形成的串联电路并联；所述第一电阻、第二电阻的接点与一个泄放开关的控制端相连；所述支撑电容的正端通过一个泄放电阻与泄放开关的电流输入端相连，所述泄放开关的电流输出端与支撑电容的负端相连；所述电机控制器具有第一信号输出脚，所述第一信号输出脚通过一个第一隔离驱动电路与一个控制开关的控制端相连，所述控制开关的输出信号输出端与所述泄放开关的控制端相连；该主动泄放电路还包括并联于所述支撑电容两端以用于检测电机控制器电源母线电压的母线电压检测电路，所述电机控制器与所述母线电压检测电路相连，所述电机控制器还具有第二信号输出脚，所述第二信号输出脚通过所述第一隔离驱动电路与所述控制开关的控制端相连。

2.根据权利要求1所述的电动车用电机控制器的主动泄放电路，其特征在于所述第一隔离驱动电路为或门电路，所述第一信号输出脚、第二信号输出脚分别与所述或门电路的输入端相连，所述或门的输出端与所述控制开关的控制端相连。

3.根据权利要求1或2所述的电动车用电机控制器的主动泄放电路，其特征在于所述电机控制器还具有第三信号输出脚和第一信号输入脚，所述第三信号输出脚与电机控制器的供电电源的控制端相连以控制该供电电源的工作，所述第一信号输入脚通过一个第二隔离驱动电路与一个用于检测泄放开关的电流输入端电压的泄放状态检测电路的输出端相连；所述电机控制器与整车控制器或汽车仪表相连。

4.根据权利要求3所述的电动车用电机控制器的主动泄放电路，其特征在于所述泄放状态检测电路包括第三电阻、第四电阻、二极管和稳压管，所述第三电阻的一端与支撑电容的正端相连，另一端与第四电阻、稳压管的正端依次串联，所述稳压管的负端与支撑电容的负端相连；所述第三电阻与第四电阻的接点与所述二极管的正端相连，所述二极管的负端与泄放开关的电流输入端相连；所述第四电阻与稳压管的接点通过第二隔离驱动电路与第一信号输入脚相连。

5.根据权利要求1所述的电动车用电机控制器的主动泄放电路的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

A：汽车点火后，电机控制器的第一信号输出脚输出高电平，通过控制开关使得泄放开关的控制端为低电平，从而控制泄放开关关闭；

B：汽车熄火后，电机控制器的第一信号输出脚的输出信号由高电平变为低电平，通过控制开关使得泄放开关的控制端为高电平，从而通过控制开关来控制泄放开关导通，对支撑电容进行放电。

6.根据权利要求5所述的电动车用电机控制器的主动泄放电路的控制方法，其特征在于还包括步骤C：汽车点火后，电机控制器的第二信号输出脚输出低电平；在泄放开关放电过程中，电机控制器通过母线电压检测电路来检测母线电压，当母线电压在预定时间内下降预定电压时，表示母线电源工作正常，否则表示母线电源发生故障，此时电机控制器通过第二信号输出脚输出高电平，通过控制开关使得泄放开关的控制端为低电平，从而控制泄放开关关闭，停止放电。

7.根据权利要求6所述的电动车用电机控制器的主动泄放电路的控制方法，其特征在于还包括步骤D：在泄放开关放电过程中，电机控制器通过第三信号输出脚输出控制信号，使得电机控制器的供电电源保持正常输出，电机控制器通过泄放状态检测电路来检测泄放开关的电流输入端电压，当泄放开关的电流输入端电压在预定时间内下降预定电压时，表示放电状态正常，否则电机控制器通过整车控制器或汽车仪表发出警报。