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CN109039221A - 一种主动短路电路以及电机控制器 - Google Patents

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CN109039221A CN201810993191.4A CN201810993191A CN109039221A CN 109039221 A CN109039221 A CN 109039221A CN 201810993191 A CN201810993191 A CN 201810993191A CN 109039221 A CN109039221 A CN 109039221A
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Abstract

本发明提供了一种主动短路电路以及电机控制器，该主动短路电路包括：欠压检测电路、应急电源、防反流电路以及门级选择开关。其中，欠压检测电路检测驱动电源输出的驱动电源信号，当驱动电源信号低于第一阈值时，输出应急主动短路使能信号。基于应急主动短路使能信号，使能应急电源并控制门级选择开关从第一导通路径切换至第二导通路径，以使应急电源输出的应急电源信号通过第二导通路径传输至桥臂。即在驱动电源故障时，通过应急电源连通桥臂，保证桥臂能正常驱动，进而保障车辆安全。除此，还在驱动电源与应急电源之间设置有防反流电路，避免了应急电源使能后，驱动电源信号被应急电源信号拉高，造成欠压检测电路误判的问题。

Description

一种主动短路电路以及电机控制器
技术领域
本发明涉及电机控制器安全保护技术领域，具体涉及一种主动短路电路以及电机控制器。
背景技术
电机控制器被应用在电动汽车等领域，如图1所示，其主要功能是将高压电池提供的直流电转换成电机所需的三相交流电，然后在整车控制器的控制下驱动电机，为车辆提供驱动或者制动转矩。
通常，电机控制器的安全状态为主动短路，即通过整车控制器控制电机的输出转矩近似为零，此时，不会引起车辆不可控的加速或减速。具体的，主动短路是通过电机控制器将三个下桥臂或三个上桥臂同时开通，从而将电机的三相定子绕组短路。在电机控制器将电机主动短路后，电机旋转产生的感应电动势会在电机绕组中产生电流，该电流通过开通的三相下桥臂(或上桥臂)流通，电机与高压电池以及直流侧电容之间没有能量交换，因此电机只会产生较小的制动转矩，进而确保车辆安全。
如图2所示，图2为现有的一种主动短路系统的结构示意图，通过控制电路对三相下桥驱动模块进行控制，进而进入安全状态。然而发明人发现，当前主动短路系统需要通过低压电源为控制电路以及驱动电源供电，当低压电源发生故障时(如失电)，控制电路以及驱动电源均不能工作，使得三相下桥桥臂以及三相上桥桥臂均关断，进而不能实现安全保护。
因此，如何提供一种主动短路电路以及电机控制器，能够提高电机控制器的安全性，是本领域技术人员亟待解决的一大技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种主动短路电路，能够提高电机控制器的安全性。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种主动短路电路，包括：欠压检测电路、应急电源、防反流电路以及门级选择开关；
所述欠压检测电路与外接驱动电源相连，检测所述驱动电源输出的驱动电源信号，当所述驱动电源信号低于第一阈值时，输出应急主动短路使能信号；
所述应急电源以及所述门级选择开关均与所述欠压检测电路相连，基于所述应急主动短路使能信号，使能所述应急电源并控制所述门级选择开关从第一导通路径切换至第二导通路径，所述第一导通路径为外接桥臂驱动电路与桥臂之间的路径，所述第二导通路径为所述应急电源与所述桥臂之间的路径，以使所述应急电源输出的应急电源信号通过所述第二导通路径传输至所述桥臂；
所述防反流电路设置在所述驱动电源与所述应急电源之间，用于在所述应急电源使能后，隔离所述驱动电源信号以及所述应急电源信号。
可选的，所述欠压检测电路包括：稳压管、第一电阻、第一晶体管、第二电阻、第二晶体管以及第三电阻；
所述稳压管的阴极作分别与所述第二电阻的第一端以及所述第三电阻的第一端相连，且作为所述欠压检测电路的输入端；
所述稳压管的阳极分别与所述第一电阻的第一端以及所述第一晶体管的控制端相连；
所述第一电阻的第二端、所述第一晶体管的输出端以及所述第二晶体管的输出端均接地；
所述第一晶体管的输入端分别与所述第二电阻的第二端以及所述第二晶体管的控制端相连；
所述第二晶体管的输入端与所述第三电阻的第二端相连，且作为所述欠压检测电路的输出端。
可选的，所述应急电源为具有使能端口的DC-DC直流变换器，且所述应急电源的输入端与外接直流侧电容相连。
可选的，所述欠压检测电路输出所述应急主动短路使能信号时，还输出应急脉冲封锁信号至所述桥臂驱动电路，以使所述桥臂驱动电路不输出桥臂驱动信号至所述门级选择开关。
可选的，所述防反流电路包括防反流二极管，所述防反流二极管的阳极与所述驱动电源相连，所述防反流二极管的阴极与所述应急电源相连。
可选的，所述第一晶体管以及所述第二晶体管均为高电平导通的晶体管。
可选的，当所述应急主动短路使能信号为高电平时，控制所述门级选择开关导通所述第一导通路；
当所述应急主动短路使能信号为低电平时，控制所述门级选择开关导通所述第二导通路。
一种电机控制器，包括低压电源、驱动电源、控制电路、桥臂驱动电路、直流侧电容、桥臂以及任意一项上述的主动短路电路；
所述低压电源与所述驱动电源以及所述控制电路相连，为所述控制电路供电；
所述桥臂驱动电路分别与所述驱动电源以及所述控制电路相连，当所述驱动电源输出的驱动电源信号高于第一阈值时，基于所述控制电路输出的桥臂驱动控制信号，输出桥臂驱动信号，所述桥臂驱动信号通过所述第一导通路径输送至所述桥臂；
当所述驱动电源输出的驱动电源信号低于第一阈值时，所述主动短路电路通过所述第二导通路径，将所述应急电源输出的应急电源信号输送至所述桥臂。
可选的，所述欠压检测电路输出所述应急主动短路使能信号时，还输出应急脉冲封锁信号至所述桥臂驱动电路，以使所述桥臂驱动电路不输出桥臂驱动信号。
可选的，当所述应急主动短路使能信号为高电平时，控制所述门级选择开关导通所述第一导通路；
当所述应急主动短路使能信号为低电平时，控制所述门级选择开关导通所述第二导通路。
基于上述技术方案，本发明提供了一种主动短路电路，包括：欠压检测电路、应急电源、防反流电路以及门级选择开关。其中，欠压检测电路检测驱动电源输出的驱动电源信号，当驱动电源信号低于第一阈值时，输出应急主动短路使能信号。基于应急主动短路使能信号，使能应急电源并控制门级选择开关从第一导通路径切换至第二导通路径，以使应急电源输出的应急电源信号通过第二导通路径传输至桥臂。即在驱动电源故障时，通过应急电源为连通桥臂，保证桥臂能正常驱动，进而保障车辆的安全。
除此，本主动短路电路还在驱动电源与应急电源之间设置有防反流电路，避免了应急电源使能后，驱动电源信号被应急电源信号拉高，造成欠压检测电路误判的问题。
附图说明
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种主动短路电路的结构示意图；
图2为现有技术中一种电机控制器的结构框图；
图3为本实施例提供的一种主动短路电路的结构示意图；
图4为本实施例提供的一种主动短路电路的又一结构示意图；
图5为本实施例提供的一种主动短路电路的又一结构示意图；
图6为本实施例提供的一种主动短路电路中欠压检测电路的结构示意图；
图7为本实施例提供的一种电机控制器的结构框图。
具体实施方式
结合图2，发明人发现，当前主动短路系统需要通过低压电源为控制电路以及驱动电源供电，当低压电源发生故障时(如失电)，控制电路以及驱动电源均不能工作，使得三相下桥桥臂以及三相上桥桥臂均关断，进而不能实现安全保护。
基于此，请参阅图3，图3为本实施例提供的一种主动短路电路的结构示意图，当低压电源发生故障时，采用应急电源为桥臂驱动电路供电，以提高电机控制器的安全性。
具体的，该主动短路电路30包括：欠压检测电路31、应急电源32、防反流电路33以及门级选择开关34；
所述欠压检测电路31与外接驱动电源相连，检测所述驱动电源输出的驱动电源信号，当所述驱动电源信号低于第一阈值时，输出应急主动短路使能信号；
所述应急电源32以及所述门级选择开关34均与所述欠压检测电路31相连，基于所述应急主动短路使能信号，使能所述应急电源32并控制所述门级选择开关34从第一导通路径切换至第二导通路径，所述第一导通路径为外接桥臂驱动电路与桥臂之间的路径，所述第二导通路径为所述应急电源32与所述桥臂之间的路径，以使所述应急电源32输出的应急电源信号通过所述第二导通路径传输至所述桥臂；
所述防反流电路33设置在所述驱动电源与所述应急电源32之间，用于在所述应急电源32使能后，隔离所述驱动电源信号以及所述应急电源信号。
可见，本实施例在整车低压电源故障(如低压电源失电)或驱动电源故障时，导致驱动电源掉电，此时，欠压检测电路检测到的驱动电源信号为低，判定该驱动电源信号低于第一阈值，输出应急主动短路使能信号，使能应急电源，并控制门级选择开关切换开关状态，使桥臂与应急电源产生的应急电源信号相连，使得下桥门级信号收到应急电源信号的控制，控制上桥臂或下桥臂导通，完成主动短路，保障车辆的安全。
需要说明的是，在本实施例中，驱动电源输出的驱动电源信号可以为一路也可以为多路，如桥臂为三相结构，则驱动电源输出三路驱动电源信号。而欠压检测电路用于对每一路电源信号均进行检测，当检测到任意一路的所述驱动电源信号低于第一阈值时，输出应急主动短路使能信号。或，当检测到所有路的所述驱动电源信号低于第一阈值时，才输出应急主动短路使能信号。
除此，本主动短路电路还在驱动电源与应急电源之间设置有防反流电路，避免了应急电源使能后，驱动电源信号被应急电源信号拉高，造成欠压检测电路误判的问题。
在上述实施例的基础上，本实施例提供的主动短路电路，如图4所示，所述欠压检测电路输出所述应急主动短路使能信号时，还输出应急脉冲封锁信号至所述桥臂驱动电路，以使所述桥臂驱动电路不输出桥臂驱动信号至所述门级选择开关。
具体的，当所述驱动电源信号低于第一阈值时，输出应急脉冲封锁信号至所述桥臂驱动电路，封锁上桥驱动信号和下桥驱动信号。其中，应急驱动脉冲封锁信号可以由比较器产生，在此不详细介绍。
除此，在本实施例中，所述防反流电路可以包括防反流二极管D1，如图5所示，该防反流二极管的阳极与所述驱动电源相连，所述防反流二极管的阴极与所述应急电源相连。当然，该防反流电路还可以为任意具有反流效果的电路，在此不详细叙述。
更进一步的，本发明实施例提供了一种欠压检测电路的具体实现结构，该欠压检测电路可以检测任意一相驱动电源信号，如图6所示，将该欠压检测电路设置在三相驱动电源信号上，以U相为例，对本欠压检测电路进行说明，该欠压检测电路包括：稳压管D、第一电阻R1、第一晶体管I1、第二电阻R2、第二晶体管I2以及第三电阻R3。
各器件的连接关系为：
所述稳压管的阴极作分别与所述第二电阻的第一端以及所述第三电阻的第一端相连，且作为所述欠压检测电路的输入端；
所述稳压管的阳极分别与所述第一电阻的第一端以及所述第一晶体管的控制端相连；
所述第一电阻的第二端、所述第一晶体管的输出端以及所述第二晶体管的输出端均接地；
所述第一晶体管的输入端分别与所述第二电阻的第二端以及所述第二晶体管的控制端相连；
所述第二晶体管的输入端与所述第三电阻的第二端相连，且作为所述欠压检测电路的输出端。
结合该电路图，对欠压检测电路的工作原理进行说明，如下：
驱动电源信号连接到稳压管D的阴级，稳压管D的阳极一路通第一电阻R1接地，另一路连接第一晶体管I1的门级(控制端)。第一晶体管I1的漏级一路通过第二电阻R2上拉倒应急电源信号，另一路接到第二晶体管I2的门级。第二晶体管I2的漏级为应急主动短路使能信号，该信号为低时，表示驱动电源欠压，此时使能应急电源与门级选择开关；该信号为高时，表示驱动电源未欠压，禁止应急电源。
应急主动短路使能信号通第三电阻R3上拉倒应急电源信号。当驱动电源信号高于稳压管D的击穿电压时，稳压管D击穿，此时，第一晶体管I1的门极电压为高，第一晶体管I1导通，第二晶体管I2的门级信号为低，第二晶体管I2截止，则应急主动使能信号为高。
当驱动电源信号低于稳压管D的击穿电压时，稳压管D截止，第一晶体管I1的门极电压为低，第一晶体管I1关断，第二晶体管I2的门级信号为高，第二晶体管导通，则应急主动短路使能信号为低。
其中，假设稳压管D的击穿电压为Vz，第一晶体管I1的导通阈值为VGth，则第一晶体管I1的动作电压(欠压检测电路的阈值VTH)为：VTH＝VZ+VGth
除此，V相和W相的欠压检测电路与U相的欠压检测电路的工作原理相同。三相输出的应急主动短路使能信号可以直接相连，这样形成与的逻辑关系，即是三相任意一相驱动电源欠压，则应急主动短路使能信号使能。根据系统需求的不同，也可通过增加逻辑器件构成或的逻辑关系，即是只有在三相桥臂全部欠压时才使能使得上述应急主动短路使能信号。
在上述实施例的基础上，本实施例还进一步提供了应急电源的具体实现方式以及门级选择开关的具体实现方式，例如，所述应急电源可以为线性电源或反激电源，具体可以为具有使能端口的DC-DC直流变换器，且所述应急电源的输入端与外接直流侧电容或其他储能设备相连。其中，应急电源的使能端口接应急主动短路使能信号，受其控制使能或者禁止。
该门级选择开关在所述应急主动短路使能信号为高电平时，控制所述门级选择开关导通所述第一导通路，此时，桥臂连接到桥臂驱动电路的输出，桥臂门级信号状态由桥臂驱动电路决定。在所述应急主动短路使能信号为低电平时，控制所述门级选择开关导通所述第二导通路，此时，桥臂连接到应急电源，桥臂门级信号状态被驱动电源置高，上桥臂或下桥臂全部开通，实现主动短路。
在上述实施例的基础上，本实施例还提供了一种电机控制器，如图7所示，该电机控制器包括低压电源、驱动电源、控制电路、桥臂驱动电路、直流侧电容、桥臂以及任意一项上述的主动短路电路。
其中，所述低压电源与所述驱动电源以及所述控制电路相连，为所述控制电路供电；
所述桥臂驱动电路分别与所述驱动电源以及所述控制电路相连，当所述驱动电源输出的驱动电源信号高于第一阈值时，基于所述控制电路输出的桥臂驱动控制信号，输出桥臂驱动信号，所述桥臂驱动信号通过所述第一导通路径输送至所述桥臂；
当所述驱动电源输出的驱动电源信号低于第一阈值时，所述主动短路电路通过所述第二导通路径，将所述应急电源输出的应急电源信号输送至所述桥臂。
其工作原理请参见上述主动短路电路的工作原理。
在上述实施例的基础上，本实施例提供的电机控制器中，所述欠压检测电路输出所述应急主动短路使能信号时，还输出应急脉冲封锁信号至所述桥臂驱动电路，以使所述桥臂驱动电路不输出桥臂驱动信号。
除此，本实施例提供的电机控制器在所述应急主动短路使能信号为高电平时，控制所述门级选择开关导通所述第一导通路；
在所述应急主动短路使能信号为低电平时，控制所述门级选择开关导通所述第二导通路。
综上，本发明提供了一种主动短路电路，包括：欠压检测电路、应急电源、防反流电路以及门级选择开关。其中，欠压检测电路检测驱动电源输出的驱动电源信号，当驱动电源信号低于第一阈值时，输出应急主动短路使能信号。基于应急主动短路使能信号，使能应急电源并控制门级选择开关从第一导通路径切换至第二导通路径，以使应急电源输出的应急电源信号通过第二导通路径传输至桥臂。即在驱动电源故障时，通过应急电源为连通桥臂，保证桥臂能正常驱动，进而保障车辆的安全。
除此，本主动短路电路还在驱动电源与应急电源之间设置有防反流电路，避免了应急电源使能后，驱动电源信号被应急电源信号拉高，造成欠压检测电路误判的问题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种主动短路电路，其特征在于，包括：欠压检测电路、应急电源、防反流电路以及门级选择开关；
所述欠压检测电路与外接驱动电源相连，检测所述驱动电源输出的驱动电源信号，当所述驱动电源信号低于第一阈值时，输出应急主动短路使能信号；
所述应急电源以及所述门级选择开关均与所述欠压检测电路相连，基于所述应急主动短路使能信号，使能所述应急电源并控制所述门级选择开关从第一导通路径切换至第二导通路径，所述第一导通路径为外接桥臂驱动电路与桥臂之间的路径，所述第二导通路径为所述应急电源与所述桥臂之间的路径，以使所述应急电源输出的应急电源信号通过所述第二导通路径传输至所述桥臂；
所述防反流电路设置在所述驱动电源与所述应急电源之间，用于在所述应急电源使能后，隔离所述驱动电源信号以及所述应急电源信号。
2.根据权利要求1所述的主动短路电路，其特征在于，所述欠压检测电路包括：稳压管、第一电阻、第一晶体管、第二电阻、第二晶体管以及第三电阻；
所述稳压管的阴极作分别与所述第二电阻的第一端以及所述第三电阻的第一端相连，且作为所述欠压检测电路的输入端；
所述稳压管的阳极分别与所述第一电阻的第一端以及所述第一晶体管的控制端相连；
所述第一电阻的第二端、所述第一晶体管的输出端以及所述第二晶体管的输出端均接地；
所述第一晶体管的输入端分别与所述第二电阻的第二端以及所述第二晶体管的控制端相连；
所述第二晶体管的输入端与所述第三电阻的第二端相连，且作为所述欠压检测电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的主动短路电路，其特征在于，所述应急电源为具有使能端口的DC-DC直流变换器，且所述应急电源的输入端与外接直流侧电容相连。
4.根据权利要求1所述的主动短路电路，其特征在于：
所述欠压检测电路输出所述应急主动短路使能信号时，还输出应急脉冲封锁信号至所述桥臂驱动电路，以使所述桥臂驱动电路不输出桥臂驱动信号至所述门级选择开关。
5.根据权利要求1所述的主动短路电路，其特征在于：
所述防反流电路包括防反流二极管，所述防反流二极管的阳极与所述驱动电源相连，所述防反流二极管的阴极与所述应急电源相连。
6.根据权利要求2所述的主动短路电路，其特征在于：所述第一晶体管以及所述第二晶体管均为高电平导通的晶体管。
7.根据权利要求1所述的主动短路电路，其特征在于：
当所述应急主动短路使能信号为高电平时，控制所述门级选择开关导通所述第一导通路；
当所述应急主动短路使能信号为低电平时，控制所述门级选择开关导通所述第二导通路。
8.一种电机控制器，其特征在于，包括低压电源、驱动电源、控制电路、桥臂驱动电路、直流侧电容、桥臂以及任意一项如权利要求1-7所述的主动短路电路；
所述低压电源与所述驱动电源以及所述控制电路相连，为所述控制电路供电；
所述桥臂驱动电路分别与所述驱动电源以及所述控制电路相连，当所述驱动电源输出的驱动电源信号高于第一阈值时，基于所述控制电路输出的桥臂驱动控制信号，输出桥臂驱动信号，所述桥臂驱动信号通过所述第一导通路径输送至所述桥臂；
当所述驱动电源输出的驱动电源信号低于第一阈值时，所述主动短路电路通过所述第二导通路径，将所述应急电源输出的应急电源信号输送至所述桥臂。
9.根据权利要求8所述的电机控制器，其特征在于：
所述欠压检测电路输出所述应急主动短路使能信号时，还输出应急脉冲封锁信号至所述桥臂驱动电路，以使所述桥臂驱动电路不输出桥臂驱动信号。
10.根据权利要求8所述的电机控制器，其特征在于：
当所述应急主动短路使能信号为高电平时，控制所述门级选择开关导通所述第一导通路；
当所述应急主动短路使能信号为低电平时，控制所述门级选择开关导通所述第二导通路。
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