CN101916984A - 一种新能源汽车用igbt智能驱动模块及其控制方法 - Google Patents

一种新能源汽车用igbt智能驱动模块及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，包括控制器ECU和车载控制器，还包括IGBT功率模块、IGBT驱动电路和驱动电源，控制器ECU的输出端与车载控制器的输入端相连接，车载控制器的输出端通过IGBT驱动电路与IGBT功率模块相连接，IGBT功率模块与控制器ECU的输入端相连接，IGBT驱动电路与控制器ECU相连接；其控制方法包括母线电压检测步骤、驱动电压检测步骤和模块温度检测步骤。本发明具有以下优点：1、引入单片机作为数字AD转换电路的替代，利用其简单方便且接口较多的特点，降低了该驱动模块的成本；2、方便采集功率模块温度信号，同时实现了对驱动电压的采样，精简了系统。

Description

一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块及其控制方法
技术领域
本发明涉及IGBT功率模块技术领域，特别涉及一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块及其控制方法。
背景技术
目前，市场上现有的模块驱动电路，主要由驱动芯片驱动绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块，同时搭载数字AD转换器采集模块温度，起到保护模块的作用。这样每路温度均需要一块数字DA转化芯片及相应外围电路，使整个驱动模块成本增加。同时这些驱动模块均没有考虑到对驱动电压的采集与检测，当驱动电压发生波动时，整个模块都可能出现无法正常工作甚至被损坏的危险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种方便采集功率模块温度信号，同时实现对驱动电压的采样，精简系统、节约成本的新能源汽车用IGBT智能驱动模块及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，包括控制器ECU和车载控制器，还包括IGBT功率模块、IGBT驱动电路和驱动电源，所述的控制器ECU的输出端与车载控制器的输入端相连接，所述的车载控制器的输出端通过IGBT驱动电路与IGBT功率模块相连接，所述的IGBT功率模块与控制器ECU的输入端相连接，所述的IGBT驱动电路与控制器ECU相连接；
所述的控制器ECU，用于采集IGBT驱动电路的保护信号、IGBT功率模块的温度信号、驱动电源的工作状态，经判断处理后输出信号到车载控制器，所述的车载控制器根据接收的信号控制执行单元；
所述的控制器ECU，用于分别采集母线电压信号以及IGBT功率模块的模块温度信号，经判断处理后输出信号到车载控制器，所述的车载控制器根据接收的反馈信息控制IGBT功率模块工作；
所述的驱动电源，用于给IGBT驱动电路及控制器ECU提供电源。
所述的IGBT功率模块的传感器与控制器ECU相连接。
所述的IGBT驱动电路包括IGBT短路保护电路，所述的IGBT短路保护电路用于采集IGBT功率模块的工作状态，当电路发生短路时，保护IGBT功率模块中对应的模块，控制器ECU检测到IGBT功率模块中的一组模块发生短路保护后，立即关断所有的驱动电路，并将保护信息传输至车载控制器，车载控制器通过自检方式判断当前故障状态。
所述的IGBT驱动电路包括IGBT短路保护电路，所述的IGBT短路保护电路用于采集IGBT功率模块的电压信号并传输至控制器ECU，控制器ECU判断当该电压饱和时，切断IGBT驱动电路。
所述的执行单元为电机。
所述的IGBT功率模块为三相全桥逆变IGBT模块或三个半桥IGBT模块。
所述的IGBT驱动电路包括六路IGBT驱动集成电路，所述的驱动电源为隔离型DC-DC转换器，用于分别输出三路高端驱动电源及一路低端驱动电源，分别给六路IGBT驱动集成电路供电。
所述的车载控制器产生六路PWM信号通过驱动电路分别驱动三个半桥IGBT模块。
所述的控制器ECU采用单片机，其型号为MC9S08SG4。
一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块的控制方法，该方法包括以下步骤：
a)母线电压检测步骤：控制器ECU采集母线电压信号，经处理后判断母线电压是否正常，而后输出信号到车载控制器，当母线电压出现异常时，控制器ECU首先关闭所有的驱动电路，而后将故障信息发送给车载控制器，车载主控制器通过自检方式判断当前故障状态，控制IGBT驱动电路的通断；
b)驱动电压检测步骤：控制器ECU采集驱动电路的电压信号，经处理后判断该电压是否正常，而后输出信号到车载控制器，当电压出现异常时，控制器ECU首先关闭IGBT驱动电路，而后将故障信息发送给车载控制器，车载控制器通过自检方式判断当前故障状态，并控制执行单元。
c)模块温度检测步骤：控制器ECU采集IGBT功率模块中每一路模块的温度信号，经处理后判断该模块温度信号是否正常，而后输出信号到车载控制器，当温度出现异常时，控制器ECU首先关闭所有驱动电路，而后将故障信息发送给车载控制器，车载控制器通过自检方式判断当前故障状态，并控制IGBT驱动电路的通断。
本发明采用上述结构及方法，具有以下优点：1、引入单片机作为数字AD转换电路的替代，利用其简单方便且接口较多的特点，降低了该驱动模块的成本；2、方便采集功率模块温度信号，同时实现了对驱动电压的采样，精简了系统。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的电路结构图；
图3为本发明中智能驱动模块控制方法的流程图；
在图1～图2中，1、IGBT功率模块；2、IGBT驱动电路；3、车载控制器。
具体实施方式
如图1～图2所示一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，包括控制器ECU和车载控制器3，还包括IGBT功率模块1、IGBT驱动电路2和驱动电源，控制器ECU的输出端与车载控制器3的输入端相连接，车载控制器3的输出端通过IGBT驱动电路2与IGBT功率模块1相连接，IGBT功率模块1与控制器ECU的输入端相连接，IGBT驱动电路2与控制器ECU相连接；
控制器ECU，用于采集IGBT驱动电路2的保护信号、IGBT功率模块1的温度信号、驱动电源的工作状态，经判断处理后输出信号到车载控制器3，所述的车载控制器3根据接收的信号控制执行单元；执行单元为电机，过流后，主控制器ECU控制电机制动。
控制器ECU，用于分别采集母线电压信号以及IGBT功率模块1的模块温度信号，经判断处理后输出信号到车载控制器3，并在显示屏上显示。车载控制器3根据接收的反馈信息控制IGBT功率模块1工作；当发生过温时，车载控制器3控制PWM(脉冲宽度调制)限制IGBT驱动信号占空比，从而限制车速上限，并在回温一段时间后从新开放原上限。
驱动电源，用于给IGBT驱动电路2及控制器ECU提供电源。IGBT功率模块1的传感器与控制器ECU相连接。
IGBT驱动电路2包括IGBT短路保护电路，IGBT短路保护电路用于采集IGBT功率模块的工作状态，当电路发生短路时，保护IGBT功率模块中对应的模块，控制器ECU检测到IGBT功率模块1中的一组模块发生短路保护后，立即关断所有的驱动电路，并将保护信息传输至车载控制器3，车载控制器3通过自检方式判断当前故障状态。
IGBT驱动电路2包括IGBT短路保护电路，所述的IGBT短路保护电路用于采集IGBT功率模块1的电压信号并传输至控制器ECU，控制器ECU判断当该电压饱和时，切断IGBT驱动电路。
IGBT功率模块1为三相全桥逆变IGBT模块或三个半桥IGBT模块。IGBT驱动电路2包括六路IGBT驱动集成电路，驱动电源为隔离型DC-DC转换器，用于分别输出三路高端驱动电源及一路低端驱动电源，分别给六路IGBT驱动集成电路供电。
车载控制器3产生六路PWM信号通过驱动电路分别驱动三个半桥IGBT模块。如图2所示，车载控制器3产生六路PWM信号，分别通过六路IGBT驱动集成电路驱动三个半桥IGBT模块。三个半桥IGBT模块的输出端连接到控制器ECU的输入端。六路IGBT驱动集成电路分别输出保护信号到控制器ECU，控制器ECU输出信号到车载控制器3。
控制器ECU采用单片机，其型号为MC9S08SG4。车载控制器3发生3组6路PWM信号通过驱动IC产生相应3种异步电机控制的驱动波形；任意一个驱动芯片发生过流保护动作时，控制器ECU向车载控制器送出单一信号。车载控制器3得到反馈保护信号进行调整PWM占空比以及占空比是否过大的检查等相应控制处理。
一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块的控制方法，该方法包括以下步骤：
a)母线电压检测步骤：控制器ECU采集母线电压信号，经处理后判断母线电压是否正常，而后输出信号到车载控制器，当母线电压出现异常时，控制器ECU首先关闭所有的驱动电路，而后将故障信息发送给车载控制器，车载主控制器通过自检方式判断当前故障状态，控制IGBT驱动电路的通断；
b)驱动电压检测步骤：控制器ECU采集驱动电路的电压信号，经处理后判断该电压是否正常，而后输出信号到车载控制器，当电压出现异常时，控制器ECU首先关闭IGBT驱动电路，而后将故障信息发送给车载控制器，车载控制器通过自检方式判断当前故障状态，并控制执行单元。
c)模块温度检测步骤：控制器ECU采集IGBT功率模块中每一路模块的温度信号，经处理后判断该模块温度信号是否正常，而后输出信号到车载控制器，当温度出现异常时，控制器ECU首先关闭所有驱动电路，而后将故障信息发送给车载控制器，车载控制器通过自检方式判断当前故障状态，并控制IGBT驱动电路的通断。
如图3所示为智能驱动模块控制方法的流程图，流程大致包括以下几个步骤；
在步骤100，流程开始；
在步骤101，系统进行自检，流程进入步骤102；
在步骤102，采集母线电压信号，流程进入步骤103；
在步骤103，判断母线电压是否正常，若判断结果为是，流程进入步骤104，若判断结果为否，流程进入步骤109；
在步骤104，采集IGBT驱动电路的电压信号，流程进入步骤105；
在步骤105，判断IGBT驱动电路的电压是否正常，若判断结果为是，流程进入步骤106，若判断结果为否，流程进入步骤109；
在步骤106，采集IGBT功率模块的模块温度信号，流程进入步骤107；
在步骤107，判断模块温度是否正常，若判断结果为是，流程进入步骤108，若判断结果为否，流程进入步骤109；
在步骤108，系统进行定时CAN通信，流程返回步骤101；
在步骤109，U相模块短路，流程进入步骤110；
在步骤110，系统中断保护，流程进入步骤115；
在步骤111，V相模块短路，流程进入步骤112，；
在步骤112，系统中断保护，流程进入步骤115；
在步骤113，W相模块短路，流程进入步骤114；
在步骤114，系统中断保护，流程进入步骤115；
在步骤115，关闭IGBT驱动电路，流程进入步骤116；
在步骤116，系统进行CAN通信。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，包括控制器ECU和车载控制器(3)，其特征在于：还包括IGBT功率模块(1)、IGBT驱动电路(2)和驱动电源，所述的控制器ECU的输出端与车载控制器(3)的输入端相连接，所述的车载控制器(3)的输出端通过IGBT驱动电路(2)与IGBT功率模块(1)相连接，所述的IGBT功率模块(1)与控制器ECU的输入端相连接，所述的IGBT驱动电路(2)与控制器ECU相连接；
所述的控制器ECU，用于采集IGBT驱动电路(2)的保护信号、IGBT功率模块(1)的温度信号、驱动电源的工作状态，经判断处理后输出信号到车载控制器(3)，所述的车载控制器(3)根据接收的信号控制执行单元；
所述的控制器ECU，用于分别采集母线电压信号以及IGBT功率模块(1)的模块温度信号，经判断处理后输出信号到车载控制器(3)，所述的车载控制器(3)根据接收的反馈信息控制IGBT功率模块(1)工作；
所述的驱动电源，用于给IGBT驱动电路(2)及控制器ECU提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，其特征在于：所述的IGBT功率模块(1)的传感器与控制器ECU相连接。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，其特征在于：所述的IGBT驱动电路(2)包括IGBT短路保护电路，所述的IGBT短路保护电路用于采集IGBT功率模块(1)的工作状态，当电路发生短路时，保护IGBT功率模块(1)中对应的模块，控制器ECU检测到IGBT功率模块(1)中的一组模块发生短路保护后，立即关断所有的驱动电路，并将保护信息传输至车载控制器(3)，车载控制器(3)通过自检方式判断当前故障状态。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，其特征在于：所述的IGBT驱动电路(2)包括IGBT短路保护电路，所述的IGBT短路保护电路用于采集IGBT功率模块(1)的电压信号并传输至控制器ECU，控制器ECU判断当该电压饱和时，切断IGBT驱动电路(2)。
5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，其特征在于：所述的执行单元为电机。
6.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，其特征在于：所述的IGBT功率模块(1)为三相全桥逆变IGBT模块或三个半桥IGBT模块。
7.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，其特征在于：所述的IGBT驱动电路(2)包括六路IGBT驱动集成电路，所述的驱动电源为隔离型DC-DC转换器，用于分别输出三路高端驱动电源及一路低端驱动电源，分别给六路IGBT驱动集成电路供电。
8.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，其特征在于：所述的车载控制器(3)产生六路PWM信号通过驱动电路分别驱动三个半桥IGBT模块。
9.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用IGBT智能驱动模块，其特征在于：所述的控制器ECU采用单片机，其型号为MC9S08SG4。
10.一种根据权利要求1所述的新能源汽车用IGBT智能驱动模块的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
a)母线电压检测步骤：控制器ECU采集母线电压信号，经处理后判断母线电压是否正常，而后输出信号到车载控制器，当母线电压出现异常时，控制器ECU首先关闭所有的驱动电路，而后将故障信息发送给车载控制器，车载主控制器通过自检方式判断当前故障状态，控制IGBT驱动电路的通断；
b)驱动电压检测步骤：控制器ECU采集驱动电路的电压信号，经处理后判断该电压是否正常，而后输出信号到车载控制器，当电压出现异常时，控制器ECU首先关闭IGBT驱动电路，而后将故障信息发送给车载控制器，车载控制器通过自检方式判断当前故障状态，并控制执行单元。
c)模块温度检测步骤：控制器ECU采集IGBT功率模块中每一路模块的温度信号，经处理后判断该模块温度信号是否正常，而后输出信号到车载控制器，当温度出现异常时，控制器ECU首先关闭所有驱动电路，而后将故障信息发送给车载控制器，车载控制器通过自检方式判断当前故障状态，并控制IGBT驱动电路的通断。
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