CN105244846A - 一种电动汽车电机控制器过流保护系统 - Google Patents

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金振华
胡艳东
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Abstract

一种用于电动汽车电机控制器过流保护系统，属于电动汽车电机驱动控制技术领域。该系统由信号检测单元、信号比较单元、信号控制单元组成。信号检测单元由电机控制器主电路的四个铁氧体线圈构成，可对突然增大的电流信号进行检测；信号比较单元由电压比较电路构成，当信号检测单元检测到电流突然增加时，输出高电平数字信号；信号控制单元由CPLD或DSP数字信号比较芯片构成，接收到信号比较单元发出高电平信号后，将主回路PWM控制信号全部封锁，从而对主回路的电力电子器件IGBT或功率MOSFET进行保护。本发明系统结构简单，响应时间较短，可对电动汽车电机控制器主回路电力电子器件进行保护，也可对电机进行过流保护，从而保证电动汽车安全运行。

Description

一种电动汽车电机控制器过流保护系统
技术领域
一种用于电动汽车电机控制器过流保护系统，属于电动汽车电机驱动控制技术领域。
背景技术
电动汽车的电机控制器对车载直流电源(如蓄电池)的直流电能和驱动电机所需求交流电能或所产生交流电能进行变换，对电机的工作状态进行控制，进而对整车的运行状态进行控制。电机控制器中数字控制核心芯片根据整车的转矩需求，基于矢量控制算法，产生PWM信号对主回路中的电力电子器件(如IGBT或功率MOSFET)通断进行控制，实现直流电能和交流电能相互变换，以此来控制电机的输出转矩或运行转速。
电机控制器在工作过程中，由于内部或外部的原因会产生电流过流现象。如果不能及时对电流过流进行检测和处理，将造成主回路中的电力电子器件损坏，严重危害整车的运行安全。目前的过流检测和处理措施一般有两种，一种依赖于电机控制器中的驱动电路或驱动芯片，很多驱动电路或驱动芯片带有过流保护功能，通过检测电力电子器件导通管压降来判断是否发生短路。这种检测方法的不足是无法检测主回路直流侧(如电容)发生短路，同时抗干扰能力差，误检测时有发生，因此降低了系统的可靠性。另外一种检测方法是，用霍尔电流传感器检测主回路中各支路的电流，这种检测方法的缺点是霍尔传感器需要外加电源才能工作，长时间工作后传感器会产生误差，另外成本也较高。因此使用霍尔传感器进行电流检测增加了系统的复杂程度和成本。
本发明采用铁氧体磁环对电流进行检测，并利用电压比较电路对信号进行比较来判断电机控制器主回路各支路是否过流，并采用CPLD或DSP芯片对过流信号进行处理。本发明具有系统结构简单、成本低、运行可靠的特点，对提高电动汽车电机控制器安全性和可靠性具有重大的意义。
发明内容
本发明涉及一种用于电动汽车电机控制器过流保护系统，该系统可以用于对电机控制器高电压电力电子器件进行过流保护，同时避免电机控制器内部短路对电机产生的损害，进而提高整车运行的安全性。
为达到上述目的，电动汽车电机控制器过流保护系统按功能分为三个部分：信号检测单元、信号比较单元和信号控制单元。
信号检测单元的任务是检测出电机控制器主回路的过流状态。该单元由四个铁氧体线圈组成，电机控制器直流侧电容支路导线和三个桥臂上臂与直流母线连接支路导线各穿过一个铁氧体线圈。位于三个桥臂上臂与直流母线连接支路导线处的铁氧体线圈检测所在桥臂短路状态以及电机内部短路状态，而位于直流侧电容支路导线处的铁氧体线圈检测电容支路短路状态。当主回路或电机内部发生短路时，四个铁氧体线圈所在支路中必有一个或一个以上支路电流会急剧增加，该支路铁氧体线圈两端感应电压也会发生急剧变化。每个铁氧体线圈两端产生的感应电压都会送到信号比较单元。
信号比较单元由四个电压比较电路构成，信号检测单元输送过来的四路感应电压信号将分别和基准信号比较。基准信号对应于主回路电流正常值的3-5倍。当信号检测单元输送过来的电压信号中出现信号大于基准信号时，意味着该支路发生短路，电压比较电路输出高电平数字信号；否则电压比较电路输出低电平数字信号。四路电压比较电路输出的数字信号送到信号控制单元。
信号控制单元由CPLD或DSP数字信号芯片构成，接收来自信号比较单元发出的四路数字信号以及电机控制器数字控制核心芯片发出的6路PWM控制信号，同时产生6路PWM驱动信号去控制主回路电力电子器件的通断。信号控制单元接收到信号比较单元发出的数字信号为高电平信号后，将6路PWM驱动信号全部封锁为低电平，从而关断主回路的电力电子器件，实现对IGBT或功率MOSFET的过流保护。如果信号控制单元接收到信号比较单元发出的数字信号为低电平信号，该单元输出的6路PWM驱动信号和输入的6路PWM控制信号完全相同，对主回路的电力电子器件进行正常控制。信号控制单元同时把信号比较单元发出的四路数字信号传递给电机控制器数字控制核心芯片，用作电机控制器控制算法的参考信号。
综上所述，电机控制器的信号检测单元、信号比较单元和信号控制单元形成闭环控制系统。信号检测单元检测的信号输入至信号比较单元，信号比较单元生成对应信号输入至信号控制单元，同时信号控制单元接收电机控制器数字控制核心芯片发出的6路PWM控制信号，产生6路PWM驱动信号去控制主回路电力电子器件的通断，对电机控制器高电压电力电子器件进行过流保护，避免电机控制器内部短路对电机产生的损害，进而提高整车运行的安全性。
本发明与一般过流保护系统不同，采用铁氧体磁环对电流进行检测，并利用电压比较电路对信号进行比较来判断电机控制器主回路各支路是否过流，并采用CPLD或DSP芯片对过流信号进行处理，可对电动汽车电机控制器主回路电力电子器件进行保护，也可对电机进行过流保护，同时具有系统结构简单、成本低、运行可靠等特点，具有很高的创新性，对提高电动汽车电机控制器安全性和可靠性具有重大意义。
附图说明
图1电动汽车电机控制器过流保护系统结构图
具体实施方式
参照附图，下面详细叙述本发明的具体实施方式。
图1为本发明涉及的电动汽车电机控制器过流保护系统结构图。由图中可以看出：整个系统可以分为三个部分，分别为信号检测单元、信号比较单元和信号控制单元。
信号检测单元由铁氧体线圈1、2、3、4组成，其中，电机控制器主回路直流侧电容所在支路从铁氧体线圈1穿过；A相桥臂上臂支路从铁氧体线圈2穿过；B相桥臂上臂支路从铁氧体线圈3穿过；C相桥臂上臂支路从铁氧体线圈4穿过。铁氧体线圈1、2、3、4可以分别检测到所在支路的过流状态。信号检测单元中四个铁氧体线圈产生的四路感应电压信号5送到信号比较单元。
信号比较单元由四个电压比较电路构成，信号检测单元输送过来的四路感应电压信号5分别和基准信号比较。基准信号对应于正常主回路各铁氧体线圈所在支路正常工作电流值的3-5倍。当信号检测单元输送过来的某路感应电压信号中大于基准信号时，意味着该支路发生短路，电压比较电路输出高电平数字信号；否则电压比较电路输出低电平数字信号。四路电压比较电路输出的数字信号6送到信号控制单元。
信号控制单元由CPLD或DSP数字信号比较芯片构成，接收来自信号比较单元发出的四路数字信号6以及电机控制器数字控制核心芯片发出的6路PWM控制信号7，同时产生6路PWM驱动信号8去控制主回路电力电子器件的通断。如果四路数字信号6中有一路或一路以上信号为高电平，PWM驱动信号8全部为低电平；如果四路数字信号6全部为低电平，那么PWM驱动信号8和PWM控制信号7一一对应。信号控制单元把四路数字信号6作为数字信号9传递给电机控制器数字控制核心芯片。

Claims (3)

1.一种电动汽车电机控制器过流保护系统，其特征在于，系统由信号检测单元、信号比较单元、信号控制单元组成。信号检测单元对主回路直流侧母线电流以及交流侧三个桥臂电流的突然升高进行检测；信号比较单元采用电压比较电路对信号检测单元检测到的电流信号与基准电流进行比较，当高于基准电流时，输出高电平数字信号；信号控制单元接收到信号比较单元的高电平信号时，封锁主电路PWM控制信号，并向电机控制器数字控制核心芯片发出高电平过流信号。
2.根据权利要求书1所述的过流保护系统，其特征在于，信号检测单元由四个铁氧体线圈组成，电机控制器直流侧电容外侧支路导线和三个桥臂上臂与直流母线连接支路导线各穿过一个铁氧体线圈。
3.根据权利要求书1所述的过流保护系统，其特征在于，信号控制单元由CPLD芯片或DSP芯片构成，接收到信号比较单元发出的过流信号后，封锁主电路PWM控制信号，并向电机控制器数字控制核心芯片发出高电平过流信号。
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