CN105591362A - 一种纯电动汽车电机的安全保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纯电动汽车电机的安全保护电路，包括用于接收电机控制器中微控制器MCU输出的脉冲信号的脉冲信号整流滤波电路，其输出端与电压比较电路的输入端相连，电压比较电路的输出端与多信号逻辑运算电路的输入端相连，多信号逻辑运算电路的输出端与故障锁存和复位电路的输入端相连，故障锁存和复位电路的输出端与高压隔离电路的输入端相连，高压隔离电路的输出端与继电器控制电路中的继电器的控制端相连，电机控制器的三相驱动信号U、V、W通过所述继电器常闭端接电机M的三相线，所述继电器常开端通过功率电阻接高压地。本发明集成故障监控与安全保护于一体，能够快速、安全、可靠的对电机及车辆的安全进行保护。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车自动控制技术领域，尤其是一种纯电动汽车电机的安全保护电路。
背景技术
纯电动汽车一般采用高压电机驱动，若电机控制器出现故障会导致电机输出扭矩严重偏小、偏大、电机转速不可控或驱动高压泄露，上述任何一种现象都是车辆驾驶员不可控的，一旦发生将损坏车辆，影响车辆的安全行驶，严重的可能危及驾驶员人身安全。
目前，所采用的措施主要侧重于电机三相电流的监控，主要是电流缺相检测，电流峰值检测等，并且采取的措施是关闭电机驱动信号。若检测到电流故障时驱动电路也发生了故障，或电流故障就是由驱动故障引起的，此方法将无效，因为关闭驱动信号仅能保证电机不受控制系统控制，并不能保证其他故障信号对电机误操作，并且此方法缺乏对车辆安全的考虑，从安全的角度说故障发生时的第一时间不应该是去屏蔽或查找故障源而应该是去保证安全，然后再去屏蔽或查找故障源，而且为了保证安全动作的有效执行，功能单元和安全单元应是独立的，以防止共因失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种当监控到电机控制器中MCU的故障或其它被监控模块发生的故障时会触发安全保护电路，保证电机的状态安全、可控，确保驾驶员和车辆安全的纯电动汽车电机的安全保护电路。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种纯电动汽车电机的安全保护电路，包括用于接收电机控制器中微控制器MCU输出的脉冲信号的脉冲信号整流滤波电路，其输出端与电压比较电路的输入端相连，电压比较电路的输出端与多信号逻辑运算电路的输入端相连，多信号逻辑运算电路的输出端与故障锁存和复位电路的输入端相连，故障锁存和复位电路的输出端与高压隔离电路的输入端相连，高压隔离电路的输出端与继电器控制电路中的继电器的控制端相连，电机控制器的三相驱动信号U、V、W通过所述继电器常闭端接电机M的三相线，所述继电器常开端通过功率电阻接高压地。
所述脉冲信号整流滤波电路由变压器T、全桥整流电路和滤波电容C1组成，变压器T初级线圈的一端接电机控制器中微控制器MCU输出的脉冲信号，另一端接地，变压器T的次级线圈与由二极管D1、D2、D3、D4组成的全桥整流电路的输入端相连，全桥整流电路的输出端通过滤波电容C1与电压比较电路的输入端相连，所述的电压比较电路采用电压比较器U1，滤波电容C1的一端接在全桥整流电路的输出端与电压比较器U1的正相输入端之间，滤波电容C1的另一端接地，电压比较器U1的反相输入端接参考电压Vref,电压比较器U1的输出端与多信号逻辑运算电路的输入端相连。
所述多信号逻辑运算电路采用至少包含两个输入端的与门，与门的第一输入端接电压比较电路的输出端，与门非第一输入端的输入端接电机控制器内被监控模块发出的高低电平故障信号，所述故障锁存和复位电路采用RS触发器，与门的输出端与RS触发器的置位端相连，RS触发器的Q输出端与高压隔离电路的输入端相连。
所述高压隔离电路采用光耦，所述继电器控制电路采用继电器K1、K2、K3，所述功率电阻采用电阻R2、R3、R4，所述光耦的输入控制脚接故障锁存和复位电路的输出端，光耦的输出脚分别接继电器K1、K2、K3的控制脚，电机控制器的三相驱动信号U、V、W分别一一对应通过继电器K1、K2、K3的常闭端与电机三相线相连，继电器K1、K2、K3的常开端分别一一对应通过电阻R2、R3、R4接高压地。
所述与门为三输入与门，三输入与门的第二输入端接信号Fault_1，三输入与门的第三输入端接信号Fault_2，信号Fault_1、信号Fault_2均为电机控制器内被监控模块发出的高低电平故障信号。
由上述技术方案可知，本发明集成故障监控与安全保护于一体，能够快速、安全、可靠的对电机及车辆的安全进行保护；本发明不仅能够实时的监控电机控制器MCU的工作状态，还能够通过多信号逻辑运算电路很容易的进行扩展，进而监控其他模块的工作状态；本发明采用继电器常闭端作为电机与三相控制信号的连接点，减少了继电器的开关次数进而降低了继电器本身的故障几率，使电路更可靠、安全。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种纯电动汽车电机的安全保护电路，包括用于接收电机控制器中微控制器MCU输出的脉冲信号的脉冲信号整流滤波电路1，其输出端与电压比较电路的输入端相连，电压比较电路的输出端与多信号逻辑运算电路2的输入端相连，多信号逻辑运算电路2的输出端与故障锁存和复位电路3的输入端相连，故障锁存和复位电路3的输出端与高压隔离电路4的输入端相连，高压隔离电路4的输出端与继电器控制电路5中的继电器的控制端相连，电机控制器的三相驱动信号U、V、W通过所述继电器常闭端接电机M的三相线，所述继电器常开端通过功率电阻接高压地。通过电机控制器中微控制器MCU输出的脉冲信号检测微控制器MCU是否故障，微控制器MCU输出的脉冲信号经过变压器传递、全桥二极管整流、电容滤波后得到直流电压。通过多信号逻辑运算电路2、故障锁存和复位电路3实现多个故障监控和锁存复位功能。通过继电器的常闭点实现正常情况下的驱动信号传输，通过继电器的常开点实现故障时的主动短路放电功能。
如图1所示，所述脉冲信号整流滤波电路1由变压器T、全桥整流电路和滤波电容C1组成，变压器T初级线圈的一端接电机控制器中微控制器MCU输出的脉冲信号，另一端接地，变压器T的次级线圈与由二极管D1、D2、D3、D4组成的全桥整流电路的输入端相连，全桥整流电路的输出端通过滤波电容C1与电压比较电路的输入端相连，所述的电压比较电路采用电压比较器U1，滤波电容C1的一端接在全桥整流电路的输出端与电压比较器U1的正相输入端之间，滤波电容C1的另一端接地，电压比较器U1的反相输入端接参考电压Vref,电压比较器U1的输出端与多信号逻辑运算电路2的输入端相连。所述脉冲信号经过变压器T传递、全桥整流电路、滤波电容C1滤波后输入到电压比较电路，电压比较电路的输出端和电机控制器的其它被监控模块输出的故障信号通过多信号逻辑运算电路2做逻辑与运算，运算结果输入到故障锁存和复位电路3的置位端，锁存结果通过高压隔离电路4控制继电器的吸合。
如图1所示，所述多信号逻辑运算电路2采用至少包含两个输入端的与门，与门的第一输入端接电压比较电路的输出端，与门非第一输入端的输入端接电机控制器内被监控模块发出的高低电平故障信号，所述故障锁存和复位电路3采用RS触发器，与门的输出端与RS触发器的置位端相连，RS触发器的Q输出端与高压隔离电路4的输入端相连。所述与门为三输入与门，三输入与门的第二输入端接信号Fault_1，三输入与门的第三输入端接信号Fault_2，信号Fault_1、信号Fault_2均为电机控制器内被监控模块发出的高低电平故障信号
如图1所示，所述高压隔离电路4采用光耦，所述继电器控制电路5采用继电器K1、K2、K3，所述功率电阻采用电阻R2、R3、R4，所述光耦的输入控制脚接故障锁存和复位电路3的输出端，光耦的输出脚分别接继电器K1、K2、K3的控制脚，电机控制器的三相驱动信号U、V、W分别一一对应地通过继电器K1、K2、K3的常闭端与电机三相线相连，继电器K1、K2、K3的常开端分别一一对应地通过电阻R2、R3、R4接高压地。
以下结合图1对本发明作进一步的说明。
信号Fault_1和信号Fault_2可以是整个电机控制器中的其它被监控模块的故障信号，如三相电流不平衡信号、电机驱动电压过欠压和直流逆变驱动信号断路、电源过欠压信号等。
参考电压Vref应根据实际使用脉冲信号的占空比和幅值进行调试，保证在设定的占空比内参考电压Vref小于U即可。
当电机控制器系统正常工作时，电机控制器中的微控制器MCU发出的为脉冲信号输入到Pulse端，脉冲信号经过变压器T输入到全桥整流电路整流，滤波电容C1进行滤波，得到有效的直流电压U，U大于参考电压Vref,，电压比较器输出经过电阻R1上拉到高电平；信号Fault_1和信号Fault_2同为高电平时，此时三输入与门输出高电平信号，RS触发器Q端输出低电平，驱动光耦未导通，继电器没有驱动电压，触点维持原状态，电机控制器三相信号通过继电器常闭点输入到电机M；
当电机控制器中的微控制器MCU故障无法输出脉冲信号Pulse时，或信号Fault_1和信号Fault_2监控的模块发出电平故障信号使信号Fault_1或信号Fault_2为低电平，此时与门输出低电平，RS触发器的Q端输出高电平使光耦导通，继而使24V电压输入到继电器，继电器常闭端断开，常开端吸合，二极管D5用于在继电器释放时进行保护。在断开电机M与电机控制器三相驱动的连接的同时，通过三个放电电阻即电阻R2、R3、R4连接到高压地，使电机M处在安全的状态，减少或避免车辆因电机不可控引起的事故。同时调节三个放电电阻的阻值可以调整电机M进入保护状态时电流曲线的平滑程度，电阻阻值越小，电机M进入保护状态的电流曲线越平缓；电阻阻值越大，电机M进入保护状态的电流曲线越陡峭。应适当调整电阻阻值，使得电机M在进入保护状态过程中的电流曲线平缓，不至于使得电机状态突然改变。
综上所述，本发明集成故障监控与安全保护于一体，能够快速、安全、可靠的对电机及车辆的安全进行保护；本发明不仅能够实时的监控电机控制器MCU的工作状态，还能够通过多信号逻辑运算电路很容易的进行扩展，进而监控其他模块的工作状态。
Claims (5)
1.一种纯电动汽车电机的安全保护电路，其特征在于：包括用于接收电机控制器中微控制器MCU输出的脉冲信号的脉冲信号整流滤波电路（1），其输出端与电压比较电路的输入端相连，电压比较电路的输出端与多信号逻辑运算电路（2）的输入端相连，多信号逻辑运算电路（2）的输出端与故障锁存和复位电路（3）的输入端相连，故障锁存和复位电路（3）的输出端与高压隔离电路（4）的输入端相连，高压隔离电路（4）的输出端与继电器控制电路（5）中的继电器的控制端相连，电机控制器的三相驱动信号U、V、W通过所述继电器常闭端接电机M的三相线，所述继电器常开端通过功率电阻接高压地。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车电机的安全保护电路，其特征在于：所述脉冲信号整流滤波电路（1）由变压器T、全桥整流电路和滤波电容C1组成，变压器T初级线圈的一端接电机控制器中微控制器MCU输出的脉冲信号，另一端接地，变压器T的次级线圈与由二极管D1、D2、D3、D4组成的全桥整流电路的输入端相连，全桥整流电路的输出端通过滤波电容C1与电压比较电路的输入端相连，所述的电压比较电路采用电压比较器U1，滤波电容C1的一端接在全桥整流电路的输出端与电压比较器U1的正相输入端之间，滤波电容C1的另一端接地，电压比较器U1的反相输入端接参考电压Vref,电压比较器U1的输出端与多信号逻辑运算电路（2）的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的纯电动汽车电机的安全保护电路，其特征在于：所述多信号逻辑运算电路（2）采用至少包含两个输入端的与门，与门的第一输入端接电压比较电路的输出端，与门非第一输入端的输入端接电机控制器内被监控模块发出的高低电平故障信号，所述故障锁存和复位电路（3）采用RS触发器，与门的输出端与RS触发器的置位端相连，RS触发器的Q输出端与高压隔离电路（4）的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的纯电动汽车电机的安全保护电路，其特征在于：所述高压隔离电路（4）采用光耦，所述继电器控制电路（5）采用继电器K1、K2、K3，所述功率电阻采用电阻R2、R3、R4，所述光耦的输入控制脚接故障锁存和复位电路（3）的输出端，光耦的输出脚分别接继电器K1、K2、K3的控制脚，电机控制器的三相驱动信号U、V、W分别一一对应地通过继电器K1、K2、K3的常闭端与电机三相线相连，继电器K1、K2、K3的常开端分别一一对应地通过电阻R2、R3、R4接高压地。
5.根据权利要求3所述的纯电动汽车电机的安全保护电路，其特征在于：所述与门为三输入与门，三输入与门的第二输入端接信号Fault_1，三输入与门的第三输入端接信号Fault_2，信号Fault_1、信号Fault_2均为电机控制器内被监控模块发出的高低电平故障信号。
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