CN108429237B - 一种电机控制器的硬件保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机控制器的硬件保护电路，采用处理器对故障信号和二级过压直接响应，在收到故障信号时生成关断信号并拉低控制信号的电平，在收到二级过压信号时输出短路信号，采用电机控制器根据控制信号控制绝缘栅型场效应管的通断状态。本发明的技术方案通过单片机对外界故障信号进行内部直接响应，减少外部逻辑芯片使用数量，减小PCB板面积，降低了电磁辐射的干扰，产品体积更小，稳定性更优，同时在单片机内集成了对二级过压的保护，能够快速实现二级过压保护。

Description

一种电机控制器的硬件保护电路

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机控制器的硬件保护电路。

背景技术

目前的单片机外部逻辑电路保护是数字功能的逻辑芯片构成，例如、与门、或门、非门、RS触发器，各类门电路功能单一，在电路中实现某一项特定功能往往要复合多个门电路才可以实现，器件越多出现漏洞机率越大，设计效率低。现有的电机控制器的应用中，电机控制器内会设置有多个逻辑芯片以对电机控制器的单片机提供支持，逻辑芯片在PCB布板中占用较大的面积大，增加了设备成本，同时，由于电机控制器中存在大功率器件在逻辑芯片受到的电磁辐射多，逻辑芯片的抗干扰能力弱，而且，随着电机控制器的小型化发展，内部器件存在集成化的趋势，对于单片机的外部逻辑电路抗干扰性能的要求更为严格。

发明内容

针对现有技术中电机控制领域存在的上述问题，现提供一种电机控制器的硬件保护电路。

具体技术方案如下：

一种电机控制器的硬件保护电路，包括：

故障采集装置，连接所述电机控制器，用于获取所述电机控制器上的故障信号；

二级过压采集装置，连接所述电机控制器，用于获取二级过压信号；

处理器，分别连接所述故障采集装置和所述二级过压采集装置，用于向电机控制器输出控制信号，在收到所述故障信号时生成关断信号并拉低所述控制信号的电平，在收到所述二级过压信号时输出短路信号；

所述电机控制器，连接所述处理器和多个用以控制所述电机装置绝缘栅型场效应管，用于根据所述控制信号控制所述绝缘栅型场效应管的通断状态，在所述控制信号为电平时关断所述绝缘栅型场效应管，根据所述短路信号导通所述绝缘栅型场效应管以将所述电机装置短路。

优选的，所述故障采集装置包括：

采集模块，连接所述电机控制器，用于实时获取所述电机控制器的多个状态信息；

比对模块，连接所述采集模块，用于将每个所述状态信息与对应预设的故障条件比对，并在任一所述状态信息符合对应的所述故障条件时，输出对应的所述故障信号。

优选的，所述故障信号包括过压信号、过流信号、控制电欠压信号、过温信号、复位信号、看门狗故障信号；

优选的，所述处理器包括一关断控制模块，所述关断控制模块包括：

多个信号输入端，每个所述信号输入端各通过一信号开关对应连接一信号输出端，每个所述信号输入端各对应连接一PWM控制信号输出装置，所述信号输入端用于接收所述PWM控制信号输出装置输出的所述控制信号，并将所述控制信号通过所述信号输出端发送至所述电机控制器中；

每个所述信号输出端均连接一接地端，用于在所述信号开关关断时，拉低所述控制信号的电平；

每个所述信号开关均连接一控制器，所述控制器连接所述故障采集装置，用于接收所述故障信号，并在接收到任一所述故障信号信号时，关断所述信号开关。

优选的，所述处理器还包括一二级过压保护模块，所述二级过压保护模块包括：

过压信号输入端，连接所述二级过压采集装置，用于获取所述二级过压信号；

关断信号输入端，用于获取所述关断信号；

逻辑运算电路，所述逻辑运算电路的输入端分别连接所述过压信号输入端和所述短路信号输入端，所述逻辑运算电路的输出端连接所述电机控制器，用于通过对所述二级过压信号和所述关断信号逻辑运算获取并输出所述短路信号。

优选的，所述逻辑运算电路包括：

运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接所述过压信号输入端，所述运算放大器的负相输入端连接所述处理器的内部基准电压，所述运算放大器的输出端连接第一节点；

第一或门，所述第一或门的第一输入端连接所述第二节点，所述第一或门的第二输入端连接所述第一节点；

第二或门，所述第二或门的第一输入端连接所述第二节点，所述第二或门的第二输入端连接所述关断信号输入端；

第一与门，所述第一与门的第一输入端连接所述第一或门的输出端，所述第一与门的第二输入端连接第二或门的输出端，所述第一与门的输出端连接第二节点；

第三或门，所述第三或门的第一输入端连接所述第一节点，所述第三或门的第二输入端连接所述第三节点；

第四或门，所述第四或门的第二输入端连接所述第三节点；

第一非门，所述第一非门的输入端连接所述关断信号输入端，所述第一非门的输出端连接所述第四或门的第一输入端；

第二与门，所述第二与门的第二输入端连接所述第三或门的输出端，所述第二与门的第三输入端连接所第四或门的输出端，所述第二与门的输出端连接所述第三节点；

第二非门，所述第二非门的输入端连接所述第三节点，所述第二非门的输出端连接所述第一与门的第三输入端；

第三非门，所述第三非门的输入端连接所述第二节点，所述第三非门的输出端连接所述第二与门的第一输入端；

所述第二节点连接所述逻辑运算电路的低电平输出端，所述第三节点连接所述逻辑运算电路的高电输出端。

优选的，所述第一与门和所述第二与门上均设置有一复位端，所述复位端用于接收所述处理器发送的复位信号以对所述逻辑运算电路进行复位。

优选的，一种新能源电机控制器，包括上述任一所述的电机控制器的硬件保护电路。

优选的，一种新能源汽车，包括所述的新能源电机控制器。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

采用单片机对外界故障信号进行内部直接响应，减少外部逻辑芯片使用数量，减小PCB板面积，降低了电磁辐射的干扰，产品体积更小，稳定性更优，同时在单片机内集成了对二级过压的保护，能够快速实现二级过压保护。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明一种电机控制器的硬件保护电路实施例的结构示意图；

图2为本发明一种电机控制器的硬件保护电路实施例中关断控制模块的结构示意图；

图3为本发明一种电机控制器的硬件保护电路实施例中逻辑运算电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明一种较佳的实施例中，根据图1所示，一种电机控制器的硬件保护电路，包括：

故障采集装置2，连接电机控制器4，用于获取电机控制器4上的故障信号

二级过压采集装置1，连接电机控制器4，用于获取二级过压信号；

处理器3，分别连接故障采集装置2和二级过压采集装置1，用于向电机控制器4输出控制信号，在收到故障信号时生成关断信号并拉低控制信号的电平，在收到二级过压信号时输出短路信号；

电机控制器4，连接处理器3和多个用以控制电机装置绝缘栅型场效应管，用于根据控制信号控制绝缘栅型场效应管的通断状态，在控制信号为电平时关断绝缘栅型场效应管，根据短路信号导通绝缘栅型场效应管以将电机装置短路。

具体地，本实施例中，采用故障采集装置2和二级过压采集装置1采集电机控制器4的故障信号和二级过压信号直接输入至处理器3，处理器3直接对故障信号和二级过压信号进行响应。

在故障状态下处理器3先输出用于关断的控制信号，使得电机控制器4处于断开状态。在电机控制器4断开状态下，可能会产生二级过压，再通过处理器3根据二级过压信号和关断信号输出短路信号，使得电机控制器4处于短路实现二级过压保护。

采用上述方案，处理器3采用单片机，通过单片机的内部逻辑实现对外界故障信号快速相应。上述方案中采用单片机的处理器3响应输出用于关断的控制信号的PWM信号的时间小于50纳秒，输出短路信号的时间小于200纳秒。

本发明一种较佳的实施例中，故障采集装置2包括：

采集模块，连接电机控制器4，用于实时获取电机控制器4的多个状态信息；

比对模块，连接采集模块，用于将每个状态信息与对应预设的故障条件比对，并在任一状态信息符合对应的故障条件时，输出对应的故障信号。

具体地，本实施例中，将状态信息的采集和比对分析分离执行，采用比对模块在判断出电机控制器4的故障类型后生成故障信号，交由处理器3对故障信号进行响应。

本发明一种较佳的实施例中，故障信号包括过压信号、过流信号、控制电欠压信号、过温信号、复位信号、看门狗故障信号；

本发明一种较佳的实施例中，根据图2所示，处理器3包括一关断控制模块，关断控制模块包括：

多个信号输入端31，每个信号输入端31各通过一信号开关33对应连接一信号输出端32，每个信号输入端31各对应连接一PWM控制信号输出装置35，信号输入端31用于接收PWM控制信号输出装置35输出的控制信号，并将控制信号通过信号输出端32发送至电机控制器4中；

每个信号输出端32均连接一接地端36，用于在信号开关33关断时，拉低控制信号的电平；

每个信号开关33均连接一控制器34，控制器34连接故障采集装置2，用于接收故障信号，并在接收到任一故障信号信号时，关断信号开关33。

具体地，本实施例中，关断控制模块在电机控制器4在正常状态下，使得信号开关33都处于导通状态，处理器3通过信号输入端31将控制信号输出至信号输出端32，进而实现PWM控制信号输出装置35输出控制信号，从而控制电机控制器4中绝缘栅型场效应管的通断状态。

在电机控制器4处于故障状态时，信号开关33都处于关断状态，此时接地端36与信号输出端32连接，拉低控制信号，使得控制信号为低电平，从而达到关断电机控制器4中绝缘栅型场效应管的效果。

本发明一种较佳的实施例中，处理器3还包括一二级过压保护模块，二级过压保护模块包括：

过压信号输入端O，连接二级过压采集装置1，用于获取二级过压信号；

关断信号输入端S，用于获取关断信号；

逻辑运算电路，逻辑运算电路的输入端分别连接过压信号输入端O和短路信号输入端31，逻辑运算电路的输出端连接电机控制器4，用于通过对二级过压信号和关断信号逻辑运算获取并输出短路信号。

具体地，本实施例中，二级过压保护模块通过对二级过压信号的逻辑运算得到相应的短路信号。

本发明一种较佳的实施例中，根据图3所示，逻辑运算电路包括：

运算放大器U0，运算放大器U0的正相输入端连接过压信号输入端O，运算放大器U0的负相输入端连接处理器3的内部基准电压REF，运算放大器U0的输出端连接第一节点N1；

第一或门U1，第一或门U1的第一输入端连接第二节点N2，第一或门U1的第二输入端连接第一节点N1；

第二或门U2，第二或门U2的第一输入端连接第二节点N2，第二或门U2的第二输入端连接关断信号输入端S；

第一与门U3，第一与门U3的第一输入端连接第一或门U1的输出端，第一与门U3的第二输入端连接第二或门U2的输出端，第一与门U3的输出端连接第二节点N2；

第三或门U4，第三或门U4的第一输入端连接第一节点N1，第三或门U4的第二输入端连接第三节点N3；

第四或门U5，第四或门U5的第二输入端连接第三节点N3；

第一非门U7，第一非门U7的输入端连接关断信号输入端S，第一非门U7的输出端连接第四或门U5的第一输入端；

第二与门U6，第二与门U6的第二输入端连接第三或门U4的输出端，第二与门U6的第三输入端连接所第四或门U5的输出端，第二与门U6的输出端连接第三节点N3；

第二非门U8，第二非门U8的输入端连接第三节点N3，第二非门U8的输出端连接第一与门U3的第三输入端；

第三非门U9，第三非门U9的输入端连接第二节点N2，第三非门U9的输出端连接第二与门U6的第一输入端；

第二节点N2连接逻辑运算电路的低电平输出端L，第三节点N3连接逻辑运算电路的高平电输出端H。

具体地，本实施例中，高平电输出端H输出高电平信号即输出短路信号，低电平输出端L输出高电平信号则不输出短路信号。短路信号是通过高平电输出端H输出高电平信号的形式发送至电机控制器4。

上述逻辑电路的函数表为：

过压信号通过过压信号输入端O输入至逻辑运算电路，处理器3的内部电压基准REF为2.048V，当外部电压超过基准电压时，过压信号输入端O为高电平。

过压信号输入端O为高电平时，关断信号输入端S决定低电平输出端L和高平电输出端H的电平状态；关断信号输入端S为低电平，则高平电输出端H的输出电平被拉高，关断信号输入端S为高电平，则低电平输出端L的输出电平拉高

低电平输出端L的输出电平为高电平时，低电平输出端L反馈到第一或门U1和第二或门U2以输入高电平，实现自锁；

高平电输出端H的输出电平为高电平时，高平电输出端H反馈到第三或门U4和第四或门U5以输入高电平，实现自锁；

低电平输出端L为高电平时，反馈到第三非门U9的输入端，第三非门U9作为反相器输出低电平，使得高平电输出端H一定输出低电平，实现低电平输出端L和高平电输出端H互锁。

本发明一种较佳的实施例中，第一与门U3和第二与门U6上均设置有一复位端R，复位端R用于根据接收处理器3发送的复位信号以对逻辑运算电路进行复位。

具体地，本实施例中，复位端R可以根据接收处理器3发送的的高低电平信号，实现对内部硬件逻辑的复位。

本发明一种较佳的实施例中，一种新能源电机控制器，包括上述任一的电机控制器的硬件保护电路。

本发明一种较佳的实施例中，一种新能源汽车，包括新能源电机控制器。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电机控制器的硬件保护电路，其特征在于，包括：

故障采集装置，连接所述电机控制器，用于获取所述电机控制器上的故障信号；

二级过压采集装置，连接所述电机控制器，用于获取二级过压信号；

处理器，分别连接所述故障采集装置和所述二级过压采集装置，用于向电机控制器输出控制信号，在收到所述故障信号时生成关断信号并拉低所述控制信号的电平，在收到所述二级过压信号时输出短路信号；

所述处理器包括一关断控制模块，所述关断控制模块包括：

多个信号输入端，每个所述信号输入端各通过一信号开关对应连接一信号输出端，每个所述信号输入端各对应连接一PWM控制信号输出装置，所述信号输入端用于接收所述PWM控制信号输出装置输出的所述控制信号，并将所述控制信号通过所述信号输出端发送至所述电机控制器中；

每个所述信号输出端均连接一接地端，用于在所述信号开关关断时，拉低所述控制信号的电平；

每个所述信号开关均连接一控制器，所述控制器连接所述故障采集装置，用于接收所述故障信号，并在接收到任一所述故障信号信号时，关断所述信号开关；

所述电机控制器，连接所述处理器和多个用以控制所述电机装置绝缘栅型场效应管，用于根据所述控制信号控制所述绝缘栅型场效应管的通断状态，在所述控制信号为电平时关断所述绝缘栅型场效应管，根据所述短路信号导通所述绝缘栅型场效应管以将所述电机装置短路。

2.根据权利要求1所述的电机控制器的硬件保护电路，其特征在于，所述故障采集装置包括：

采集模块，连接所述电机控制器，用于实时获取所述电机控制器的多个状态信息；

比对模块，连接所述采集模块，用于将每个所述状态信息与对应预设的故障条件比对，并在任一所述状态信息符合对应的所述故障条件时，输出对应的所述故障信号。

3.根据权利要求1所述的电机控制器的硬件保护电路，其特征在于，所述故障信号包括过压信号、过流信号、控制电欠压信号、过温信号、复位信号、看门狗故障信号。

4.根据权利要求1所述的电机控制器的硬件保护电路，其特征在于，所述处理器还包括一二级过压保护模块，所述二级过压保护模块包括：

过压信号输入端，连接所述二级过压采集装置，用于获取所述二级过压信号；

关断信号输入端，用于获取所述关断信号；

逻辑运算电路，所述逻辑运算电路的输入端分别连接所述过压信号输入端和所述短路信号输入端，所述逻辑运算电路的输出端连接所述电机控制器，用于通过对所述二级过压信号和所述关断信号逻辑运算获取并输出所述短路信号。

5.根据权利要求4所述的电机控制器的硬件保护电路，其特征在于，所述逻辑运算电路包括：

运算放大器，所述运算放大器的正相输入端连接所述过压信号输入端，所述运算放大器的负相输入端连接所述处理器的内部基准电压，所述运算放大器的输出端连接第一节点；

第一或门，所述第一或门的第一输入端连接第二节点，所述第一或门的第二输入端连接所述第一节点；

第二或门，所述第二或门的第一输入端连接所述第二节点，所述第二或门的第二输入端连接所述关断信号输入端；

第一与门，所述第一与门的第一输入端连接所述第一或门的输出端，所述第一与门的第二输入端连接第二或门的输出端，所述第一与门的输出端连接第二节点；

第三或门，所述第三或门的第一输入端连接所述第一节点，所述第三或门的第二输入端连接第三节点；

第四或门，所述第四或门的第二输入端连接所述第三节点；

第一非门，所述第一非门的输入端连接所述关断信号输入端，所述第一非门的输出端连接所述第四或门的第一输入端；

第二与门，所述第二与门的第二输入端连接所述第三或门的输出端，所述第二与门的第三输入端连接所第四或门的输出端，所述第二与门的输出端连接所述第三节点；

第二非门，所述第二非门的输入端连接所述第三节点，所述第二非门的输出端连接所述第一与门的第三输入端；

第三非门，所述第三非门的输入端连接所述第二节点，所述第三非门的输出端连接所述第二与门的第一输入端；

所述第二节点连接所述逻辑运算电路的低电平输出端，所述第三节点连接所述逻辑运算电路的高电平输出端。

6.根据权利要求5所述的电机控制器的硬件保护电路，其特征在于，所述第一与门和所述第二与门上均设置有一复位端，所述复位端用于接收所述处理器发送的复位信号以对所述逻辑运算电路进行复位。

7.一种新能源电机控制器，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一所述的电机控制器的硬件保护电路。

8.一种新能源汽车，其特征在于，包括如权利要求7所述的新能源电机控制器。