CN109194110A - 大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路 - Google Patents

大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路 Download PDF

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张建
于宗洋
王康乐
杨建成
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Abstract

本发明公开了一种大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路，属于电子电路技术领域。提出一种高压大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路设计方案，缓充电电路设计避免对外部电源设备产生影响；上电时序保证了控制电路先上电，驱动电路后上电，避免因控制器上电过程中的不定状态对控制器产生损坏。与以往单一上电时序管理技术相比较，该方案综合考虑以上两种功能，提出了缓充电与上电时序功能集成的设计方法，给电机驱动系统供电电路上了“双保险”，使系统稳定可靠工作；功能电路采用两个小型IGBT或集成两种开关的IGBT模块，有效实现了驱动电路及控制器的小型化。

Description

大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种高压大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路。
背景技术
电机驱动控制器，一般由控制电路和驱动电路组成。主要功能是接收上位机主控制器的指令，为电动泵提供动力，带动油泵旋转，按要求完成油液供给，同时实时向主控制器反馈相关信息。
在电机驱动系统上电期间，控制电路中的控制芯片需经历一定的时间完成复位，此过程控制芯片输出的控制信号状态具有不确定性，容易导致驱动电路失控，可能会导致逆变器上下管直通烧坏，使系统工作不可靠。大功率电机驱动系统中，功率母线电压一般为200V以上高压，上电时，由于母线电容电压为零，瞬时电流很大，因此需考虑对整流桥及驱动开关管的保护。因此，为保证大功率电机驱动系统安全启动，需合理设计逻辑控制电路以保障按一定顺序上电：即上电时，低压控制电路先上电，高压功率电路后上电。
因此，需要提出一种体积较小、工程上方便实现、上电时序易于调控且包含系统上电“软充电”的驱动保护电路，避免控制电路信号状态输出不稳定导致功率电路误动作，保证电机系统运行安全。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种易于工程实现、体积较小的大功率电机驱动控制器充电和上电时序保护电路，保证电机系统运行可靠。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路，所述电路包括：缓充电控制模块、上电时序控制模块、母线电压检测模块及主控单元DSP；
缓充电控制模块包括Rc、Q1、DTVS1、R1和C1，上电时序控制模块包括Q2、DTVS2、R2以及C2；其中，Q1为IGBT，是母线缓充电上电电路功率开关管；IGBT的1脚为其控制端，即栅极，用于控制IGBT导通与关断；Q2为IGBT，是驱动控制器时序上电功率开关管；Rc为预充电电阻，用于吸收母线电流，以保护电机系统中的整流桥逆变电路；DTVS1为瞬变电压抑制二极管，用于提供缓充电控制模块瞬间过电压保护；DTVS2为瞬变电压抑制二极管，用于提供上电时序控制模块瞬间过电压保护；
Rc一端连接外部高压供电电源Vin，另一端连接Q1的2脚，即源极；Q1的3脚，即漏极，分别连接DTVS1、R1、C1、C2、R2、DTVS2的一端、一母线电容CB的一端，Q2的3脚，即漏极，以及母线电压输出端Vout的正极，CB另一端连接Vout负极；Q1的1脚，即栅极，连接DTVS1、R1和C1的另一端，以及DSP的输出端；Q2的2脚，即源极连接Vin，1脚，即栅极连接C2、R2、DTVS2的另一端以及DSP的输出端；
母线电压检测模块用于在系统上电后，实时检测母线电压，高压电经预充电电阻Rc及Q1，DSP用于当母线电压达到设定阈值后，输出控制信号G_HC，给Q1栅极一个关断控制信号，使Q1关断，以完成缓充电上电过程；
DSP还用于在母线电压达到设定阈值后，在关断功率管Q1的同时，输出一个控制Q2导通的信号G_SX，使Q2导通，使得功率驱动电路完成上电。
优选地，DSP还用于当系统下电停止工作时，控制Q1及Q2导通与关断的时序，以实现先下功率电，后下控制电的时序。
优选地，所述大功率电机驱动控制器为泵用电机驱动控制器。
优选地，Vin为200V以上电压。
优选地，DSP还用于在缓充电上电过程中，控制上电延迟时间。。
(三)有益效果
本发明提出一种高压大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路设计方案，缓充电电路设计避免对外部电源设备产生影响；上电时序保证了控制电路先上电，驱动电路后上电，避免因控制器上电过程中的不定状态对控制器产生损坏。与以往单一上电时序管理技术相比较，该方案综合考虑以上两种功能，提出了缓充电与上电时序功能集成的设计方法，给电机驱动系统供电电路上了“双保险”，使系统稳定可靠工作；功能电路采用两个小型IGBT或集成两种开关的IGBT模块，有效实现了驱动电路及控制器的小型化。
附图说明
图1为本发明的功能模块框图；
图2为本发明的主要功能电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路在进行硬件电路设计时，主要采用缓充电控制模块(含IGBT开关管)、上电时序控制模块(含IGBT开关管)、母线电压检测模块及主控单元DSP为直流母线设计上电时序及缓充电电路。系统采用单一电源供电，系统上电开始，先使控制电路电源上电(经高压电源二次转换)；然后采用预充电电阻使主电路延缓上电，当充电完成后，通过DSP输出控制信号，控制缓充电控制模块中的IGBT开关管将预充电电阻切断。以上电路中，为尽量减小控制器体积，采用两个小型IGBT或集成有两种开关的IGBT模块，以满足上述电路使能逻辑开关信号输出。最终可实现高压大功率电机驱动器上电时，控制电路先于驱动电路供电的时序，并使母线电路缓充电上电，使系统运行安全可靠。
如图2所示，为本发明的大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路中缓充电控制模块、上电时序控制模块的电路原理图。其中，电机驱动控制器外部高压供电电源为整个电机驱动控制器各模块的正常工作提供电能，即采用单一电源供电方式，低压控制电需通过高压电源进行转换。
图2中：
Q1：IGBT，母线缓充电上电电路功率开关管；IGBT开关管的1脚为其控制端(栅极)，控制IGBT导通与关断。
Q2：IGBT，驱动控制器时序上电功率开关管；
Rc：预充电电阻，用于吸收母线电流，以保护电机系统中的整流桥逆变电路；
DTVS1：瞬变电压抑制二极管，用于提供缓充电控制模块瞬间过电压保护；
DTVS2：瞬变电压抑制二极管，用于提供上电时序控制模块瞬间过电压保护；
CB为母线电容。
Vin和Vout分别为单一的外部高压供电电源(为输入端)和母线电压输出端。这里的高压供电一般为200V以上。
缓充电控制模块包括Rc、Q1、DTVS1、R1和C1，上电时序控制模块包括Q2、DTVS2、R2以及C2。其中，Rc一端连接Vin，另一端连接Q1的2脚，即源极；Q1的3脚，即漏极，分别连接DTVS1、R1、C1、CB、C2、R2、DTVS2的一端、Q2的3脚，即漏极，以及Vout的正极，CB另一端连接Vout负极；Q1的1脚，即栅极，连接DTVS1、R1和C1的另一端，以及DSP的输出端；Q2的2脚，即源极连接Vin，1脚，即栅极连接C2、R2、DTVS2的另一端以及DSP的输出端。
上述电路具体工作流程如下：
系统初始上电时，经二次转换的低压控制电路随即上电，控制电路中各控制芯片完成复位；初始时，功率管Q1导通，Q2关断，系统上电后，母线电压检测模块实时检测母线电压，高压电经预充电电阻Rc及Q1，当母线电压达到某一设定阈值后，DSP输出控制信号G_HC，给开关管Q1栅极一个关断控制信号，使Q1关断。以上即为缓充电上电过程，上电延迟时间由主控单元DSP进行编程控制。
母线电压达到设定阈值后，在关断功率管Q1的同时，DSP输出一个控制开关管Q2导通的信号G_SX，使Q2导通。此时功率驱动电路完成上电。以上过程就实现了对高压大功率电机驱动控制器上电时序控制。很好地保护供电电路，使电机控制器安全可靠运行。
同样地，当系统下电停止工作时，设计的充电与上电时序电路通过DSP控制功率管Q1及Q2导通与关断的时序，也能很容易实现先下功率电，后下控制电的时序。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种大功率电机驱动控制器充电与上电时序电路，其特征在于，所述电路包括：缓充电控制模块、上电时序控制模块、母线电压检测模块及主控单元DSP；
缓充电控制模块包括Rc、Q1、DTVS1、R1和C1，上电时序控制模块包括Q2、DTVS2、R2以及C2；其中，Q1为IGBT，是母线缓充电上电电路功率开关管；IGBT的1脚为其控制端，即栅极，用于控制IGBT导通与关断；Q2为IGBT，是驱动控制器时序上电功率开关管；Rc为预充电电阻，用于吸收母线电流，以保护电机系统中的整流桥逆变电路；DTVS1为瞬变电压抑制二极管，用于提供缓充电控制模块瞬间过电压保护；DTVS2为瞬变电压抑制二极管，用于提供上电时序控制模块瞬间过电压保护；
Rc一端连接外部高压供电电源Vin，另一端连接Q1的2脚，即源极；Q1的3脚，即漏极，分别连接DTVS1、R1、C1、C2、R2、DTVS2的一端、一母线电容CB的一端，Q2的3脚，即漏极，以及母线电压输出端Vout的正极，CB另一端连接Vout负极；Q1的1脚，即栅极，连接DTVS1、R1和C1的另一端，以及DSP的输出端；Q2的2脚，即源极连接Vin，1脚，即栅极连接C2、R2、DTVS2的另一端以及DSP的输出端；
母线电压检测模块用于在系统上电后，实时检测母线电压，高压电经预充电电阻Rc及Q1，DSP用于当母线电压达到设定阈值后，输出控制信号G_HC，给Q1栅极一个关断控制信号，使Q1关断，以完成缓充电上电过程；
DSP还用于在母线电压达到设定阈值后，在关断功率管Q1的同时，输出一个控制Q2导通的信号G_SX，使Q2导通，使得功率驱动电路完成上电。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，DSP还用于当系统下电停止工作时，控制Q1及Q2导通与关断的时序，以实现先下功率电，后下控制电的时序。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述大功率电机驱动控制器为泵用电机驱动控制器。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，Vin为200V以上电压。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，DSP还用于在缓充电上电过程中，控制上电延迟时间。
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