CN109217773A - 一种应用于48v车载电源的电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种应用于48V车载电源的电机控制系统，包括防护滤波模块、电源控制模块、主控模块、通讯模块、预驱动模块、功率驱动模块，取消现有使用的DC‑DC转换网络，降低生产成本，电路结构简单、布线简洁，在转换效率上由原来的12.5%提升到85%，大大提高了系统的稳定性和高效性。

Description

一种应用于48V车载电源的电机控制系统

技术领域

本发明涉及混合动力汽车技术领域，更具体地，涉及一种应用于48V车载电源的电机控制系统。

背景技术

能源和环保是全球性的重大问题，汽车作为能源消耗大户，其低碳化发展已受到人们的广泛关注。现今兴起整车电源系统为48V系统，48V系统主要应用于轻度混合动力车辆，48V系统已逐渐成车企的节能技术选项之一：传统的12V系统在启停技术上接近承载能力的极限，另一方面汽车产品所集成的电子功能越来越多，12V系统已无法满足大功率电气装备的需求。但是现有的汽车用电设备是基于原有整车系统12V乘用车或24V商用车系统，均不能直接在48V的电压系统上正常工作，这导致在48V系统中使用电子水泵必须外加DC-DC转换器把48V降压至12V才能使用，然而电动水泵的持续大电流工作的特性，DC-DC转换器的体积及功耗都无法满足目前整车重量、体积、安全性等方面的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足和缺陷，提供一种应用于48V车载电源的电机控制系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种应用于48V车载电源的电机控制系统，包括防护滤波模块、电源控制模块、主控模块、通讯模块、预驱动模块、功率驱动模块，系统具体为：48V车载电源连接防护滤波模块，经过防护滤波作用后输出48V电压分别连接至电源控制模块功率驱动模块、预驱动模块，经过电源控制模块作用输出5V电压连接至主控模块，通讯模块连接主控模块传输外部指令信号，主控模块根据外部指令信号输出控制信号至预驱动模块，预驱动模块接收控制信号输出驱动电平信号连接至功率驱动模块，功率驱动模块输出三相电流驱动电机。

进一步地，所述防护滤波模块用于滤除高频干扰信号以及防止控制系统接线反接故障，防护滤波模块电路具体为：输入端并联连接双向瞬变抑制二极管与多个电容，再与电感串联后分为四条支路，第一、二支路均连接电容后汇合，汇合端连接第一NMOS管的漏极，第三条支路依次连接电阻以及第一NMOS管的栅极，第一NMOS管的漏极、源极分别连接瞬变二极管的负极与正极，第一NMOS管的源极接地，第四支路连接第二NMOS管的漏极，第二NMOS管的栅极输入电压以保证第二NMOS管导通，第二NMOS管的源极输出电压供后续电路工作。

进一步地，所述电源控制模块用于转换电压，电源控制模块电路具体为：输入端分别连接滤波电路与电压转换芯片输入引脚VIN，输出引脚SW、PRE短接连接整流二极管负极，输出引脚IS连接整流二极管正极，输出引脚BST连接电容至整流二极管负极端，整流二极管负极端连接电感后再分别连接由多个电容组成的并联电路以及输出引脚OUT，并输出5V电压供后续电路工作，输出引脚OUT连接至输出引脚与输出引脚FB之间连接电阻，输出引脚FB连接电阻接地。

进一步地，所述预驱动模块接收来自主控模块输入控制信号，将控制信号转换为3路60V高边驱动电平与3路12V低边驱动电平至功率驱动模块。

进一步地，所述功率驱动模块为三相电机驱动电路，N沟道mos管为高耐压值功率mos管，其电压与电流参数值为100V和120A。

进一步地，所述功率驱动模块还包括电流采样电路，采集电机三相电流并反馈至预驱动模块。

进一步地，所述主控模块为单片机。

本发明取消了现有技术中使用的DC-DC转换网络，降低生产成本，电路结构简单、布线简洁，在转换效率上由原来的12.5%提升到85%，大大提高了系统的稳定性和高效性，同时在功率驱动模块的三相电机驱动电路上使用高耐压的功率MOS，提升了电机在急停时产生的反向电动势的耐受能力，此外串联电流采样电路，采集电机三相电流反馈值预驱动模块对相电流过流进行保护，提升电路的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的控制系统结构示意图。

图2为本发明实施例的防护滤波模块电路示意图。

图3为本发明实施例的电源控制模块电路示意图。

图4为本发明实施例的预驱动模块电路示意图。

图5为本发明实施例的功率驱动模块电路实现方式一示意图。

图6为本发明实施例的功率驱动模块电路实现方式二示意图。

图7为本发明实施例的功率驱动模块电路实现方式三示意图。

图8为本发明实施例的升压电路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

现有技术中通过DC-DC转换网络将48V电压转换成12V电压，再向电机控制系统提供工作电压；或者采用两个电源供电，48V提供给电机，12V提供给电机控制系统，使得电压符合现有的整车应用电气装备。但是这样难以避免两个弊端：一、DC-DC转换器的体积及功耗都难以满足目前整车重量、体积、安全性等方面要求；以及设置两个电源违背节约能源初衷；二、因为48V系统适用于未来的新能源车辆发展，12V系统已无法满足该需求。

本实施例提供一种应用于48V车载电源的电机控制系统，包括防护滤波模块1、电源控制模块2、通讯模块3、主控模块4、预驱动模块5、功率驱动模块6。本实施例以应用到车载电子水泵为例。

控制系统如图1所示具体为：48V车载电源，具体为车载蓄电源；48V车载电源连接防护滤波模块1输出48V电压分别连接至电源控制模块2与功率驱动模块6、预驱动模块；电源控制模块2输出5V电压供主控模块4工作，通讯模块3向主控模块4传输外部指令信号，主控模块4根据外部指令信号输出控制信号至预驱动模块5，预驱动模块5接收控制信号输出驱动电平信号至功率驱动模块6，功率驱动模块6输出三相电流驱动水泵电机。此控制系统取消了DC-DC转换网络，解决了DC-DC转换器的高功耗且占用空间大等问题。

本实施例中防护滤波模块1采用电路具体如图2所示，电路输入端口外接48V电源，电路输入端口与由双向瞬变抑制二极管V11、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16、电容C17彼此并联构成的并联电路一端连接，并联电路另一端与电感L1串联，继而分为四条支路，第一、二支路分别连接电容C18、电容C19后汇合，汇合端连接NMOS管V12的漏极，第三条支路依次连接电阻R11、NMOS管V12的栅极，NMOS管V12的漏极连接瞬变二极管V13的负极、NMOS管V12的源极连接瞬变二极管V13的正极并接地，第四条支路连接至NMOS管V14的漏极，V14的栅极连接单片机控制的升压电路，可以把V14的栅极电压提升至60V左右，保证V14饱和导通,其中升压电路如图8所示，其输入端口引脚VIN连接48V电压，引脚EN为单片机输出的使能信号，当使能信号为5V时，升压电路输出端口引脚GATE输出60V并连接至V14的栅极以保证V14饱和导通，输出端口引脚OUT与GATE之间分别连接二极管的正极与负极，引脚GND接地，V14的源极输出电压供后续电路工作。该电路所起作用为：滤除母线上的高频干扰，防止电路反接造成电路过热烧坏，同时解决反接时信号波动对后续电机产生误差的影响，在后级功率模块或电机出现问题时及时切断功率模块的电源以保证整个系统的安全。

本实施例中电源控制模块2采用电路具体如图3所示，电路输入端分别连接由并联电容C21、电容C22组成的滤波电路，以及电压转换芯片U21输入引脚VIN，输出引脚BST与输出引脚SW及PRE短接端之间连接电容C25，输出引脚IS与输出引脚SW及PRE短接端之间分别连接二极管V21的正极与负极，二极管V21的负极连接电感L21一端，L21另一端输出+5V电压供主控模块工作，同时分别连接由电容C23、C24并联组成的电路并接地，以及输出引脚OUT，输出引脚OUT与输出引脚FB之间连接电阻R21，输出引脚FB连接电阻R22再接地。

本实施例中通讯模块3用于接收例如车辆CAN信号等，发送至主控模块4，主控模块具体为单片机，用于根据接收信号处理分析得到6路5V控制信号发送至预驱动模块。

本实施例中预驱动模块5电路结构如图4所示，电源控制模块2输出48V电压供预驱动模块5正常工作，主控模块4输入6路5V控制信号，预驱动模块5将控制信号转换为3路60V高边驱动电平与3路12V低边驱动电平至功率驱动模块。

本实施例中功率驱动模块6为三相电机驱动电路如图5所示，该电路主要由六个NMOS管组成，以NMOS管V601为例，V601的漏极与源极之间连接由电阻R601、电容C603组成的缓冲吸能电路，V601的栅极与源极之间连接电阻R604，其中RC缓冲电路在驱动信号出现欠阻尼时产生开关信号的震荡时，可以吸收震荡的能量防止信号出现震荡；R605为MOS关断的时候提供一个稳定的参考电平。其中NMOS管为高耐压值功率mos管V601、V602、V603、V604、V605、V606，它们的电压与电流参数值为100V和120A。

功率驱动模块6还包括电流采样电路采集电机相电流和/或电机母线电流反馈至预驱动模块用于控制电机相电流大小，提升电路可靠性。

电流采样电路可采用以下三种方式实现：

（1）如图5所示在NMOS管V601的源极、NMOS管V602的源极引出接头分别连接电阻R608、R607用作电机相上电流采样，反馈至预驱动模块用于控制电流大小，在驱动电路接地端连接R615用作母线电流采样，反馈至预驱动模块用于实现过流保护。

（2）如图6所示在驱动电路三支路接地端分别设置电阻R608、R607、R615采集三路电流大小反馈至预驱动模块。

（3）如图7所示在驱动电路三支路汇总后接地端设置电阻R608采集电流大小反馈至预驱动模块。

根据上述的电机控制系统，控制水泵过程如下：48V电源与控制系统接通，电压首先经过防护滤波模块1实现第一次过滤输出48V电压提供给功率驱动模块及电源控制模块2，电源控制模块2实现第二次高频过滤输出48V电压提供给预驱动模块5，以及转换5V电压提供给主控模块4，同时主控模块4接收来自通讯模块3发送的如CAN信号等经过处理得到6路5V控制信号发送至预驱动模块5，预驱动模块5在工作电压稳定的情况下，接收控制信号转换成3路高边驱动电平及3路低边驱动电平发送至功率驱动模块6，同时还接受功率驱动模块6中的采样电阻采集的三相电流控制相电流大小。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于48V车载电源的电机控制系统，其特征在于，包括防护滤波模块、电源控制模块、主控模块、通讯模块、预驱动模块、功率驱动模块，系统具体为：48V车载电源连接防护滤波模块，经过防护滤波作用后输出48V电压分别连接至电源控制模块、功率驱动模块、预驱动模块，经过电源控制模块作用输出5V电压连接至主控模块，通讯模块连接主控模块传输外部指令信号，主控模块根据外部指令信号输出控制信号至预驱动模块，预驱动模块接收控制信号输出驱动电平信号连接至功率驱动模块，功率驱动模块输出三相电流驱动电机。

2.根据权利要求1所述的一种应用于48V车载电源的电机控制系统，其特征在于，所述防护滤波模块用于滤除高频干扰信号以及防止控制系统接线反接故障，防护滤波模块电路具体为：输入端并联连接双向瞬变抑制二极管与多个电容，再与电感串联后分为四条支路，第一、二支路均连接电容后汇合，汇合端连接第一NMOS管的漏极，第三条支路依次连接电阻以及第一NMOS管的栅极，第一NMOS管的漏极、源极分别连接瞬变二极管的负极与正极，第一NMOS管的源极接地，第四支路连接第二NMOS管的漏极，第二NMOS管的栅极输入电压以保证第二NMOS管导通，第二NMOS管的源极输出电压供后续电路工作。

3.根据权利要求2所述的一种应用于48V车载电源的电机控制系统，其特征在于，所述第二NMOS管的栅极连接升压电路，升压电路由单片机输入使能信号控制工作，输出60V电压至第二NMOS管的栅极以保证第二NMOS管导通。

4.根据权利要求1所述的一种应用于48V车载电源的电机控制系统，其特征在于，所述电源控制模块用于转换电压，电源控制模块电路具体为：输入端分别连接滤波电路与电压转换芯片输入引脚VIN，输出引脚SW、PRE短接连接整流二极管负极，输出引脚IS连接整流二极管正极，输出引脚BST连接电容至整流二极管负极端，整流二极管负极端连接电感后再分别连接由多个电容组成的并联电路以及输出引脚OUT，并输出5V电压供后续电路工作，输出引脚OUT连接至输出引脚与输出引脚FB之间连接电阻，输出引脚FB连接电阻接地。

5.根据权利要求1所述的一种应用于48V车载电源的电机控制系统，其特征在于，所述预驱动模块接收来自主控模块的控制信号并将控制信号转换为3路60V高边驱动电平与3路12V低边驱动电平至功率驱动模块。

6.根据权利要求1所述的一种应用于48V车载电源的电机控制系统，其特征在于，所述功率驱动模块为三相电机H桥驱动电路，包括六个NMOS管，均为高耐压值功率mos管，其电压与电流参数值为100V和120A。

7.根据权利要求1所述的一种应用于48V车载电源的电机控制系统，其特征在于，所述功率驱动模块还包括电流采样电路，采集电机电流并反馈至预驱动模块。

8.根据权利要求6所述的一种应用于48V车载电源的电机控制系统，其特征在于，所述预驱动模块根据电流采样电路反馈的电机电流控制每相电流大小，以防相电流过流。

9.根据权利要求1所述的一种应用于48V车载电源的电机控制系统，其特征在于，所述主控模块为单片机。

10.根据权利要求1所述的一种应用于48V车载电源的电机控制系统，其特征在于，所述通讯模块传输信号为汽车CAN信号。