CN109466329B

CN109466329B - 新能源汽车驱动装置

Info

Publication number: CN109466329B
Application number: CN201710809982.2A
Authority: CN
Inventors: 夏一帆; 古强; 张新林; 陈竹; 王坚; 沈泽华; 石高峰; 陈日; 王宇; 周稳; 黄志勇
Original assignee: Hunan CRRC Times Electric Vehicle Co Ltd
Current assignee: Hunan Crrc Commercial Vehicle Power Technology Co ltd; CRRC Electric Vehicle Co Ltd
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: CN109466329A

Abstract

本发明提供一种新能源汽车驱动装置，装置包括：信号发生模块，其用以产生脉冲开关信号；驱动控制核心模块，其与信号发生模块连接，用以接收脉冲开关信号并将其放大以驱动晶闸管工作；锁位模块，其连接在驱动控制核心模块的复位端上，以在上电期间发出复位信号，进而延时接收输入的脉冲开关信号。本发明提供的新能源汽车驱动装置由于采用了锁位模块，因此能够实现上电复位功能，在新能源汽车上电时，锁位模块对复位信号进行锁定，保持一定时间的有效状态，使得驱动板不响应脉冲开关信号，避免新能源汽车上电过程中可能出现的误动作，保证车辆的启动安全。另外，由于本发明还可以采用信号延时模块，因此锁定的时间可以自由设置。

Description

新能源汽车驱动装置

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，具体说涉及一种新能源汽车驱动装置。

背景技术

在新能源汽车中，驱动板是一个极其关键的部件，保证它正常有序工作尤为重要。一般来说，在上电过程中，控制信号需要一定时间才能稳定，如果不对驱动板进行一定的初始保护，可能导致车辆出现误动作。

因此，目前急需一种能提高驱动板在上电过程中的稳定性，也能减少车辆在上电过程中出现误动作的新能源汽车驱动装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种新能源汽车驱动装置，所述装置包括：

信号发生模块，其用以产生脉冲开关信号；

驱动控制核心模块，其与所述信号发生模块连接，用以接收所述脉冲开关信号并将其放大以驱动晶闸管工作。

锁位模块，其连接在所述驱动控制核心模块的复位端上，以在上电期间发出复位信号，进而延时接收输入的脉冲开关信号。

根据本发明的一个实施例，所述锁位模块包括：

信号延时单元，其输入连接在电源的高电平端上，用以将所述电源的高电平信号经过一定延时输出。

根据本发明的一个实施例，所述锁位模块还包括：

反相逻辑单元，其与所述信号延时单元的输出连接，以将上电期间信号延时单元上产生的高电平信号转变成低电平信号。

根据本发明的一个实施例，所述信号延时单元包括RC电路，所述RC电路的电阻值和电容值根据需要延时的时间确定。

根据本发明的一个实施例，所述反相逻辑单元包括：

与非门逻辑电路，其中所述与非门逻辑电路的两个输入端连接在一起。

根据本发明的一个实施例，所述与非门逻辑电路中还包括输入端上串联的输入保护电阻和输出端上串联的输出保护电阻。

根据本发明的一个实施例，所述RC电路中的电阻连接在电容和地之间，其对电容有充电保护的作用。

本发明的有益之处在于，由于采用了锁位模块，因此能够实现上电复位功能，在新能源汽车上电时，锁位模块对复位信号进行锁定，保持一定时间的有效状态，使得驱动板不响应脉冲开关信号，避免新能源汽车上电过程中可能出现的误动作，保证车辆的启动安全。另外，由于本发明还可以采用信号延时模块，因此锁定的时间可以自由设置。并且，本发明的电路简单，采用的元器件都是成熟产品，可行性以及可靠性高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了一种新能源汽车驱动装置的复位信号传递框图；

图2显示了根据本发明的一个实施例的新能源汽车驱动装置的结构框图；

图3进一步显示了根据本发明的一个实施例的新能源汽车驱动装置的细节结构框图；

图4显示了根据本发明的另一个实施例的新能源汽车驱动装置的细节结构框图；

图5显示了一种RC信号延时电路的电路图；

图6显示了一种RC信号延时电路的电容两端电压与时间的函数关系图；以及

图7显示了根据本发明的一个实施例的锁位模块电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

图1显示了一种新能源汽车驱动装置的复位信号传递框图。如图1所示，复位信号不经过其他模块，直接传送至驱动板。

驱动板作为新能源汽车电驱系统的关键环节，起到放大脉冲开关信号驱动IGBT和保护IGBT的作用。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

在送给驱动板的控制信号中，通常包含复位信号和脉冲开关信号。复位信号可以控制驱动板是否响应脉冲开关信号。脉冲开关信号实现IGBT的开关。

驱动板将脉冲开关信号进行功率放大驱动IGBT开关以带动电机有序运行，从而实现车辆的启动、行驶、停车等功能。

要对脉冲开关信号进行功率放大就需要功率放大电路。功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带载能力要强。要实现较高效率的功率放大，需要注意以下几点：

第一，输出功率要尽量大，要求输出功率尽可能大是为了获得大的功率输出，因此功率放大电路中的功放管的电压和电流都要有足够大的输出幅度，能够使管子在接近极限状态下工作。

第二，效率要高，要达到高效率的同时输出功率大，直流电源消耗的功率也大。效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值，比值越大，效率越高。

第三，非线性失真要小，功率放大电路在大信号下工作，不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，使得输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。所以，平衡好大功率以及非线性失真间的关系也就尤为重要。

第四，散热少，BJT即双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor)的散热问题。在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题。

第五，功率管参数的选择，在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压高，通过的电流大，功率管损坏的可能性比较大，所以功率管的参数选择与保护问题也不容忽视。

以上五个问题均是在设计以及使用功率放大电路中需要注意的问题，在本发明的功率放大电路的设计以及使用中可以根据以上五点来对功率放大电路进行调整。

在车辆上电过程中，由于脉冲开关信号不稳定，可能出现驱动板误动作导致IGBT的不正常开关，以致车辆出现异常的情况。因此，图1所示的新能源汽车驱动装置在车辆上电过程中，一旦出现出现控制信号不稳定的情况，可能会导致车辆出现误动作，引发严重的后果。

为了解决以上驱动装置存在的不足，本发明提供了一种新能源汽车驱动装置，能够对复位信号进行锁定，保持一定时间的有效状态，使得驱动板不响应脉冲开关信号，避免新能源汽车上电过程中可能出现的误动作。

图2显示了根据本发明的一个实施例的新能源汽车驱动装置的结构框图。如图2所示，装置包括信号发生模块101、驱动控制核心模块102以及锁位模块103。其中，信号发生模块101连接驱动控制核心模块102，驱动控制核心模块102连接锁位模块103。

信号发生模块101用于产生脉冲开关信号。驱动控制核心模块102用以接收脉冲开关信号并将其放大以驱动晶闸管工作。锁位模块103在上电期间发出复位信号，进而延时接收输入的脉冲开关信号。

其中，信号发生模块101将产生的脉冲开关信号传送至驱动控制核心模块102，驱动控制核心模块102中的功率放大电路将脉冲开关信号进行功率放大，然后驱动IGBT开关，使得IGBT开关带动电机运行。电机带动车辆实现车辆的启动、行驶以及停车等功能。

没有设置锁位模块103的新能源汽车驱动装置在车辆上电的过程中，由于脉冲开关信号的不稳定，可能会出现汽车驱动板即驱动控制核心模块102误动作导致的IGBT的不正常开关，车辆出现异常的情况。

因此本发明的新能源汽车驱动装置设有锁位模块103，用来在上电期间发出复位信号，进而延时接收输入的脉冲开关信号。采用锁位模块103能够实现上电复位功能，在新能源汽车上电时，锁位模块103对复位信号进行锁定，保持一定时间的有效状态，使得驱动板不响应脉冲开关信号，避免新能源汽车上电过程中可能出现的误动作，保证车辆的启动安全。

图3进一步显示了根据本发明的一个实施例的新能源汽车驱动装置的细节结构框图。如图3所示，装置包括信号发生模块101、驱动控制核心模块102以及锁位模块103。其中，锁位模块103包含信号延时单元1031以及反向逻辑单元1032。

其中，图3与图2的不同之处在于，图3更进一步的详细介绍了锁位模块103包含的两个单元，即信号延时单元1031以及反向逻辑单元1032。

信号延时单元1031输入连接在电源的高电平端上，用以将电源的高电平信号经过一定延时输出。反相逻辑单元1032与信号延时单元1031的输出连接，以将上电期间信号延时单元1031上产生的高电平信号转变成低电平信号。

由信号延时单元1031以及反向逻辑单元1032组成的锁位模块103能够在上电复位期间锁定一段时间复位信号，避免车辆上电期间的误操作，保证车辆在启动时的安全。

图4显示了根据本发明的另一个实施例的新能源汽车驱动装置的细节结构框图。如图4所示，包含信号发生模块101、驱动控制核心模块102以及锁位模块103。其中，锁位模块103包含信号延时单元1031以及反向逻辑单元1032。信号延时单元1031包含RC电路10311，反向逻辑单元1032包含与非门逻辑电路10321。

其中，图4为图3中信号延时单元1031以及反向逻辑单元1032的具体实施方式。为了实现信号延时单元1031的延时信号的作用，可以选用RC电路10311来进行信号的延时。为了实现反向逻辑单元1032进行高低电平之间转换的目的，可以选用与非门逻辑电路10321来将高电平转换为低电平。延时的时间范围主要根据系统的稳定时间来确定，系统稳定快，延时时间短，反之则时间长。一般不超过1s。

RC电路为延时电路设计中最为简单的一个电路，RC电路的优点在于，使用的器件少，实现简单以及可以对延时时间进行调节。

图5显示了一种RC信号延时电路的电路图。如图5所示，信号延时电路包含电源E、开关S、电阻R以及电容C。其中，电源E的正极端连接开关S的一端，开关S的另一端连接电阻R的一端，电阻R的另一端连接电容C的一端，电容C的一端连接电源E的负极端。

当开关K合上后的一段时间内，电路中有电流I通过，电源E通过电阻R向电容C充电，电容C上的电压Uc逐渐升高，因电阻R、电容C、电源E是常量，而电容电压Uc、电流I是变量，故根据回路电压定律，可得：

E＝IR+Uc (1)

因为在Δt时间内，电路中任意横截面上的平均电流等于电量的变化量，即I＝dQ/dt，也就是说电流I是电容C上的电荷Q对时间t的导数。另根据电容的定义，Q＝CUc，因此

I＝dQ/dt＝d(CUc)/dt＝CdUc/dt (2)

用(2)式代入(1)式得方程(3)：

E＝RCdUc/dt+Uc (3)

将方程(3)进行分离变量得：

dUc/(E-Uc)＝dt/RC

两边积分，

即

对于(3)式一个含有未知函数Uc(t)的微分方程，其初始条件，开关K刚合上的瞬间时t＝0，这时电容器上的电压变化量Uc为零，

即

(Uc/t＝0)＝0， (5)

其中a是任意常数，把初始条件(5)式代入(4)式得a＝-LnE，把a的值代入(4)式得-Ln(E-Uc)＝1/RC*t-LnE，整理可得

LnE-Ln(E-Uc)＝(1/RC)*t (6)

即

t＝RC*Ln[E/(E-Uc)] (7)

对(7)式去对数，变为E/(E-Uc)＝e^t/RC，最后得到

Uc＝E(1-1/e^t/RC)

可见，电容器两端电压的变化与时间的指示函数有关，如图6，图6显示了一种RC信号延时电路的电容两端电压与时间的函数关系图，充电开始时，t＝0，Uc＝0，I＝E/R(最大值)，最后I＝0，Uc＝E(最大值)。

从以上分析可知，电容器充电速度与R和C的大小有关，即C越大，充至同样电压所需的电荷越多，Uc上升的也就越慢，R越大，充电电流就越小，Uc上升也就越慢。也即RC电路作为延时使用时可以通过改变电阻以及电容值的大小来调整延时时间。

图7显示了根据本发明的一个实施例的锁位模块电路图。如图7所示，锁位模块103包括电源Vcc、电容C1、电阻R1、地GND、与非门D1、电阻R3以及复位端Reset。其中，电源Vcc连接电容C1，电容C1的另一端连接电阻R1以及电阻R2，电阻R1的一端连接地GND。电阻R2的另一端连接与非门的1端以及2端，与非门的输出端连接电阻R3，电阻R3的另一端连接复位端Reset。

驱动板即驱动控制核心模块102上电时，由于电容C1两端电压不能突变且与非门D1输入电阻相比于R1、R2电阻要大得多，此时Vt＝Vcc＞Vl，复位端Resrt信号为低，复位一直有效，驱动板不响应脉冲开关信号。

上电同时，电源Vcc对电容C1进行充电，Vt电压值开始下降，经过锁定时间Tr后，此时Vt＜Vl，与非门翻转，复位端Reset信号变为高，复位无效，驱动板正常工作。

其中，Vcc为供电电源，GND为电源地，C1为充电电容，R1为电容充电保护电阻，R2为与非门输入保护电阻，1、2为与非门输入，3为与非门输出，D1为与非门，R3为与非门输出保护电阻，Reset为复位信号，Vl为与非门低触发电压。

与非门逻辑关系如下所示：

若输入1为高电平，输入2为高电平，则输出3为零；

如输入1为低电平，输入2为低电平/高电平，则输出3为Vcc；

如输入1为高电平/低电平，输入2为低电平，则输出3为Vcc。

其中，高电平是指高于与非门高触发电平Vh，Vh＜Vcc；低电平是指低于与非门低触发电平Vl，Vl＞0。

采用如图7所示的锁位模块对复位信号进行处理，能使驱动板在上电时在锁定时间Tr保持锁定状态不工作，避免上电过程中的误动作。锁定时间Tr可以通过改变C1、R1进行设置。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种新能源汽车驱动装置，其特征在于，对复位信号进行锁定，保持一定时间的有效状态，使得驱动板即驱动控制核心模块不响应脉冲开关信号，避免新能源汽车上电过程中可能出现的误动作，所述装置包括：

信号发生模块，其用以产生脉冲开关信号；

驱动控制核心模块，其与所述信号发生模块连接，用以接收所述脉冲开关信号并将其放大以驱动晶闸管工作；

锁位模块，其连接在所述驱动控制核心模块的复位端上，以在上电期间发出复位信号，进而延时接收输入的脉冲开关信号；

锁位模块包括供电电源（Vcc）、充电电容（C1）、电容充电保护电阻（R1）、电源地（GND）、与非门（D1）、与非门输入保护电阻（R2）、与非门输出保护电阻（R3）以及复位端（Reset），其中，供电电源（Vcc）连接充电电容（C1），充电电容（C1）的另一端连接电容充电保护电阻（R1）以及与非门输入保护电阻（R2），电容充电保护电阻（R1）的一端连接电源地（GND），与非门输入保护电阻（R2）的另一端连接与非门（D1）的输入1端以及输入2端，与非门（D1）的输出端连接与非门输出保护电阻（R3），与非门输出保护电阻（R3）的另一端连接复位端（Reset）；

驱动板即驱动控制核心模块上电时，由于充电电容（C1）两端电压不能突变且与非门（D1）输入电阻相比于电容充电保护电阻（R1）、与非门输入保护电阻（R2）要大，此时Vt＝Vcc＞Vl，复位端（Reset）信号为低，复位一直有效，驱动板不响应脉冲开关信号；

上电同时，供电电源（Vcc）对充电电容（C1）进行充电，与非门两个输入端口之间的电压值Vt开始下降，经过锁定时间Tr后，此时Vt＜Vl，与非门（D1）翻转，复位端（Reset）信号变为高，复位无效，驱动板正常工作，其中，Vl为与非门低触发电压；

所述锁位模块对复位信号进行处理，能使驱动板在上电时在锁定时间Tr保持锁定状态不工作，避免上电过程中的误动作，锁定时间Tr可以通过改变充电电容（C1）、电容充电保护电阻（R1）进行设置。

2.如权利要求1所述的新能源汽车驱动装置，其特征在于，所述锁位模块包括：

3.如权利要求2所述的新能源汽车驱动装置，其特征在于，所述锁位模块还包括：

4.如权利要求2所述的新能源汽车驱动装置，其特征在于，所述信号延时单元包括RC电路，所述RC电路的电阻值和电容值根据需要延时的时间确定。

5.如权利要求3所述的新能源汽车驱动装置，其特征在于，所述反相逻辑单元包括：

6.如权利要求5所述的新能源汽车驱动装置，其特征在于，所述与非门逻辑电路中还包括输入端上串联的输入保护电阻和输出端上串联的输出保护电阻，所述输出保护电阻的阻值大小根据所述与非门逻辑电路的最大输出电流来选取。

7.如权利要求4所述的新能源汽车驱动装置，其特征在于，所述RC电路中的电阻连接在电容和地之间，其对电容有充电保护的作用，其阻值大小根据所述电容能承受的最大充电电流来选取。