CN110474297A - 一种电机控制器的主动保护回路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机控制器的主动保护回路，包括故障检测单元和主动短路单元：所述故障检测单元包括三输入与门U1和锁存器U2；三输入与门U1的三个输入端分别连接母线电压过压故障信号输出端、三相电流过流故障信号输出端和低压电源故障信号输出端，三输入与门U1输出端连接锁存器U2的输入端，锁存器U2的输出端输出主动短路信号ASC到主动短路单元；所述主动短路单元包括六个与门U3～U8，两个三输入与门U9、U10，四个非门U11～U14，六个或门U15～U20。本发明的电机控制器的主动保护回路，实现了上下桥臂的切换，可以在电机不同的工作模式下，或者是客户不同的安全模式要求下，实现上下桥臂的选择来实现ASC功能。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制器领域，特别涉及一种电机控制器的主动保护回路。
背景技术
现有电机控制器的故障包括三种：
（1）母线电压过压故障，将母线电压与定义的安全阈值进行实时比较，一旦母线电压超过安全阈值，逆变器控制器使逆变器进入ASC模式；避免母线电压过大造成的电路元器件烧毁；
（2）三相电流过流故障，控制器对三相电流进行实时采样，当三相电流中的任意一项相（Iu、Iv、Iw）出现过流时，控制器进行判断，当相电流超过设定的阈值时，控制器采取措施使逆变器进入ASC模式，避免像电流过大造成电路和器件的烧毁；
（3）低压电源故障，控制器的大部分安全策略能够顺利执行的前提条件是低压电正常进行，当低压电出现故障时，控制器进入ASC模式，避免出现低压电异常时安全策略失效，对元器件造成损坏。
当电机控制器三相过流、母线电压过压、低压电源故障时，这三种故障情况下，无论出现哪一种故障现象，电机控制器都会进入主动短路（active short ciucirt）状态；IGBT的三个下桥臂功率管开通，三个上桥臂功率管关断，使发生故障时，电机线圈和IGBT的下三桥形成回路，电机旋转产生的感应电动势会在电机绕组中产生电流，该电流通过开通的三相下桥臂流通，电机与高压电池以及直流侧电容之间没有能量交换，因此电机只会产生较小的制动转矩，进而确保车辆安全。
现在技术方案只实现了一种短路保护模式，三个下桥臂的功率器件短路实现ASC功能，不能选择三个上桥臂的功率器件短路实现ASC功能。
发明内容
本发明目的是：提供一种电机控制器的主动保护回路，根据上述现有技术控制缺陷实现上下桥臂的切换，可以在电机不同的工作模式下，或者是客户不同的安全模式要求下，实现上下桥臂的选择来实现ASC功能。
本发明的技术方案是：
一种电机控制器的主动保护回路，包括故障检测单元和主动短路单元：
所述故障检测单元包括三输入与门U1和锁存器U2；三输入与门U1的三个输入端分别连接母线电压过压故障信号输出端、三相电流过流故障信号输出端和低压电源故障信号输出端，三输入与门U1输出端连接锁存器U2的输入端，锁存器U2的输出端输出主动短路信号ASC到主动短路单元；
所述主动短路单元包括六个与门U3～U8，两个三输入与门U9、U10，四个非门U11～U14，六个或门U15～U20，由DSP输出控制信号DSP1和DSP2，电机控制器输出驱动故障信号F0，其中：
DSP控制信号DSP1直接连接三输入与门U9的一个输入端，DSP控制信号DSP2与主动短路信号ASC分别通过非门U11、U12连接三输入与门U9的两个输入端，三输入与门U9输出上三桥ASC信号；DSP控制信号DSP2直接连接三输入与门U10的一个输入端，DSP控制信号DSP1与主动短路信号ASC分别通过非门U13、U14连接三输入与门U10的两个输入端，三输入与门U10输出下三桥ASC信号；
驱动故障信号F0分别与电机控制器的PWM1～PWM6信号连接与门U3～U8的两个输入端，与门U3、U4、U5的输出信号分别与上三桥ASC信号连接或门U15、U16、U17的两个输入端，或门U15、U16、U17分别输出PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT信号到IGBT上三桥臂Q1、Q3、Q5；与门U6、U7、U8的输出信号分别与下三桥ASC信号连接或门U18、U19、U20的两个输入端；或门U18、U19、U20分别输出PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT信号到IGBT下三桥臂Q2、Q4、Q6。
优选的，所述过压故障信号输出端、三相电流过流故障信号输出端和低压电源故障信号输出端输出信号分别为HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR；
当检测到母线上的电压值低于设定的阈值电压时，HV_OVER为高电平；当检测到母线上的电压值高于设定的阈值电压时HV_OVER为低电平；
当三相电流低于设定的阈值时，OVERCURRENT为高电平，当三相电流中的任意一相电流高于设定的阈值时，OVERCURRENT为低电平；
当低压电源正常时，ENDRV_PWR输出高电平，点低压电源出现故障的时候ENDRV_PWR输出低电平。
优选的，当HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR三个信号都正常时，均为高电平，三输入与门U1输出ASC_DSP信号为高电平；当HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR三个信号中的任意一个出现故障时，即任意一个输出低电平，则ASC_DSP信号输出为低电平，并经过锁存器U2，使锁存器U2的输出ASC始终为低电平；当HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR三个信号均恢复正常后，向锁存器U2输入高电平的复位信号ASC_RST，ASC输出为高电平。
优选的，DSP控制信号DSP1、DSP2和主动短路信号ASC通过非门U11～U14和三输入与门U9、U10逻辑计算得到上三桥ASC信号和下三桥ASC信号两种状态：
当上三桥ASC信号为高电平时，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT输出为高电平，IGBT的上三个桥臂Q1、Q3、Q5导通，实现电机内部短路；
当上三桥ASC信号为低电平时，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT的输出分别根据与门U3、U4、U5的输出而定：如果此时驱动正常F0为高电平，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT为正常的PWM输出，当驱动异常时F0为低电平，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT的输出为低电平；
当下三桥ASC信号为高电平时，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT输出为高电平，IGBT的下三个桥臂Q2、Q4、Q5导通，实现电机内部短路；
当下三桥ASC信号为低电平时，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT的输出分别根据与门U6、U7、U8的输出而定：如果此时驱动正常F0为高电平，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT为正常的PWM输出，当驱动异常时F0为低电平，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT的输出为低电平。
优选的，所述与门U3、U4、U5的输出由驱动故障信号F0和PWM1、PWM3、PWM5而定：当F0、PWM1、PWM3、PWM5信号均为高电平时，与门U3、U4、U5的输出为高电平；当驱动故障信号F0或PWM1、PWM3、PWM5任一为低电平时, 对应的与门输出为低电平；
所述与门U6、U7、U8的输出由驱动故障信号F0和PWM2、PWM4、PWM6而定：当F0、PWM2、PWM4、PWM6信号均为高电平时，与门U6、U7、U8的输出为高电平；当驱动故障信号F0或PWM2、PWM4、PWM6任一为低电平时, 对应的与门输出为低电平。
优选的，所述复位信号ASC_RST通过晶体管Q1组成的驱动电路输入锁存器U2的复位端。
优选的，所述锁存器U2由两个与非门U21、U22组成，锁存器U2输出端通过一个输入端共结的与非门U23输出ASC信号。
本发明的优点是：
1．本发明的电机控制器的主动保护回路，根据现在技术方案只实现一种短路保护模式，三个下桥臂的功率器件短路实现ASC功能，不能选择三个上桥臂的功率器件短路实现ASC功能的缺陷，实现上下桥臂的切换，可以在电机不同的工作模式下，或者是客户不同的安全模式要求下，实现上下桥臂的选择来实现ASC功能。
2．本发明技术方案集成过压、过流、电压电源故障和IGBT驱动故障时桥臂短路保护模块。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为电机控制器的原理图；
图2为主动保护回路的故障检测单元的原理图；
图3为主动保护回路的主动短路单元的原理图。
具体实施方式
本发明的电机控制器的主动保护回路，包括故障检测单元和主动短路单元。如图1所示，所述电机控制器包括上半桥臂的开关管Q1、Q3、Q5,下半桥臂的开关管Q2、Q4、Q6。
如图2所示，所述故障检测单元包括三输入与门U1和锁存器U2；三输入与门U1的三个输入端分别连接母线电压过压故障信号HV_OVER输出端、三相电流过流故障信号OVERCURRENT输出端和低压电源故障信号ENDRV_PWR输出端，三输入与门U1输出端连接锁存器U2的输入端，锁存器U2的输出端输出主动短路信号ASC到主动短路单元。
所述三输入与门U1的电压端通过滤波电容C1接地，输出端Y通过电阻R1和电容C2组成的RC模块输出ASC_DSP信号到锁存器U2的输入端。所述复位信号ASC_RST通过晶体管Q1、电阻R4、R5、R6电容C3组成的共射极放大电路输入到锁存器U2的复位端。所述锁存器U2由两个与非门U21、U22组成，锁存器U2输出端通过一个输入端共结的与非门U23输出ASC信号。
当检测到母线上的电压值低于设定的阈值电压时，HV_OVER为高电平；当检测到母线上的电压值高于设定的阈值电压时HV_OVER为低电平；
当三相电流低于设定的阈值时，OVERCURRENT为高电平，当三相电流中的任意一相电流高于设定的阈值时，OVERCURRENT为低电平；
当低压电源正常时，ENDRV_PWR输出高电平，点低压电源出现故障的时候ENDRV_PWR输出低电平。
当HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR三个信号都正常时，均为高电平，三输入与门U1输出ASC_DSP信号为高电平；当HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR三个信号中的任意一个出现故障时，即任意一个输出低电平，则ASC_DSP信号输出为低电平，并经过锁存器U2，使锁存器U2的输出ASC始终为低电平；当HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR三个信号均恢复正常后，向锁存器U2输入高电平的复位信号ASC_RST，ASC输出为高电平。
如图3所示，所述主动短路单元包括六个与门U3～U8，两个三输入与门U9、U10，四个非门U11～U14，六个或门U15～U20，由DSP输出控制信号DSP1和DSP2，电机控制器输出驱动故障信号F0，其中：
DSP控制信号DSP1直接连接三输入与门U9的一个输入端，DSP控制信号DSP2与主动短路信号ASC分别通过非门U11、U12连接三输入与门U9的两个输入端，三输入与门U9输出上三桥ASC信号；DSP控制信号DSP2直接连接三输入与门U10的一个输入端，DSP控制信号DSP1与主动短路信号ASC分别通过非门U13、U14连接三输入与门U10的两个输入端，三输入与门U10输出下三桥ASC信号；
驱动故障信号F0分别与电机控制器的PWM1～PWM6信号连接与门U3～U8的两个输入端，与门U3、U4、U5的输出信号分别与上三桥ASC信号连接或门U15、U16、U17的两个输入端，或门U15、U16、U17分别输出PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT信号到IGBT上三桥臂Q1、Q3、Q5；与门U6、U7、U8的输出信号分别与下三桥ASC信号连接或门U18、U19、U20的两个输入端；或门U18、U19、U20分别输出PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT信号到IGBT下三桥臂Q2、Q4、Q6。
DSP控制信号DSP1、DSP2和主动短路信号ASC通过非门U11～U14和三输入与门U9、U10逻辑计算得到上三桥ASC信号和下三桥ASC信号两种状态：
当上三桥ASC信号为高电平时，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT输出为高电平，IGBT的上三个桥臂Q1、Q3、Q5导通，实现电机内部短路；
当上三桥ASC信号为低电平时，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT的输出分别根据与门U3、U4、U5的输出而定：如果此时驱动正常F0为高电平，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT为正常的PWM输出，当驱动异常时F0为低电平，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT的输出为低电平；
类似的，当下三桥ASC信号为高电平时，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT输出为高电平，IGBT的下三个桥臂Q2、Q4、Q5导通，实现电机内部短路；
当下三桥ASC信号为低电平时，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT的输出分别根据与门U6、U7、U8的输出而定：如果此时驱动正常F0为高电平，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT为正常的PWM输出，当驱动异常时F0为低电平，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT的输出为低电平。
所述与门U3、U4、U5的输出由驱动故障信号F0和PWM1、PWM3、PWM5而定：当F0、PWM1、PWM3、PWM5信号均为高电平时，与门U3、U4、U5的输出为高电平；当驱动故障信号F0或PWM1、PWM3、PWM5任一为低电平时, 对应的与门输出为低电平；
所述与门U6、U7、U8的输出由驱动故障信号F0和PWM2、PWM4、PWM6而定：当F0、PWM2、PWM4、PWM6信号均为高电平时，与门U6、U7、U8的输出为高电平；当驱动故障信号F0或PWM2、PWM4、PWM6任一为低电平时, 对应的与门输出为低电平。
表1中的中的真值表表示了不同状态下的上三桥ASC信号S1、下三桥ASC信号S2状态，经过计算S1=ASC'*DSP1*DSP2'，S2=ASC'*DSP1'*DSP2，所以就实现了图3中的原理图。
表1 S1和S2的真值表
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电机控制器的主动保护回路，其特征在于，包括故障检测单元和主动短路单元：
所述故障检测单元包括三输入与门U1和锁存器U2；三输入与门U1的三个输入端分别连接母线电压过压故障信号输出端、三相电流过流故障信号输出端和低压电源故障信号输出端，三输入与门U1输出端连接锁存器U2的输入端，锁存器U2的输出端输出主动短路信号ASC到主动短路单元；
所述主动短路单元包括六个与门U3～U8，两个三输入与门U9、U10，四个非门U11～U14，六个或门U15～U20，由DSP输出控制信号DSP1和DSP2，电机控制器输出驱动故障信号F0，其中：
DSP控制信号DSP1直接连接三输入与门U9的一个输入端，DSP控制信号DSP2与主动短路信号ASC分别通过非门U11、U12连接三输入与门U9的两个输入端，三输入与门U9输出上三桥ASC信号；DSP控制信号DSP2直接连接三输入与门U10的一个输入端，DSP控制信号DSP1与主动短路信号ASC分别通过非门U13、U14连接三输入与门U10的两个输入端，三输入与门U10输出下三桥ASC信号；
驱动故障信号F0分别与电机控制器的PWM1～PWM6信号连接与门U3～U8的两个输入端，与门U3、U4、U5的输出信号分别与上三桥ASC信号连接或门U15、U16、U17的两个输入端，或门U15、U16、U17分别输出PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT信号到IGBT上三桥臂Q1、Q3、Q5；与门U6、U7、U8的输出信号分别与下三桥ASC信号连接或门U18、U19、U20的两个输入端；或门U18、U19、U20分别输出PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT信号到IGBT下三桥臂Q2、Q4、Q6。
2.根据权利要求书1所述的电机控制器的主动保护回路，其特征在于，所述过压故障信号输出端、三相电流过流故障信号输出端和低压电源故障信号输出端输出信号分别为HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR；
当检测到母线上的电压值低于设定的阈值电压时，HV_OVER为高电平；当检测到母线上的电压值高于设定的阈值电压时HV_OVER为低电平；
当三相电流低于设定的阈值时，OVERCURRENT为高电平，当三相电流中的任意一相电流高于设定的阈值时，OVERCURRENT为低电平；
当低压电源正常时，ENDRV_PWR输出高电平，点低压电源出现故障的时候ENDRV_PWR输出低电平。
3.根据权利要求书2所述的电机控制器的主动保护回路，其特征在于，当HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR三个信号都正常时，均为高电平，三输入与门U1输出ASC_DSP信号为高电平；当HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR三个信号中的任意一个出现故障时，即任意一个输出低电平，则ASC_DSP信号输出为低电平，并经过锁存器U2，使锁存器U2的输出ASC始终为低电平；当HV_OVER、OVERCURRENT、ENDRV_PWR三个信号均恢复正常后，向锁存器U2输入高电平的复位信号ASC_RST，ASC输出为高电平。
4.根据权利要求书3所述的电机控制器的主动保护回路，其特征在于，
DSP控制信号DSP1、DSP2和主动短路信号ASC通过非门U11～U14和三输入与门U9、U10逻辑计算得到上三桥ASC信号和下三桥ASC信号两种状态：
当上三桥ASC信号为高电平时，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT输出为高电平，IGBT的上三个桥臂Q1、Q3、Q5导通，实现电机内部短路；
当上三桥ASC信号为低电平时，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT的输出分别根据与门U3、U4、U5的输出而定：如果此时驱动正常F0为高电平，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT为正常的PWM输出，当驱动异常时F0为低电平，PWM1_OUT、PWM3_OUT、PWM5_OUT的输出为低电平；
当下三桥ASC信号为高电平时，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT输出为高电平，IGBT的下三个桥臂Q2、Q4、Q5导通，实现电机内部短路；
当下三桥ASC信号为低电平时，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT的输出分别根据与门U6、U7、U8的输出而定：如果此时驱动正常F0为高电平，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT为正常的PWM输出，当驱动异常时F0为低电平，PWM2_OUT、PWM4_OUT、PWM6_OUT的输出为低电平。
5.根据权利要求书4所述的电机控制器的主动保护回路，其特征在于，
所述与门U3、U4、U5的输出由驱动故障信号F0和PWM1、PWM3、PWM5而定：当F0、PWM1、PWM3、PWM5信号均为高电平时，与门U3、U4、U5的输出为高电平；当驱动故障信号F0或PWM1、PWM3、PWM5任一为低电平时, 对应的与门输出为低电平；
所述与门U6、U7、U8的输出由驱动故障信号F0和PWM2、PWM4、PWM6而定：当F0、PWM2、PWM4、PWM6信号均为高电平时，与门U6、U7、U8的输出为高电平；当驱动故障信号F0或PWM2、PWM4、PWM6任一为低电平时, 对应的与门输出为低电平。
6.根据权利要求书1所述的电机控制器的主动保护回路，其特征在于，所述复位信号ASC_RST通过晶体管Q1组成的驱动电路输入锁存器U2的复位端。
7.根据权利要求书6所述的电机控制器的主动保护回路，其特征在于，所述锁存器U2由两个与非门U21、U22组成，锁存器U2输出端通过一个输入端共结的与非门U23输出ASC信号。
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