CN110676803B - 一种短路保护电路、方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种短路保护电路、方法及车辆，所述电路包括：脉冲宽度调制信号、第一限流电阻、滤波电路、稳压电路、第一分压电阻、第二分压电阻、短路保护动作电路；第一限流电阻的一端接收脉冲宽度调制信号，第一限流电阻的另一端连接第一节点；第一节点分别连接滤波电路的第一端和电机控制器功率模块；滤波电路的第二端连接稳压电路输入端；稳压电路的输出端连接第一分压电阻的第一端；第一分压电阻的第二端连接第二检测节点；第二检测节点连接短路保护动作电路和第二分压电阻；短路保护动作电路调整脉冲宽度调制信号的关断或开启，保护电机控制器功率模块。本发明实施例，能准确及时保护电机控制器功率模块。

Description

一种短路保护电路、方法及车辆

技术领域

本发明涉及电路领域，特别涉及一种短路保护电路、方法、及车辆。

背景技术

新能源汽车中，电机控制器只有接受到稳定、可靠的控制信号，才能正常运转。为了保证电机控制器接受到稳定、可靠的控制信号，对电机控制器的功率模块短路保护显得尤为重要。

对于电机控制器的功率模块而言，如图1所示，图1示出了现有的电机控制器的功率模块的短路保护电路的结构示意图。目前短路保护电路大多采用分压电阻对功率器件进行电压采样，进而进行短路保护。

然而，上述短路保护电路中，存在以下缺点：1、直接对功率器件开启时信号进行采集，没有进行任何滤波处理，进入驱动芯片短路检测引脚的信号存在较大干扰、噪声以及尖峰等，导致短路保护的误触发，无法准确确定短路保护点；2、由于不同的工作温度下，温漂对半导体器件的导通电阻有较大影响，使得同一输出电流下，驱动芯片短路保护检测引脚的采样信号不同，无法保证系统稳定性；3、仅靠电机控制器的主控芯片无法满足短路保护的响应时间，在电机控制器作出保护动作前，半导体器件已经因短路产生的热量而损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种短路保护电路，以解决短路保护的误触发，无法准确确定短路保护点的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种短路保护电路，应用于电机控制器功率模块，所述电路包括：脉冲宽

度调制信号、第一限流电阻、滤波电路、稳压电路、第一分压电阻、第二分压电阻、短路保护动作电路；

所述第一限流电阻的一端接收所述脉冲宽度调制信号，所述第一限流电阻的另一端连接第一节点；所述第一限流电阻，用于限制所述电机控制器功率模块的第一电流，减小所述电机控制器功率模块上的第一电压；

所述第一节点分别连接所述滤波电路的第一端和所述电机控制器功率模块；

所述滤波电路的第二端连接所述稳压电路输入端；所述滤波电路用于对所述第一电压进行滤波，得到第二电压；所述第二电压为所述稳压电路的一个输入信号；

所述稳压电路的输出端连接所述第一分压电阻的第一端；所述稳压电路用于对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压；

所述第一分压电阻的第二端连接第二检测节点；

所述第二检测节点连接所述短路保护动作电路和所述第二分压电阻；所述第一分压电阻和所述第二分压电阻用于对所述第三电压分压，得到所述第二检测节点的第四电压，将所述第四电压反馈至所述短路保护动作电路；

所述短路保护动作电路用于参照所述第四电压，调整所述脉冲宽度调制信号的关断或开启，，以保护所述电机控制器功率模块。

进一步的，所述稳压电路包括：运算放大器、温漂反馈电路；

所述运算放大器的正相输入端连接所述滤波电路的第二端，所述运算放大器输出端连接所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器输出端的输出信号作为反馈信号，传输至所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器的正相输入端为所述稳压电路输入端；

所述温漂反馈电路的两端分别连接所述运算放大器输出端和所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器和所述温漂反馈电路用于对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到所述第三电压。

进一步的，所述温漂反馈电路包括：

第三分压电阻；负温度系数热敏电阻；所述第三分压电阻与所述负温度系数热敏电阻串联；所述第三分压电阻用于分担所述第三电压；所述负温度系数热敏电阻用于对所述第三电压进行温度补偿。

进一步的，所述温漂反馈电路还包括：第一电容；所述第一电容，与所述第三分压电阻与所述负温度系数热敏电阻组成的串联电路并联；所述第一电容用于对所述第三电压滤波。

进一步的，所述电路还包括：

第二电容；所述第二电容与所述第二分压电阻并联；所述第二电容用于对所述第四电压滤波。

进一步的，所述短路保护动作电路包括：驱动芯片和复杂可编程逻辑器件；

所述驱动芯片的第一端与所述第二检测节点连接，用于接收所述第二检测节点的第四电压，并参照所述第四电压，确定所述电机控制器功率模块是否发生短路故障；所述驱动芯片的第二端连接所述复杂可编程逻辑器件；当所述电机控制器功率模块发生短路故障时，所述驱动芯片将短路故障信号，发送给所述复杂可编程逻辑器件，所述复杂可编程逻辑器件关断所述脉冲宽度调制信号，以保护所述电机控制器功率模块。

进一步的，所述电机控制器功率模块包括：功率场效应管、反向二极管；

所述功率场效应管的控制极连接所述脉冲宽度调制信号，当所述脉冲宽度调制信号大于等于所述场效应管的阈值电压，所述功率场效应管导通；

所述功率场效应管的第一极与所述反向二极管连接；所述功率场效应管的第二极与所述第一节点连接；所述反向二极管用于在带载运行时起到续流作用，保护所述功率场效应管。

进一步的，所述滤波电路包括：第四电阻和第三电容；

所述第四电阻的第一端连接所述第一节点；所述第四电阻的第二端连接第三节点，所述第三节点分别连接所述第三电容的第一端和所述稳压电路输入端；所述第四电阻用于对所述第一电压分压；

所述第三电容的第二端接地；所述第三电容用于对分压后的第一电压进行滤波，得到第二电压。

相对于现有技术，本发明所述的短路保护电路具有以下优势：

本发明所述的短路保护电路，应用于电机控制器功率模块，所述电路包括：脉冲宽度调制信号、第一限流电阻、滤波电路、稳压电路、第一分压电阻、第二分压电阻、短路保护动作电路；所述第一限流电阻的一端接收所述脉冲宽度调制信号，所述第一限流电阻的另一端连接第一节点；所述第一限流电阻，用于限制所述电机控制器功率模块的第一电流，减小所述电机控制器功率模块上的第一电压；所述第一节点分别连接所述滤波电路的第一端和所述电机控制器功率模块；所述滤波电路的第二端连接所述稳压电路输入端；所述滤波电路用于对所述第一电压进行滤波，得到第二电压；所述第二电压为所述稳压电路的一个输入信号；所述稳压电路的输出端连接所述第一分压电阻的第一端；所述稳压电路用于对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压；所述第一分压电阻的第二端连接第二检测节点；所述第二检测节点连接所述短路保护动作电路和所述第二分压电阻；所述第一分压电阻和所述第二分压电阻用于对所述第三电压分压，得到所述第二检测节点的第四电压，将所述第四电压反馈至所述短路保护动作电路；所述短路保护动作电路用于参照所述第四电压，调整所述脉冲宽度调制信号的关断或开启，以保护所述电机控制器功率模块。本发明实施例中，上述第一限流电阻限制电机控制器功率模块的第一电流，以保护该电机控制器功率模块，上述滤波电路对电机控制器功率模块上的第一电压进行滤波，上述稳压电路对第二检测节点传输给短路保护动作电路的第三电压，进行稳压和温度补偿，将温漂的影响降到最小，使得第二检测节点传输给短路保护动作电路的第四电压能更准确的反映电机控制器功率模块上的电流信息，避免了短路保护动作电路的误触发，保证短路保护点在一个精确的范围内，保证整个系统的稳定性。

本发明的另一目的在于提出一种短路保护方法，以解决短路保护的误触发，无法准确确定短路保护点的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种短路保护方法，所述方法应用于如前述的短路保护电路，所述方法包括：

接收脉冲宽度调制信号，限制所述电机控制器功率模块的第一电流，减小所述电机控制器功率模块上的第一电压；

对所述第一电压进行滤波，得到第二电压；

对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压；

对所述第三电压分压，得到第二检测节点的第四电压；

参照所述第四电压，调整所述脉冲宽度调制信号的关断或开启，以保护所述电机控制器功率模块。

本发明的另一目的在于提出一种车辆，以解决短路保护的误触发，无法准确确定短路保护点的问题。所述车辆包括如前述的短路保护电路。

上述短路保护电路方法、车辆与上述短路保护电路相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有的电机控制器的功率模块的短路保护电路示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种短路保护电路的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的脉冲宽度调制信号的波形示意图；

图4为本发明实施例一提供的第四电压的波形示意图；

图5为本发明实施例二提供的一种短路保护电路的结构示意图；

图6为本发明实施例三提供的一种短路保护方法步骤流程图。

具体实施方式

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。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

参照图2所示，图2示出了本发明实施例一提供的一种短路保护电路的结构示意图。所述短路保护电路应用于电机控制器功率模块103，所述电路包括：脉冲宽度调制信号101、第一限流电阻102、滤波电路104、稳压电路105、第一分压电阻106、第二分压电阻108、短路保护动作电路107；

所述第一限流电阻102的一端接收所述脉冲宽度调制信号101，所述第一限流电阻102的另一端连接第一节点J1；所述第一限流电阻102，用于限制所述电机控制器功率模块103的第一电流，减小所述电机控制器功率模块103上的第一电压；

所述第一节点J1分别连接所述滤波电路104的第一端和所述电机控制器功率模块103；

所述滤波电路104的第二端连接所述稳压电路105输入端；所述滤波电路104用于对所述第一电压进行滤波，得到第二电压；所述第二电压为所述稳压电路105的一个输入信号；

所述稳压电路105的输出端连接所述第一分压电阻106的第一端；所述稳压电路105用于对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压；

所述第一分压电阻106的第二端连接第二检测节点J2；

所述第二检测节点J2连接所述短路保护动作电路107和所述第二分压电阻108；可选的，所述第二分压电阻108的第二端可以接地；所述第一分压电阻106和所述第二分压电阻108用于对所述第三电压分压，得到所述第二检测节点J2的第四电压，将所述第四电压反馈至所述短路保护动作电路107；

所述短路保护动作电路107用于参照所述第四电压，调整所述脉冲宽度调制信号101的关断或开启，以保护所述电机控制器功率模块103。

在本发明实施例中，第一节点J1处的第一电压就是电机控制器功率模块103的压降。电机控制器功率模块103的压降由电机控制器功率模块103的内阻和电机控制器功率模块103的第一电流确定，因此，第一节点J1处的第一电压通常可以反映电机控制器功率模块103的第一电流。

在本发明实施例中，该脉冲宽度调制信号101可以为方波信号，该方波信号的幅值可以保证该电机控制器功率模块103正常工作。参照图3所示，图3示出了脉冲宽度调制信号的波形示意图。在本发明实施例中，该电机控制器功率模块103可以为功率场效应管，该功率场效应管的控制极可以连接该脉冲宽度调制信号101，当上述脉冲宽度调制信号101大于等于该场效应的阈值电压，该功率场效应管导通。在本发明实施例中，对此不作具体限定。

例如，当上述脉冲宽度调制信号(Pulse Width Modulation，PWM)101由低电平变为高电平，且保持在高电平时，该功率场效应管可以导通。

在本发明实施例中，在上述电机控制器功率模块103正常工作时，该脉冲宽度调制信号PWM信号101由MCU发出，经过复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable LogicDevice、CPLD)传输到驱动芯片，再由驱动芯片输出，即PWM信号101的占空比由MCU内部程序决定。在检测到上述电机控制器功率模块103发生短路故障时，驱动芯片检测到短路故障，将故障信号传输给CPLD，CPLD进行短路保护动作，将PWM信号关断。

在本发明实施例中，第一节点J1处的第一电压就是电机控制器功率模块103上的压降。电机控制器功率模块103的压降由电机控制器功率模块103的内阻和电机控制器功率模块103的第一电流确定，因此，第一节点J1处的第一电压通常可以反映电机控制器功率模块103的第一电流。在本发明实施例中，该电机控制器功率模块103连接有车辆电池包，该电机控制器功率模块103上的第一电流，由上述制脉冲宽度调制信号101传输到所述电机控制器功率模块103的第二电流，和车辆电池包传输到述电机控制器功率模块103的第三电流求和确定。

需要说明的是，在本发明实施例中，电机控制器功率模块103连接的车辆电池包，在图2中未示出。

在本发明实施例中，需要限所述电机控制器功率模块103的第一电流，减小所述电机控制器功率模块103上的第一电压，以保护该电机控制器功率模块103。在本发明实施例中，上述第一节点J1处的第一电压可以与上述脉冲宽度调制信号101占空比一致。

在本发明实施例中，上述第一节点J1分别连接该滤波电路104的第一端和电机控制器功率模块103，则上述第一节点J1处的第一电压即为电机控制器功率模块103上的压降，由于电机控制器功率模块103上的压降，由电机控制器功率模块103的阻值和电机控制器功率模块103上的第一电流确定，因此，上述第一节点J1处的第一电压在一定程度上能够反映电机控制器功率模块103上的第一电流。

在本发明实施例中，滤波电路104的第二端连接稳压电路105输入端；滤波电路104用于对第一电压进行滤波，得到第二电压；第二电压为稳压电路105的一个输入信号。滤波电路104用于对第一电压进行滤波，得到第二电压，该第二电压能够反映滤波后的第一电压，进而反映了电机控制器功率模块103上滤波后的电压，进而能够反映电机控制器功率模块103上的第一电流。

在本发明实施例中，稳压电路105的输出端连接该第一分压电阻106的第一端，该稳压电路105对上述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压。在本发明实施例中，由于电路在运行过程中发热，电子元器件的内阻会因为发热，导致内阻发生变化，此处的温度补偿，能够从一定程度上，抵消电机控制器功率模块103的电子元器件上由于发热，对上述第一电压的影响，使得此处的第三电压，能够较为准确的反映电机控制器功率模块103上的第一电流。

例如，若电机控制器功率模块103的电子元器件上由于发热，其电子元器件的内阻会升高，导致同样的第一电流下，第一电压升高。则稳压电路105可以是负温度补偿，进而避免由于电机控制器功率模块103的电子元器件的内阻升高对第一电压的影响，使得上述第三电压能够较为准确的反映电机控制器功率模块103的第一电流的大小。

在本发明实施例中，上述稳压电路105的温度补偿，避免由于电机控制器功率模块103的电子元器件的内阻改变对第一电压的影响，使得上述第三电压能够较为准确的反映电机控制器功率模块103的第一电流的大小，将上述第三电压由上述第一分压电阻106和第二分压电阻108分压，该第二检测节点J2的第四电压，相当于是第二分压电阻108对第三电压分担的电压，该第四电压同样能够较为准确的反映电机控制器功率模块103的第一电流的大小，短路保护动作电路107根据该第四电压，调整脉冲宽度调制信号101的关断或开启，相当于根据电机控制器功率模块103实时的第一电流，调整调整脉冲宽度调制信号101的关断或开启，避免了短路保护动作电路105的误触发，保证短路保护点在一个精确的范围内，保证整个系统的稳定性。进而保护电机控制器功率模块103。

在本方实施例中，该第四电压的占空比可以与上述脉冲宽度调制信号101的占空比相同。参照图4所示，图4示出了第四电压的波形示意图。

本发明所述的短路保护电路，应用于电机控制器功率模块，所述电路包括：脉冲宽度调制信号、第一限流电阻、滤波电路、稳压电路、第一分压电阻、第二分压电阻、短路保护动作电路；所述第一限流电阻的一端接收所述脉冲宽度调制信号，所述第一限流电阻的另一端连接第一节点；所述第一限流电阻，用于限制所述电机控制器功率模块的第一电流，减小所述电机控制器功率模块上的第一电压；所述第一节点分别连接所述滤波电路的第一端和所述电机控制器功率模块；所述滤波电路的第二端连接所述稳压电路输入端；所述滤波电路用于对所述第一电压进行滤波，得到第二电压；所述第二电压为所述稳压电路的一个输入信号；所述稳压电路的输出端连接所述第一分压电阻的第一端；所述稳压电路用于对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压；所述第一分压电阻的第二端连接第二检测节点；所述第二检测节点连接所述短路保护动作电路和所述第二分压电阻；所述第一分压电阻和所述第二分压电阻用于对所述第三电压分压，得到所述第二检测节点的第四电压，将所述第四电压反馈至所述短路保护动作电路；所述短路保护动作电路用于参照所述第四电压，调整所述脉冲宽度调制信号的关断或开启，以保护所述电机控制器功率模块。本发明实施例中，上述第一限流电阻限制脉冲宽度调制信号传输到电机控制器功率模块的第一电流，以保护该电机控制器功率模块，上述滤波电路对电机控制器功率模块上的第一电压进行滤波，上述稳压电路对第二检测节点传输给短路保护动作电路的第三电压，进行稳压和温度补偿，将温漂的影响降到最小，使得第二检测节点传输给短路保护动作电路的第四电压能更准确的反映电机控制器功率模块上的电流信息，避免了短路保护动作电路的误触发，保证短路保护点在一个精确的范围内，保证整个系统的稳定性。

实施例二

参照图5所示，图5示出了本发明实施例二提供的一种短路保护电路的结构示意图。

在实施例一的基础上，所述稳压电路105包括：运算放大器1051、温漂反馈电路；

所述运算放大器1051的正相输入端连接所述滤波电路104的第二端，所述运算放大器1051输出端连接所述运算放大器1051的反相输入端；所述运算放大器输出端的输出信号作为反馈信号，传输至所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器1051的正相输入端为所述稳压电路105输入端；

所述温漂反馈电路的两端分别连接所述运算放大器1051输出端和所述运算放大器1051的反相输入端；所述运算放大器1051和所述温漂反馈电路用于对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到所述第三电压。

所述温漂反馈电路包括：第三分压电阻1052；负温度系数热敏电阻1053；所述第三分压电阻与所述负温度系数热敏电阻串联；所述第三分压电阻用于分担所述第三电压；所述负温度系数热敏电阻1053用于对所述第三电压进行温度补偿。

所述温漂反馈电路还包括：第一电容1054；所述第一电容1054，与所述第三分压电阻1052与所述负温度系数热敏电阻1053组成的串联电路并联；所述第一电容1054用于对所述第三电压滤波。

所述电路还包括：第二电容109；所述第二电容109与所述第二分压电阻108并联；所述第二电容109用于对所述第四电压滤波。

所述短路保护动作电路107包括：驱动芯片和复杂可编程逻辑器件；在图5中，需要说明的是短路保护动作电路107未示出。

所述驱动芯片的第一端与所述第二检测节点J2连接，用于接收所述第二检测节点J2的第四电压，并参照所述第四电压，确定所述电机控制器功率模块103是否发生短路故障；所述驱动芯片的第二端连接所述复杂可编程逻辑器件；当所述电机控制器功率模块103发生短路故障时，所述驱动芯片将短路故障信号，发送给所述复杂可编程逻辑器件，所述复杂可编程逻辑器件关断所述脉冲宽度调制信号101以保护所述电机控制器功率模块103。

所述电机控制器功率模块103包括：功率场效应管1031、反向二极管1032；

所述功率场效应管1031的控制极连接所述脉冲宽度调制信号101，当所述脉冲宽度调制信号101大于等于所述场效应管1031的阈值电压，所述功率场效应管1031导通；

所述功率场效应管1031的第一极与所述反向二极管连接；所述功率场效应管1031的第二极与所述第一节点J1连接；所述反向二极管1032用于在带载运行时起到续流作用，保护所述功率场效应管1031。

所述滤波电路104包括：第四电阻1041和第三电容1042；

所述第四电阻1041的第一端连接所述第一节点J1；所述第四电阻的第二端连接第三节点J3，所述第三节点J3分别连接所述第三电容1042的第一端和所述稳压电路105输入端；所述第四电阻用于对所述第一电压分压；

所述第三电容1042的第二端接地；所述第三电容1042用于对分压后的第一电压进行滤波，得到第二电压。

可选的，所述运算放大器1051的反相输入端连接第四节点J4；

所述第四节点J4分别连接所述温漂反馈电路和第五电阻1055的第一端；

所述第五电阻1055的第二端接地。

可选的，该短路保护电路还包括电机控制器功率模块103的限流电路，该限流电路可以包括：二极管1033和第六限流电阻1034。在本发明实施例中，第六限流电阻1034后，可以连接上述车辆电池包，该车辆电池包为电机控制器功率模块103提供第三电流，该第三电流和上述脉冲宽度调制信号101传输到电机控制器功率模块103的第二电流，共同形成了该电机控制器功率模块103上的第一电流。电机控制器功率模块103上的第一电压即由上述第一电流和电机控制器功率模块103的内阻决定。需要说明的是，在图5中，车辆电池包未示出。

在本发明实施例中，第一限流电阻102和第六限流电阻1034，防止功率场效应管1031出现负压时驱动芯片产生过大的拉电流。

第五电阻1055、第四电阻1041，第三分压电阻1052、负温度系数热敏电阻1053，第三电容1042，第一电容1054，运算放大器1051，对运算放大器1051反馈的信号第三电压进行滤波、放大处理，并进行温度补偿。

第一分压电阻106、第二分压电阻108，第二电容109对滤波后的第三电压进行分压，得到第二检测节点J2的第四电压，输入到短路保护动作电路107。在图5中，需要说明的是短路保护动作电路107未示出。

二极管1033，防止功率场效应管1031的第二极与第一极之间较高的电压损坏电路器件；同时起到隔离作用，在功率场效应管1031关断时不做检测。

具体的，功率场效应管1031开通时，上述短路保护电路进行检测；功率场效应管1031关断时，二极管1033起到阻隔作用，短路保护电路不进行检测。

在本发明实施例中，当脉冲宽度调制信号101，即PWM信号的电平由低电平变为高电平时，功率场效应管1031的控制极电位由低变高，功率场效应管1031导通，第二极和第一极开通。第一限流电阻102、第六限流电阻1034，二极管1033，功率场效应管1031的内阻构成回路，此时在第一节点J1可以得到一个第一电压，且第一电压经反馈最终到达第二检测节点J2的值要低于短路保护触发电平，保证不会触发故障。

第一电容1054为超前相位补偿电容，容值很小，容抗很大，可以忽略其对并联电阻阻抗的影响，电路为低通滤波电路，可以将频率高于开关频率的杂波信号滤除，截止频率由第四电阻1041、第三电容1042确定，截止频率为：

f0＝1/2*π*第四电阻1041的阻值*第三电容1042的电容，其中，f0为该截止频率，可通过调节第四电阻1041的阻值、第三电容1042的电容来改变滤波器截止频率。

在本发明实施例中，通过调节第五电阻1055的阻值与负温度系数热敏电阻1053来改变放大比例。同时通过修改第一分压电阻106的阻值、第二分压电阻108的阻值来改变第二检测节点J2的第四电压，进而改变了短路保护动作电路107接收到的第四电压。

在本发明实施例中，当脉冲宽度调制信号101，即PWM信号的电平由高电平变为低电平时，功率场效应管1031的控制极电位由高变低，功率场效应管1031关断，由于二极管1033截止，反馈至第二检测节点J2的第四电压为0，短路保护动作电路107接收到的第四电压为0，电路不进行短路保护检测。

在本发明实施例中，当电机控制器功率模块103不接电机负载工作时，第二检测节点J2的第四电压的峰值为一个固定值，具体数值由上述运算放大器以及各个分压电阻确定。第二检测节点J2的第四电压的峰值的设置需要保证在静态下不会触发短路保护，且在额定峰值输出情况下同样不会触发短路保护。

在本发明实施例中，当电机控制器功率模块103带电机负载输出时，电机是电感性负载，电流不会突变，且输出为交流信号，流经功率场效应管1031的电流同样也为交流,第二检测节点J2的第四电压从较长得时间内可以近似看作是一个交流电位与直流电位的叠加，交流信号频率与三相输出电流频率相同，信号幅值由流经功率场效应管1031电流决定，直流电位为不带电机负载时，第二检测节点J2的第四电压；将信号放大，波形是由频率与第二检测节点J2的第四电压频率一致的波形组成，信号的占空比由控制算法决定，依据要求输出的三相交流计算得到。当信号的最大值超过第二检测节点J2的内部电平时，触发短路保护，短路保护动作电路107会将脉冲宽度调制信号101，即PWM信号关断，使功率场效应管1031关闭；同时将故障信号反馈至MCU。在本发明实施例中，复杂可编程逻辑器件CPLD芯片通过控制缓冲器信号的通断影响驱动部分的脉冲宽度调制信号101，即PWM信号，而驱动分将短路保护信号直接传至复杂可编程逻辑器件CPLD，复杂可编程逻辑器件CPLD内部进行滤波并检测反馈信号状态，若信号状态发生改变且触发CPLD保护，CPLD通过控制缓冲器的通断来进行控制器的短路保护。

在本发明实施例中，通过在稳压电路中添加负温度系数热敏电阻1053调节电压放大比例，从而对温度进行补偿，减小温漂对电机控制器功率模块103的短路保护点的影响。半导体器件，例如功率场效应管1031在不同的温度环境下，第二极与第一极的导通电阻有较大差别，导致功率场效应管1031的第二极与第一极电压会有较大波动；在相同输出第一电流情况下，温度越高，功率场效应管1031第二极与第一极的导通电阻越大，由此导致功率场效应管1031的第二极与第一极电压越大，即第一电压越大，第二检测节点J2的第四电压变高，这就导致了短路保护点变低。通过在稳压电路中添加负温度系数热敏电阻1053，依据阻值改变来调节放大比例，使短路保护检测引脚电压在相同输出电流下基本保持不变。保证短路保护点在一个精确的范围内，保证整个系统的稳定性。

在本发明实施例中，短路保护动作电路107可以包括：驱动芯片和复杂可编程逻辑器件CPLD，驱动芯片的第一端与第二检测节点J2连接，用于接收第二检测节点J2的第四电压，并参照第四电压，确定电机控制器功率模块103是否发生短路故障；驱动芯片的第二端连接复杂可编程逻辑器件CPLD；当电机控制器功率模块103发生短路故障时，驱动芯片将短路故障信号，发送给复杂可编程逻辑器件CPLD，复杂可编程逻辑器件CPLD关断脉冲宽度调制信号101，以保护电机控制器功率模块103。

相对于现有技术，复杂可编程逻辑器件CPLD反应时间迅速，在检测到故障信号后的几个微秒内即可对电机控制器功率模块103进行短路保护，避免了在作出保护动作前，半导体器件已经因短路产生的热量而损坏。

本发明所述的短路保护电路，应用于电机控制器功率模块，所述电路包括：脉冲宽度调制信号、第一限流电阻、滤波电路、稳压电路、第一分压电阻、第二分压电阻、短路保护动作电路；所述第一限流电阻的一端接收所述脉冲宽度调制信号，所述第一限流电阻的另一端连接第一节点；所述第一限流电阻，用于限制所述电机控制器功率模块的第一电流，减小所述电机控制器功率模块上的第一电压；所述第一节点分别连接所述滤波电路的第一端和所述电机控制器功率模块；所述滤波电路的第二端连接所述稳压电路输入端；所述滤波电路用于对所述第一电压进行滤波，得到第二电压；所述第二电压为所述稳压电路的一个输入信号；所述稳压电路的输出端连接所述第一分压电阻的第一端；所述稳压电路用于对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压；所述第一分压电阻的第二端连接第二检测节点；所述第二检测节点连接所述短路保护动作电路和所述第二分压电阻；所述第一分压电阻和所述第二分压电阻用于对所述第三电压分压，得到所述第二检测节点的第四电压，将所述第四电压反馈至所述短路保护动作电路；所述短路保护动作电路用于参照所述第四电压，调整所述脉冲宽度调制信号的关断或开启，以保护所述电机控制器功率模块。

本发明实施例中，功率场效应管1031、反向二极管1032仅是电机控制器功率模块103中的一部分；每一组功率场效应管1031、反向二极管1032均有对应的短路保护电路来检测短路，均有对应的驱动芯片提供PWM信号；每个驱动芯片均有故障触发信号，设计中将全部故障信号合成一个信号，与CPLD芯片进行连接。短路故障发生时会直接通过CPLD芯片将PWM关断，从短路故障发生值关断PWM信号，动作在几微秒内，避免短路时间较长导致功率器件过热损坏。短路保护动作最终结果为关断全部PWM信号。在本发明实施例中，流经电机控制器功率模块103的第一电流主要由车辆电池包的直流提供，因为是带电机负载，电机线圈是感性负载，所以电流是不会突变的。若是发生短路故障，上述串联的任意两个功率场效应管1031会同时开通，将电感线圈短路，由于导通电阻很小仅为几毫欧，会通过很大的电流，导致第一节点J1的电压增大，而触发电机控制器功率模块103的短路保护。

在本发明实施例中，电机控制器功率模块103，通常由三相全桥组成，按照PWM信号的开关规律，开通或关断功率场效应管1031的控制极，当功率场效应管1031开通时，功率场效应管1031的第一极与第二极之间有第一电流，通过一对上下桥壁的导通或关断动作，控制负载电机一相绕组的电流及电压，三对桥壁共同工作，从何带动三相永磁同步电机运转。

本发明实施例中，上述第一限流电阻限制电机控制器功率模块的第一电流，以保护该电机控制器功率模块，上述滤波电路对电机控制器功率模块上的第一电压进行滤波，上述稳压电路对第二检测节点传输给短路保护动作电路的第三电压，进行稳压和温度补偿，将温漂的影响降到最小，使得第二检测节点传输给短路保护动作电路的第四电压能更准确的反映电机控制器功率模块上的电流信息，避免了短路保护动作电路的误触发，保证短路保护点在一个精确的范围内，保证整个系统的稳定性；短路保护动作电路可以包括：驱动芯片和复杂可编程逻辑器件，该复杂可编程逻辑器件基于该第四电压，调整上述脉冲宽度调制信号的关断或开启，当电机控制器功率模块发生短路故障时，反应时间迅速，在几个微秒内即可检测到故障信号并对电机控制器功率模块进行短路保护，避免了在作出保护动作前，半导体器件已经因短路产生的热量而损坏。

实施例三

参照图6所示，图6示出了本发明实施例三提供的一种短路保护方法的步骤流程图，应用于实施例一、实施例二所述的短路保护电路，所述方法可以包括：

步骤301，接收脉冲宽度调制信号，限制所述电机控制器功率模块的第一电流，减小所述电机控制器功率模块上的第一电压。

参照图5所示，在本发明实施例中，第六限流电阻1034后，可以连接上述车辆电池包，该车辆电池包为电机控制器功率模块103提供第三电流，该第三电流和上述脉冲宽度调制信号101传输到电机控制器功率模块103的第二电流，共同形成了该电机控制器功率模块103上的第一电流。电机控制器功率模块103上的第一电压即由上述第一电流和电机控制器功率模块103的内阻决定。需要说明的是，在图5中，车辆电池包未示出。

在本发明实施例中，该脉冲宽度调制信号101可以为方波信号，该方波信号的幅值可以保证该电机控制器功率模块103正常工作。在本发明实施例中，该电机控制器功率模块103可以为功率场效应管，该功率场效应管的控制极可以连接该脉冲宽度调制信号101，当上述脉冲宽度调制信号101大于等于该场效应的阈值电压，该功率场效应管导通。在本发明实施例中，对此不作具体限定。

在本发明实施例中，第一节点J1处的第一电压就是电机控制器功率模块103上的压降。电机控制器功率模块103上的压降由电机控制器功率模块103的阻值和电机控制器功率模块103上的第一电流确定。在本发明实施例中，限制所述电机控制器功率模块103的第一电流，减小所述电机控制器功率模块103上的第一电压，以保护该电机控制器功率模块103。

在本发明实施例中，上述第一节点J1处的第一电压可以与上述脉冲宽度调制信号101占空比一致。

在本发明实施例中，上述第一节点J1分别连接该滤波电路104的第一端和电机控制器功率模块103，则上述第一节点J1处的第一电压即为电机控制器功率模块103上的压降，由于电机控制器功率模块103上的压降，由电机控制器功率模块103的阻值和电机控制器功率模块103上的第一电流确定，因此，上述第一节点J1处的第一电压在一定程度上能够反映电机控制器功率模块103上的第一电流。

步骤302，对所述第一电压进行滤波，得到第二电压。

在本发明实施例中，对第一电压进行滤波，得到第二电压；第二电压为稳压电路105的一个输入信号。滤波电路104用于对第一电压进行滤波，得到第二电压，该第二电压能够反映滤波后的第一电压，进而反映了电机控制器功率模块103上滤波后的电压，进而能够反映电机控制器功率模块103上的第一电流。

步骤303，对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压。

在本发明实施例中，将稳压电路105的输出信号作为反馈信号，进行温度补偿，连接稳压电路105的第二输入端，该稳压电路105对上述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压。

在本发明实施例中，由于电路在运行过程中发热，电子元器件的内阻会因为发热，导致内阻发生变化，此处的温度补偿，能够从一定程度上，抵消电机控制器功率模块103的电子元器件上由于发热，对上述第一电压的影响，使得此处的第三电压，能够较为准确的反映电机控制器功率模块103上的第一电流。

步骤304，对所述第三电压分压，得到第二检测节点的第四电压。

在本发明实施例中，上述稳压电路105的温度补偿，避免由于电机控制器功率模块103的电子元器件的内阻改变对第一电压的影响，使得上述第三电压能够较为准确的反映电机控制器功率模块103的第一电流的大小，将上述第三电压由上述第一分压电阻106和第二分压电阻108分压，该第二检测节点J2的第四电压，相当于是第二分压电阻108对第三电压分担的电压，该第四电压同样能够较为准确的反映电机控制器功率模块103的第一电流的大小。

步骤305，参照所述第四电压，调整所述脉冲宽度调制信号的关断或开启，以保护所述电机控制器功率模块。

在本发明实施例中，短路保护动作电路107根据该第四电压，调整脉冲宽度调制信号101的关断或开启，相当于根据电机控制器功率模块103实时的第一电流，即根据电机控制器功率模块103上的第一电流，调整脉冲宽度调制信号101的关断或开启，避免了短路保护动作电路105的误触发，保证短路保护点在一个精确的范围内，保证整个系统的稳定性。进而保护电机控制器功率模块103。

本发明所述的短路保护方法，接收脉冲宽度调制信号，限制所述电机控制器功率模块的第一电流，减小所述电机控制器功率模块上的第一电压；对所述第一电压进行滤波，得到第二电压；对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压；对所述第三电压分压，得到第二检测节点的第四电压；参照所述第四电压，调整所述脉冲宽度调制信号的关断或开启，以保护所述电机控制器功率模块。本发明实施例中，限制脉冲宽度调制信号传输到电机控制器功率模块的第一电流，以保护该电机控制器功率模块，对电机控制器功率模块上的第一电压进行滤波，对第二检测节点传输给短路保护动作电路的第三电压，进行稳压和温度补偿，将温漂的影响降到最小，使得第二检测节点传输给短路保护动作电路的第四电压能更准确的反映电机控制器功率模块上的电流信息，避免了短路保护动作电路的误触发，保证短路保护点在一个精确的范围内，保证整个系统的稳定性。

另外，本发明实施例还提供了一种车辆，该车辆包括前述的短路保护电路。为了避免重复，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种短路保护电路，其特征在于，应用于电机控制器功率模块，所述电路包括：脉冲宽度调制信号、第一限流电阻、滤波电路、稳压电路、第一分压电阻、第二分压电阻、短路保护动作电路；

所述第一限流电阻的一端接收所述脉冲宽度调制信号，所述第一限流电阻的另一端连接第一节点；所述第一限流电阻，用于限制所述电机控制器功率模块的第一电流，减小所述电机控制器功率模块上的第一电压；

所述第一节点分别连接所述滤波电路的第一端和所述电机控制器功率模块；

所述滤波电路的第二端连接所述稳压电路输入端；所述滤波电路用于对所述第一电压进行滤波，得到第二电压；所述第二电压为所述稳压电路的一个输入信号；

所述稳压电路的输出端连接所述第一分压电阻的第一端；所述稳压电路用于对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压；

所述稳压电路包括运算放大器与温漂反馈电路；

所述稳压电路用于对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压，包括：所述运算放大器的正相输入端连接所述滤波电路的第二端，所述温漂反馈电路的两端分别连接所述运算放大器输出端和所述运算放大器的反相输入端，所述运算放大器和所述温漂反馈电路用于对所述第二电压，进行放大和温度补偿，得到所述第三电压；

所述第一分压电阻的第二端连接第二检测节点；

所述第二检测节点连接所述短路保护动作电路和所述第二分压电阻；所述第一分压电阻和所述第二分压电阻用于对所述第三电压分压，得到所述第二检测节点的第四电压，将所述第四电压反馈至所述短路保护动作电路；

所述短路保护动作电路用于参照所述第四电压，调整所述脉冲宽度调制信号的关断或开启，以保护所述电机控制器功率模块。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述稳压电路包括：运算放大器、温漂反馈电路；

所述运算放大器的正相输入端连接所述滤波电路的第二端，所述运算放大器输出端连接所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器输出端的输出信号作为反馈信号，传输至所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器的正相输入端为所述稳压电路输入端；

所述温漂反馈电路的两端分别连接所述运算放大器输出端和所述运算放大器的反相输入端；所述运算放大器和所述温漂反馈电路用于对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到所述第三电压。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述温漂反馈电路包括：

第三分压电阻；负温度系数热敏电阻；所述第三分压电阻与所述负温度系数热敏电阻串联；所述第三分压电阻用于分担所述第三电压；所述负温度系数热敏电阻用于对所述第三电压进行温度补偿。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述温漂反馈电路还包括：第一电容；所述第一电容，与所述第三分压电阻与所述负温度系数热敏电阻组成的串联电路并联；所述第一电容用于对所述第三电压滤波。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第二电容；所述第二电容与所述第二分压电阻并联；所述第二电容用于对所述第四电压滤波。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述短路保护动作电路包括：驱动芯片和复杂可编程逻辑器件；

所述驱动芯片的第一端与所述第二检测节点连接，用于接收所述第二检测节点的第四电压，并参照所述第四电压，确定所述电机控制器功率模块是否发生短路故障；所述驱动芯片的第二端连接所述复杂可编程逻辑器件；当所述电机控制器功率模块发生短路故障时，所述驱动芯片将短路故障信号，发送给所述复杂可编程逻辑器件，所述复杂可编程逻辑器件关断所述脉冲宽度调制信号，以保护所述电机控制器功率模块。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电机控制器功率模块包括：功率场效应管、反向二极管；所述功率场效应管的控制极连接所述脉冲宽度调制信号，当所述脉冲宽度调制信号大于等于所述场效应管的阈值电压，所述功率场效应管导通；

所述功率场效应管的第一极与所述反向二极管连接；所述功率场效应管的第二极与所述第一节点连接；所述反向二极管用于在带载运行时起到续流作用，保护所述功率场效应管。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述滤波电路包括：第四电阻和第三电容；

所述第四电阻的第一端连接所述第一节点；所述第四电阻的第二端连接第三节点，所述第三节点分别连接所述第三电容的第一端和所述稳压电路输入端；所述第四电阻用于对所述第一电压分压；

所述第三电容的第二端接地；所述第三电容用于对分压后的第一电压进行滤波，得到第二电压。

9.一种短路保护方法，所述方法应用于如权利要求1-8任一项所述的短路保护电路，所述方法包括：

接收脉冲宽度调制信号，限制所述电机控制器功率模块的第一电流，减小所述电机控制器功率模块上的第一电压；

对所述第一电压进行滤波，得到第二电压；

对所述第二电压，进行放大处理和温度补偿，得到第三电压；

对所述第三电压分压，得到第二检测节点的第四电压；

参照所述第四电压，调整所述脉冲宽度调制信号的关断或开启，以保护所述电机控制器功率模块。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-8任一项所述的短路保护电路。

Images