CN111106788B - 一种电机的主动短路保护系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电机的主动短路保护系统，该保护系统包括控制部件和驱动部件，其中，控制部件中故障检测电路用于检测电机是否出现故障，当检测到电机出现故障时，故障检测电路向控制器发送故障信号；控制器根据接收的故障信号输出相应电平信号，该电平信号包括控制使能信号和控制器安全状态信号，最后由逻辑电路根据控制器使能信号和控制器安全状态信号输出有效电平信号，以使得驱动部件根据有效电平信号驱动电机进入主动短路安全状态，保证电机控制器输出扭矩的安全，从而解决了电机故障造成电机控制器输出扭矩异常的问题，进而保证车辆和人身安全，提高行车安全。

Description

一种电机的主动短路保护系统

技术领域

本申请涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电机的主动短路保护系统。

背景技术

随着汽车产业的不断发展，以及在日趋迫切的环保和节能要求下，极大推动了新能源汽车尤其是电动汽车的发展。

电动汽车中电机控制器作为整车动力系统的重要一环，负责将高压直流电转化为驱动电机工作的交流电，从而为汽车提供动力。然而，电机外部系统的失效可能会引起电机故障，进而导致电机控制器损坏，输出失控，使得电机控制器无法按照整车控制器给定的指令进行输出。另外，当仅电机发生故障而电机控制器无异常时，如发生电机绕组单向短路故障时，对整车的影响体现为整车非预期的急加速、急减速，威胁车辆和人身安全隐患。

为保证电机控制器输出扭矩的安全，需要控制电机进入安全状态，以防止当外部系统发生失效时给车上人员带来生命和财产安全。

发明内容

针对本申请所要解决的技术问题是，提供了一种电机的主动短路保护系统，当电机出现故障时，控制电机进入主动短路安全状态，保证输出扭矩安全，从而提高行车安全，保证乘车人员生命和财产安全。

本申请实施例提供了一种电机的主动短路保护系统，应用于电动汽车，所述电动汽车包括电机，该系统包括：

控制部件，用于当检测到电机故障时，输出有效电平信号；

驱动部件，用于根据所述有效电平信号驱动所述电机进入主动短路安全状态。

其中，所述控制部件具体包括：

故障检测电路，用于当检测所述电机出现故障时，向控制器发送故障信号；

所述控制器，用于根据所述故障信号输出相应电平信号；所述电平信号包括控制器使能信号和控制器安全状态信号；

逻辑电路，用于根据所述控制器使能信号和所述控制器安全状态信号输出所述有效电平信号。

可选的，所述控制部件还包括：

控制器检测电路，用于检测所述控制部件的电源与所述控制器的运行状态，当检测到运行状态为故障时，输出有效检测使能信号给所述逻辑电路。

可选的，所述逻辑电路的输入信号包括所述控制器使能信号、控制器安全状态信号以及所述检测使能信号；所述逻辑电路输出的有效电平信号包括短路状态信号和故障状态使能信号。

可选的，所述短路状态信号包括高边短路状态信号和低边短路状态信号，所述逻辑电路包括：

第一与门，用于根据所述控制器使能信号和所述检测使能信号，输出所述故障状态使能信号；

第二与门，用于根据所述检测使能信号和所述控制器安全状态信号，输出高边短路状态信号；

第一非门，用于根据所述第二与门输出结果，输出低边短路状态信号。

可选的，所述驱动部件包括：

驱动电路，用于根据所述短路状态信号、所述故障状态使能信号驱动功率开关模块动作。

可选的，所述驱动电路包括六个驱动模块；所述功率开关模块包括六个功率开关器件；其中，所述驱动模块与所述功率开关器件一一对应。

可选的，所述短路状态信号包括高边短路状态信号和所述低边短路状态信号；所述驱动电路包括：

高边驱动模块，用于根据所述高边短路状态信号和所述故障状态使能信号驱动高边功率开关器件动作；

低边驱动模块，用于根据所述低边短路状态信号和所述故障状态使能信号驱动低边功率开关器件动作。

可选的，所述驱动模块包括：

安全逻辑电路，用于当所述故障使能信号为有效电平时，输出所述短路状态信号对应的电平；

驱动子电路，用于根据所述安全逻辑电路输出的电平驱动所述功率开关动作器件动作。

可选的，所述驱动子电路包括：

驱动放大电路，用于将所述安全逻辑电路输出的电平进行放大，利用放大后的电平驱动所述功率开关器件动作。

可选的，所述驱动子电路还包括：

驱动检测电路，用于当检测所述驱动部件发生故障时，向所述控制器发送驱动故障信号。

可选的，所述驱动部件还包括：

驱动电源，用于给所述驱动电路提供电源。

可选的，所述驱动电源包括：

高边驱动电源，用于给所述高边驱动模块提供电源；

低边驱动电源，用于给所述低边驱动模块提供电源。

与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：

本申请实施例提供了一种电机的主动短路保护系统，包括控制部件和驱动部件，其中，控制部件中故障检测电路用于检测电机是否出现故障，当检测到电机出现故障时，故障检测电路向控制器发送故障信号；控制器根据接收的故障信号输出相应电平信号，该电平信号包括控制使能信号和控制器安全状态信号，最后由逻辑电路根据控制器使能信号和控制器安全状态信号输出有效电平信号，以使得驱动部件根据有效电平信号驱动电机进入主动短路安全状态，使得电机三相绕组短接，保证电机控制器输出较小的扭矩，不会产生非预期加减速，解决了电机故障造成输出扭矩异常的问题，进而保证车辆和人身安全，提高行车安全。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的不同安全状态示意图；

图2为本申请实施例提供的一种电机的主动短路保护系统示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种电机的主动短路保护系统示意图；

图4为本申请实施例提供的一种逻辑电路结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种驱动模块结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种驱动电源拓扑结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解本申请的技术方案，下面将对本申请的背景技术进行简单说明。

发明人在对传统电机保护电路研究中发现，传统的保护电路当检测到电机出现故障时，控制电机进入安全状态。通常情况下电机的安全状态包括两种，一种是直接将所有功率开关器件置于开路状态(Free Wheeling，FW)；另一种是将功率开关器件的半桥置于开路，对边半桥置于短路，也称主动三相短路(Active Short Circuit，ASC)。

为便于理解上述两种安全状态，参见图1，该图为两种安全状态示意图，图1左图为FW安全状态，在该状态下所有的功率开关器件均开路，从而使得电机进入安全状态；右图为ASC安全状态，该图中以上半桥功率器件均开路，下半桥功率器件均短路为例进行显示，从而使得电机进入安全状态。

传统的电机保护电路，当检测到电机故障时，一种情况是，控制电机进入FW状态，该控制方法实现简单，无需电源供电，断开所有功率开关器件即可。然而，当电机高速运转时，会感应极高的反向电动势，功率开关的反并联二极管组成不控整流桥，对母线电容进行充电使其电压升高从而损坏电机控制器；另一方面，电机在高转速时会输出一个较大的制动扭矩，产生一个非预期的急减速，从而会对车上人员的生命安全造成威胁。

另一种情况是，根据电机的转速，控制电机进入不同的安全状态，当电机高转速时，为避免反向电动势的产生，控制电机进入ASC安全状态；当电机低转速时，控制电机进入FW状态。然而，当电机出现某些故障导致无法获取电机转速时，则导致无法控制电机进入安全状态，进而使得车上人员生命和财产安全受到威胁，具有局限性。

为了解决这一问题，在本申请实施例中，提供了一种电机的主动短路保护系统，该保护系统包括控制部件和驱动部件，当控制部件检测到电机故障时，则输出有效电平信号，以使得驱动部件根据有效电平信号驱动电机进入ASC状态，也就是说，当电机出现故障时，无需获取电机转速，均驱动电机进入ASC状态，简化了控制操作，保证电机控制器输出安全扭矩，从而解决了当电机故障造成输出扭矩异常，进而保证车辆和人身安全，提高行车安全。

需要说明的是，为便于描述，在后续介绍中，将ASC安全状态中上半桥对应的电路定为高边电路，将安全ASC状态中下半桥对应的电路定为低边电路。

下面结合附图，通过实施例来详细说明本申请实施例中电机的主动短路保护系统的组成。

实施例一

参见图2，该图为本申请实施例提供的一种电机的主动短路保护系统结构图，该系统应用于电动汽车，该电动汽车包括电机。

电动汽车包括纯电动汽车和混合动力汽车。其中，混合动力汽车是指油电混合动力汽车，即采用传统的内燃机(柴油机或汽油机)和电动机作为动力源。当混合动力汽车的电量不足时，可以利用发动机提供动力源；当混合动力汽车的燃料不足时，可以利用电动机提供动力能源，两者可以互补，提高车辆续航里程。

在本申请实施例中，该系统包括控制部件10和驱动部件20。

控制部件10，用于检测电机是否出现故障，当检测到电机故障时，输出有效电平信号。

驱动部件20，用于根据有效电平信号驱动电机进入主动短路安全状态。

本实施例中，可以预先设置有效电平信号，其中，有效电平信号可以为低电平，也可以为高电平。当有效电平信号为低电平时，控制部件检测到电机故障时，输出低电平；当有效电平信号为高电平时，控制部件检测到电机故障时，输出高电平。

在实际应用，控制部件10可以包括故障检测电路101、控制器102和逻辑电路103。

故障检测电路101，用于检测电机的运行状态，当检测到电机出现故障时，向控制器102发送故障信号。

其中，故障类型可以包括外部系统异常导致过流、过压、过温等故障，也可以包括电机控制器内部器件发生的电源故障、器件短路或开路故障等。

在本实施例中，故障检测电路101与控制器102可以通过硬线连接，当检测到故障时，可以通过将硬线置为有效电平，向控制器102上报故障信息。当然，故障检测电路也可以通过其他方式向控制器上报故障信息，本申请实施例在此不进行限定。

控制器102，用于根据故障检测电路101输出的故障信号输出相应的电平信号。

当故障检测电路101检测电机出现故障时，控制器102输出相应的电平信号给逻辑电路103，该电平信号包括控制器使能信号和控制器安全状态信号。其中，控制器使能信号可以设置为低电平有效，也就是说，当电机系统出现故障时，控制器输出的控制器使能信号为低电平。

当故障检测电路101检测电机未出现故障时，控制器102可以输出脉冲宽度调制波形(Pulse Width Modulation，PWM)信号，以使得驱动部件20根据PWM信号进行相应操作。

逻辑电路103，用于根据控制器使能信号和控制器安全状态信号输出有效电平信号。

本实施例中，逻辑电路103根据控制器102输出的控制器使能信号和控制器安全状态信号输出有效电平信号，从而使得驱动部件20利用该有效电平信号驱动电机进入ASC安全状态。

本实施中，当电机出现故障时，驱动部件根据控制部件输出的有效电平信号驱动电机进入主动短路安全状态，也就是说，电机进入ASC安全状态。

需要说明的是，当有效电平信号为低电平时，驱动部件检测到控制部件输出低电平时，则驱动电机进入ASC安全状态；当有效电平信号为高电平时，驱动部件检测到控制部件输出高电平时，则驱动电机进入ASC安全状态。

通过本申请实施例提供的主动短路保护系统，包括控制部件和驱动部件，当控制部件检测到电机故障时，则输出有效电平信号，以使得驱动部件根据有效电平信号驱动电机进入ASC状态，也就是说，当电机出现故障时，无需获取电机转速，均驱动电机进入ASC状态，简化了控制操作，同时保证电机系统输出扭矩的安全，从而解决了当电机故障造成电机控制器输出扭矩异常，进而保证车辆和人身安全，提高行车安全。

实施例二

上述实施例介绍了一种电机的主动短路保护系统，下面将结合附图对上述设备具体组成进行详细介绍。

参见图3，该图为本申请实施例提供的另一种电机的主动短路保护系统，该系统包括控制部件10和驱动部件20。

在本实施例中，控制部件10还可以包括控制器检测电路104，该电路用于检测控制部件10的电源与控制器102的运行状态，当检测到运行状态为故障时，输出有效检测使能信号给逻辑电路103。

本实施例中，控制器检测电路104对控制部件10的电源以及控制器102的运行状态进行检测，当检测到电源和/或控制器102出现故障时，输出有效检测使能信号给逻辑电路103，通常情况下，可以设置检测使能信号为低电平有效，从而使得逻辑电路103输出有效电平信号，进而使得驱动部件20利用有效电平信号驱动电机进入ASC状态。

通过上述介绍可知，逻辑电路的输入信号可以包括控制器输出的控制器使能信号、控制器安全状态信号以及控制器检测电路输出的检测使能信号，逻辑电路根据三路输入信号输出短路状态信号和故障使能信号，也就是说，控制部件输出的有效电平信号包括短路状态信号和故障状态使能信号。其中，控制器使能信号、检测使能信号以及故障状态使能信号均可以设置为低电平有效。

需要说明的是，由于ASC安全状态是将半桥的功率开关器件置于开路状态，对边半桥的功率开关器件置于短路状态，因此，ASC可以分为两种情况，一种是将低边功率开关器件置于开路状态，高边功率开关器件置于短路状态，此情况称为高边三相主动短路状态；另一种情况是高边功率开关器件置于开路状态，低边功率开关器件置于短路状态，此情况称为低边三相主动短路状态。

在实际应用中，驱动部件根据逻辑电路输出的短路状态信号决定电机进入指定的三相主动短路状态。因此，在一些实施方式中，短路状态信号可以包括高边短路状态信号和低边短路状态信号。具体实现时，可以将短路状态信号设置为高电平有效，当高边短路状态信号为高电平，低边短路状态信号为低电平时，驱动部件控制电机进入高边三相主动短路状态；当高边短路信号为低电平，低边短路信号为高电平时，驱动部件控制电机进入低边三相主动短路状态。

在一些实施方式中，逻辑电路可以通过与非门实现，具体可以包括：

第一与门，用于根据控制器使能信号和检测使能信号，输出故障状态使能信号；第二与门，用于根据检测使能信号和控制器安全状态信号，输出高边短路状态信号；第一非门，用于根据所述第一与门输出结果，输出低边状态短路信号。

为便于理解，参见图4所示逻辑电路示意图，在该图中，第一与门的输入为控制器使能信号和检测使能信号，输出为故障状态使能信号；第二与门的输入为检测使能信号和控制器安全状态信号，输出为高边短路状态信号；第一非门的输入为第二与门的输出结果，输出为低边短路状态信号。

本实施例中，当电机发生故障且控制器工作正常时，控制器检测电路输出的检测使能信号为高电平，此时由控制器决定是否进入ASC状态以及进入低边三相主动短路状态还是高边三相主动短路状态。

第一种情况，当控制器输出的控制器使能信号低电平时，则输出的故障状态使能信号为低电平，表明进入ASC状态：当控制器安全状态为低电平时，输出的高边短路状态信号为低电平，低边短路信号为高电平，表明进入低边三相主动短路状态；当控制器安全状态为高电平时，输出的高边短路信号为高电平，低边短路信号为低电平，表明进入高边三相主动短路状态。

第二种情况，当控制器输出的控制器使能信号为高电平时，由于检测使能信号为高电平，则逻辑电路输出的故障状态使能信号为高电平，由于故障状态使能信号为低电平有效，则表明电机不会进入ASC状态。

另外，当控制器发生故障时，控制器检测电路输出的检测使能信号为低电平，逻辑电路输出的故障状态使能信号为低电平、高边短路信号为低电平、低边短路信号为高电平，则驱动部件驱动电机进入低边三相主动短路状态。也就是说，当控制器发生故障时，无论控制器输出的控制器使能信号为高电平还是低电平，驱动部件均驱动电机进入低边三相主动短路状态，从而保证电机控制器的输出扭矩安全。

在一些实施方式中，驱动部件20可以包括驱动电路201和功率开关模块202。

其中，驱动电路201，用于根据短路状态信号、故障状态使能信号驱动功率开关模块202动作。

本实例中，功率开关模块可以包括6个功率开关器件，其中，三个功率开关器件构成低边电路，另三个功率开关器件构成高边电路。如图2所示，Q1、Q3和Q5组成高边电路，Q2、Q4和Q6组成低边电路。

在实际应用时，每个功率开关器件可以分别对应一个驱动模块，每个驱动模块驱动其对应的功率开关器件开路或短路，也就是说，驱动电路可以包括六个驱动模块。其中，三个驱动模块构成高边驱动模块，根据高边短路状态信号以及故障状态使能信号驱动高边功率开关器件动作；另三个驱动模块构成低边驱动模块，根据低边短路状态信号以及故障状态使能信号驱动低边功率开关器件动作。

为便于理解，如图2所示，驱动电路201包括驱动模块2011、驱动模块2012、驱动模块2013、驱动模块2014、驱动模块2015、驱动模块2016。其中，驱动模块2011、驱动模块2012、驱动模块2013组成高边驱动模块；驱动模块2014、驱动模块2015、驱动模块2016组成低边驱动模块。具体地，驱动模块2011控制功率开关Q1、驱动模块2012控制功率开关Q3、驱动模块2013控制功率开关Q5；驱动模块2014控制器功率开关Q2、驱动模块2015控制功率开关Q4、驱动模块2016控制功率开关Q6。

在一些实施方式中，驱动模块可以包括安全逻辑电路和驱动子电路，其中，安全逻辑电路，用于当故障使能信号为有效电平时，输出短路状态信号对应的电平；驱动子电路，用于根据安全逻辑电路输出的电平驱动功率开关器件动作。

本实施例中，以驱动模块为高边驱动模块为例，当故障使能信号为低电平时，则安全逻辑电路输出高边短路状态信号对应的电平：当电平为低电平时，驱动子电路驱动功率开关器件开路，相应的低边驱动模块对应的驱动子电路驱动功率开关器件短路；当电平为高电平时，驱动子电路驱动功率开关器件短路，相应的，低边驱动模块对应的驱动子电路驱动功率开关器件开路。

为便于理解，参见图5，该图为驱动模块结构示意图，该图以驱动模块2011为例进行说明，在该图中，包括安全逻辑电路2011a和驱动子电路2011b，安全逻辑电路2011a的输入为故障状态使能信号和高边短路状态信号，当故障状态使能信号为低电平时，安全逻辑电路输出高边短路状态信号对应的电平，驱动子电路根据安全逻辑电路输出的电平驱动功率开关器件Q1开路或短路。当安全逻辑电路输出的电平为高电平时，驱动子电路驱动功率开关器件Q1短路；当安全逻辑电路输出的电平为低电平时，驱动子电路驱动功率开关器件Q1开路。

另外，当故障状态使能信号为高电平时，还可以将控制器输出的PWM信号输入给安全逻辑电路，从而使得安全逻辑电路输出PWM信号对应的电平，驱动子电路根据安全逻辑电路输出的电平控制功率开关器件开路或短路。

考虑到驱动子电路仅利用安全逻辑电路输出的电平驱动功率开关器件动作时，可能会由于电平较小，导致无法驱动功率开关器件动作，因此，在一些实施方式中，驱动子电路可以包括驱动放大电路，用于将安全逻辑电路输出的电平进行放大，利用放大后的电平驱动功率开关器件动作。

参见图5，在该图中，驱动子电路2011b包括驱动放大电路，该驱动放大电路的输入信号为安全逻辑电路输出的电平，对该电平进行放大，输出驱动信号，以驱动功率开关器件动作。

在实际应用时，通常情况下，驱动部件可以驱动电机进入固定的半桥ASC安全状态，然而当驱动部件出现故障时，导致无法驱动电机进入指定的ASC安全状态，为保证输出扭矩安全，需及时检查驱动部件内部的故障，在一些实施方式中，驱动子电路还可以包括驱动检测电路，用于检测驱动部件是否发生故障，当检测到驱动部件发生故障时，给控制器发送驱动故障信号，以使得控制器根据驱动故障信号进行相应处理。

本实施例中，驱动检测电路可以由驱动芯片和外围电路组成，当本边功率开关器件开路或对边功率开关器件短路时，均可以触发驱动检测电路。

其中，驱动部件发生故障可以包括驱动电源供电异常、功率开关器件无法动作或动作异常以及输入输出状态不一致等故障类型，当驱动检测电路检测到上述任意一种故障时，向控制器发送驱动故障信号。

其中，功率开关器件动作异常是指，当电机进入低边主动三相短路状态时，驱动检测电路检测到低边功率器件开路以及高边功率器件短路；或者，当电机进入高边主动三相短路状态时，驱动检测电路检测到高边功率器件开路以及低边功率器件短路。

输入输出状态不一致是指，驱动放大电路输入输出的电平不一致。例如，输入给驱动放大电路为高电平，而驱动放大电路输出的驱动信号为低电平。

需要说明的是，本实施例中，驱动部件发生故障的前提为电机已发生故障使得电机进入ASC状态。当驱动检测电路检测到驱动部件发生故障时，发送驱动故障信号给控制器，控制器接收到驱动故障信号后，可以通过改变控制器安全状态信号的电平，切换至对边主动三相短路状态。例如，由于电机系统出现过流情况，控制器控制电机进入低边主动三相短路状态，由于过流可能引起低边功率器件发生开路，则驱动检测电路通过硬线向控制器上报驱动故障，控制器接收驱动故障信号后，通过改变控制器安全状态信号的电平为高电平，切换电机进入高边主动三相短路状态。在进行高低边主动三相短路状态切换过程中，为防止同一桥臂上下功率开关器件直通，可以先插入短暂的FW状态，保证安全。

需要说明的是，在本实施例中，可以将低边主动三相短路状态设置为默认状态，也就是说，当电机发生故障时，控制器控制电机进入低边主动三相短路状态。当然，也可以将高边主动三相短路状态设置为默认状态，本实施例在此不做限定。

可以理解的是，当电机发生故障时，控制器控制电机进入低边主动三相短路状态，当低边功率器件开路或高边功率器件短路时，控制器根据低边驱动检测电路上报的驱动故障信号，改变控制器安全状态信号为高电平，由于控制器工作正常，检测使能信号为高电平，则高边短路状态信号为高电平，低边短路状态信号为低电平，此时由低边主动三相短路状态切换至高边主动三相短路状态。可见，通过对进入ASC安全状态进行冗余，即使固定半桥的电源、功率器件或驱动电路等发生故障时，可以通过冗余路径驱动电机进入对边半桥的ASC安全状态，保证输出扭矩安全。

在本实例中，当电机与驱动部件同时发生故障时，控制器不会输出控制电机进入低边主动三相短路状态的指令，而是直接输出进入高边主动三相短路指令，以使得电机进入高边主动三相短路状态。

当仅驱动部件发生故障时，控制器可以根据驱动故障信号类型区分高边驱动故障信号和低边驱动故障类型，当为高边驱动故障类型时，控制器可以输出低边主动三相短路对应的PWM信号给安全逻辑电路，具体实现时，控制器输出6路PWM信号给驱动部件，其中，高边三路PWM信号保持低电平，低边三路PWM信号保持高电平，以驱动电机进入低边主动三相短路状态；当为低边驱动故障类型时，控制器可以通过输出高边主动三相短路对应的PWM信号给安全逻辑电路，具体实现时，控制器输出6路PWM信号给驱动部件，其中，高边三路PWM保持高电平，低边三路PWM保持低电平，以驱动电机进入高边主动三相短路状态。可以理解的是，由于进入ASC安全状态时，半桥功率器件开路，半桥功率器件短路，然而在没有电源供电的情况下，功率器件均处于开路状态，因此为使得功率器件处于短路状态，需保证功率器件短路的半桥供电正常。为避免车辆电池故障无法给驱动部件提供电源，在一些实施方式中，驱动部件还可以包括驱动电源，用于给驱动电路201提供电源。因此，在本申请实施例中，当电机系统故障时，可以利用独立的电源供电，以使得电机进入ASC安全状态，保证电机输出扭矩安全。

另外，驱动电路可以包括高边驱动模块和低边驱动模块，为保证两个驱动模块均可独立工作，驱动电源可以包括高边驱动电源2031和低边驱动电源2032。其中，高边驱动电源2031，用于给高边驱动模块提供电源；低边驱动电源2032，用于给低边驱动模块提供电源。

在本实施例中，高边驱动电源和低边驱动电源可以采用完全独立的电池供电，如图2所示，高边驱动电源2031由低压电池1进行供电，该低压电池1可以经过一系列高低压变化电路输出低压电源，用于给高边驱动模块供电；同时还可以输出隔离的高压电源，作为功率器件的驱动电源。低边驱动电源2032由高压电池2进行供电，高压电池经过高低压变化电路，分别输出低压电源，用于给低边驱动模块提供供电；同时输出隔离的高压电源，作为功率器件的驱动电源。

为便于理解，本申请实施例提供了一种驱动电源拓扑结构图，参见图6，在该图中，高边驱动电源2031中，低压电池1经过电源转换芯片电路得到一路5V低压输出给高边驱动模块，以给安全逻辑电路供电；低压电池1经过Boost升压电路得到30V输出电压，在经过三路推挽电路将输出电压转化为15V、GND和-8V作为高边驱动模块中驱动放大电路的电源，以驱动高边功率开关器件动作。低边驱动电源2032中，高压电池2通过DC/DC变换器给驱动模块提供电源，其中DC/DC变换器包括四组变压器，其中三组变压器分别输出三路电压15V、GND和-8V给低边驱动模块中驱动放大电路供电，以驱动低边功率开关器件动作，第四组变压器输出+5V/GND给低边驱动模块中安全逻辑电路供电。

通过本申请实施例提供的保护系统，该保护系统包括控制部件和驱动部件，当控制部件检测到电机故障时，则输出有效电平信号，以使得驱动部件根据有效电平信号驱动电机进入ASC状态，也就是说，当电机出现故障时，无需获取电机转速，均驱动电机进入ASC状态，简化了控制操作，同时保证电机控制器输出扭矩的安全，从而解决了当电机故障造成输出扭矩异常，进而保证车辆和人身安全，提高行车安全。

为了便于理解本申请提供的保护系统，下面将结合具体的应用场景对本申请进行详细说明。

需要说明的是，为便于理解和描述，在后续描述中将高电平设置为1，低电平设置为0，故障状态使能信号、控制器使能信号和检测使能信号均为低电平有效，将低边主动三相短路状态设置为默认安全状态。

场景一

当外部系统异常导致电机出现过流、过温、过压等故障时，故障检测电路将故障反馈给控制器，由控制器输出控制使能信号＝0和控制器安全状态信号＝0，当控制器检测电路检测控制器未发生故障时，控制器检测电路输出检测使能信号＝1。则逻辑电路输出故障状态使能信号＝0、高边短路状态信号＝0、低边短路状态信号＝1，则高边驱动模块根据高边短路状态信号＝0驱动高边功率开关器件开路；低边驱动模块根据低边短路状态信号＝1驱动低边功率开关器件短路，从而使电机进入低边主动三相短路状态。

需要说明的是，控制器虽然可以输出PWM信号给高边驱动模块和低边驱动模块，由于故障状态使能信号＝0，二者均不响应PWM信号。

场景二

当外部系统失效导致控制器故障时，虽然控制器无法保证输出正确的信号使得电机进入ASC安全状态，但控制器检测电路检测到控制器故障时，输出检测使能信号＝0，逻辑电路输出故障状态使能信号＝0、高边短路状态信号＝0、低边短路状态信号＝1，则高边驱动模块和低边驱动模块分别驱动各自对应的功率器件动作，从而使电机进入低边主动三相短路状态。

场景三

在该实施例中，控制器和控制器检测电路均可以由低压电池供电，当低压电池发生故障，无法提供电源时，控制器和控制器检测电路均无法输出有效信号，为保证电机可以进入ASC安全状态，在控制器检测电路内部可以设置当控制器检测电路没有供电时，将检测使能信号进行下拉处理，保证检测使能信号＝0，从而使得逻辑电路输出有效的低边短路状态信号＝1，由于高压电池供电正常，低边驱动模块可以正常工作，从而驱动低边功率器件短路，进而驱动电机进入低边主动三相短路状态。

当高压电池发生故障，无法供电时，低边驱动检测电路通过拉低硬线向控制器上报故障，控制器响应于低边驱动故障信号，输出控制器安全状态信号＝1，从而使得逻辑电路输出有效的高边短路状态信号＝1，由于低压电池供电正常，高边驱动模块可以正常工作，从而驱动高边功率器件短路，进而驱动电机进入高边主动三相短路安全状态。

另外，在控制器工作正常情况下，由于电机故障或驱动部件故障需要控制电机进入ASC安全状态时，为避免控制器输出的控制器使能信号回路出现问题导致逻辑电路无法正确输出从而使系统无法进入ASC安全状态，控制器还可以输出PWM信号作为冗余。该PWM信号对应的驱动状态和高边主动三相短路或低边主动三相短路一致，从而使得驱动模块可以根据PWM信号驱动电机进入指定的主动三相短路安全状态。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

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。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、方法、物品或者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、方法、物品或者设备所固有的要素。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、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种电机的主动短路保护系统，其特征在于，应用于电动汽车，所述电动汽车包括电机，所述系统包括：

控制部件，用于当检测到电机故障时，输出有效电平信号；

驱动部件，用于根据所述有效电平信号驱动所述电机进入主动短路安全状态；

其中，所述控制部件具体包括：

故障检测电路，用于当检测所述电机出现故障时，向控制器发送故障信号；

所述控制器，用于根据所述故障信号输出相应电平信号；所述电平信号包括控制器使能信号和控制器安全状态信号；

控制器检测电路，用于检测所述控制部件的电源与所述控制器的运行状态，当检测到运行状态为故障时，输出检测使能信号；

逻辑电路，用于根据所述控制器使能信号、所述控制器安全状态信号以及所述检测使能信号输出所述有效电平信号，所述有效电平信号包括短路状态信号和故障状态使能信号，所述短路状态信号包括高边短路状态信号和低边短路状态信号；

所述逻辑电路包括：

第一与门，用于根据所述控制器使能信号和所述检测使能信号，输出所述故障状态使能信号；

第二与门，用于根据所述检测使能信号和所述控制器安全状态信号，输出高边短路状态信号；

第一非门，用于根据所述第二与门输出结果，输出低边短路状态信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动部件包括：

驱动电路，用于根据所述短路状态信号、所述故障状态使能信号驱动功率开关模块动作。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述驱动电路包括六个驱动模块；所述功率开关模块包括六个功率开关器件；其中，所述驱动模块与所述功率开关器件一一对应。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述短路状态信号包括高边短路状态信号和所述低边短路状态信号；所述驱动电路包括：

高边驱动模块，用于根据所述高边短路状态信号和所述故障状态使能信号驱动高边功率开关器件动作；

低边驱动模块，用于根据所述低边短路状态信号和所述故障状态使能信号驱动低边功率开关器件动作。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述驱动模块包括：

安全逻辑电路，用于当所述故障状态使能信号为有效电平时，输出所述短路状态信号对应的电平；

驱动子电路，用于根据所述安全逻辑电路输出的电平驱动所述功率开关动作器件动作。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述驱动子电路包括：

驱动放大电路，用于将所述安全逻辑电路输出的电平进行放大，利用放大后的电平驱动所述功率开关器件动作。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述驱动子电路还包括：

驱动检测电路，用于当检测所述驱动部件发生故障时，向所述控制器发送驱动故障信号。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述驱动部件还包括：

驱动电源，用于给所述驱动电路提供电源。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述驱动电源包括：

高边驱动电源，用于给所述高边驱动模块提供电源；

低边驱动电源，用于给所述低边驱动模块提供电源。

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