CN111244927A - 一种母线电容主动放电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种母线电容主动放电电路,包括：直流电源、母线电容、驱动电源电路、控制电路、IGBT模块、电机控制器；母线电容连接到位于直流电源和IGBT模块之间的正负直流总线；IGBT模块包括驱动芯片、门极电阻和逆变器；驱动芯片的输出端经过门极电阻连接到IGBT的门极；控制电路分别连接各个驱动芯片；驱动电源电路的输出端与逆变器的其中一相上桥对应的驱动芯片的输入端连接；逆变器的输出端与电机控制器的输入端连接。通过外围很小的电路模块，控制IGBT的门极电压，使IGBT模块在导通过程中只工作在线性区，降低了IGBT模块在导通过程中的电流过冲，保证IGBT的寿命，降低IGBT在放电过程中失效的风险。

Description

一种母线电容主动放电电路

技术领域

本发明属于新能源汽车电驱动技术领域，具体涉及一种母线电容主动放电电路。

背景技术

由于新能源汽车的快速发展，对汽车电子的性能要求越来越高，尤其是电机对控制器的安全保护策略越来越严格。新能源汽车实时装载一个高压大电池，只有将高压安全保护做到极致，才能保证新能源汽车的安全可靠。当整车停止工作的时候，电池与电机控制器断开连接，由于母线电容较大，造成整个控制器仍处于高电压状态，当整车遇到故障或正常检修的时候，较高的母线电压会对人造成很大的生命危，因此，对电机控制器采用一定的主动放电方式，在电池与电机控制器断开连接且停机的时候，把母线电容上的高压在短时间内降低到安全范围内是非常必要的。

目前的主动放电电路方案，如图1所示，通常是通过主动放电逻辑电路发出主动放电开关驱动信号，控制放电电路，控制IGBT开关，通过放电电阻R1和R2进行放电。这种方案采用放电电阻进行放电，通常还会增加IGBT用于控制放电起始，增加一部分电路，放电电阻的选型对成本要求较高。

发明内容

本发明目的是：提供一种合理利用逆变器现有的资源，通过外围很小的电路模块控制IGBT的门极电压，使IGBT模块在导通过程中只工作在线性区的母线电容主动放电电路。

本发明的技术方案是：一种母线电容主动放电电路，该母线电容主动放电电路包括：直流电源、母线电容、驱动电源电路、控制电路、IGBT模块、电机控制器；

所述母线电容连接到位于所述直流电源和所述IGBT模块之间的正负直流总线；

所述IGBT模块包括驱动芯片、门极电阻和逆变器；所述逆变器中每一个IGBT对应一组驱动芯片和门极电阻，所述驱动芯片的输出端经过所述门极电阻连接到IGBT的门极；

所述控制电路分别连接各个所述驱动芯片；

所述驱动电源电路的输出端与所述逆变器的其中一相上桥对应的驱动芯片的输入端连接；

所述逆变器的输出端与所述电机控制器的输入端连接。

其进一步的技术方案是：所述逆变器的下三桥常开；

所述控制电路在接收到放电指令时发送PWM放电信号，使所述逆变器的下三桥进入ASC状态。

其进一步的技术方案是：所述控制电路输出PWM实现所述IGBT模块直通放电，所述IGBT模块的开关频率和占空比小于正常开关频率，使电容电压在规定时间内放电至安全电压60V以下。

其进一步的技术方案是：所述控制电路包括MCU或CPLD。

其进一步的技术方案是：所述驱动电源电路包括两路，第一路包括第一电源、三极管、第一二极管；第二路包括第二电源、第二二极管；

所述第一电源的负极接地，正极与所述三极管的集电极连接，所述三极管的发射极与所述第一二极管的阳极连接；所述第二电源的负极接地，正极与所述第二二极管的阳极连接；所述第一二极管与所述第二二极管的阴极分别连接到所述驱动芯片；

所述第二电源小于所述第一电源，所述驱动电源电路在放电时从所述第一电源切换到所述第二电源，控制所述三极管导通。

其进一步的技术方案是：所述第一电源为所述驱动芯片正常工作时的电压源，所述第二电源的输入为高压母线电压作为输入源，经过变压器输出送至LDO电源模块。

本发明的优点是：

通过合理利用逆变器的现有资源，设计主动放电功能，有效降低成本和节省layout布局空间，通过外围很小的电路模块，控制IGBT的门极电压，使IGBT模块在导通过程中只工作在线性区，有效降低了IGBT模块在导通过程中的电流过冲，保证了IGBT的寿命，降低IGBT在放电过程中失效的风险，尤其适用于电机失效后，需要进行高压安全放电的场景。

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是已有的主动放电电路的原理图；

图2是本申请一个实施例提供的母线电容主动放电电路的原理图；

图3是本申请另一个实施例提供的母线电容主动放电电路的原理图。

具体实施方式

实施例：本申请提供了一种母线电容主动放电电路，结合参考图2和图3，该母线电容主动放电电路包括：直流电源UDC、母线电容C1、驱动电源电路、控制电路、IGBT模块、电机控制器M。

母线电容C1连接到位于直流电源UDC和IGBT模块之间的正负直流总线；IGBT模块包括驱动芯片、门极电阻和逆变器。

逆变器中的每个开关器件包括绝缘栅双极晶体管IGBT或其他功率半导体开关器件，每个IGBT包括反向阻断二极管；逆变器中每一个IGBT对应一组驱动芯片和门极电阻，驱动芯片的输出端经过门极电阻连接到IGBT的门极；控制电路分别连接各个驱动芯片；驱动电源电路的输出端与逆变器的其中一相上桥对应的驱动芯片的输入端连接；逆变器的输出端与电机控制器M的输入端连接。

如图2所示，六个IGBT分别对应六个驱动芯片以及六个门极电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，控制电路分别与六个驱动芯片连接，以实现对驱动芯片的控制。

可选的，在实际应用中，还可以采用开关方式控制门极电阻的大小。

当整车高压下正常下电或紧急下电时，为保证整车人身安全，需要对电机控制器M的母线大电容C1内的高压电进行放电至安全电压以下。

逆变器的下三桥常开；控制电路在接收到放电指令时发送PWM放电信号，使逆变器的下三桥进入主动短路控制ASC状态。

控制电路输出PWM实现IGBT模块直通放电，IGBT模块的开关频率和占空比小于正常开关频率，使电容电压在规定时间内放电至安全电压60V以下。

可选的，控制电路包括微控制单元MCU或复杂可编程逻辑器件CPLD。

可选的，驱动电源电路包括两路，第一路包括第一电源VCC1、三极管IC1、第一二极管；第二路包括第二电源VCC2、第二二极管；第一电源VCC1的负极接地，正极与三极管IC1的集电极连接，三极管IC1的发射极与第一二极管的阳极连接；第二电源VCC2的负极接地，正极与第二二极管的阳极连接；第一二极管与第二二极管的阴极分别连接到驱动芯片。

第二电源VCC2小于第一电源VCC1，驱动电源电路在放电时从第一电源VCC1切换到第二电源VCC2，控制三极管IC1导通。

第一电源VCC1为驱动芯片正常工作时的电压源，第二电源VCC2的输入为高压母线电压作为输入源，经过变压器输出送至低压差线性稳压器LDO电源模块。在实际应用中，驱动电源电路还可以采用其他设计方案。

在实际应用中，控制电路先发送PWM放电信号使逆变器的下三桥进入ASC状态，然后再输出PWM实现IGBT模块的直通放电，并且开关频率和占空比远小于正常开关频率，这是由于需要控制IGBT的开关速度，开关太快IGBT直通电流过大，容易造成IGBT损坏；同时硬件切换某一相（比如图中的U相）上桥IGBT的驱动供电电源，从第一电源VCC1切换到第二电源VCC2（控制三极管IC1导通），通过控制IGBT门极驱动电压实现IGBT的集电极的电流控制，使IGBT在放电过程中不能进入饱和区，只工作在线性区，同时保证电流IC小于600A，从而确保IGBT的热和寿命满足设计要求。

综上所述，本申请提供的母线电容主动放电电路，通过合理利用逆变器的现有资源，设计主动放电功能，有效降低成本和节省layout布局空间，通过外围很小的电路模块，控制IGBT的门极电压，使IGBT模块在导通过程中只工作在线性区，有效降低了IGBT模块在导通过程中的电流过冲，保证了IGBT的寿命，降低IGBT在放电过程中失效的风险，尤其适用于电机失效后，需要进行高压安全放电的场景。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或者两个以上。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通基数人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。

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

Claims (6)

1.一种母线电容主动放电电路，其特征在于，所述母线电容主动放电电路包括：直流电源、母线电容、驱动电源电路、控制电路、IGBT模块、电机控制器；

所述母线电容连接到位于所述直流电源和所述IGBT模块之间的正负直流总线；

所述IGBT模块包括驱动芯片、门极电阻和逆变器；所述逆变器中每一个IGBT对应一组驱动芯片和门极电阻，所述驱动芯片的输出端经过所述门极电阻连接到IGBT的门极；

所述控制电路分别连接各个所述驱动芯片；

所述驱动电源电路的输出端与所述逆变器的其中一相上桥对应的驱动芯片的输入端连接；

所述逆变器的输出端与所述电机控制器的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的母线电容主动放电电路，其特征在于，所述逆变器的下三桥常开；

所述控制电路在接收到放电指令时发送PWM放电信号，使所述逆变器的下三桥进入ASC状态。

3.根据权利要求2所述的母线电容主动放电电路，其特征在于，所述控制电路输出PWM实现所述IGBT模块直通放电，所述IGBT模块的开关频率和占空比小于正常开关频率，使电容电压在规定时间内放电至安全电压60V以下。

4.根据权利要求3所述的母线电容主动放电电路，其特征在于，所述控制电路包括MCU或CPLD。

5.根据权利要求1所述的母线电容主动放电电路，其特征在于，所述驱动电源电路包括两路，第一路包括第一电源、三极管、第一二极管；第二路包括第二电源、第二二极管；

所述第一电源的负极接地，正极与所述三极管的集电极连接，所述三极管的发射极与所述第一二极管的阳极连接；所述第二电源的负极接地，正极与所述第二二极管的阳极连接；所述第一二极管与所述第二二极管的阴极分别连接到所述驱动芯片；

所述第二电源小于所述第一电源，所述驱动电源电路在放电时从所述第一电源切换到所述第二电源，控制所述三极管导通。

6.根据权利要求5所述的母线电容主动放电电路，其特征在于，所述第一电源为所述驱动芯片正常工作时的电压源，所述第二电源的输入为高压母线电压作为输入源，经过变压器输出送至LDO电源模块。

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