CN111786549A - 母线电容的放电控制装置、方法和电控设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种母线电容的放电控制装置、电控设备及其母线电容的放电控制方法，该装置包括：放电单元，并联在母线电容的两端，用于在放电单元自身接通的情况下，与母线电容形成放电回路，以通过放电回路对母线电容进行放电；控制单元中，采样单元，用于对母线电压进行采样，得到母线采样电压；稳压源组件，用于对母线电压进行转换处理，以得到第一参考电压；比较单元，用于以第一参考电压为工作电压和第一参考值，在母线采样电压小于第一参考值的情况下，向放电单元发出第一控制信号，以控制放电单元接通。该方案，可以解决母线电容放电时放电电阻发热严重而产生安全隐患的问题，达到避免母线电容放电时放电电阻发热严重从而提升安全性的效果。

Description

母线电容的放电控制装置、方法和电控设备
技术领域
本发明属于电源控制技术领域，具体涉及一种母线电容的放电控制装置、电控设备及其母线电容的放电控制方法，尤其涉及一种母线电容优化放电的快速控制装置、电控设备及其母线电容的放电控制方法。
背景技术
电动车的控制器使用时，母线电容上的电压为高压，在断开电源的时候，母线电容需要在一定的时间内迅速的将电压泄放到安全电压以下。由于母线电容放电时电压变化较快，设置在母线电容的放电支路上的放电电阻需要承受很大的功率，容易发热而产生安全隐患。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种母线电容的放电控制装置、电控设备及其母线电容的放电控制方法，以解决母线电容放电时放电电阻发热严重而产生安全隐患的问题，达到避免母线电容放电时放电电阻发热严重从而提升安全性的效果。
本发明提供一种母线电容的放电控制装置，包括：放电单元和控制单元；所述放电单元，并联在所述母线电容的两端，用于在所述放电单元自身接通的情况下，与所述母线电容形成放电回路，以通过所述放电回路对所述母线电容进行放电；所述控制单元，包括：稳压源组件、比较单元和采样单元；其中，所述采样单元，用于对母线电压进行采样，得到母线采样电压；所述稳压源组件，用于对所述母线电压进行转换处理，以得到第一参考电压；所述比较单元，用于以所述第一参考电压为工作电压和第一参考值，在所述母线采样电压小于所述第一参考值的情况下，向所述放电单元发出第一控制信号，以控制所述放电单元接通。
可选地，还包括：所述稳压源组件，还用于对所述母线电压进行转换处理，以得到第二参考电压，所述第二参考电压小于所述第一参考电压；所述比较单元，还用于在通过所述放电单元对所述母线电容进行放电的过程中，以所述第二参考电压为第二参考值，在所述母线采样电压下将至小于所述第二参考值的情况下，向所述放电单元发出第二控制信号，以控制所述放电单元断开。
可选地，所述稳压源组件，包括：限流单元、稳压源和分压单元；所述限流单元和所述分压单元串联，所述分压单元并联在所述稳压源的正负极之间；其中，所述限流单元，用于对所述母线电压进行限流处理；所述分压单元，用于对所述稳压源的输出电压进行分压处理；所述稳压源，用于对所述母线电压进行转化处理，以通过所述限流单元和所述分压单元的公共端输出所述第一参考电压；并在所述稳压源组件还对所述母线电压进行转换处理，以得到第二参考电压的情况下，通过所述分压单元的分压端输出所述第二参考电压。
可选地，所述限流单元，包括：限流电阻；所述稳压源，包括：TL431；所述分压单元，包括：第一分压电阻和第二分压电阻；其中，所述TL431的负极连接至所述限流电阻和所述第一分压电阻的公共端，所述TL431的参考端连接至所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端；所述限流电阻和所述第一分压电阻的公共端输出所述第一参考电压，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端输出所述第二参考电压。
可选地，所述稳压源组件，还包括：稳压单元；所述稳压单元，设置在所述限流单元的前端，用于减小所述稳压源所承受的电压；其中，所述稳压单元，包括：单独的稳压二极管，或由两个以上单独的稳压二极管串并联形成的稳压二极管组。
可选地，所述比较单元，包括：第一比较器，或者，第二比较器和第三比较器；其中，在所述比较单元包括第一比较器的情况下，所述第一比较器的同相输入端用于输入所述母线采样电压，所述第一比较器的第一电源端用于输入所述第一参考电压，所述第一比较器的反相输入端用于输入第二参考电压，所述第一比较器的输出端用于输出控制信号；所述控制信号用于控制所述放电单元的接通或断开；在所述比较单元包括第二比较器和第三比较器的情况下，所述第二比较器的反相输入端用于输入所述第一参考电压，所述第二比较器的同相输入端和所述第三比较器的反相输入端相连且用于输入所述母线采样电压，所述第三比较器的同相输入端用于输入第二参考电压；所述第二比较器的供电端接电源。
可选地，所述采样单元，包括：第一采样电阻和第二采样电阻；所述第一采样电阻和所述第二采样电阻串联后并联设置在所述母线电容的两端；所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的公共端输出所述母线采样电压。
可选地，所述放电单元，包括：放电电阻和控制开关；所述放电电阻与所述控制开关串联后与所述母线电容并联。
可选地，其中，所述放电电阻，包括：单独的电阻，或由两个以上单独的电阻串并联形成的电阻组；所述放电电阻的阻值，能够根据所述母线电容的电容值和所述母线电压确定；和/或，所述控制开关，包括：功率开关管；所述功率开关管的控制端，连接至所述比较单元的输出端。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电控设备，包括：以上所述的母线电容的放电控制装置。
与上述电控设备相匹配，本发明再一方面提供一种电控设备的母线电容的放电控制方法，包括：通过放电单元，在所述放电单元自身接通的情况下，与所述母线电容形成放电回路，以通过所述放电回路对所述母线电容进行放电；通过采样单元，对母线电压进行采样，得到母线采样电压；通过稳压源组件，对所述母线电压进行转换处理，以得到第一参考电压；通过比较单元，以所述第一参考电压为工作电压和第一参考值，在所述母线采样电压小于所述第一参考值的情况下，向所述放电单元发出第一控制信号，以控制所述放电单元接通。
可选地，还包括：通过稳压源组件，还对所述母线电压进行转换处理，以得到第二参考电压，所述第二参考电压小于所述第一参考电压；通过比较单元，还在通过所述放电单元对所述母线电容进行放电的过程中，以所述第二参考电压为第二参考值，在所述母线采样电压下将至小于所述第二参考值的情况下，向所述放电单元发出第二控制信号，以控制所述放电单元断开。
由此，本发明的方案，通过设置与母线电容并联的放电电阻和功率开关管，形成母线电容的放电支路；并通过将母线电压直接转化为弱电从而为驱动板供电，在驱动板上直接搭建可控制功率开关管开通关断的硬件电路，在母线电压下降到一定值时及时控制功率开关管接通以利用放电支路对母线电容进行放电，可以解决母线电容放电时放电电阻发热严重而产生安全隐患的问题，达到避免母线电容放电时放电电阻发热严重从而提升安全性的效果；进一步地，还可以避免利用由主控板CPU控制功率开关管而存在的浪费资源和响应速度慢的问题，能够节约资源，并提供响应速度。
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。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的母线电容的放电控制装置的一实施例的结构示意图；
图2为母线电容主动放电控制电路的一实施例的结构示意图；
图3为母线电容优化放电的快速控制电路的一实施例的结构示意图；
图4为放电电阻的一实施例的结构示意图；
图5为母线电压的采样电路的一实施例的结构示意图；
图6为TL431电路的一实施例的结构示意图；
图7为功率开关管的控制信号产生电路的一实施例的控制信号产生流程示意图；
图8为功率开关管的控制信号产生电路的一实施例的结构示意图；
图9为本发明的母线电容的放电控制方法的一实施例的流程示意图；
图10为本发明的方法中对放电单元的放电过程进行控制的一实施例的流程示意图。
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，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种母线电容的放电控制装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该母线电容的放电控制装置可以包括：放电单元和控制单元。
在一个可选例子中，所述放电单元，并联在所述母线电容的两端，可以用于在所述放电单元自身接通的情况下，与所述母线电容形成放电回路，以通过所述放电回路对所述母线电容进行放电；或者，在所述放电单元自身断开的情况下，断开与所述母线电容形成的放电回路，以停止通过所述放电回路对所述母线电容进行放电。
可选地，所述放电单元，可以包括：放电电阻和控制开关。所述放电电阻与所述控制开关串联后与所述母线电容并联，以形成所述母线电容的放电支路。所述控制开关，可以用于控制所述放电支路的接通或关断，进而控制所述放电支路与所述母线电容形成的放电回路的接通或关断。
例如：母线电容和放电单元，可以形成被控电路。被控电路，主要可以由母线电容C1、放电电阻R1和功率开关管MOS等元件组成。放电电阻的作用是在电路断开或者电路出现故障的情况下，电路中母线电容上的电压能够通过放电电阻释放电能而降低到设定电压如人体安全电压36V以下，以保障工作人员的人身安全。放电电阻必须在规定时间内将直流环节电容上的电压降到人体安全电压以下。
由此，通过放电电阻与控制开关形成放电单元，并采取放电电阻控制电路的硬件设计，可以解决放电电阻所在放电支路的开通或关断时间是否及时的问题，通过驱动板自主为功率开关管提供控制信号，可以及时、准确地控制放电电阻所在放电支路的开通或关断，能够减小放电电阻的发热量。
更可选地，所述放电电阻，可以包括：单独的电阻，或由两个以上单独的电阻串并联形成的电阻组。所述放电电阻的阻值，能够根据所述母线电容的电容值和所述母线电压确定。
例如：放电电阻R1的设置，可以根据母线电容的容量的大小、以及电压的大小按公式进行计算母线电容的参数，人体安全电压常规规定为36V以下。放电电阻R1的阻值R，可以按以下公式进行计算：
Figure BDA0002589989370000051
Figure BDA0002589989370000061
固定放电电阻R1在放电时间内消耗能量Q为：
Figure BDA0002589989370000062
由上式可进一步计算得出在放电时间t内的平均功率P为：
Figure BDA0002589989370000063
放电电阻的冲击功率
Figure BDA0002589989370000064
为：
Figure BDA0002589989370000065
以上各式中，t为放电时间，单位为s；Udc为支撑电容上最大直流峰值电压，单位为V；Usafe为人体安全电压，单位为V。在选用固定的放电电阻时，应综合考虑，选择关键参数满足诸如这些要求的电阻：电阻≤R；平均功率≥P；
Figure BDA0002589989370000066
根据实际选择的值，进一步选择R的种类以及串并联方式。
由此，通过根据母线电容和母线电压确定放电电阻的阻值，可以提供精准且安全的放电电阻，有利于保证放电电阻对母线电容放电的安全性、且不至于使用更大阻值的电阻而造成能源浪费。
更可选地，所述控制开关，可以包括：功率开关管。所述功率开关管的控制端，连接至所述比较单元的输出端。
由此，通过功率开关管如MOS管对放电回路的接通或关断进行控制，控制的精准性和可靠性可以得到保证；通过控制功率开关管的开通与关断，在适当的时间快速断开放电电阻的放电回路，可以减小放电电阻的发热量，有利于延长放电电阻的使用寿命。
在一个可选例子中，所述控制单元，可以包括：稳压源组件、比较单元和采样单元。
具体地，所述采样单元，可以用于对母线电压进行采样，得到母线采样电压。
可选地，所述采样单元，可以包括：第一采样电阻和第二采样电阻(如第一采样电阻R5和第二采样电阻R6)。所述第一采样电阻和所述第二采样电阻串联后并联设置在所述母线电容的两端。所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的公共端输出所述母线采样电压。
例如：电阻分压电路，可以根据实际的需要缩放该比例，得到合适的采样值，电阻的选择仍旧需要考虑阻值、以及功率问题。电压采样电压Udc的计算公式可以为：
Figure BDA0002589989370000071
由此，通过采用电阻分压的方式对母线电压进行采样，可以可靠且安全地采样得到母线采样电压，从而使比较单元可以基于母线采样电压判断电源是否断开，以在电源断开的情况下及时控制放电单元接通以及时放电，放电响应速度较快；并在母线电容放电至设定电压或人体安全电压时控制放电单元断开以停止放电，节省能源。
具体地，所述稳压源组件，可以用于对所述母线电压进行转换处理，以得到第一参考电压。
可选地，所述稳压源组件，可以包括：限流单元、稳压源和分压单元。所述限流单元和所述分压单元串联，所述分压单元并联在所述稳压源的正负极之间。
具体地，所述限流单元，可以用于对所述母线电压进行限流处理，以限制流过所述稳压源的电流。
具体地，所述分压单元，可以用于对所述稳压源的输出电压进行分压处理。
具体地，所述稳压源，可以用于对所述母线电压进行转化处理，以通过所述限流单元和所述分压单元的公共端输出所述第一参考电压；并在所述稳压源组件还对所述母线电压进行转换处理，以得到第二参考电压的情况下，通过所述分压单元的分压端输出所述第二参考电压。例如：TL431，可以用于产生需要的电压。
由此，通过稳压源组件，可以利用母线电压为驱动板上的比较单元供电，也可以为驱动板上的其它用电部件供电，方便了驱动板自身部件的供电；还可以为比较单元提供第一参考值和第二参考值，方便了为比较单元提供参考基准，有利于提高比较单元对放电单元发出的第一控制信号或第二控制信号的响应速度。
更可选地，所述限流单元，可以包括：限流电阻(如限流电阻R2)。所述稳压源，可以包括：TL431。所述分压单元，可以包括：第一分压电阻和第二分压电阻(如第一分压电阻R3和第二分压电阻R4)。
其中，所述TL431的负极连接至所述限流电阻和所述第一分压电阻的公共端，所述TL431的参考端连接至所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端。所述限流电阻和所述第一分压电阻的公共端输出所述第一参考电压，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端输出所述第二参考电压。
例如：通过直接使用母线电压经过由TL431所搭建的电路(即图2所示的限流单元和分压单元和稳压源)，输出两路信号，一路(即限流电阻R2和第一分压电阻R3的公共端的输出电压)可为第一比较器供电以及作为一个参考值U1，一路(即第一分压电阻R3和第二分压电阻R4的公共端的输出电压)作为另一个参考值Vref。采集到的母线电压与两个参考值进行比较，最后得到控制开关管的控制信号。其中，由TL431、第一分压电阻R3、第二分压电阻R4组成了一个恒压电路，其输出电压的计算公式为：
Figure BDA0002589989370000081
其中，由于TL431的固有特性，Vref始终等于2.5V，所以挑选不一样的第一分压电阻R3/第二分压电阻R4的阻值比值，即可为不同的元器件进行供电。此处选择R3＝R4，输出电压V1等于5V，使用其为第一比较器进行供电以及作为一个参考值，同时将Vref＝2.5V作为另一个参考电压。
由此，通过限流电阻R2、第一分压电阻R3、第二分压电阻R4和可控精密稳压源TL431，将母线电压转换为弱电(如5V的电压)，可以直接为第一比较器供电；从而，可以将母线电压直接转化为弱电为驱动板供电的设计思路，在驱动板上直接搭建可控制功率开关管开通关断的硬件电路，解决了弱电必须由主控板CPU控制的问题，可以提高响应速度。
更可选地，所述稳压源组件，还可以包括：稳压单元。所述稳压单元，设置在所述限流单元的前端，可以用于减小所述稳压源所承受的电压。其中，所述稳压单元，可以包括：单独的稳压二极管，或由两个以上单独的稳压二极管串并联形成的稳压二极管组。
例如：由于TL431的额定电流与额定电压是有范围限制，故需要选择合适的稳压二极管Dwen(由于母线电压较高，可使用多个使用)来减小TL431所承受的电压降，再使用一个限流电阻R2来控制流过的电流在其正常工作范围以内。通过使用TL431来代替分立的电压基准和电源供给，还可以有效地节省成本并且提高空间利用率。其中，稳压二极管Dwen，由于母线电压一般情况下都比较大，400～600V甚至更大，TL431可承受的电压是一定的，所以该稳压二极管Dwen主要起到分压的作用。限流电阻R2：流过TL431电流也是有限制的，所以该限流电阻R2可以用于限制流过TL431的电流。第一分压电阻R3、第二分压电阻R4：由于TL431的特性，输出电压由这两个电阻共同作用。
由此，通过设置稳压单元，可以减小稳压源所承受的电压降，以更可靠地保护稳压源。
具体地，所述比较单元，可以用于以所述第一参考电压为工作电压和第一参考值，在所述母线采样电压小于所述第一参考值的情况下，向所述放电单元发出第一控制信号，以控制所述放电单元接通。其中，第一控制信号，可以用于控制所述放电单元接通。
例如：功率开关管的开通或关断不再经过主控板主控芯片(即主控板CPU)，而是由驱动板直接进行采样比较后输出控制信号，解决了功率开关管的控制信号需要由主控板CPU经计算再输出控制信号的模式提供而存在的浪费CPU资源和响应速度慢的问题，达到了节约CPU资源、并提高响应速度的效果。
例如：电源接通时，母线采样电压会一直大于第一参考电压V1，功率开关管处于关断状态，进入等待状态。判断母线电压是否下降到某一个特定值，即判断电源是否被断开。若母线采样电压小于第一参考电压V1时，确定已经断开电源，功率开关管闭合进行放电。若母线采样电压大于或等于第一参考电压V1，则返回继续等待。
由此，通过稳压源组件、比较单元、采样单元和放电单元配合设置，从而可以通过硬件电路为放电单元提供供电电源和控制信号，可以避免由于软件控制增加的CPU资源浪费和响应速度慢的问题，从而可以在不浪费CPU资源的情况下，提高母线电容放电控制的响应速度，从而实现对母线电容的快速及及时放电，避免母线电容严重发热而发生危险，提升了电控设备运行的安全性。
可选地，所述比较单元，可以包括：第一比较器，或者，第二比较器和第三比较器。
其中，在所述比较单元可以包括第一比较器的情况下，所述第一比较器的同相输入端可以用于输入所述母线采样电压，所述第一比较器的第一电源端可以用于输入所述第一参考电压，所述第一比较器的第二电源端连接至所述母线电压的负极，所述第一比较器的反相输入端可以用于输入第二参考电压，所述第一比较器的输出端可以用于输出控制信号。所述控制信号可以用于控制所述放电单元的接通或断开。
在所述比较单元可以包括第二比较器和第三比较器的情况下，所述第二比较器的反相输入端可以用于输入所述第一参考电压，所述第二比较器的同相输入端和所述第三比较器的反相输入端相连且可以用于输入所述母线采样电压，所述第三比较器的同相输入端可以用于输入第二参考电压。所述第二比较器的供电端接电源。
例如：第二比较器的反相输入端可以用于输入第一参考电压V1，第二比较器的同相输入端和第三比较器的反相输入端相连且可以用于输入母线电压采样电路的采样电压Udc(即母线采样电压)，第三比较器的同相输入端可以用于输入第二参考电压Vref。第二比较器的供电端接电源Vcc，第二比较器的接地端接地。第二比较器的输出端和第三比较器的输出端可以用于输出功率开关管的控制信号。通过由第二比较器和第三比较器构成的一个比较器，与参考值进行比较，小于第一参考电压V1且大于第二参考电压Vref，输出高电平，开通功率开关管开始放电；小于第二参考电压Vref，输出低电平，关断功率开关管，停止放电。
由此，通过设置一个比较器如第一比较器，可以控制母线电容完全放电；通过设置两个比较器如第二比较器和第三比较器，可以控制母线电容放电至人体安全电压即可，从而，可以根据实际放电需求灵活选用比较器的个数，使得对母线电容的放电控制更加灵活和精准。
在一个可选实施方式中，还可以包括：对放电单元的放电过程进行控制的过程，具体可以参见以下示例性说明。
具体地，所述稳压源组件，还可以用于对所述母线电压进行转换处理，以得到第二参考电压，所述第二参考电压小于所述第一参考电压。
具体地，所述比较单元，还可以用于在通过所述放电单元对所述母线电容进行放电的过程中，继续以所述第一参考电压为工作电压和第一参考值，以所述第二参考电压为第二参考值，在所述母线采样电压下将至小于所述第二参考值的情况下，向所述放电单元发出第二控制信号，以控制所述放电单元断开，进而停止通过所述放电回路对所述母线电容进行放电。其中，第二控制信号，可以用于控制所述放电单元断开。
例如：功率开关管闭合进行放电之后，判断是否达到安全电压。若母线采样电压小于第二参考电压Vref时，认为母线电压已经到达安全电压，即放电结束，功率开关管迅速断开放电回路。
由此，通过在母线电容上的母线电压已放电至设定的安全电压后停止放电，可以避免母线电容继续放电至零而浪费电能，也可以避免放电单元在放电达到安全电压后继续放电而增加能耗和损耗。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过设置与母线电容并联的放电电阻和功率开关管，形成母线电容的放电支路；并通过将母线电压直接转化为弱电从而为驱动板供电，在驱动板上直接搭建可控制功率开关管开通关断的硬件电路，在母线电压下降到一定值时及时控制功率开关管接通以利用放电支路对母线电容进行放电，解决了弱电必须由主控板CPU控制的问题，可以提高响应速度。
根据本发明的实施例，还提供了对应于母线电容的放电控制装置的一种电控设备。该电控设备可以包括：以上所述的母线电容的放电控制装置。该母线电容的放电控制装置，可以使用在多合一控制器、PDU控制器等需要高压配电的地方。例如：该电控设备，可以是纯电动车。
电动大巴属于使用电能行驶的交通工具，随着能源危机和环境问题的日益突出，发展高效、节能、低噪声、零排放的清洁型电动汽车已成为国内外汽车工业发展的必然趋势，节能环保、安全可靠的纯电动汽车越来越受到人们的关注。
在纯电动车控制器中，母线电容(即直流母线电容)的主要作用是吸收纹波电流，为系统提供稳定的能量。母线电容的稳定性以及使用寿命，影响着整个电动车系统的稳定性，也是确保电动车安全可靠的一个必要条件。
控制器使用时，母线电容上的电压为高压，为了安全起见，在断开电源的时候，母线电容需要在一定的时间内迅速的将电压泄放到安全电压以下。由于电压变化较快，在放电时放电电阻需要承受很大的功率，导致其发热严重，产生其他安全隐患。
在一个可选实施方式中，本发明的方案，提供一种母线电容优化放电的快速控制方法。下面参见图2至图8所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。
图2为主动放电控制电路的框图。
如图2所示的主动放电控制电路，可以包括：母线电容、放电电阻和功率开关管，放电电阻和功率开关管所在的支路构成母线电容的放电支路。其中，母线电容，也称支撑电容，主要可以用于对母线电压进行稳压滤波。由于母线电容一般较大，自然放电速度较慢，存在安全隐患，所以设置放电电阻，主要可以用于快速放电。由于放电电阻是会消耗功率的，只需要在放电时接入电路，在不需要放电时切断，所以通过功率开关管，可以起到适当接入和切除放电电阻的作用。通过控制功率开关管的开通与关断，在适当的时间快速断开放电电阻的放电回路，可以减小放电电阻的发热量，有利于延长放电电阻的使用寿命。
其中，功率开关管的控制信号，由主控板主控芯片(即主控板CPU)提供。具体地，母线电压采样到主控板CPU进行计算然后再发出控制信号，控制功率开关管的开通或关断。这样，功率开关管的控制信号需要由主控板CPU经计算再输出控制信号的模式提供，一方面增加了主控板CPU的计算量和传输量，比较浪费主控板CPU的资源；另一方面需要由主控板CPU经计算后再输出给驱动板的功率开关管，响应速度较慢。
图3为母线电容优化放电的快速控制电路的一实施例的结构示意图。
如图3所示的母线电容优化放电的快速控制电路，可以包括：被控电路和控制电路。被控电路，主要可以由母线电容C1、放电电阻R1和功率开关管MOS等元件组成。控制电路，可以包括：限流单元和分压单元、稳压源、比较单元和采样单元。限流单元和分压单元，可以包括：限流电阻R2、第一分压电阻R3和第二分压电阻R4。稳压源，可以包括：可控精密稳压源TL431。比较单元，可以包括：第一比较器。采样单元，可以包括：第一采样电阻R5和第二采样电阻R6。其中，限流电阻R2，用于限制流过TL431的电流，保护TL431。第一分压电阻R3、第二分压电阻R4，用于使TL431输出5V电压。
其中，母线电容C1并联在母线电压的+UDC端和-UDC端。放电电阻R1和功率开关管即MOS管形成的放电支路，并联在母线电容C1的两端。MOS管的源极连接至放电电阻R1，MOS管的漏极连接至母线电压的-UDC端。MOS管的栅极连接第一比较器的输出端。限流电阻R2、第一分压电阻R3和第二分压电阻R4依次串联所形成的串联支路，并联在前述放电支路的两端，限流电阻R2远离第一分压电阻R3的一端连接至母线电容+UDC端，第二分压电阻R4远离第一分压电阻R3的一端连接至母线电压-UDC端。限流电阻R2和第一分压电阻R3的公共端，连接至第一比较器的第一电源端，还连接至TL431的负极。母线电压的-UDC端，连接至第一比较器的第二电源端，还连接至TL431的正极。TL431的参考端，连接至第一分压电阻R3和第二分压电阻R4的公共端，还连接至第一比较器的反相输入端，作为第一比较器的参考端。第一采样电阻R5和第二采样电阻R6的公共端，连接至第一比较器的同相输入端。
具体地，限流电阻R2、第一分压电阻R3、第二分压电阻R4和可控精密稳压源TL431，将母线电压转换为弱电(如5V的电压)，可以直接为第一比较器供电。这样，通过采用将母线电压直接转化为弱电从而为驱动板供电的设计思路，在驱动板上直接搭建可控制功率开关管开通关断的硬件电路，解决了弱电必须由主控板CPU控制的问题，可以提高响应速度。
第一采样电阻R5和第二采样电阻R6，可以用于对母线电压进行采样。这样，相比于图2所示的例子，图3所示的例子，在对功率开关管的控制信号的提供方面，是将软件控制的思路改为硬件控制的思路，功率开关管的开通或关断不再经过主控板主控芯片(即主控板CPU)，而是由驱动板直接进行采样比较后输出控制信号。也就是说，功率开关管的控制信号由驱动板自主提供，如驱动板直接控制放电电阻的相关功率开关管的开通或关断，解决了功率开关管的控制信号需要由主控板CPU经计算再输出控制信号的模式提供而存在的浪费CPU资源和响应速度慢的问题，达到了节约CPU资源、并提高响应速度的效果。
可见，本发明的方案，采取了放电电阻控制电路设计，可以解决放电电阻所在放电支路的开通或关断时间是否及时的问题，通过驱动板自主为功率开关管提供控制信号，可以及时、准确地控制放电电阻所在放电支路的开通或关断，能够减小放电电阻的发热量，有利于提高纯电动车控制系统的热稳定性，还有利于延长放电电阻的使用寿命。
图4为放电电阻的一实施例的结构示意图。
如图4所示的放电电阻，可以作为图3中放电电阻R1的一种具体化形式。放电电阻的作用是在电路断开或者电路出现故障的情况下，电路中母线电容上的电压能够通过放电电阻释放电能而降低到设定电压如人体安全电压36V以下，以保障工作人员的人身安全。放电电阻必须在规定时间内将直流环节电容上的电压降到人体安全电压以下。
图4中所示放电电阻R1的设置，可以根据母线电容的容量的大小、以及电压的大小按公式进行计算母线电容的参数，人体安全电压常规规定为36V以下。具体可以参见以下示例性说明。
例如：放电电阻R1的阻值R，可以按以下公式进行计算：
Figure BDA0002589989370000141
Figure BDA0002589989370000142
固定放电电阻R1在放电时间内消耗能量Q为：
Figure BDA0002589989370000143
由上式可进一步计算得出在放电时间t内的平均功率P为：
Figure BDA0002589989370000144
放电电阻的冲击功率
Figure BDA0002589989370000145
为：
Figure BDA0002589989370000146
以上各式中，t为放电时间，单位为s；Udc为支撑电容上最大直流峰值电压，单位为V；Usafe为人体安全电压，单位为V。
在选用固定的放电电阻时，应综合考虑，选择关键参数满足诸如这些要求的电阻：电阻≤R；平均功率≥P；
Figure BDA0002589989370000147
根据实际选择的值，进一步选择R的种类以及串并联方式。
图5为母线电压的采样电路的一实施例的结构示意图。
如图5所示的电阻分压电路，可以根据实际的需要缩放该比例，得到合适的采样值，电阻的选择仍旧需要考虑阻值、以及功率问题。电压采样电压Udc的计算公式可以为：
Figure BDA0002589989370000151
例如：第一比较器的反相输入端为2.5V，Udc大于2.5V，第一比较器就会输出高电平，由于UDC一般为高压，如可以使用540V的高压。而实际上并没有能承受这么大电压的比较器可以使用，所以需要将它降压到比较器可以输入的范围，每个比较器能承受的电压不一样，如第一比较器能承受的电压可以是0～5V的电压。
图6为TL431电路的一实施例的结构示意图。
如图6所示的TL431电路，即稳压源。通过直接使用母线电压经过由TL431所搭建的电路(即图3所示的限流单元和分压单元和稳压源)，输出两路信号，一路(即限流电阻R2和第一分压电阻R3的公共端的输出电压)可为第一比较器供电以及作为一个参考值U1，一路(即第一分压电阻R3和第二分压电阻R4的公共端的输出电压)作为另一个参考值Vref。采集到的母线电压与两个参考值进行比较，最后得到控制开关管的控制信号。其中，由TL431、第一分压电阻R3、第二分压电阻R4组成了一个恒压电路，其输出电压的计算公式为：
Figure BDA0002589989370000152
由于TL431的固有特性，Vref始终等于2.5V，所以挑选不一样的第一分压电阻R3/第二分压电阻R4的阻值比值，即可为不同的元器件进行供电。此处选择R3＝R4，输出电压V1等于5V，使用其为第一比较器进行供电以及作为一个参考值，同时将Vref＝2.5V作为另一个参考电压。
可选地，由于TL431的额定电流与额定电压是有范围限制，故需要选择合适的稳压二极管Dwen(由于母线电压较高，可使用多个使用)来减小TL431所承受的电压降，再使用一个限流电阻R2来控制流过的电流在其正常工作范围以内。通过使用TL431来代替分立的电压基准和电源供给，还可以有效地节省成本并且提高空间利用率。
其中，TL431，可以用于产生需要的电压。稳压二极管Dwen，由于母线电压一般情况下都比较大，400～600V甚至更大，TL431可承受的电压是一定的，所以该稳压二极管Dwen主要起到分压的作用。限流电阻R2：流过TL431电流也是有限制的，所以该限流电阻R2可以用于限制流过TL431的电流。第一分压电阻R3、第二分压电阻R4：由于TL431的特性，输出电压由这两个电阻共同作用。
图7为功率开关管的控制信号产生电路的一实施例的控制信号产生流程示意图。
如图7所示，功率开关管的控制信号产生电路的控制信号产生流程，可以包括：
步骤1、电源接通时，母线采样电压会一直大于第一参考电压V1，功率开关管处于关断状态，进入等待状态。
步骤2、判断母线电压是否下降到某一个特定值，即判断电源是否被断开。若母线采样电压小于第一参考电压V1时，确定已经断开电源，功率开关管闭合进行放电。若母线采样电压大于或等于第一参考电压V1，则返回步骤1继续等待。
步骤3、功率开关管闭合进行放电之后，判断是否达到安全电压。若母线采样电压小于第二参考电压Vref时，认为母线电压已经到达安全电压，即放电结束，功率开关管迅速断开放电回路。
图8为功率开关管的控制信号产生电路的一实施例的结构示意图。
如图8所示的控制信号产生电路中，可以包括：第二比较器和第三比较器。第二比较器的反相输入端可以用于输入第一参考电压V1，第二比较器的同相输入端和第三比较器的反相输入端相连且可以用于输入母线电压采样电路的采样电压Udc(即母线采样电压)，第三比较器的同相输入端可以用于输入第二参考电压Vref。第二比较器的供电端接电源Vcc，第二比较器的接地端接地。第二比较器的输出端和第三比较器的输出端可以用于输出功率开关管的控制信号。通过由第二比较器和第三比较器构成的一个比较器，与参考值进行比较，小于第一参考电压V1且大于第二参考电压Vref，输出高电平，开通功率开关管开始放电；小于第二参考电压Vref，输出低电平，关断功率开关管，停止放电。其中，VCC：属于TL431产生的供电电压(5V)。第一参考电压V1，是开启功率管的比较电压。第二参考电压Vref，是关断功率管的比较电压。
由于本实施例的电控设备所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过设置与母线电容并联的放电电阻和功率开关管，形成母线电容的放电支路；并通过将母线电压直接转化为弱电从而为驱动板供电，在驱动板上直接搭建可控制功率开关管开通关断的硬件电路，在母线电压下降到一定值时及时控制功率开关管接通以利用放电支路对母线电容进行放电，解决了功率开关管的控制信号需要由主控板CPU经计算再输出控制信号的模式提供而存在的浪费CPU资源和响应速度慢的问题，达到了节约CPU资源、并提高响应速度的效果。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电控设备的一种电控设备的母线电容的放电控制方法，如图9所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该电控设备的母线电容的放电控制方法可以包括：步骤S110至步骤S140。
在步骤S110处，通过并联在所述母线电容的两端的放电单元，在所述放电单元自身接通的情况下，与所述母线电容形成放电回路，以通过所述放电回路对所述母线电容进行放电。或者，在所述放电单元自身断开的情况下，断开与所述母线电容形成的放电回路，以停止通过所述放电回路对所述母线电容进行放电。
在步骤S120处，通过采样单元，对母线电压进行采样，得到母线采样电压。
在步骤S130处，通过稳压源组件，对所述母线电压进行转换处理，以得到第一参考电压。
在步骤S140处，通过比较单元，以所述第一参考电压为工作电压和第一参考值，在所述母线采样电压小于所述第一参考值的情况下，向所述放电单元发出第一控制信号，以控制所述放电单元接通。其中，第一控制信号，可以用于控制所述放电单元接通。
例如：功率开关管的开通或关断不再经过主控板主控芯片(即主控板CPU)，而是由驱动板直接进行采样比较后输出控制信号，解决了功率开关管的控制信号需要由主控板CPU经计算再输出控制信号的模式提供而存在的浪费CPU资源和响应速度慢的问题，达到了节约CPU资源、并提高响应速度的效果。
例如：电源接通时，母线采样电压会一直大于第一参考电压V1，功率开关管处于关断状态，进入等待状态。判断母线电压是否下降到某一个特定值，即判断电源是否被断开。若母线采样电压小于第一参考电压V1时，确定已经断开电源，功率开关管闭合进行放电。若母线采样电压大于或等于第一参考电压V1，则返回继续等待。
由此，通过稳压源组件、比较单元、采样单元和放电单元配合设置，从而可以通过硬件电路为放电单元提供供电电源和控制信号，可以避免由于软件控制增加的CPU资源浪费和响应速度慢的问题，从而可以在不浪费CPU资源的情况下，提高母线电容放电控制的响应速度，从而实现对母线电容的快速及及时放电，避免母线电容严重发热而发生危险，提升了电控设备运行的安全性。
在一个可选实施方式中，还可以包括：对放电单元的放电过程进行控制的过程。
下面结合图10所示本发明的方法中对放电单元的放电过程进行控制的一实施例流程示意图，进一步说明对放电单元的放电过程进行控制的具体过程，可以包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，通过稳压源组件，还对所述母线电压进行转换处理，以得到第二参考电压，所述第二参考电压小于所述第一参考电压。
步骤S220，通过比较单元，还在通过所述放电单元对所述母线电容进行放电的过程中，继续以所述第一参考电压为工作电压和第一参考值，以所述第二参考电压为第二参考值，在所述母线采样电压下将至小于所述第二参考值的情况下，向所述放电单元发出第二控制信号，以控制所述放电单元断开，进而停止通过所述放电回路对所述母线电容进行放电。其中，第二控制信号，可以用于控制所述放电单元断开。
例如：功率开关管闭合进行放电之后，判断是否达到安全电压。若母线采样电压小于第二参考电压Vref时，认为母线电压已经到达安全电压，即放电结束，功率开关管迅速断开放电回路。
由此，通过在母线电容上的母线电压已放电至设定的安全电压后停止放电，可以避免母线电容继续放电至零而浪费电能，也可以避免放电单元在放电达到安全电压后继续放电而增加能耗和损耗。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述电控设备的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过设置与母线电容并联的放电电阻和功率开关管，形成母线电容的放电支路；并通过将母线电压直接转化为弱电从而为驱动板供电，在驱动板上直接搭建可控制功率开关管开通关断的硬件电路，在母线电压下降到一定值时及时控制功率开关管接通以利用放电支路对母线电容进行放电，可以及时、准确地控制放电电阻所在放电支路的开通或关断，能够减小放电电阻的发热量，有利于提高纯电动车控制系统的热稳定性，还有利于延长放电电阻的使用寿命。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种母线电容的放电控制装置，其特征在于，包括：放电单元和控制单元；所述放电单元，并联在所述母线电容的两端，用于在所述放电单元自身接通的情况下，与所述母线电容形成放电回路，以通过所述放电回路对所述母线电容进行放电；所述控制单元，包括：稳压源组件、比较单元和采样单元；其中，
所述采样单元，用于对母线电压进行采样，得到母线采样电压；
所述稳压源组件，用于对所述母线电压进行转换处理，以得到第一参考电压；
所述比较单元，用于以所述第一参考电压为工作电压和第一参考值，在所述母线采样电压小于所述第一参考值的情况下，向所述放电单元发出第一控制信号，以控制所述放电单元接通。
2.根据权利要求1所述的母线电容的放电控制装置，其特征在于，还包括：
所述稳压源组件，还用于对所述母线电压进行转换处理，以得到第二参考电压，所述第二参考电压小于所述第一参考电压；
所述比较单元，还用于在通过所述放电单元对所述母线电容进行放电的过程中，以所述第二参考电压为第二参考值，在所述母线采样电压下将至小于所述第二参考值的情况下，向所述放电单元发出第二控制信号，以控制所述放电单元断开。
3.根据权利要求1或2所述的母线电容的放电控制装置，其特征在于，所述稳压源组件，包括：限流单元、稳压源和分压单元；所述限流单元和所述分压单元串联，所述分压单元并联在所述稳压源的正负极之间；其中，
所述限流单元，用于对所述母线电压进行限流处理；
所述分压单元，用于对所述稳压源的输出电压进行分压处理；
所述稳压源，用于对所述母线电压进行转化处理，以通过所述限流单元和所述分压单元的公共端输出所述第一参考电压；并在所述稳压源组件还对所述母线电压进行转换处理，以得到第二参考电压的情况下，通过所述分压单元的分压端输出所述第二参考电压。
4.根据权利要求3所述的母线电容的放电控制装置，其特征在于，所述限流单元，包括：限流电阻；所述稳压源，包括：TL431；所述分压单元，包括：第一分压电阻和第二分压电阻；其中，
所述TL431的负极连接至所述限流电阻和所述第一分压电阻的公共端，所述TL431的参考端连接至所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端；所述限流电阻和所述第一分压电阻的公共端输出所述第一参考电压，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的公共端输出所述第二参考电压。
5.根据权利要求3所述的母线电容的放电控制装置，其特征在于，所述稳压源组件，还包括：稳压单元；所述稳压单元，设置在所述限流单元的前端，用于减小所述稳压源所承受的电压；其中，所述稳压单元，包括：单独的稳压二极管，或由两个以上单独的稳压二极管串并联形成的稳压二极管组。
6.根据权利要求1或2所述的母线电容的放电控制装置，其特征在于，所述比较单元，包括：第一比较器，或者，第二比较器和第三比较器；其中，
在所述比较单元包括第一比较器的情况下，所述第一比较器的同相输入端用于输入所述母线采样电压，所述第一比较器的第一电源端用于输入所述第一参考电压，所述第一比较器的反相输入端用于输入第二参考电压，所述第一比较器的输出端用于输出控制信号；所述控制信号用于控制所述放电单元的接通或断开；
在所述比较单元包括第二比较器和第三比较器的情况下，所述第二比较器的反相输入端用于输入所述第一参考电压，所述第二比较器的同相输入端和所述第三比较器的反相输入端相连且用于输入所述母线采样电压，所述第三比较器的同相输入端用于输入第二参考电压；所述第二比较器的供电端接电源。
7.根据权利要求1或2所述的母线电容的放电控制装置，其特征在于，所述采样单元，包括：第一采样电阻和第二采样电阻；所述第一采样电阻和所述第二采样电阻串联后并联设置在所述母线电容的两端；所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的公共端输出所述母线采样电压。
8.根据权利要求1或2所述的母线电容的放电控制装置，其特征在于，所述放电单元，包括：放电电阻和控制开关；所述放电电阻与所述控制开关串联后与所述母线电容并联。
9.根据权利要求8所述的母线电容的放电控制装置，其特征在于，其中，所述放电电阻，包括：单独的电阻，或由两个以上单独的电阻串并联形成的电阻组；所述放电电阻的阻值，能够根据所述母线电容的电容值和所述母线电压确定；
和/或，
所述控制开关，包括：功率开关管；所述功率开关管的控制端，连接至所述比较单元的输出端。
10.一种电控设备，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的母线电容的放电控制装置。
11.一种如权利要求10所述的电控设备的母线电容的放电控制方法，其特征在于，包括：
通过放电单元，在所述放电单元自身接通的情况下，与所述母线电容形成放电回路，以通过所述放电回路对所述母线电容进行放电；
通过采样单元，对母线电压进行采样，得到母线采样电压；
通过稳压源组件，对所述母线电压进行转换处理，以得到第一参考电压；
通过比较单元，以所述第一参考电压为工作电压和第一参考值，在所述母线采样电压小于所述第一参考值的情况下，向所述放电单元发出第一控制信号，以控制所述放电单元接通。
12.根据权利要求11所述的电控设备的母线电容的放电控制方法，其特征在于，还包括：
通过稳压源组件，还对所述母线电压进行转换处理，以得到第二参考电压，所述第二参考电压小于所述第一参考电压；
通过比较单元，还在通过所述放电单元对所述母线电容进行放电的过程中，以所述第二参考电压为第二参考值，在所述母线采样电压下将至小于所述第二参考值的情况下，向所述放电单元发出第二控制信号，以控制所述放电单元断开。
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