CN112636666A - 一种48v永磁同步电机驱动器过压保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及过压保护技术领域，具体地说是一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，包括12V电平端器件、ASC电路模块、上MOS管、下MOS管、母线过压比较器、48V供电电源、12V供电电源。本发明同现有技术相比，通过母线过压比较器、ASC电路模块、数值可编程逻辑器件的组合，在多种失效工况下，实现mos管的开通或关断，使电机进入三相短路状态，降低电机反电势，保证高压安全；在驱动电路失效时，能通过ASC电路径控制上MOS管和下MOS管的状态，保持过压保护功能，提高了驱动器的过压安全等级；采用硬件逻辑关断，将过压保护的响应时间提高至us级别，以应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题；采用双电源供电，具备冗余功能。
Description
技术领域
本发明涉及过压保护技术领域，具体地说是一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统。
背景技术
目前，乘用车油耗标准越加严苛，单纯靠提高发动机的燃油效率很难在2020年降低油耗至每百公里5L的排放标准。而48V微混系统能够以较低的成本实现较高的节油率，成为一种性价比较高的技术路线。
但是，48V永磁同步电机的最大反电势高于60V安全电压，并且高转速反电势一般会高于功率器件的耐压值，容易击穿功率器件造成电机扭矩失控。高转速下，48V永磁同步电机反电势的上升斜率可以达到2-4V/us，传统靠MCU来接受和处理过压故障显然不能满足苛刻的时间要求。并且随着功能安全等级要求的提高，单独的过压故障处理路径并不能覆盖MCU、CPLD随机失效、软件故障等极端失效工况。
公开号为CN110266218A的《基于ARM和FPGA的高性能超高速永磁同步电机控制系统》中，公开了母线过压保护，通过比较电路判断母线电压是否过压，通过门极电路将过压信号发送给控制单元，控制单元根据算法，对信号进行判断并实现软件保护。
但是，这样的过压保护系统对于48V永磁同步电机存在如下问题：1）采用电压比较电路和门极电路实现过压判断和过压信号的驱动，但是当门极电路失效时，无法实现过压信号的驱动，导致保护系统失效。2）48V永磁同步电机的反电势上升斜率非常快，软件保护响应在ms级别，无法及时保护。
因此，需要设计一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，能够在驱动电路失效时，保持过压保护功能，同时，将过压保护的响应时间提高至us级别，以应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题，提高驱动器过压的功能安全等级，保障人身安全。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，能够在驱动电路失效时，保持过压保护功能，同时，将过压保护的响应时间提高至us级别，以应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题，提高驱动器过压的功能安全等级，保障人身安全。
为了达到上述目的，本发明是一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，包括12V电平端器件、ASC电路模块、上MOS管、下MOS管、母线过压比较器、48V供电电源、12V供电电源，12V电平端器件的驱动信号3端与上MOS管的驱动端以及ASC电路模块的下拉开关的一端连接，12V电平端器件的驱动信号四端与下MOS管的驱动端之间采用ASC电路模块连接，母线过压比较器采集48V电机驱动器的母线电压，并将故障信号分三路分别反馈至ASC电路模块的下拉开关、开关以及12V电平端器件的数字可编程逻辑器件，12V电平端器件由12V供电电源供电，ASC电路模块、母线过压比较器由48V供电电源供电。
可选的，所述的ASC电路模块包括二极管、开关、下拉开关、上拉电阻，下拉开关的一端与12V电平端器件的驱动信号3端连接，下拉开关的另一端接地，开关与二极管并联结构的一端与12V电平端器件的驱动信号四端连接，开关与二极管并联结构的另一端分二路分别与下MOS管的驱动端、上拉电阻的一端连接，上拉电阻的另一端与48V供电电源连接。
可选的，所述的12V电平端器件包括MCU、数字可编程逻辑器件、驱动器，MCU将驱动信号一发送至数字可编程逻辑器件，数字可编程逻辑器件将门级驱动信号二发送至驱动器，驱动器输出用于控制上MOS管的驱动信号3和用于控制下MOS管的驱动信号四。
可选的，所述的驱动器为MOSFET驱动器或IGBT。
可选的，所述的数字可编程逻辑器件的电源端与12V供电电源之间采用逻辑器件供电模块连接，所述的驱动器的电源端与12V供电电源之间采用驱动器供电模块连接。
可选的，所述的ASC电路模块的电源端与48V供电电源之间采用ASC电路供电模块连接，所述的母线过压比较器的电源端与48V供电电源之间采用母线过压比较供电模块连接。
在正常工作状态下，48V供电电源、12V供电电源正常供电，开关导通，下拉开关断开，驱动信号3控制上MOS管开通，驱动信号四控制下MOS管开通，电机正常运行。
在12V电平端器件或12V供电电源失效时，电机处于高转速状态会导致电机的反电势快速升高，触发母线过压比较器，母线过压比较器将过压低电平故障信号发送给下拉开关、开关，下拉开关先闭合并屏蔽驱动信号3，待上MOS管完全关断后，再断开开关并屏蔽驱动信号四，通过上拉电阻使下MOS管开通，电机进入三相短路状态，防止48V端反电势过高。
在电机处于高转速发电状态，48V端继电器失效脱开时，母线电压上升，触发母线过压比较器，母线过压比较器将故障信号发送给数字可编程逻辑器件、下拉开关、开关，在接受到故障信号后，数字可编程逻辑器件锁存故障，并通过门级驱动信号二发出上MOS管关断，下MOS管开通的PWM信号；在接受到故障信号后，下拉开关闭合并屏蔽驱动信号3，上MOS管关断；开关关断，二极管将驱动信号四的高电平信号传递至下MOS管，下MOS管一直处于开通状态，电机进入三相短路状态，防止48V端反电势过高。
本发明同现有技术相比，通过母线过压比较器、ASC电路模块、数值可编程逻辑器件的组合，在12V电源失效、48V电源失效、MCU失效、数字可编程逻辑器件失效等多种失效工况下，实现mos管的开通或关断，使电机进入三相短路状态，降低电机反电势，保证高压安全；在驱动电路失效时，能通过ASC电路径控制上MOS管和下MOS管的状态，保持过压保护功能，提高了驱动器的过压安全等级；采用硬件逻辑关断，将过压保护的响应时间提高至us级别，以应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题；采用双电源供电，具备冗余功能。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
参见图1，1为MCU，2为数字可编程逻辑器件，3为驱动器，4为ASC电路模块，5为上MOS管，6为下MOS管，7为母线过压比较器，8为逻辑器件供电模块，9为驱动器供电模块，10为ASC电路供电模块，11为母线过压比较供电模块。
具体实施方式
现结合附图对本发明做进一步描述。
参见图1，本发明是一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，包括12V电平端器件、ASC电路模块4、上MOS管5、下MOS管6、母线过压比较器7、48V供电电源、12V供电电源，12V电平端器件的驱动信号3端与上MOS管5的驱动端以及ASC电路模块4的下拉开关S2的一端连接，12V电平端器件的驱动信号四端与下MOS管6的驱动端之间采用ASC电路模块4连接，母线过压比较器7采集48V电机驱动器的母线电压，并将故障信号分三路分别反馈至ASC电路模块4的下拉开关S2、开关S1以及12V电平端器件的数字可编程逻辑器件2，12V电平端器件由12V供电电源供电，ASC电路模块4、母线过压比较器7由48V供电电源供电。
ASC电路模块4包括二极管D1、开关S1、下拉开关S2、上拉电阻R1，下拉开关S2的一端与12V电平端器件的驱动信号3端连接，下拉开关S2的另一端接地，开关S1与二极管D1并联结构的一端与12V电平端器件的驱动信号四端连接，开关S1与二极管D1并联结构的另一端分二路分别与下MOS管6的驱动端、上拉电阻R1的一端连接，上拉电阻R1的另一端与48V供电电源连接。
12V电平端器件包括MCU1、数字可编程逻辑器件2、驱动器3，MCU1将驱动信号一发送至数字可编程逻辑器件2，数字可编程逻辑器件2将门级驱动信号二发送至驱动器3，驱动器3输出用于控制上MOS管5的驱动信号3和用于控制下MOS管6的驱动信号四。
数字可编程逻辑器件2的电源端与12V供电电源之间采用逻辑器件供电模块8连接，驱动器3的电源端与12V供电电源之间采用驱动器供电模块9连接。ASC电路模块4的电源端与48V供电电源之间采用ASC电路供电模块10连接，母线过压比较器7的电源端与48V供电电源之间采用母线过压比较供电模块11连接。本发明采用双电源供电，具备冗余功能。
驱动器3为MOSFET驱动器或IGBT。
本发明在正常工作状态下，48V供电电源、12V供电电源正常供电，开关S1导通，下拉开关S2断开，驱动信号3控制上MOS管5开通，驱动信号四控制下MOS管6开通，电机正常运行。
本发明在发生如MCU1软件跑飞或者硬件随机失效、数字可编程逻辑器件2硬件随机失效、驱动器3失效等的12V电平端器件失效或12V供电电源失效时，电机处于高转速状态会导致电机的反电势快速升高，触发母线过压比较器7，母线过压比较器7将过压低电平故障信号发送给下拉开关S2、开关S1，下拉开关S2先闭合并屏蔽驱动信号3，待上MOS管5完全关断后，再断开开关S1并屏蔽驱动信号四，通过上拉电阻R1使下MOS管6开通，电机进入三相短路状态，防止48V端反电势过高。
本发明在电机处于高转速发电状态，48V端继电器失效脱开时，母线电压上升，触发母线过压比较器7，母线过压比较器7将故障信号发送给数字可编程逻辑器件2、下拉开关S2、开关S1，在接受到故障信号后，数字可编程逻辑器件2锁存故障，并通过门级驱动信号二发出上MOS管关断，下MOS管开通的PWM信号；在接受到故障信号后，下拉开关S2闭合并屏蔽驱动信号3，上MOS管5关断；开关S1关断，二极管D1将驱动信号四的高电平信号传递至下MOS管6，下MOS管6一直处于开通状态，电机进入三相短路状态，防止48V端反电势过高，实现高压安全。此时发生的是高压过压故障，因此低压系统可以正常工作，同时ASC电路模块4也会参与保护工作。ASC电路模块4独立于12V电平端器件的门级驱动电路，当门级驱动电路失效后，还能通过ASC电路模块4的独立路径控制上MOS管5和下MOS管6的状态。
本发明采用母线过压比较器7、ASC电路模块4、数值可编程逻辑器件2实现屏蔽或接通驱动信号，从而实现上MOS管5、下MOS管6的开通或关断，控制电机进入三相短路状态，从而实现保护。本发明采用的硬件逻辑关断，其响应时间在us级别，能够应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题。
本发明通过母线过压比较器7、ASC电路模块4、数值可编程逻辑器件2的组合，在12V电源失效、48V电源失效、MCU失效、数字可编程逻辑器件失效等多种失效工况下，实现mos管的开通或关断，使电机进入三相短路状态，降低电机反电势，保证高压安全；在驱动电路失效时，能通过ASC电路径控制上MOS管和下MOS管的状态，保持过压保护功能，提高了驱动器的过压安全等级；采用硬件逻辑关断，将过压保护的响应时间提高至us级别，以应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题；采用双电源供电，具备冗余功能。
Claims (9)
1.一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，包括12V电平端器件、ASC电路模块（4）、上MOS管（5）、下MOS管（6）、母线过压比较器（7）、48V供电电源、12V供电电源，其特征在于：12V电平端器件的驱动信号三端与上MOS管（5）的驱动端以及ASC电路模块（4）的下拉开关（S2）的一端连接，12V电平端器件的驱动信号四端与下MOS管（6）的驱动端之间采用ASC电路模块（4）连接，母线过压比较器（7）采集48V电机驱动器的母线电压，并将故障信号分三路分别反馈至ASC电路模块（4）的下拉开关（S2）、开关（S1）以及12V电平端器件的数字可编程逻辑器件（2），12V电平端器件由12V供电电源供电，ASC电路模块（4）、母线过压比较器（7）由48V供电电源供电。
2.根据权利要求1所述的一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，其特征在于：所述的ASC电路模块（4）包括二极管（D1）、开关（S1）、下拉开关（S2）、上拉电阻（R1），下拉开关（S2）的一端与12V电平端器件的驱动信号三端连接，下拉开关（S2）的另一端接地，开关（S1）与二极管（D1）并联结构的一端与12V电平端器件的驱动信号四端连接，开关（S1）与二极管（D1）并联结构的另一端分二路分别与下MOS管（6）的驱动端、上拉电阻（R1）的一端连接，上拉电阻（R1）的另一端与48V供电电源连接。
3.根据权利要求1所述的一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，其特征在于：所述的12V电平端器件包括MCU（1）、数字可编程逻辑器件（2）、驱动器（3），MCU（1）将驱动信号一发送至数字可编程逻辑器件（2），数字可编程逻辑器件（2）将门级驱动信号二发送至驱动器（3），驱动器（3）输出用于控制上MOS管（5）的驱动信号三和用于控制下MOS管（6）的驱动信号四。
4.根据权利要求3所述的一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，其特征在于：所述的驱动器（3）为MOSFET驱动器或IGBT。
5.根据权利要求3所述的一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，其特征在于：所述的数字可编程逻辑器件（2）的电源端与12V供电电源之间采用逻辑器件供电模块（8）连接，所述的驱动器（3）的电源端与12V供电电源之间采用驱动器供电模块（9）连接。
6.根据权利要求1所述的一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，其特征在于：所述的ASC电路模块（4）的电源端与48V供电电源之间采用ASC电路供电模块（10）连接，所述的母线过压比较器（7）的电源端与48V供电电源之间采用母线过压比较供电模块（11）连接。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，其特征在于：在正常工作状态下，48V供电电源、12V供电电源正常供电，开关（S1）导通，下拉开关（S2）断开，驱动信号三控制上MOS管（5）开通，驱动信号四控制下MOS管（6）开通，电机正常运行。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，其特征在于：在12V电平端器件或12V供电电源失效时，电机处于高转速状态会导致电机的反电势快速升高，触发母线过压比较器（7），母线过压比较器（7）将过压低电平故障信号发送给下拉开关（S2）、开关（S1），下拉开关（S2）先闭合并屏蔽驱动信号三，待上MOS管（5）完全关断后，再断开开关（S1）并屏蔽驱动信号四，通过上拉电阻（R1）使下MOS管（6）开通，电机进入三相短路状态，防止48V端反电势过高。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，其特征在于：在电机处于高转速发电状态，48V端继电器失效脱开时，母线电压上升，触发母线过压比较器（7），母线过压比较器（7）将故障信号发送给数字可编程逻辑器件（2）、下拉开关（S2）、开关（S1），在接受到故障信号后，数字可编程逻辑器件（2）锁存故障，并通过门级驱动信号二发出上MOS管关断，下MOS管开通的PWM信号；在接受到故障信号后，下拉开关（S2）闭合并屏蔽驱动信号三，上MOS管（5）关断；开关（S1）关断，二极管（D1）将驱动信号四的高电平信号传递至下MOS管（6），下MOS管（6）一直处于开通状态，电机进入三相短路状态，防止48V端反电势过高。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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