CN113131440B - 电机控制系统与电机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种电机控制系统和包括前述电机控制系统的电机控制装置。电机控制系统包括：主控制模块、驱动模块以及监控模块，主控制模块用于输出低压驱动信号至驱动模块，驱动模块将低压驱动信号转换为高压驱动信号并输出至功率单元，功率单元根据高压驱动信号将高压电池提供的电源驱动信号进行输出。监控模块电性连接主控制模块与驱动模块，用于采集低压驱动信号，当低压驱动信号异常时，输出故障信号至主控制模块，以控制主控制模块停止输出低压驱动信号，其中，监控模块至少包括辅助电源，辅助电源独立于主控模块为监控模块提供工作电源。

Description

电机控制系统与电机控制装置
技术领域
本申请涉及电机控制领域，尤其涉及电机控制系统与电机控制装置。
背景技术
随着科学技术的不断发展和时代进步，电机应用已经与社会各方面息息相关，电机已经成为日常生活中所使用的工具，例如电机已经应用到电动汽车中，电动汽车因节能环保对空气污染较小越来越受到关注，可以分为纯电动汽车和混合电动汽车，但两者都是使用电机驱动系统，使用电机控制电动汽车。
在各种电机控制系统中，驱动电机的控制不仅考虑功能性能，还要考虑安全性和可靠性。目前，在电机控制系统中考虑功能和性能较多，对电机控制系统安全性的设计并不充分，电机控制系统中缺少对电机控制信号的监控，在电机控制系统设计过程中缺少可靠的关断方式，导致电机控制系统安全性较低可靠性差，电机控制系统不能有效及时地处理非预期故障。
发明内容
为解决前述问题，提供一种安全可靠的电机控制系统与电机控制装置。
本申请一实施例中提供一种电机控制系统，其特征在于，包括：主控制模块、驱动模块以及监控模块。所述主控制模块用于输出低压驱动信号至所述驱动模块，所述驱动模块将所述低压驱动信号转换为高压驱动信号并输出至功率单元，所述功率单元根据所述高压驱动信号将高压电池提供的电源驱动信号进行输出，所述电源驱动信号用于驱动连接于所述功率模块的电机转动。所述监控模块电性连接所述主控制模块与所述驱动模块，用于采集所述低压驱动信号，当所述低压驱动信号异常时，输出故障信号至所述主控制模块，以控制所述主控制模块停止输出所述低压驱动信号，其中，所述监控模块至少包括辅助电源，所述辅助电源独立于所述主控模块为所述监控模块提供工作电源。
在本申请一实施例中，提供一种包括前述所述的电机控制系统的电机控制装置。
相较于现有技术，本申请实施例公开了的电机控制系统，通过对电机控制单元的多层监控处理和独立的安全切换路径，并且控制单元与监控单元分别由独立电源供电，不仅提高了电机控制系统的安全等级，保障电机控制系统的安全运行，还避免因控制单元本身不能正常检测出非预期故障，增强电机控制系统的安全运行时间和运行可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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他的附图。
图1是本申请实施例公开的一种电机控制装置；
图2是为图1结构示意图中的一种电机控制系统的电路框图。
具体实施方式
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。
请参阅图1，其为本申请一实施例中电机控制装置10的结构示意图，如图1所示，电机控制装置10包括电机控制系统100、高压电池200、功率单元300、电机模块400以及外壳500。电机控制系统100用于输出低压驱动信号至功率单元300并依据功率单元300的输出的反馈信号，实时控制低压驱动信号的输出。
进一步地，当电机出现故障时，电机控制系统100依据接收的功率单元300输出的反馈信号进行逻辑运算后，判断电机模块400是否异常，当电机模块400异常时，依据程序预先设定停止输出低压驱动信号至功率单元300。电机控制系统100可对输出的电机控制信号进行自检，若电机控制信号发生错误时，电机控制系统100能够快速停止输出电机控制信号，提高电机控制系统的安全等级，增强电机控制系统的安全运行时间和运行可靠性。
功率单元300电性连接于高压电池200和电机模块400，用于受自电机控制系统100输出的低压驱动信号的控制作用下，将高压电池300提供的电源驱动信号输出至电机模块400，所述电源驱动信号用于驱动电机400转动。
电机模块400依据接收到的电源驱动信号运动，并输出反馈信号至电机控制系统100。所述电机模块400至少为一个交流电机或直流电机。电机模块400包括电机保护模块(图中未示)，用于依据获取的电机运动数据保护电机模块400。
进一步地，电机保护模块在电机模块400出现短路时，电机保护模块依据获取的短路电流快速断开电机与功率单元300之间的电性连接，避免对电机模块400造成损害。
外壳500其形状可根据电机控制装置实际应用而设计。进一步地，电机控制装置10可应用于电动汽车中，控制电机运转增加电动汽车安全运行时间，提高电动汽车的电机可靠性和稳定性。
请参阅图2，其为本申请一实施例中如图1所示电机控制系统100的电路框图。如图2所示，电机控制系统100包括：外部电源单元110、主控制模块120、驱动模块130以及监控模块140。本实施例中电机控制系统100应用于输出电机控制信号驱动电动机工作，并实时监测电机控制信号以及采集电机数据信息，减少故障电机控制信号输出，提高电机控制系统性能和电机运行的安全等级。
所述电机控制信号包括电机输入电流信号、电机输入电压信号、电机扭矩信号以及电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)占空比信号。
外部电源单元110电性连接于主控制模块120与驱动模块130，用于为电机控制系统提供驱动电源VDD，包括第一外部电源1101、第二外部电源1102、电压变换单元1103、第一二极管D1以及第二二极管D2。进一步地，第一外部电源1101和第二外部电源1102功能相互独立，可单独或同时输出电压，以防止外部电源供电单元110因故障导致电机控制系统无法供电。电压变换单元1103电性连接于第二外部电源1102，用于对接收到的电压进行转换，输出驱动电源VDD，第一二极管D1阳极电性连接于第一外部电源1101，第一二极管D1阴极电性连接于主控制模块120、监控模块140以及驱动模块130。第二二极管D2阳极电性连接于电压变换单元1103，第二二极管D2阴极电性连接于主控制模块120、监控模块140以及驱动模块130。
在本实施例中，第一二极管D1与第二二极管D2用于防止输出电压或异常电压反向输入，保护外部电源单元110安全性。在外部电源单元110供电过程中，若第一外部电源1101输出的第一输出电压大于电压变换单元1103输出第二输出电压，则第二二极管D2可以防止第一外部电源1101输出的第一输出电压反向输入至电压变换单元1103；若电压变换单元1103输出的第二输出电压大于第一外部电源1101输出的第一输出电压，则第一二极管D1可以防止第二输出电压反向输入第一外部电源1101中。在主控制模块120、监控模块140以及驱动模块130同时或任意一个出异常导致电压过大时，第一二极管D1与第二二极管D2可以防止异常电压反向输入至外部电源单元110。
在本实施例中，第一外部电源1101可以为电池或电池组，第二外部电源1102可以为高压直流电源，经过电压变换后输出适合电机控制系统所需要的驱动电源VDD。
主控制模块120电性连接于驱动模块130和监控模块140，用于依据接收到驱动电源VDD，输出电机控制信号控制至驱动模块130，以驱动电机运行。主控制模块120包括第一电源1201、信息采集单元1202、控制单元1203、信号处理单元1204以及驱动信号处理单元1205。
第一电源1201电性连接于控制单元1203和监控模块140，用于依据接收到的驱动电源VDD输出第一驱动电压VCC1至控制单元1203，当第一电源1201发生故障时，输出第一故障信号FS1输入至监控模块140，以控制驱动单元130停止输出高压驱动信号。为提高电机控制系统供电独立性和安全性，第一电源1201仅对主控制模块120提供第一驱动电压VCC1，并具有检测自身故障的功能。第一电源1201无任何异常时，将输出第一电平第一故障信号FS1输入至监控模块140，当第一电源1201异常时，例如输出电流或输出电压过大，输出第二电平第一故障信号FS1至监控模块140和控制单元1203。所述第一电源1201可以为主控制电源。
信息采集单元1202电性连接于控制单元1203和信号处理单元1204，用于依据采集到的电机运动信号输入至控制单元1203，并将电机运动信号输入至信号处理单元1204。进一步地，信息采集单元1202包括解码单元、电流采集单元、电压采集单元以及其他位置传感器单元。解码单元依据接收到的其他位置传感器单元采集到的电机位置数据信息，经逻辑计算后得到电机位置信号angle，并输出至控制单元1203。电流采集单元以及电压采集单元用于采集电机输入电流与输入电压，包括电压传感器和电流传感器。
在本实施例中，所述其他位置传感器单元包括旋变传感器、编码器以及霍尔传感器。所述电机运动信号包括电机位置信号angle、电机输入电流Ic和电机输入电压Vc，所述电机位置信号angle包括电机旋转角度。
控制单元1203电性连接于信号处理单元1204以及驱动信号处理单元1205，用于依据接收的第一驱动电压VCC1输出第一占空比信号至信号处理单元1204，同时输出第一使能信号EN1至驱动信号处理单元1205，控制驱动信号处理单元1205输出低压驱动信号至驱动模块130。进一步地，当控制单元1203对接收到电机位置信号angle、电机输入电流Ic和电机输入电压Vc逻辑计算后，判断电机输入电压或电流异常时，输出第一关断使能信号dis1至驱动信号处理单元1205，以控制驱动信号处理单元1205停止输出低压驱动信号。
在控制单元1203发生故障时，控制单元1203将发送第一控制信号DS1至第一电源1201，第一电源1201接收到第一控制信号DS1后，第一电源1201停止输出第一驱动电压VCC1，提高电机和控制单元1203安全性和可靠性。更为具体地，监控模块140实时监控控制单元1203输出电机扭矩值Mt、关键变量以及控制时序。若发生异常控制单元1203输出控制信号异常，则关断驱动模块130控制电机停止运行。
所述第一占空比信号包括六路占空比控制信号，每一路占空比控制信号仅输出一个信号，所述第一占空比信号每一路控制信号可以为相同控制信号也可以为不同控制信号，例如，在第一占空比信号中其中一路可以为电流控制信号，其他几路可为电压控制信号和多种控制信号，也可为是多路占空比信号为电流控制信号。所述电机扭矩值可以通过电机功率和电机转速得到，所述关键变量为控制单元1203输出的电机输入电流值、电机输入电压值以及电机位置信号。
信号处理单元1204电性连接于驱动信号处理单元1205以及驱动模块130，用于对接收的第一占空比信号进行死区检测处理，并输出第二占空比信号至驱动信号处理单元1205，还用于依据接收电机控制信息检测出异常信号信息，在所述电机控制信息异常时，输出第二控制信号至驱动模块130，以控制驱动模块130处于电性截止状态。在电机控制系统中，若出现短路或过压等需要快速处理的异常时，信号处理单元1204在检测到过流信号OC和过压信号OV后，将异常信号输入至控制单元1203，控制单元1203输出第一快速处理信号P1至信号处理单元1204，信号处理单元1204输出第二控制信号P2至驱动模块130，控制驱动信号处理单元1205对驱动模块130进行关波和三相短路处理，以控制所述驱动模块停止输出高压驱动信号。
所述第二占空比信号包括第一占空比信号，具体地，当信号处理单元1204检测到输入的第一占空比信号死区小于预设PWM占空死区时，则信号处理单元1204采用预设PWM死区设置第一占空比信号，若信号处理单元1204检测到输入的第一占空比信号死区大于预设PWM占空比信号死区时，则信号处理单元1204输出第一占空比信号。
所述第一快速处理信号P1包含于第一占空比信号，所述第二控制信号P2包含于第二占空比信号，所述第二占空比信号也为六路控制信号，每一路PWM占空比控制信号仅输出一个信号，所述第一占空比信号每一路控制信号可以为相同控制信号也可以为不同控制信号。
在本实施例中，关波处理为关断电机控制系统中PWM信号输出。三相短路处理为控制驱动模块130中的一部分驱动单元中开关全部关断，且另一部分驱动单元中开关全部导通。三相短路处理可以防止在电机转动中因电机控制突然断电导致电流反向输入至驱动模块130，对驱动模块130中驱动单元造成损害，提高电机控制系统的安全性和可靠性。
驱动信号处理单元1205电性连接于驱动模块130，用于依据得到第二占空比信号输出低压驱动信号，同时依据接收使能控制信号输出驱动使能信号至驱动模块130。所述低压驱动信号包括第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2，所述驱动使能信号包括第一驱动使能信号T1和第二驱动使能信号T2。进一步地，驱动信号处理单元1205将接收到的第二占空比信号进行处理后，输出第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2分别控制驱动模块130中的不同驱动单元。
在电机控制系统因故障或电路异常时，控制单元1203输出第一关断使能信号dis1至驱动信号处理单元1205，此时驱动信号处理单元1205停止输出第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2。当驱动信号处理单元1205接收到第二控制信号P2后，则对驱动模块130进行关波和三相短路处理。
在本实施例中，驱动信号处理单元1205同时接收监控模块140输出的第二使能信号EN2和第二使能关断信号dis2。只有驱动信号处理单元1205都接受到第一使能信号EN1和第二使能信号EN2时，才输出第二电平第一驱动信号PWM1和第二电平第二驱动信号PWM2至驱动模块130。
所述第一电平为包括低电平和高电平，所述第二电平包括低电平和高电平。
驱动模块130电性连接于主控制模块120和功率单元300，用于依据接到的收使能信号和低压驱动信号，将低压驱动信号转换为高压驱动信号并输出所述高压驱动信号至功率单元300。驱动模块130包括第一驱动单元1301、第三电源1302、第二驱动单元1303以及第四单元1304。
第一驱动单元1301电性连接于信号处理单元1204，用于输出第一电机驱动信号PT1至所述功率单元300，在第一驱动单元1301故障时，输出第一绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)信号至信号处理单元1204，以控制所述信号处理单元1204输出快速处理信号，控制所述第一驱动单元1301进行关波和三相短路处理。第一驱动单元1301导通时，实时接收监控模块140输出的第三使能信号EN3或第三关断使能信号dis3。所述第一驱动单元1301包括三相上桥臂驱动单元或三相下桥臂驱动单元。
第三电源1302电性连接第一驱动单元1301，用于依据接收到的驱动电源VDD输出驱动电压VCC至第一驱动单元1301。
第二驱动单元1303电性连接于信号处理单元1204，用于输出第二电机驱动信号PT2至所述功率单元300，在第二驱动单元1303故障时同时输出第二IGBT信号至信号处理单元1204，以控制所述信号处理单元1204输出快速处理信号，控制所述第二驱动单元1303进行关波和三相短路处理。第二驱动单元1303导通时，实时接收监控模块140输出的第三使能信号EN3或第三关断使能信号dis3。所述第二驱动单元1303包括三相上桥臂驱动单元或三相下桥臂驱动单元。
第四电源1304电性连接第二驱动单元1303，用于依据接收到的驱动电源VDD输出驱动电压VCC至第二驱动单元1303。所述第四电源1304与第三电源1302为功能相互独立供电模组，防止驱动单元同时停止供电，提高驱动模块130输出信号的可靠性。
在本实施例中，第一驱动单元1301和第二驱动单元1303分别输出第一IGBT信号和第二IGBT信号至信号处理单元1204，若第一驱动单元1301或第二驱动单元1303中的IGBT模组发生故障，则信号处理单元1204依据接收的IGBT故障信号，输出第二控制信号P2至第一驱动单元1301和第二驱动单元1303，控制驱动模组130进行关波处理，同时对驱动模组130进行三相短路处理。
若监控模块140检测到主控制模块120输出控制信号发生错误或控制时序错误，则监控模块140输出第三关断使能信号dis3分别关断第一驱动单元1301和第二驱动单元1303或同时关断第一驱动单元1301和第二驱动单元1303。
监控模块140电性连接主控制模块120和驱动模块130，用于主控制模块120输出的采集低压驱动信号，当低压驱动信号异常时，输出故障信号至主控制模块120，以控制所述主控制模块120停止输出低压驱动信号。监控模块140包括第二电源1401、监控单元1402、安全逻辑单元1403以及信号采集单元1404。
第二电源1401电性连接于监控单元1402和安全逻辑单元1403，用于依据接收到的驱动电源VDD输出第二驱动电压VCC2至监控单元1402，当第二电源1401发生故障时，将第二故障信号FS2输入至安全逻辑单元1403，同时安全逻辑单元1403输出第三关断使能信号dis3至驱动模块130。当第二电源1401异常或故障时，输出第二电平第二故障信号FS2至安全逻辑单元1403。所述第二电源1401可以为辅助电源。
在本实施例中，第一电源1201和第二电源1401功能相互独立，在主控制模块120或监控模块140发生故障时，仅需关断第一电源1201或第二电源1401不影响其他功能模块供电需求，提高了电机控制系统的安全等级。
监控单元1402电性连接于安全逻辑单元1403，还电性连接于控制单元1203和驱动信号处理单元1205，用于接收并检测电机控制信号，当电机控制信号异常时输出第二关断使能信号dis至驱动信号处理单元1205，若监控单元1402异常或故障时，输出第二电平第三故障信号FS3至安全逻辑单元1403。
在本实施例中，监控单元1402监控控制单元1203输出的电机控制信号包括输出扭矩值N1、关键变量信号以及控制单元1203输出的控制时序。所述关键变量信号包括控制电机输入的电流、电压以及电机位置信号。
通过外部传感采集到电机工作时三相电流和电压值以及电机转速信息，经过监控单元1402逻辑计算后得到电机实际输出扭矩值N2，并与控制单元1203输出控制扭矩值N1进行比较。所述监控单元1402逻辑计算可根据公式(1)或公式(2)得到电机实际输出扭矩值N2，公式如下所示：
N2＝3p(iqψf+(Ld-Lq)idiq)/2 (1)
其中，id表示电机转子磁场方向电流，ψf表示电机转子磁链，Ld表示电机转子磁场方向的坐标，Lq表示垂直于电机转子磁场方向的坐标，iq垂直于电机转子磁场方向的电流，p表示电机极对数。
N2＝3p(iβψα-iαψβ)/2 (2)
其中，p表示电机极对数，iβ表示电机三相绕组中β轴电流，ψα表示电机静止坐标系下α轴磁链值，iα表示电机三相绕组中α轴电流，ψβ表示电机静止坐标系下β轴磁链值。
若实际输出扭矩值N2与控制扭矩值N1偏差范围大于预设扭矩值N，则监控单元1402判定控制单元1203输出电机控制信号异常，同时输出第二关断使能信号dis2至驱动信号处理单元1205。驱动信号处理单元1205接收到第二关断使能信号dis2后，输出第一电平第一驱动使能信号T1和第一电平第二驱动使能信号T2分别控制第一驱动单元1301和第二驱动单元1303进行关波和三相短路处理。
在本实施例中，监控单元1402通过信号采集单元1404实时采集电机所需的电流、电压以及位置等电机数据信号，同时监控单元1402采集到的电机数据信号与控制单元1203输出的电机控制信号进行比较，若电机数据信号与电机控制信号之间偏差在预设偏差范围内，则监控单元1402判定控制单元1203输出的电机控制信号无异常，监控单元1402持续输出第二使能信号EN2至驱动信号处理单元1205。若电机数据信号与电机控制信号之间偏差大于预设偏差范围，则监控单元1402判定控制单元1203输出的电机控制信号出现异常，监控单元1402持续输出第二关断使能信号dis2至驱动信号处理单元1205。
进一步地，不同控制信号的预设偏差范围不相同，所述预设偏差范围为依据电机工作实际环境而设定，电机工作环境不同，同一信号预设偏差范围也不相同。例如，在电动汽车中，电机电流偏差信号范围在[-5％-5％]之间，电机电压偏差信号范围在[0-10％]之间，而在电动汽车中控制窗户上升或下降的电机电流偏差信号在[-1％-1％]之间。
在本实施例中，监控单元1402还可以对控制单元1203输出控制时序顺序进行监控，在预设时间T内，控制单元1203输出控制时序顺序在预设时序偏差内，则监控单元1402输出持续输出第二使能信号EN2至驱动信号处理单元1205。在预设时间T内，控制单元1203输出控制时序顺序在预设偏差范围之外，则监控单元1402持续输出第二关断使能信号dis2至驱动信号处理单元1205控制电机驱动单元停止输出电机驱动信号。
所述预设时间T依据电机实际操作设定，所述预设偏差范围指的是不同的控制时序的优先级不同，不同优先级控制时序所对应的容错率不同，优先级越高容错率越低，优先级越低容错率越高。例如，一个控制时序为优先级设置为1，容错率为1％；另一控制时序为优先级为10，容错率为10％，优先级数字越小，优先级越高，则在多次时序执行过程中，优先级设置为1的控制时序执行100次时序中，如果出现两次以上控制时序偏差则监控单元1402判定超出预设偏差范围。但控制时序为优先级为10的控制时序执行100次时序中，如果出现11次以上的控制时序偏差，监控单元1402才判定超出预设偏差范围。
安全逻辑单元1403电性连接于第一驱动单元1301和第二驱动单元1303，用于依据接收故障信号FS，并输出第三关断使能信号EN3至第一驱动单元1301和第二驱动单元1303。安全逻辑单元1403用于监控第一电源1201、第二电源1401以及监控单元1402是否发生故障，当第一电源1201、第二电源1401以及监控单元1402中一个或多个输出故障信号FS至安全逻辑单元1403时，安全逻辑单元1403输出第三关断使能信号EN3控制第一驱动单元1301和第二驱动单元1303中所有开关器件关断。所述故障信号FS包括第一故障信号FS1、第二故障信号FS2以及第三故障信号FS3。
在本实施例中，只有当安全逻辑单元1403输出第三使能信号EN3和驱动信号处理单元1205输出第二电平第一驱动使能信号T1和第二电平第二驱动使能信号T2时，第一驱动单元1301和第二驱动单元1303才输出电机驱动信号。
信号采集单元1404电性连接于监控单元1402，用于实时采集电机数据信号输入至监控单元1402。信号采集单元1404在电机工作时，通过外部传感器获取电机电流、电压以及电机位置。所述外部传感器包括旋变传感器、编码器、霍尔传感器。
电机控制系统中，由第一外部电源1101和第二外部电源1102分别独立为主控制模块120、驱动模块130以及监控模块140供电。在控制电机正常工作时，监控单元1402实时检测控制单元1203输出的电机控制信号，控制单元1203输出第一占空比信号至信号处理单元1204，信号处理单元1204输出第二占空比信号至驱动信号处理单元1205，控制驱动信号处理单元1205输出第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2，分别用于控制第一驱动单元1301和第二驱动单元1301。在实施例中，监控单元1402和控制单元1203分别由功能相互独立的第一电源1201和第二电源1401供电。
在电机控制系统中，监控单元1402若检测到控制单元1203输出的电机控制信号异常，则输出第二关断使能信号dis2控制驱动信号处理单元1205输出第一电平第一驱动使能信号T1和第一电平第二驱动使能信号T2控制第一驱动单元1301和第二驱动单元1301进行关波和三相短路处理。信息采集单元1202采集到的电机输入电流Ic和电机输入电压Vc异常时，以及第一驱动单元1301输出的第一IGBT故障信号或第二驱动单元1303输出第二IGBT故障信号至快速处理单元1204时，快速处理单元1204输出第一使能信号EN1控制驱动信号处理单元1205停止输出第一驱动信号PWM1和第二驱动信号PWM2。
当第一电源1201、第二电源1401或监控单元1402中任意一个单元或多个单元同时故障时，至少输出一个故障信号FS时，安全逻辑单元1403立即输出第三关断使能信号dis3至驱动模块130。
通过对电机控制模块120的多层监控处理和独立的安全切换路径，电机控制系统完善了诊断故障的机制，同时优化和集成了控制功能，增加了多种方式控制电机驱动模块，从而提高了电机控制系统安全等级和电机的安全运行，避免因电机控制单元不能正常检测出非预期故障，增强电机控制系统的安全运行时间和运行可靠性。
以上对本申请实施例公开的一种电机控制系统电路框图进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种电机控制系统，其特征在于，包括：主控制模块、驱动模块以及监控模块；所述主控制模块用于输出低压驱动信号至所述驱动模块，所述驱动模块将所述低压驱动信号转换为高压驱动信号并输出至功率单元，所述功率单元根据所述高压驱动信号将高压电池提供的电源驱动信号进行输出，所述电源驱动信号用于驱动连接于所述功率单元的电机转动；
所述监控模块电性连接所述主控制模块与所述驱动模块，用于采集所述低压驱动信号，当所述低压驱动信号异常时，输出故障信号至所述主控制模块，以控制所述主控制模块停止输出所述低压驱动信号，其中，所述监控模块至少包括辅助电源，所述辅助电源独立于所述主控制模块为所述监控模块提供工作电源；
所述主控制模块包括控制单元、信号处理单元和驱动信号处理单元，所述监控模块还包括监控单元；所述控制单元电性连接于信号处理单元和所述驱动信号处理单元，还电性连接于第一电源和所述监控单元，用于依据接收的第一驱动电压输出第一占空比信号至所述信号处理单元，在所述控制单元输出的电机控制信号异常时，输出第一关断使能信号至所述驱动信号处理单元，以控制所述驱动信号处理单元电性截止；
所述信号处理单元电性连接于所述驱动信号处理单元和所述驱动模块，用于对接收到的第一占空比信号异常处理后输出第二占空比信号至所述驱动信号处理单元，以控制所述驱动信号处理单元输出所述低压驱动信号；
所述驱动信号处理单元电性连接于所述驱动模块，用于依据接收到的所述第二占空比信号输出第一电平驱动信号至所述驱动模块，以控制驱动单元输出所述高压驱动信号。
2.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，所述监控模块还包括安全逻辑单元；
所述安全逻辑单元电性连接于驱动模块，用于在接收到故障信号时输出第三关断使能信号控制所述驱动模块电性截止，所述驱动模块包括第一驱动单元和第二驱动单元，用于根据所述主控制模块输出的第一电位使能信号启动，并将所述低压驱动信号转换为高压驱动信号并输出所述高压驱动信号至所述功率单元；
所述监控单元电性连接于所述安全逻辑单元和控制单元，用于接收所述控制单元输出的电机控制信号，当所述监控单元判定所述电机控制信号异常时，输出第二关断使能信号至所述主控制模块，以控制所述主控制模块停止输出所述低压驱动信号。
3.根据权利要求2所述的电机控制系统，其特征在于，所述控制单元依据信息采集单元采集到的电机运动信号，经所述控制单元逻辑处理后输出的所述电机控制信号；
所述信息采集单元电性连接于所述控制单元和所述信号处理单元，在所述电机正常工作时，用于依据采集到的所述电机运动信号至所述控制单元和所述信号处理单元，若所述电机运动信号异常时，所述控制单元输出所述第一关断使能信号至所述信号处理单元，以控制所述信号处理单元输出快速处理信号至所述驱动模块，以控制所述驱动模块处于电性截止状态。
4.根据权利要求3所述的电机控制系统，其特征在于，所述控制单元检测到自身异常时，输出第一控制信号控制主控制电源停止输出第一驱动电压，所述主控制电源用于为所述控制单元提供独立的工作电源；所述驱动信号处理单元在接收所述第一关断使能信号或所述第二关断使能信号时，输出第二电平驱动使能信号控制所述驱动模块处于电性截止状态。
5.根据权利要求4所述的电机控制系统，其特征在于，所述监控单元异常时，所述监控单元输出第三故障信号至所述安全逻辑单元，所述安全逻辑单元输出所述第三关断使能信号控制驱动模块处于电性截止状态；在所述安全逻辑单元输出第三使能信号以及所述驱动信号逻辑单元输出第一电平驱动使能信号时，所述驱动模块输出所述电源驱动信号。
6.根据权利要求5所述的电机控制系统，其特征在于，所述主控制电源、所述辅助电源和所述监控单元至少一个功能单元故障时，所述安全逻辑单元输出第三关断使能信号至所述驱动模块，以控制所述驱动模块处于电性截止状态。
7.根据权利要求6所述的电机控制系统，其特征在于，所述主控制电源电性连接于所述控制单元和所述安全逻辑单元，用于依据接收到的驱动电源将所述驱动电源转换为所述第一驱动电压并输出至所述控制单元，在所述第一电源故障时，输出第一故障信号至所述安全逻辑单元，控制所述安全逻辑单元输出第三关断使能信号控制所述驱动模块处于电性截止状态。
8.根据权利要求7所述的电机控制系统，其特征在于，所述驱动模块中的所述第一驱动单元和所述第二驱动单元故障时，所述信号处理单元输出第二控制信号至所述驱动模块，控制所述驱动模块停止输出所述高压驱动信号，并控制所述第一驱动单元电性截止以及所述第二驱动单元电性导通，或控制所述第二驱动单元电性截止以及所述第一驱动单元电性导通。
9.根据权利要求8所述的电机控制系统，其特征在于，所述控制单元输出第一使能信号，以及所述监控单元输出第二使能信号至所述驱动信号逻辑单元时，所述驱动信号逻辑单元输出所述低压驱动信号至所述驱动模块，以控制所述驱动模块输出所述电源驱动信号。
10.根据权利要求9所述的电机控制系统，其特征在于，所述主控制电源与所述辅助电源相互独立且均电性连接外部电源单元，所述外部电源单元输出所述驱动电源至所述主控制电源与所述辅助电源，所述主控制电源输出第一驱动电压至所述控制单元，所述辅助电源输出第二驱动电压至所述监控单元。
11.一种电机控制装置，包括权利要求1-10任意一项所述的电机控制系统。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116203930B (zh) * 2023-03-20 2023-11-17 江苏城乡建设职业学院 一种电气控制检测系统及检测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104199370A (zh) * 2014-09-18 2014-12-10 奇瑞汽车股份有限公司 一种车用电机控制器的安全监控电路及其控制方法
CN108681318A (zh) * 2018-03-23 2018-10-19 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种电机控制器的功能安全监控系统及其方法
CN208401757U (zh) * 2018-07-12 2019-01-18 上海英恒电子有限公司 一种驱动电路

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5305215A (en) * 1991-05-15 1994-04-19 Phoenix International Corporation Expandable, mobile, modular microcomputer system for an off-road vehicle
JP5201245B2 (ja) * 2010-09-17 2013-06-05 株式会社デンソー 回転機の制御装置
JP5813547B2 (ja) 2012-03-23 2015-11-17 株式会社デンソー 車両挙動制御システム
CN104412500B (zh) * 2012-07-09 2016-11-16 松下知识产权经营株式会社 密闭式电动压缩机的控制装置和密闭式电动压缩装置、以及具备这些装置的家电产品
JP6012506B2 (ja) * 2013-02-22 2016-10-25 三菱重工オートモーティブサーマルシステムズ株式会社 車両用クーリングファンモータ・インバータシステム及びその制御方法並びにプログラム
CN203434912U (zh) * 2013-07-24 2014-02-12 华域汽车电动系统有限公司 用于纯电动汽车的大功率永磁同步电机控制器
GB201403411D0 (en) * 2014-02-27 2014-04-16 Of America Asrepresented By The Sec Dep Of Health And Human A motor bridge driver circuit
JP6384316B2 (ja) 2014-12-25 2018-09-05 日産自動車株式会社 電力変換装置及び電力変換装置の制御方法
JP6439658B2 (ja) * 2015-11-10 2018-12-19 株式会社デンソー 電圧センサ異常診断装置
CN206294107U (zh) * 2016-12-09 2017-06-30 上海大郡动力控制技术有限公司 新能源汽车电机控制器pwm信号反馈与监控电路
JP7021930B2 (ja) 2017-12-19 2022-02-17 株式会社Soken 回転電機の駆動装置
EP3503364B2 (en) * 2017-12-22 2023-10-04 Valeo eAutomotive Germany GmbH Driver unit, electric power converter, vehicle and method for operating an electric power converter
JP6939599B2 (ja) * 2018-01-25 2021-09-22 トヨタ自動車株式会社 電動車両
CN110112892A (zh) * 2019-04-30 2019-08-09 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 一种功率器件驱动控制装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104199370A (zh) * 2014-09-18 2014-12-10 奇瑞汽车股份有限公司 一种车用电机控制器的安全监控电路及其控制方法
CN108681318A (zh) * 2018-03-23 2018-10-19 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种电机控制器的功能安全监控系统及其方法
CN208401757U (zh) * 2018-07-12 2019-01-18 上海英恒电子有限公司 一种驱动电路

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