CN113459827B - 一种功能集成式电机控制器的上下电方法 - Google Patents

一种功能集成式电机控制器的上下电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种功能集成式电机控制器的上下电方法，包括步骤S1：供电电源转换芯片接收到唤醒电路输出的唤醒信号并且判断唤醒信号有效时，由第一状态跳转到第二状态，并且供电电源转换芯片输出电压，以使得单片机上电初始化，供电电源转换芯片从第二状态跳转到第三状态。本发明公开的一种功能集成式电机控制器的上下电方法，其具有硬件拓扑简单、功能灵活和成本低等优点，为多功能电机控制器灵活的上下电控制方案提供硬件基础，在不影响现有功能基础上，简化了上下电电路，不仅避免了硬件复位带来的潜在失效隐患，还可以灵活的集成了多种唤醒信号。

Description

一种功能集成式电机控制器的上下电方法
技术领域
本发明属于电机控制器上下电技术领域，具体涉及一种功能集成式电机控制器的上下电方法。
背景技术
整车电机控制器是新能源汽车中重要的动力系统零部件，其为电机提供三相高压电以获取目标转速和扭矩，其低压控制电源来源于车载12V蓄电池。12V蓄电池是整车所有用电器低压供电电源，一般电池成本均较高，为了控制车载12V蓄电池选型时的容量和体积等参数，整车对所有零部件静态电流均有要求，以达到控制电池成本的目标。
为了减小静态电流，避免蓄电池的非预期放电，减小蓄电池选型带来的成本，一般零部件会设计较为复杂的唤醒电路和延迟下电电路；当唤醒信号有效时，零部件功能电路通过12V蓄电池取电，实现正常功能；当唤醒信号无效时，意味着零部件则进入休眠状态，降低对12V蓄电池的损耗。一般通过主运算芯片控制硬线电路发出延迟下电信号，实现控制器下电动作。
为面对激烈的市场竞争，较为多数的整车厂越来越趋于通过零件功能集成，减少整车零件数量以达到整车成本降低的目标。在零部件的功能集成后，零部件内部电流增多，会引起静态电流变大的弊端。部分功能也会引起零件上下电逻辑的变化，多功能集成零部件的上下电过程若按照常规设计会发生多次复位等动作，在汽车整体生命周期中，对硬件半导体产生不利影响。
基于集成其它零部件功能的电机控制器零件方案设计，一般在其上下电电路拓扑设计中会包括唤醒电路、硬件开关电路、延迟下电电路等，如图3所示。
其中唤醒电路和下电电路分别对硬件开关电路进行控制，唤醒电路实现硬件开关电路的导通，从而对控制器内各模块供电；下电电路接受来自MCU的下电信号，实现对硬件开关电路的关断，从而使控制器断电，最大程度的降低控制器静态电流。
其上下电方案设计弊端：
1)硬件电路设计相对复杂；为了减小静态电流，需设计额外的硬件电源开关电路控制蓄电池电源的通断，进一步增加了设计成本；
2)需要MCU发出指令控制硬件下电电路动作实现下电，这种半自主下电方式影响用户体验；
3)当唤醒信号无效，MCU执行下电指令后，如果MCU需要在下电过程中进行两次及以上关于复位的操作。在首次reset后，硬线关断电路就触发了电源关断，使得电机控制器较难完成第二次复位操作；需要通过将相关操作放到上电过程中等方式来打补丁解决，引起上电时间过长等问题，且无法避免的多次复位动作会对硬件带来额外的潜在失效风险。
因此，针对上述问题，予以进一步改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种功能集成式电机控制器的上下电方法，其具有硬件拓扑简单、功能灵活和成本低等优点，为多功能电机控制器灵活的上下电控制方案提供硬件基础，在不影响现有功能基础上，简化了上下电电路，不仅避免了硬件复位带来的潜在失效隐患，还可以灵活的集成了多种唤醒信号，整体方案实现了降本增效的目标，且易于量产推广。
本发明的另一目的在于提供一种功能集成式电机控制器的上下电方法，在上下电控制方案中，使MCU芯片(单片机)可以完全控制下电时刻，灵活设计上下电处理内容，将原本必须放在上电做的操作改到下电做，进一步优化了目前电机控制器上电时间较长，用户体验较差的现状，避免了上下电过程引起的芯片多次复位对芯片使用寿命带来的潜在风险。
为达到以上目的，本发明提供一种功能集成式电机控制器的上下电方法，用于实现电机控制器的上下电，包括以下步骤：
步骤S1：供电电源转换芯片接收到唤醒电路输出的唤醒信号并且判断唤醒信号有效时，由第一状态跳转到第二状态(由Standby跳转到initial)，并且供电电源转换芯片输出电压，以使得单片机上电初始化，供电电源转换芯片从第二状态跳转到第三状态(由initial跳转到normal)；
步骤S2：单片机依次输出第一使能信号(EN-1)和第二使能信号(EN-2)，以实现驱动电源上电，并且与驱动电源连接的外围电源依次建立，以完成系统上电；
步骤S3：当唤醒信号无效时单片机依次关断第二使能信号(EN-2)和第一使能信号(EN-1)，并且单片机进行下电处理直至完成所有需求操作后，主动向供电电源转换芯片发送休眠指令(go to standby指令)，以使得供电电源转换芯片从第三状态跳转到第一状态，已完成系统下电。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，在步骤S1和步骤S2中：
输入电源(KL30，为蓄电池电压)通过防反电路接入到供电电源转换芯片的供电引脚(VIN)，以实现供电电源转换芯片的常供电；
唤醒电路的输出端接入到供电电源转换芯片的唤醒引脚(WAK)，并且使用或逻辑配合单片机实现通过不同唤醒信号(包括KL15、ACC、BPS、CAN等)对电机控制器的唤醒。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，输入电源(KL30，为蓄电池电压)通过防反电路、滤波电路和第一使能信号开关电路(受控于MCU输出的EN-1信号)接入到驱动电源，同时单片机通过第二使能信号开关电路对驱动电源进行控制，以实现驱动电源的电压输出和保护(驱动电源用于提供驱动功率，旋变激励放大电路的供电)。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，供电电源转换芯片的输出端(V3-1)与第一电源的输入端电性连接，并且第一电源的输出端与单片机电性连接，以实现电压转换为单片机供电；
供电电源转换芯片的输出端(V3-6)与第二电源的输入端电性连接，并且所述第二电源的输出端与电机控制器的负载电性连接(包括其余控制板负载和驱动板负载，为控制器内部其他负载供电)。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S3中，单片机通过SPI信号控制供电电源转换芯片进行延迟休眠，以实现单片机决定下电时间。
本发明的有益效果在于：
从硬件电路角度出发：(1)设计图2中简化的硬件电路结构，直接将蓄电池电压直接接入SBC供电端，同时利用SBC本身唤醒引脚接受外部唤醒电路的信号，在相同唤醒功能下，集成了更多唤醒源，实现了在相同功能基础上，有效降低了硬件成本；(2)在简化开关电路后，集成更多的功能的情况下，如VCU等功能，静态电流没有显著增加，有效解决了电路功能增加引起的静态电流增加的问题。
从软件流程角度出发：(1)上电控制过程可以匹配本方案的硬件设计结构，实现上电过程的流程简化，大大缩短上电时间，提高了用户体验，如图1所示；
(2)下电过程匹配本硬件设计结构，实现了图1的下电流程，实现了软件对下电时刻的完全控制，可以灵活设计软件操作，如整车上功能安全要求较高的各种自检操作，即使频繁reset MCU，电源硬线不会被断开；直到软件发送下电指令，增大软件设计的灵活性。
附图说明
图1是本发明的一种功能集成式电机控制器的上下电方法的流程图。
图2是本发明的一种功能集成式电机控制器的上下电方法的硬件电路图。
图3是现有的电机控制器上下电硬件电路图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的电机控制器和单片机等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明公开了一种功能集成式电机控制器的上下电方法，用于实现电机控制器的上下电，包括以下步骤：
步骤S1：供电电源转换芯片接收到唤醒电路输出的唤醒信号并且判断唤醒信号有效时，由第一状态跳转到第二状态(由Standby跳转到initial)，并且供电电源转换芯片输出电压，以使得单片机上电初始化，供电电源转换芯片从第二状态跳转到第三状态(由initial跳转到normal)；
步骤S2：单片机依次输出第一使能信号(EN-1)和第二使能信号(EN-2)，以实现驱动电源上电，并且与驱动电源连接的外围电源依次建立，以完成系统上电；
步骤S3：当唤醒信号无效时单片机依次关断第二使能信号(EN-2)和第一使能信号(EN-1)，并且单片机进行下电处理直至完成所有需求操作后，主动向供电电源转换芯片发送休眠指令(go to standby指令)，以使得供电电源转换芯片从第三状态跳转到第一状态，已完成系统下电。
具体的是，在步骤S1和步骤S2中：
输入电源(KL30，为蓄电池电压)通过防反电路接入到供电电源转换芯片的供电引脚(VIN)，以实现供电电源转换芯片的常供电；
唤醒电路的输出端接入到供电电源转换芯片的唤醒引脚(WAK)，并且使用或逻辑配合单片机实现通过不同唤醒信号(包括KL15、ACC、BPS、CAN等)对电机控制器的唤醒；
输入电源(KL30，为蓄电池电压)通过防反电路、滤波电路和第一使能信号开关电路(受控于MCU输出的EN-1信号)接入到驱动电源，同时单片机通过第二使能信号开关电路对驱动电源进行控制，以实现驱动电源的电压输出和保护(驱动电源用于提供驱动功率，旋变激励放大电路的供电)。
更具体的是，供电电源转换芯片的输出端(V3-1)与第一电源的输入端电性连接，并且第一电源的输出端与单片机电性连接，以实现电压转换为单片机供电；
供电电源转换芯片的输出端(V3-6)与第二电源的输入端电性连接，并且所述第二电源的输出端与电机控制器的负载电性连接(包括其余控制板负载和驱动板负载，为控制器内部其他负载供电)。
进一步的是，单片机通过SPI信号控制供电电源转换芯片进行延迟休眠，以实现单片机决定下电时间。
本发明中如图2所示：电源1代表第一电源，电源2代表第二电源，电源3代表供电电源转换芯片，电源4代表驱动电源。
本发明设计了一种适用于功能集成式控制器的上下电方案，其中包含硬件电路设计方案和基于电路结构的系统控制方案。该方案设计了极为简单的车载12V蓄电池上电硬件电路拓扑，将12V蓄电池电压直接接在供电电源转换芯片(SBC)上，通过SBC的唤醒引脚实现系统上电。下电过程由主运算芯片(MCU)通过SPI信号控制SBC进入到低功耗模式，不会受到硬线电路的制约。设计全新的利用MCU芯片完成的下电操作流程，包括多次重复resetMCU后，主动控制SBC进入休眠，实现了一种智能、高效、低成本的动力系统控制器的上下电方案。
优选地，本发明中所描述的硬件电路架构如下图2所示：
1)设计电机控制器常供电模式供电电路，蓄电池电压直接通过低压接插件接到控制器板内的SBC供电引脚。设计将唤醒电路的输出直接接到SBC的WAK引脚，实现板内的低压供电的低成本硬件开关电路。此设计可实现利用芯片完全控制下电，利用MCU与SBC的SPI通信，控制SBC由正常工作状态到低功耗模式的切换。设计在下电流程完成主运算芯片自检动作，大大节省了上电时间，改善用户体验。
这种上下电方案，简化了电路拓扑、节约了硬件成本、有效控制了静态电流值、提升了用户体验，而且进一步优化了上电初始化时间过长的问题。KL30为蓄电池电压，通过防反电路接入SBC的供电引脚,实现SBC的常供电；
2)由于多功能集成式的电机逆变器的上下电电路硬件合并，其上下电各有要求。本方案通过设计兼容的唤醒电路，设计将原唤醒电路直接连接到SBC唤醒引脚，并使用“或”逻辑。配合MCU实现KL15、ACC、BPS、CAN等不同唤醒信号对控制器的唤醒。
3)设计使用KL30通过防反和滤波电路，连接到开关电路接入驱动电源模块，该开关电路受控于MCU输出的EN1信号；同时驱动电源模块还受到MCU输出的EN2控制，实现驱动电源电压输出和保护；驱动电源用于提供驱动功率，旋变激励放大电路的供电。
4)使用第一电源，实现电压转换，为MCU的核供电。使用第二电源，实现电压转换，为控制器内部其他负载供电，SBC的五路电源输出，分别给不同的负载供电。
本发明所设计的上下电路控制方案如图1所示：
1)当接受到外部的唤醒信号时，SBC由standby状态跳转到INIT状态，SBC电压输出，为MCU供电，MCU上电初始化，依次开通EN_1,EN_2，实现驱动电源上电成功，其余电源也依次建立，完成系统上电；
当唤醒信号无效时，MCU进入下电流程，依次关断EN_2,EN_1，并进行下电相关操作，直至MCU芯片完成所有需求操作后，主动向SBC发送go to standby指令，完成系统下电；
2)本方案上电时的优势在于无需外部开关电路开通电源，节省成本；本方案的明显优势体现在下电，不同于以往通过外部开关电路关断电源实现下电，本方案完全由MCU决定下电时间，即使MCU被反复reset，提高了控制系统对上下电设计的灵活性。当整车需要对电源管理芯片进行自检时，有些功能安全要求高的全路径自检会涉及到对MCU的reset，如果在下电做，MCU reset后会失电导致无法再完成剩下的自检操作；放到上电做，又大大增加上电时间。本方案就可以直接将自检放到下电做，因为MCU可以完成全部操作后，再对SBC输出下电指令。
优选地，本发明的优点在于：
1)本发明在多功能集成式电机控制器产品中，保证了原有功能效果，利用SBC本身的硬线唤醒和状态机切换功能，设计了一种更简单的上下电硬件电路及硬线关断电路拓扑结构，降低了产品硬件成本。
2)更加简单的上电开关电路，避免了硬件复位带来的潜在失效隐患，集成更多功能的同时，将控制静态电流在整车要求范围之内。
3)设计了灵活的上下电控制方案，唤醒信号无效后，完全由MCU控制下电时刻，可以将原本只可以放在上电做的任务,放到下电完成；提升控制系统设计的灵活性，有效优化了上电时间，提升用户体验。
综上所述，本方案实现了硬件电路简化，降低物料成本，提升产品竞争力，提高系统的设计灵活性，有效控制电路总体电路静态电流，可以满足整车厂要求。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的电机控制器和单片机等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，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保护范围。

Claims (5)

1.一种功能集成式电机控制器的上下电方法，用于实现电机控制器的上下电，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：供电电源转换芯片接收到唤醒电路输出的唤醒信号并且判断唤醒信号有效时，由第一状态跳转到第二状态，并且供电电源转换芯片输出电压，以使得单片机上电初始化，供电电源转换芯片从第二状态跳转到第三状态；
步骤S2：单片机依次输出第一使能信号和第二使能信号，以实现驱动电源上电，并且与驱动电源连接的外围电源依次建立，以完成系统上电；
步骤S3：当唤醒信号无效时单片机依次关断第二使能信号和第一使能信号，并且单片机进行下电处理直至完成所有需求操作后，主动向供电电源转换芯片发送休眠指令，以使得供电电源转换芯片从第三状态跳转到第一状态，以 完成系统下电。
2.根据权利要求1所述的一种功能集成式电机控制器的上下电方法，其特征在于，在步骤S1和步骤S2中：
输入电源通过防反电路接入到供电电源转换芯片的供电引脚，以实现供电电源转换芯片的常供电；
唤醒电路的输出端接入到供电电源转换芯片的唤醒引脚，并且使用或逻辑配合单片机实现通过不同唤醒信号对电机控制器的唤醒。
3.根据权利要求2所述的一种功能集成式电机控制器的上下电方法，其特征在于，在步骤S1和步骤S2中：
输入电源通过防反电路、滤波电路和第一使能信号开关电路接入到驱动电源，同时单片机通过第二使能信号开关电路对驱动电源进行控制，以实现驱动电源的电压输出和保护。
4.根据权利要求3所述的一种功能集成式电机控制器的上下电方法，其特征在于，供电电源转换芯片的输出端与第一电源的输入端电性连接，并且第一电源的输出端与单片机电性连接，以实现电压转换为单片机供电；
供电电源转换芯片的输出端与第二电源的输入端电性连接，并且所述第二电源的输出端与电机控制器的负载电性连接。
5.根据权利要求4所述的一种功能集成式电机控制器的上下电方法，其特征在于，步骤S3中，单片机通过SPI信号控制供电电源转换芯片进行延迟休眠，以实现单片机决定下电时间。
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