CN113746315A - 一种电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路 - Google Patents

一种电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路 Download PDF

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茆星宇
王陆林
刘志军
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Abstract

本发明揭示了一种电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路，DSP连接并输出信号至电平转换模块，所述电平转换模块连接并输出信号至互锁模块，所述互锁模块连接并输出信号至与门电路，所述与门电路连接并输出信号至驱动芯片，所述与门电路同时接收电平转换模块发出的载波同步脉冲信号。本发明增加载波同步时钟脉冲信号和上下桥互锁电路，解决了PWM驱动信号干扰不理想的情况，抗干扰能力强，使驱动板与控制板信号隔离，布线更加容易，脉冲时钟信号使六路PWM更加同步，此外，增加互锁功能，防止上下桥直通错误发生，波型也更加理想和同步，提升电机与电机控制器的效率。

Description

一种电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域。
背景技术
新能源汽车电机控制器的驱动原理为DSP通过发送PWM方波来驱动IGBT换相与电流控制，从而控制电机控制器的旋转。为更好的降底电机噪声和提高电机效率，一般载波周期设置为5K-10KHZ PWM。在高频与高压直流电机控制器中，电磁干扰特别大，优其对TTL(Transistor Transistor Logic晶体管逻辑集成电路)电平。
传统的新能源电机控制器中，DSP发送调制出来的PWM波，通过电平转换为IGBT驱动芯片所需的电平后，直接驱动IGBT驱动芯片，抗干扰能力相对较弱。
构成上述缺陷的主要原因如下：
1、在高压高频的电磁干扰中，TTL电平很容易出现波型不理想，导至IGBT驱动出现抖动。
2、在高压高频的电磁干扰中，引入干扰使PWM波型不同步，可能会导致上下桥直通。
3、在DSP软件系统死机的情况下，上下桥PWM波错误输出为高电平，硬件无法纠错，使上下桥直接，烧坏IBGT。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种能够稳定可靠控制电机工作的控制器，具有较强的抗干扰能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路，DSP连接并输出信号至电平转换模块，所述电平转换模块连接并输出信号至互锁模块，所述互锁模块连接并输出信号至与门电路，所述与门电路连接并输出信号至驱动芯片，所述与门电路同时接收电平转换模块发出的载波同步脉冲信号。
所述DSP输出至电平转换模块的信号包括PWM信号和载波同步信号。
所述PWM信号为三相上桥信号和下桥信号，包括：PWM UH信号、PWM UL信号、PWM VH信号、PWM VL信号、PWM WH信号、PWM WL信号。
所述互锁模块由三个独立的互锁单元构成，所述电平转换模块输出的同相上桥信号和下桥信号输送至同一个互锁单元，每个所述互锁单元对接收到的同相上桥信号和下桥信号进行互锁检测，使上桥信号和下桥信号不同时为高电平。
所述与门电路设有六个独立的与门，每个所述与门的一个输入端分别接收互锁模块输出的其中一路三相上下桥信号，另一个输入端接收电平转换模块输出的载波同步脉冲，每个所述与门的输出端连接驱动芯片。
所述电平转换模块的载波同步脉冲经方波修正电路输送至与门电路。
所述DSP和电平转换模块构成控制板，所述驱动芯片为IGBT，所述驱动芯片、与门电路、互锁模块构成驱动板，所述驱动板上方波修正电路靠近IGBT。
所述驱动芯片连接电动汽车的动力电机，控制动力电路的扭矩输出。
本发明增加载波同步时钟脉冲信号和上下桥互锁电路，解决了PWM驱动信号干扰不理想的情况，抗干扰能力强，使驱动板与控制板信号隔离，布线更加容易，脉冲时钟信号使六路PWM更加同步，此外，增加互锁功能，防止上下桥直通错误发生，波型也更加理想和同步，提升电机与电机控制器的效率。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路原理图；
图中涉及到的英文缩写：
PWM：Pulse Width Modulation脉冲宽度调试；
IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型晶体管；
PWM VH:Pulse Width Modulation VH V相上半桥脉冲宽度调试信号；
PWM VL:Pulse Width Modulation VL V相下半桥脉冲宽度调试信号；
PWM UH:Pulse Width Modulation UH U相上半桥脉冲宽度调试信号；
PWM UL:Pulse Width Modulation UL U相下半桥脉冲宽度调试信号；
PWM WH:Pulse Width Modulation WH W相上半桥脉冲宽度调试信号；
PWM WL:Pulse Width Modulation WL W相下半桥脉冲宽度调试信号；
DSP:Digital Signal Processor数字信号处理微处理器。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本发明通过引入载波同步脉冲信号，通过DSP在发送驱动PWM信号时，同时增加一路载波同步脉冲信号。通过载波同步脉的波型修正，使输出方波为理想PWM信号，输出信号与驱动PWM通过与门电路，来纠正PWM在电磁干扰波型不理想与不同步的问题。
具体如图1所示，电机控制器由控制板与驱动板组成，其中控制板上设置DSP和电平转换模块，驱动板上设置互锁模块、与门电路、方波修正电路和驱动芯片，驱动芯片一般为IGBT，在电路PCB设计时，其同步脉冲信号和与门电路的引脚尽可能的接近IGBT驱动芯片，缩短转输线路，降底干扰。控制板与驱动板可以在一个PCB中，也可以分为两个PCB布置。
DSP的主要功能为处理电机控制算法与故障处理，为驱动电机提供驱动PWM波和载波脉冲同步信号，其中6路PWM分别为PWM UH、PWM UL、PWM VH、PWM VL、PWM WH、PWM WL。每一个半桥由两路PWM驱动，上半桥由PWM H驱动，下半桥由PWM L驱动。同时DSP输出一路载波脉冲同步信号，用于6路PWM驱动信号的同步。
电平转换模块主要功能是把DSP输出的TTL电平进行升压处理，一方面提高抗干扰能力，另外用于适配后续驱动板的电平。
PWM互锁电路主要针对每一路半桥驱动的一对信号进行处理，使上下桥驱动信号不能同时为高电平，防止IGBT上下桥直通。在PWM U相H上桥与PWM U相L下桥驱动信号前引入互锁检测，即上桥高平时，下桥信号必需要底电平，下桥信号为高电平时，上桥信号必需为底电平。从而使上下桥信号不能同时为高电平，避免上下桥直通错误出现。
方波修正电路主要的功能是把有信号干扰过的载波脉冲转化为理想的PWM方波信号，通过识别脉冲上升沿与下降沿进行方波修正。与门电路主要工能为，方波修正输出信号与驱动PWM信号进行信号与运算，输出理想的方波信号，从而修正PWM波的不理想，同时同步6路PWM信号。驱动芯片主要驱动IGBT模块，控制IGBT通断，实现电机的扭矩输出。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路，其特征在于：DSP连接并输出信号至电平转换模块，所述电平转换模块连接并输出信号至互锁模块，所述互锁模块连接并输出信号至与门电路，所述与门电路连接并输出信号至驱动芯片，所述与门电路同时接收电平转换模块发出的载波同步脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路，其特征在于：所述DSP输出至电平转换模块的信号包括PWM信号和载波同步信号。
3.根据权利要求2所述的电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路，其特征在于：所述PWM信号为三相上桥信号和下桥信号，包括：PWM UH信号、PWM UL信号、PWM VH信号、PWM VL信号、PWM WH信号、PWM WL信号。
4.根据权利要求1、2或3所述的电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路，其特征在于：所述互锁模块由三个独立的互锁单元构成，所述电平转换模块输出的同相上桥信号和下桥信号输送至同一个互锁单元，每个所述互锁单元对接收到的同相上桥信号和下桥信号进行互锁检测，使上桥信号和下桥信号不同时为高电平。
5.根据权利要求4所述的电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路，其特征在于：所述与门电路设有六个独立的与门，每个所述与门的一个输入端分别接收互锁模块输出的其中一路三相上下桥信号，另一个输入端接收电平转换模块输出的载波同步脉冲，每个所述与门的输出端连接驱动芯片。
6.根据权利要求5所述的电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路，其特征在于：所述电平转换模块的载波同步脉冲经方波修正电路输送至与门电路。
7.根据权利要求6所述的电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路，其特征在于：所述DSP和电平转换模块构成控制板，所述驱动芯片为IGBT，所述驱动芯片、与门电路、互锁模块构成驱动板，所述驱动板上方波修正电路靠近IGBT。
8.根据权利要求1或7所述的电机控制器载波脉冲与上下桥互锁电路，其特征在于：所述驱动芯片连接电动汽车的动力电机，控制动力电路的扭矩输出。
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