CN113910923B - 一种电机驱动装置和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机驱动装置和电动汽车，该装置包括：供电单元，包括：高压蓄电池模块、DC‑DC模块和低压蓄电池模块；高压蓄电池模块，经DC‑DC模块后，输入至低压蓄电池模块；高压蓄电池模块，能够为电机控制器的高压部分供电；低压蓄电池模块，能够为电机控制器的低压部分供电；低压蓄电池模块，包括：低压蓄电池，以及电源激活电路和辅助电源电路；低压蓄电池，能够为电机控制器供电；低压蓄电池，还能够经电源激活电路和辅助电源电路后，向电机控制器供电。该方案，通过设置带有电源激活电路的反激式开关电源，避免在电源电力启动期间出现逻辑错误，有利于保障反激式开关电源的安全性。

Description

一种电机驱动装置和电动汽车

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种电机驱动装置和电动汽车，尤其涉及一种高可靠性电动车控制器驱动电路、以及具有该驱动电路的电动汽车。

背景技术

相关方案中，新能源汽车电机驱动控制器的电源方案，多采用电源芯片驱动MOS管搭建反激式开关电源拓扑；并且，电源控制IC（即电源芯片），都以输入到电压锁定（UVLO）电路的电压与芯片内部比较器的基准电压相比较，实现控制变压器初级和次级线圈的电压和电流，从而以防止在电源电力启动期间的错误的逻辑状态。但是，当反激式开关电源中的变压器未达到工作电压，而电源芯片控制逻辑达到工作电压，那么就会对驱动电路的正常工作产生影响，造成驱动电路误动作，具有安全隐患。

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，提供一种电机驱动装置和电动汽车，以解决在反激式开关电源中，采用带UVLO电路的开关电源芯片，在电源电力启动期间，当反激式开关电源里的变压器未达到工作电压、而电源芯片控制逻辑达到工作电压时，会造成驱动电路误动作，具有安全隐患的问题，达到通过设置带有电源激活电路的反激式开关电源，避免在电源电力启动期间出现逻辑错误，有利于保障反激式开关电源的安全性的效果。

本发明提供一种电机驱动装置，包括：供电单元和电机控制器；所述供电单元，能够为所述电机控制器供电；其中，所述供电单元，包括：高压蓄电池模块、DC-DC模块和低压蓄电池模块；所述高压蓄电池模块，经所述DC-DC模块后，输入至所述低压蓄电池模块；所述高压蓄电池模块，能够为所述电机控制器的高压部分供电；所述低压蓄电池模块，能够为所述电机控制器的低压部分供电；所述低压蓄电池模块，包括：低压蓄电池，以及电源激活电路和辅助电源电路；所述低压蓄电池，能够为所述电机控制器供电；所述低压蓄电池，还能够经所述电源激活电路和所述辅助电源电路后，向所述电机控制器供电。

在一些实施方式中，所述低压蓄电池模块，还包括：EMI滤波电路；所述EMI滤波电路，设置在所述低压蓄电池的输出端，能够对所述低压蓄电池的输出电压进行EMI滤波处理；所述低压蓄电池，能够直接向所述电机控制器供电；所述低压蓄电池，能够经所述EMI滤波电路后，为所述电机控制器供电；所述低压蓄电池，还能够先经所述EMI滤波电路，再经所述电源激活电路和所述辅助电源电路后，向所述电机控制器供电。

在一些实施方式中，所述EMI滤波电路，包括：第一滤波模块、第一防浪涌模块、共模电感模块、第二防浪涌模块、以及第二滤波及储能模块；其中，所述低压蓄电池输出的电压，经所述第一滤波模块和第一防浪涌模块后，输出至所述共模电感模块的输入端；所述共模电感模块的输出端，经所述第二防浪涌模块、以及所述第二滤波及储能模块后，输出经所述EMI滤波处理后的电压，以作为所述电源激活电路和/或所述电机控制器的输入电压。

在一些实施方式中，所述第一防浪涌模块，包括：单向瞬态抑制二极管和单向二极管；所述低压蓄电池的输出端的正极，接所述单向瞬态抑制二极管的阴极；所述单向瞬态抑制二极管的阳极，接所述单向二极管的阳极；所述低压蓄电池的输出端的负极，接所述单向二极管的阴极；所述第二防浪涌模块，包括：双向瞬态抑制二极管。

在一些实施方式中，所述电源激活电路，包括：第三滤波模块、第一分压模块、第一开关管模块、第一稳压模块和第四滤波模块；其中，所述低压蓄电池输出的电压，或设置在所述低压蓄电池的输出端的EMI滤波电路输出的电压，经所述第三滤波模块、所述第一分压模块、所述第一稳压模块和所述第一开关管模块后，经所述第四滤波模块输出第一电源电压。

在一些实施方式中，所述第三滤波模块，包括：第一电容模块和第二电容模块；所述第一分压模块，包括：第一分压电阻模块和第二分压电阻模块；所述第一稳压模块，包括：第一稳压二极管；所述第四滤波模块，包括：第三电容模块；其中，所述低压蓄电池输出的电压，或设置在所述低压蓄电池的输出端的EMI滤波电路输出的电压，作为所述电源激活电路的输入端；所述电源激活电路的输入端，经所述第一电容模块后接地；所述电源激活电路的输入端，还连接至所述第一开关管模块的发射极；所述电源激活电路的输入端，还经并联的所述第二电容模块和第一分压电阻模块后接所述第一开关管模块的基极；所述第一开关管模块的基极，经所述第二分压电阻模块后接所述第一稳压二极管的阴极；所述第一稳压二极管的阳极接地；所述第一开关管模块的集电极，输出所述第一电源电压；所述第三电容模块，设置在所述第一开关管模块的集电极与地之间。

在一些实施方式中，所述辅助电源电路，包括：第一限流模块和第一稳压源；所述电源激活电路输出的第一电源电压，经所述第一限流模块和所述第一稳压源后，输出第二电源电压。

在一些实施方式中，所述电机控制器，包括：控制单元和驱动单元；所述控制单元，能够控制所述驱动单元；所述驱动单元，包括：主驱电机驱动电路、辅驱油泵和气泵驱动电路、以及PDU驱动电路；所述主驱电机驱动电路，能够驱动主电机；所述辅驱油泵和气泵驱动电路，能够驱动油泵和气泵电机；所述PDU驱动电路，能够驱动PDU。

在一些实施方式中，所述主驱电机驱动电路、所述辅驱油泵和气泵驱动电路中的每一相的上桥控制电路或下桥控制电路，包括：电机驱动芯片及其外围电路，以及基于SIC的MOS器件；所述基于SIC的MOS器件，设置在所述电机驱动芯片的外围电路与一相的上桥控制电路或下桥控制电路的控制端之间。

在一些实施方式中，所述电机驱动芯片的外围电路，包括：RCD钳位电路、变压器和电源输出模块；其中，所述低压蓄电池输出的电压，经所述RCD钳位电路、所述变压器和所述电源输出模块后，输出第三电源电压和第四电源电压。

在一些实施方式中，所述电机驱动芯片的外围电路，还包括：欠压保护模块、过流保护模块和输出放大模块中的至少之一；其中，在所述电机驱动芯片的外围电路还包括欠压保护模块的情况下，所述欠压保护模块，设置在所述电机驱动芯片的欠压保护端，用于对所述供电单元进行欠压保护；在所述电机驱动芯片的外围电路还包括过流保护模块的情况下，所述过流保护模块，设置在所述电机驱动芯片的过流保护端，用于对所述供电单元进行过流保护；在所述电机驱动芯片的外围电路还包括输出放大模块的情况下，所述输出放大模块，设置在所述电机驱动芯片的输出端与一相的上桥控制电路或下桥控制电路的控制端之间，用于对所述电机驱动芯片的输出信号进行推挽放大处理。

在一些实施方式中，所述电机驱动芯片的外围电路，还包括：有源米勒钳位电路；所述有源米勒钳位电路，设置在所述输出放大模块与一相的上桥控制电路或下桥控制电路的控制端之间，用于对所述电机驱动芯片的输出信号的范围进行设置。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电动汽车，包括：以上所述的电机驱动装置。

由此，本发明的方案，通过基于SIC MOS器件，搭建一个具有电源激活电路和辅助电源电路的电机驱动电路，能够实现电源钳位、以及欠压保护、过流保护、推挽放大等功能；从而，通过设置带有电源激活电路的反激式开关电源，避免在电源电力启动期间出现逻辑错误，有利于保障反激式开关电源的安全性。

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为本发明的电机驱动装置的一实施例的结构示意图；

图2为控制器整体架构的一实施例的结构示意图；

图3为EMI滤波电路的一实施例的结构示意图；

图4为激活电路及辅助电源电路的一实施例的结构示意图；

图5为驱动电路上电逻辑的一实施例的曲线示意图；

图6为电机驱动电路的一实施例的结构示意图。

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，提供了一种电机驱动装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该电机驱动装置可以包括：供电单元和电机控制器。所述供电单元，能够为所述电机控制器供电。

其中，所述供电单元，包括：高压蓄电池模块、DC-DC模块和低压蓄电池模块。所述高压蓄电池模块，经所述DC-DC模块后，输入至所述低压蓄电池模块。所述高压蓄电池模块，能够为所述电机控制器的高压部分供电。所述低压蓄电池模块，能够为所述电机控制器的低压部分供电。

所述低压蓄电池模块，包括：低压蓄电池，以及电源激活电路和辅助电源电路。

所述低压蓄电池，能够为所述电机控制器供电。所述低压蓄电池，还能够经所述电源激活电路和所述辅助电源电路后，向所述电机控制器供电。

本发明的方案，提出一个带有电源激活电路的反激式开关电源，解决了相关方案中带UVLO电路的开关电源芯片存在的问题，电源控制IC都以输入到UVLO电路的电压在芯片与芯片内部比较器的基准电压相比较，实现控制变压器初级和次级线圈的电压和电流，从而以防止在电源电力启动期间的错误的逻辑状态，当反激式开关电源里的变压器未达到工作电压，而电源芯片控制逻辑达到工作电压，那么对驱动电路正常工作产生影响，造成驱动电路误动作，具有安全隐患的问题，通过设置带有电源激活电路的反激式开关电源，避免在电源电力启动期间出现逻辑错误，有利于保障反激式开关电源的安全性。

在一些实施方式中，所述低压蓄电池模块，还包括：EMI滤波电路。所述EMI滤波电路，设置在所述低压蓄电池的输出端，能够对所述低压蓄电池的输出电压进行EMI滤波处理。

其中，所述低压蓄电池，能够直接向所述电机控制器供电。

所述低压蓄电池，能够经所述EMI滤波电路后，为所述电机控制器供电。所述低压蓄电池，还能够先经所述EMI滤波电路，再经所述电源激活电路和所述辅助电源电路后，向所述电机控制器供电。

在本发明的方案中，在系统供电端的设计了一个具有快速响应的浪涌防护特性的EMI滤波器，解决了电源的输入端口很容易产生或者窜入持续时间较短、能量相对有限的的瞬变高电压浪涌或者电压瞬态脉冲，引起后级电路误动作及损坏的问题，进一步提升的电机控制器的安全性。

在一些实施方式中，所述EMI滤波电路，包括：第一滤波模块、第一防浪涌模块、共模电感模块、第二防浪涌模块、以及第二滤波及储能模块。

其中，所述低压蓄电池输出的电压，经所述第一滤波模块和第一防浪涌模块后，输出至所述共模电感模块的输入端。所述共模电感模块的输出端，经所述第二防浪涌模块、以及所述第二滤波及储能模块后，输出经所述EMI滤波处理后的电压（如电压VIN），以作为所述电源激活电路和/或所述电机控制器的输入电压。

在低压电源接口的输入端，设计浪涌防护电路及EMI滤波器，抑制整机的输入的瞬变浪涌电压及干扰噪声。

在一些实施方式中，所述第一防浪涌模块，包括：单向瞬态抑制二极管和单向二极管。

所述低压蓄电池的输出端的正极，接所述单向瞬态抑制二极管的阴极。所述单向瞬态抑制二极管的阳极，接所述单向二极管的阳极。所述低压蓄电池的输出端的负极，接所述单向二极管的阴极。

所述第二防浪涌模块，包括：双向瞬态抑制二极管。

图3为EMI滤波电路的一实施例的结构示意图，具体是一个具有快速响应的EMI滤波电路的结构示意图。如图3所示，EMI滤波电路，包括：电容C21、电容C22、二极管D21、TVS管TVS221、TVS管TVS22、电感L21。电源端VIN_POWER，连接至电容C21的第一端，连接至TVS管TVS221的阴极，还连接至电感L21的第一端。电源端VIN_GND2，连接至电容C21的第二端，连接至二极管D21的阴极，还连接至电感L21的第二端。二极管D21的阳极连接至TVS管TVS221的阳极。TVS管TVS22为双向TVS管。电感L21的第三端，连接至TVS管TVS22的第一阳极，连接至电容C22的第一端，还作为电压端VIN。电感L21的第四端，连接至TVS管TVS22的第二阳极，连接至电容C22的第二端，还作接地GND2。

在图3所示的例子中，VIN_POWER及VIN_GND2为低压蓄电池输出端，是整个控制器低压电源输入端。C21为输入端滤波器，由一个大结电容的单向的瞬态抑制TVS221二极管和一个低电容的普通二极管D21串联组成一个浪涌防护电路并联在信号输入端，可以减小浪涌保护电路的结电容，降低了瞬态电压抑制二极管（TVS管）对结电容的应力要求，电路简单，提高电路的响应速率。L21为共模电感，滤除电源的共模噪声，防止前级滤波后的电源含有浪涌残压，因此增加一个双向的TVS22作为浪涌防护电路滤除电源的浪涌残压，C22电容器的作用是储能和滤波，经过该含有浪涌防护电路的EMI滤波器得到较为纯净电源电压，这样就可以避免瞬变高电压浪涌或者电压瞬态脉冲的电压损坏后级电路。

具体地，本发明的方案，采用快速响应的浪涌防护电路及EMI滤波器设计，一个单相的瞬态电压抑制二极管（TVS管）和一个普通二极管串联，可以减小浪涌保护电路的结电容，从而提高电路的响应速率。通过快速响应的浪涌防护电路及EMI滤波器设计，一个单相的瞬态电压抑制二极管（TVS管）和一个普通二极管串联，可以减小浪涌保护电路的结电容，从而提高电路的响应速率，并且增加第二级滤除残压的TVS二极管，整个电路可作为一个EMI滤波器，放置在各种电源输入端提高电路的可靠性。

也就是说，考虑到，电源的输入端口很容易产生或者窜入持续时间较短、能量相对有限的的瞬变高电压浪涌或者电压瞬态脉冲，引起后级电路误动作及损坏。新能源大巴电动汽车控制器一般为高功率场合，高功率的普通的瞬态电压抑制二极管（TVS管）的结电容一般较大，影响瞬态电压抑制二极管（TVS管）的响应时间，这类瞬态电压抑制二极管（TVS管）对浪涌电压的吸收能力相对较弱，但是低结电容的瞬态电压抑制二极管价格较贵。本发明的方案，还解决了浪涌防护电路使用的价格昂贵且响应速度慢的双向TVS二极管问题。

在一些实施方式中，所述电源激活电路，包括：第三滤波模块、第一分压模块、第一开关管模块、第一稳压模块和第四滤波模块。

其中，所述低压蓄电池输出的电压，或设置在所述低压蓄电池的输出端的EMI滤波电路输出的电压，经所述第三滤波模块、所述第一分压模块、所述第一稳压模块和所述第一开关管模块后，经所述第四滤波模块输出第一电源电压（如电源VCC1的电压）。

图4为激活电路及辅助电源电路的一实施例的结构示意图。本发明的方案的驱动单元的电源电路，设计了一个触发启动的电源门限电路如图4，电压门限来限制将这个较低的电源供电电压，防止较低的电压传递到后端的驱动电源IC单元，从而引起驱动单元的电源电路激活。

在一些实施方式中，所述第三滤波模块，包括：第一电容模块和第二电容模块，如电容C31和电容C32。所述第一分压模块，包括：第一分压电阻模块和第二分压电阻模块，如电阻R31和电阻R32。所述第一稳压模块，包括：第一稳压二极管（如稳压二极管D34）。所述第四滤波模块，包括：第三电容模块（如电容C33）。

其中，所述低压蓄电池输出的电压，或设置在所述低压蓄电池的输出端的EMI滤波电路输出的电压，作为所述电源激活电路的输入端。

所述电源激活电路的输入端，经所述第一电容模块后接地。所述电源激活电路的输入端，还连接至所述第一开关管模块的发射极。所述电源激活电路的输入端，还经并联的所述第二电容模块和第一分压电阻模块后接所述第一开关管模块的基极。所述第一开关管模块的基极，经所述第二分压电阻模块后接所述第一稳压二极管的阴极。所述第一稳压二极管的阳极接地。所述第一开关管模块的集电极，输出所述第一电源电压。所述第三电容模块，设置在所述第一开关管模块的集电极与地之间。

在一些实施方式中，所述辅助电源电路，包括：第一限流模块和第一稳压源。第一限流模块，如电阻R33。第一稳压源，如TL431。

所述电源激活电路输出的第一电源电压，经所述第一限流模块和所述第一稳压源后，输出第二电源电压（如电压V1）。

图4所示的弱电电源的激活电路、以及辅助供电电源电路，用于驱动器电源的激活及其他辅助供电电源，可以实现对驱动电路的VCC1上电进行限制。如图4所示，激活电路及辅助电源电路，包括：电容C31、电容C32、电容C33、C34，电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34，三极管Q4，稳压二极管D34，稳压管TL431。电压端VIN，连接至三极管Q4的发射极。电压端VIN，经并联的电容C32和电阻R31后连接至三极管Q4的基极。电压端VIN，经电容C31后接地GND。三极管Q4的基极，经电阻R32后接稳压二极管D34的阴极。稳压二极管D34的阳极接地。直流电源VCC1，连接至三极管Q4的集电极。直流电源VCC1，还经电容C33后接地。直流电源VCC1，经电阻R33后，一方面经电容C34后接地GND，另一方面连接至稳压管TL431的K端。稳压管TL431的A端接地。稳压管TL431的R端连接至电阻R33和电阻R34的公共端。电阻R33和电阻R34，串联连接在电压端V1和地GND之间。

图5为驱动电路（如驱动芯片U1）电源上电逻辑的一实施例的曲线示意图，具体可以显示开关电源芯片内部的上电逻辑状态。如图3所示稳压管D4限制电源上电的状态，当VIN电源没有达到稳压管击穿电压时，如6V，此时电源先给图6驱动电路的变压器T1供电，驱动的电源（如驱动芯片U1）控制变压器初级和次级线圈电压和电流，只有当稳压管电压大于6V或至驱动单元电源电压，Q4三极管导通，激活电路实现给驱动电路供电，如图6所示的变压器的副边VCC2才开始输出电压。如图5所示的延时逻辑，激活电路产生的VCC1上电大于6V，并且上升到12V稳态，如图6所示的驱动电路（如驱动芯片U1）的Vcomp（环路反馈电压）引脚，通过调整R1，C2，C3大小，配置环路充电放电时间，如图5所示延时逻辑，只有当Icp（工作电流）及Vcomp（环路反馈电压）达到设计的工作电压和电流以后，如图6所示的变压器副边VCC2的电压输出稳定，此时才视为驱动电路正常工作，如25V供电给如图6所示的驱动电路。同时，对于带有欠压保护UVLO的驱动IC（如驱动芯片U1），不断检测原边VCC1和副边VCC2及VEE2的供电电压大小，当低于欠压保护阈值，驱动电路不会工作。以上的逻辑设计实现了电源上电延时，可以防止在电源电力启动期间的错误的逻辑状态，如驱动电路的电源没有稳定工作，导致驱动电路输出端不稳定，给电机驱动造成安全隐患，从而导致电动车控制出现安全问题。

图6为电机驱动电路的一实施例的结构示意图，具体可以显示驱动器的驱动电路，实现对SIC逆变器驱动，从而驱动电机。经过EMI滤波器的前级滤波后的电源，给图6所示的驱动电路的电源变压器T1供电。如图3和图5所示，电源门限电路包括滤波及储能的电容如电容C31、电容C32，其中电容C32还可以用于稳定图6中的MOS管M1的GE极间的电压，基于图3里的共基极的PNP三极管Q4，分压的电阻R31和R32、限制基极电流的限流的电阻R32、稳压二极管D34，输出滤波和储能的电容C33，限流电阻R33，滤波电容C34，分压电阻R34和R35，TL431电压比较器。选择稳压二极管D34的反向击穿电压作为电源激活启动的门限电压，如6V。假设PNP三极管Q4的Vbe=0.7V，当输入电压低于6V，则PNP三极管Q4不导通，可以认为这是一个低电压的干扰信号，电容C33两端电压为0，电源输入端VCC1电压为0，此时变压器T1在低于6V的供电电压下工作。但电源控制IC以输入到电压锁定（UVLO）电路的电压，电源的UVLO电路其阈值通常设置为2.5V，与电源芯片内部比较器的基准电压相比较，当电源输入端VCC1电压低于UVLO1阈值时，电源驱动芯片U1的Vcomp端被拉低以禁用电源，驱动单元的供电电源不会工作，驱动电源电路上电逻辑如图5所示。

在一些实施方式中，所述电机控制器，包括：控制单元和驱动单元。所述控制单元，能够控制所述驱动单元。

所述驱动单元，包括：主驱电机驱动电路、辅驱油泵和气泵驱动电路、以及PDU驱动电路。所述主驱电机驱动电路，能够驱动主电机。所述辅驱油泵和气泵驱动电路，能够驱动油泵和气泵电机。所述PDU驱动电路，能够驱动PDU。

图2为控制器整体架构的一实施例的结构示意图，具体是电机驱动电路控制系统的结构示意图。图2所示的例子，实现了驱动器的高度集成化，用一片MCU控制驱动电路和PDU（电源分配单元）电路。如图2所示，一种电机驱动电路控制系统，主要包括：高、低压蓄电池，DC-DC变换器模块，EMI滤波模块，电源激活及辅助电源模块，整车控制器（VCU），MCU主控制单元，辅驱MCU模块，主电机驱动电路（即主驱电机驱动电路），油-气泵电机驱动电路（即辅驱油泵-气泵驱动电路），PDU高边驱动单元，油泵气泵电机，PDU，主电机，以及各种采样电路（如母线电机驱动电路、电流检测电路、以及传感器单元）。传感器单元，如第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器和第四电流传感器等。

参见图2所示的例子，电机驱动电路控制系统的工作过程为：高压蓄电池经过DC-DC变换器模块（如DC-DC降压变换器）给低压蓄电池充电，两个蓄电池作为控制器系统全部的供电的电源，整车控制器VCU启动后通过CAN通信发指令给电机控制器MCU，电机控制器MCU根据控制逻辑检测到母线电压值，基于高边驱动电路使得MCU继电器在正确的指令下控制PDU继电器动作，只有PDU控制单元逻辑无误后，电机控制器MCU控制辅驱油-气泵电机驱动器和主电机驱动单元的电路驱动辅驱油-气泵电机和主电机高速运转，油泵-气泵电机UVW三相电及主电机UVW三相电，分别经过2个基于霍尔原理的电流传感器单元，电机控制器MCU实时检测电机运转的角度、电机三相电流及驱动电路的母线电压并作出响应。

在一些实施方式中，所述主驱电机驱动电路、所述辅驱油泵和气泵驱动电路中的每一相的上桥控制电路或下桥控制电路，包括：电机驱动芯片（如驱动芯片U1）及其外围电路，以及基于SIC的MOS器件（如MOS管M1）。所述基于SIC的MOS器件，设置在所述电机驱动芯片的外围电路与一相的上桥控制电路或下桥控制电路的控制端之间。

本发明的方案，通过基于SIC MOS器件设计了一个具有电源激活电路的电机驱动电路，电源激活电路解决了相关方案中带UVLO（欠压保护）电路的开关电源芯片存在启动期间的错误的逻辑状态，对驱动电路正常工作产生影响，造成驱动电路误动作问题，且驱动电路带有有源米勒钳位、欠压保护、过流保护及推挽电路，功能可靠。

如图6所示的驱动电路中，电源芯片IC（如驱动芯片U1）被集成在驱动芯片中，但是如图6所示，驱动电源上电时反馈网络Vcomp电荷泵分三个阶段对C3充电。在每个阶段充电的电流转换时表现出阶梯跳跃，在第一个充电阶段，反馈网络Vcomp的电荷泵电流以持续6.6ms大小为ICP1=3μA给电容C3充电，充电电压大小计算公式Vcomp(t)=（ICP1/C3）*t+ICP1*R1，接着持续3.4ms大小为ICP2=6uA给电容C3充电，充电电压大小计算公式Vcomp(t)=（ICP2/C3）*（t-6.6ms）+（ICP2/C3）*3.4ms+ICP2*R1，最后在10ms时刻以ICP3=10μA大小的电流，计算公式为Vcomp(t)=（ICP3/C3）*（t-10ms）+（ICP2/C3）*3.4ms+（ICP1/C3）*6.6ms+ICP2*R1，荷泵电压Vcomp为电容C1、电阻R1和电容C2组成的补偿网络充电。当Vcomp在时间t1上升到1.25V时，主开关SW的占空比随着Vcomp增大而增大，驱动电源工作正常，次级输出电压VCC2斜坡上升。在VCC2在时间第二个阶段升高到变压器副边的UVLO2（欠压保护）之后，其反馈回路才是闭合的，反馈网络的Vcomp电荷泵开始响应VCC2的PWM反馈，最终将升至其最终值25V。因此，需要限制变压器初级线圈稳定工作的逻辑，就要增加一级电源激活电路。当输入电压高于6.7V至达到驱动单元电源电压，则PNP三极管导通，C1输出端电压为接近6V或至驱动单元电源电压。只有达到设计的工作电压和电流以后，电源控制IC再启动工作，实现了电源上电后，先给变压器供电，电源IC控制变压器初级和次级线圈电压和电流，从而防止在电源电力启动期间的错误的逻辑状态，使得驱动电源更安全可靠。

在一些实施方式中，所述电机驱动芯片的外围电路，包括：RCD钳位电路、变压器和电源输出模块。

其中，所述低压蓄电池输出的电压，经所述RCD钳位电路、所述变压器和所述电源输出模块后，输出第三电源电压和第四电源电压。第三电源电压如电压VCC2，第四电源电压如TOP_E。

如图4所示的电源激活电路，V1IN直接供电给如图6所示驱动电路的变压器初级线圈T1，输出端VCC1直接供电给如图6所示的驱动芯片电源VCC1。在图6所示的例子中，电容Csn、电阻Rsn和二极管D1组成RCD箝位电路降低了MOS管严格的VCE电压应力要求。

在一些实施方式中，所述电机驱动芯片的外围电路，还包括：欠压保护模块、过流保护模块和输出放大模块中的至少之一。

其中，在所述电机驱动芯片的外围电路还包括欠压保护模块的情况下，所述欠压保护模块，设置在所述电机驱动芯片的欠压保护端，用于对所述供电单元进行欠压保护。

在所述电机驱动芯片的外围电路还包括过流保护模块的情况下，所述过流保护模块，设置在所述电机驱动芯片的过流保护端，用于对所述供电单元进行过流保护。

在所述电机驱动芯片的外围电路还包括输出放大模块的情况下，所述输出放大模块，设置在所述电机驱动芯片的输出端与一相的上桥控制电路或下桥控制电路的控制端之间，用于对所述电机驱动芯片的输出信号进行推挽放大处理。

在图3所示的例子中，激活电路后端是一个由TL431组成的LDO（低压差线性稳压器），将VCC1降压变换为5V给如图6所示的故障信号FAULT和欠压信号UVLO一个固定的上拉电平。并且，在图6所示的例子中，电阻R2和电容C4、以及电阻R3和电容C5作为一个滤波电路来滤除窄脉冲对信号的干扰，两个信号分别输出给开关管Q5和开关管Q6，正常情况，欠压控制信号UVLO_MCU和故障控制信号FAULT_MCU为高电平，信号传送给MCU，只有当欠压信号UVLO和故障信号FAULT为低电平的时候，开关管关断，此时输送到MCU为低电平，认为驱动故障。其中，图4所示的例子中，电阻R33是用来限流的，限制输入到TL431的电流在1mA以内。图6所示的例子中，C4为滤波电容，R4和R5为分压电阻。如图6所示的变压器T1次级输出端电阻R7和5V稳压二极管管D2，做分压为15V和-5V，作为SIC MOS管M1的栅极导通电压和栅极关断电压，MCU将具有死驱保护的PWM波通过电阻R5给驱动电路，将在驱动电路的输出端VO产生15V和-5V的PWM波。

如图6所示，为了增大驱动电路的电流能力，使之能够达到SIC MOS管M1的驱动电流，因此驱动电路增加一级由开关管Q1和开关管Q2组成的推挽电路，这样驱动电路输出到SICMOS管M1的电流为推挽电路的开关管Q1的导通额定电流值，其中电阻R9为推挽电路三极管的基极限流电阻，与电容C9组成一个滤波电路。

在一些实施方式中，所述电机驱动芯片的外围电路，还包括：有源米勒钳位电路。所述有源米勒钳位电路，设置在所述输出放大模块与一相的上桥控制电路或下桥控制电路的控制端之间，用于对所述电机驱动芯片的输出信号的范围进行设置。

本发明的方案，搭建了一个基于SIC MOS器件（即半导体MOS器件）的电机驱动电路，包括：有源米勒钳位电路，以及欠压保护电路和过流保护电路。

如图6所示，电机驱动电路，包括：电容Csn、电容C11、电容C12、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10，电阻Rsn、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17，二极管D1、稳压二极管D2、稳压二极管D3、以及TVS管TVS，变压器T1，驱动芯片U1（如ACPL-32J），三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q5、三极管Q6、以及MOS管M1。

电源端VIN，连接至变压器T1的原边绕组的异名端。电源端VIN，还经并联的电容Csn和电阻Rsn后接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接至变压器T1的原边绕组的同名端。变压器T1的副边绕组的同名端，连接至二极管D8的阳极。二极管D8的阴极，经电容C6后接地VEE2。变压器T1的副边绕组的异名端，也接地VEE2。二极管D8的阴极，还连接至电源端VCC2。电源端VCC2，还经电阻R7后连接至稳压二极管D2的阴极。稳压二极管D2的阳极接地VEE2。电源端VCC2，经电容C11和电容C12后接地VEE2。稳压二极管D2的阴极，还连接至电容C11和电容C12的公共端。驱动芯片U1的VEE1端，接地。驱动芯片U1的VEE1端，还经电容C1后接驱动芯片U1的VCC1端。驱动芯片U1的VCC1端，接直流电源VCC1。直流电源VCC1经电容C15后接地。驱动芯片U1的COMP端，经电容C3和电阻R1后接地GND。驱动芯片U1的COMP端，还经电容C1后接地GND。驱动芯片U1的UVLO端，经电阻R2后接三极管Q5的集电极。三极管Q5的基极接UVLO_MCU端。极管Q5的发射极接地。驱动芯片U1的UVLO端，经电阻R2后，还接电源端V1。驱动芯片U1的UVLO端，经电阻R2后，还经电容C4后接地。驱动芯片U1的FAULT端，经电阻R3后接电源端V1。电源端V1，还经电容C5后接地。电源端V1，还连接至三极管Q6的集电极。三极管O6的基极接FAULT_MCU端，三极管Q6的发射极接地GND。驱动芯片U1的AN端，经电阻R4后接电源端V1。驱动芯片U1的AN端，还经电阻R6后接驱动芯片U1的CA端。驱动芯片U1的CA端，经电阻R5后接PWM端。驱动芯片U1的LED+端，经电阻R8后接发光二极管LED的阳极，发光二极管LED的阴极接VEE2端。驱动芯片U1的DESAT端，经并联的电阻R10和电容C8后接驱动芯片U1的VE端。稳压二极管D3的阳极接驱动芯片U1的VE端，稳压二极管D3的阴极接驱动芯片U1的DESAT端。驱动芯片U1的DESAT端，经电阻R15后接二极管组Dm...Dn的阳极，二极管组Dm...Dn的阴极接DC+端。驱动芯片U1的VCC2端接电源VCC2，电源VCC2经电容C7后接驱动芯片U1的VEE2端。驱动芯片U1的VO端经电阻R9后，一方面经电容C9后接VEE2端，另一方面分别接三极管Q1的基极和三极管Q2的基极。三极管Q1的集电极接VCC2端，三极管Q1的发射极经电阻R11和电阻12后接TVS管的第一阳极。三极管Q2的集电极接地。三极管Q2的发射极经电阻R13和电阻R14后接TVS管的第一阳极。TVS管的第一阳极，接三极管Q3的发射极。TVS管的第一阳极，还经电阻R16后接驱动芯片U1的CLAMP_SS端。三极管Q3的基极，接驱动芯片U1的CLAMP_SS端。三极管Q3的集电极接地。TVS管的第一阳极，经并联的电阻R17和电容C10后接TVS管的第二阳极。TVS管的第二阳极接TOP_E端。TVS管的第一阳极，接MOS管的G极。MOS管M1的漏极接DC+，MOS管M1的源极接TOP_E极。

如图6所示，电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14为SIC MOS管M1的门极电阻，其中电阻R11和电阻R12为开启电阻，电阻R13和电阻R14为关断电阻。TVS管、电阻R17、电容C10及开关管Q3和电阻R16组成驱动电路的有源米勒钳位功能，防止IGBT在关断期间因干扰等导致其误导通，对SIC MOS管M1产生破坏性损害。 Dm，Dm+1…Dn二级管串联接到SIC MOS管M1的集电极，正常情况下，如果SIC MOS管M1正常导通没有过流，由驱动电路的电流源由驱动芯片U1的DESAT端，通过电阻R15和二极管组Dm、Dm+1…Dn到SIC MOS管M1的集电极C到TOP_E地回路，只有当SIC MOS管M1过流，SIC MOS管M1的VCE电压根据理论值急剧上升到母线，因为母线存在杂散电感，所以此时SIC MOS管M1的VCE电压会上升到超过母线，此时二极管组Dm+1…Dn反向截止，驱动IC（即驱动芯片U1）内部的电流源由DESAT引脚给电容C8充电，电容迅速充满，此时DESAT内部的比较器对电容C8电压进行比较，输出FAULT过流信号。其中高压二极管Dm，Dm+1…Dn根据母线电压大小进行选择，防止反向电流引起的误动作，原则是二极管串联总耐压值大于母线最大的电压，且二极管可以调节实际的阈值电压VDESAT、ACTUAL，需要用VDESAT设置的电压减去二极管数量乘以二极管正向压降值和减去。电阻R8和发光二极管LED组成信号指示灯，如果驱动电路正常供电且工作正常，则LED亮，否则LED灭。

电机控制是由三相逆变器驱动电机稳定运转的，因此UVW三相电每一相需要两个SIC MOS组成的桥臂，因此完整的驱动电路需要6个上述相同的驱动电路。

本发明的方案中的控制系统也适合其它类型的电机控制，驱动方案也适合其它拓扑的逆变系统。

采用本发明的技术方案，通过基于SIC MOS器件，搭建一个具有电源激活电路和辅助电源电路的电机驱动电路，能够实现电源钳位、以及欠压保护、过流保护、推挽放大等功能，并且，在低压电源接口的输入端，设计浪涌防护电路及EMI滤波器，能抑制整机的输入的瞬变浪涌电压及干扰噪声，能解决电源的输入端口很容易产生或者窜入持续时间较短、能量相对有限的的瞬变高电压浪涌或者电压瞬态脉冲，引起后级电路误动作及损坏，进一步提升可靠性和安全性。

根据本发明的实施例，还提供了对应于电机驱动装置的一种电动汽车。该电动汽车可以包括：以上所述的电机驱动装置。

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动汽车的实施例、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。

采用本实施例的技术方案，通过基于SIC MOS器件，搭建一个具有电源激活电路和辅助电源电路的电机驱动电路，能够实现电源钳位、以及欠压保护、过流保护、推挽放大等功能；从而，通过设置带有电源激活电路的反激式开关电源，避免在电源电力启动期间出现逻辑错误，有利于保障反激式开关电源的安全性。

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 (10)

1.一种电机驱动装置，其特征在于，包括：供电单元和电机控制器；所述供电单元，能够为所述电机控制器供电；其中，

所述供电单元，包括：高压蓄电池模块、DC-DC模块和低压蓄电池模块；所述高压蓄电池模块，经所述DC-DC模块后，输入至所述低压蓄电池模块；所述高压蓄电池模块，能够为所述电机控制器的高压部分供电；所述低压蓄电池模块，能够为所述电机控制器的低压部分供电；

所述低压蓄电池模块，包括：低压蓄电池，以及电源激活电路和辅助电源电路；所述低压蓄电池，能够为所述电机控制器供电；所述低压蓄电池，还能够经所述电源激活电路和所述辅助电源电路后，向所述电机控制器供电；

所述低压蓄电池模块，还包括：EMI滤波电路；所述EMI滤波电路，设置在所述低压蓄电池的输出端，能够对所述低压蓄电池的输出电压进行EMI滤波处理；所述低压蓄电池，能够直接向所述电机控制器供电；所述低压蓄电池，能够经所述EMI滤波电路后，为所述电机控制器供电；所述低压蓄电池，还能够先经所述EMI滤波电路，再经所述电源激活电路和所述辅助电源电路后，向所述电机控制器供电；

所述电源激活电路，包括：第三滤波模块、第一分压模块、第一开关管模块、第一稳压模块和第四滤波模块；其中，所述低压蓄电池输出的电压，或设置在所述低压蓄电池的输出端的EMI滤波电路输出的电压，经所述第三滤波模块、所述第一分压模块、所述第一稳压模块和所述第一开关管模块后，经所述第四滤波模块输出第一电源电压；

所述第三滤波模块，包括：第一电容模块和第二电容模块；所述第一分压模块，包括：第一分压电阻模块和第二分压电阻模块；所述第一稳压模块，包括：第一稳压二极管；所述第四滤波模块，包括：第三电容模块；其中，所述低压蓄电池输出的电压，或设置在所述低压蓄电池的输出端的EMI滤波电路输出的电压，作为所述电源激活电路的输入端；所述电源激活电路的输入端，经所述第一电容模块后接地；所述电源激活电路的输入端，还连接至所述第一开关管模块的发射极；所述电源激活电路的输入端，还经并联的所述第二电容模块和第一分压电阻模块后接所述第一开关管模块的基极；所述第一开关管模块的基极，经所述第二分压电阻模块后接所述第一稳压二极管的阴极；所述第一稳压二极管的阳极接地；所述第一开关管模块的集电极，输出所述第一电源电压；所述第三电容模块，设置在所述第一开关管模块的集电极与地之间。

2.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述EMI滤波电路，包括：第一滤波模块、第一防浪涌模块、共模电感模块、第二防浪涌模块、以及第二滤波及储能模块；其中，

所述低压蓄电池输出的电压，经所述第一滤波模块和第一防浪涌模块后，输出至所述共模电感模块的输入端；所述共模电感模块的输出端，经所述第二防浪涌模块、以及所述第二滤波及储能模块后，输出经所述EMI滤波处理后的电压，以作为所述电源激活电路和/或所述电机控制器的输入电压。

3.根据权利要求2所述的电机驱动装置，其特征在于，所述第一防浪涌模块，包括：单向瞬态抑制二极管和单向二极管；

所述低压蓄电池的输出端的正极，接所述单向瞬态抑制二极管的阴极；所述单向瞬态抑制二极管的阳极，接所述单向二极管的阳极；所述低压蓄电池的输出端的负极，接所述单向二极管的阴极；

所述第二防浪涌模块，包括：双向瞬态抑制二极管。

4.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述辅助电源电路，包括：第一限流模块和第一稳压源；

所述电源激活电路输出的第一电源电压，经所述第一限流模块和所述第一稳压源后，输出第二电源电压。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电机控制器，包括：控制单元和驱动单元；所述控制单元，能够控制所述驱动单元；

所述驱动单元，包括：主驱电机驱动电路、辅驱油泵和气泵驱动电路、以及PDU驱动电路；所述主驱电机驱动电路，能够驱动主电机；所述辅驱油泵和气泵驱动电路，能够驱动油泵和气泵电机；所述PDU驱动电路，能够驱动PDU。

6.根据权利要求5所述的电机驱动装置，其特征在于，所述主驱电机驱动电路、所述辅驱油泵和气泵驱动电路中的每一相的上桥控制电路或下桥控制电路，包括：电机驱动芯片及其外围电路，以及基于SIC的MOS器件；所述基于SIC的MOS器件，设置在所述电机驱动芯片的外围电路与一相的上桥控制电路或下桥控制电路的控制端之间。

7.根据权利要求6所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电机驱动芯片的外围电路，包括：RCD钳位电路、变压器和电源输出模块；其中，

所述低压蓄电池输出的电压，经所述RCD钳位电路、所述变压器和所述电源输出模块后，输出第三电源电压和第四电源电压。

8.根据权利要求7所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电机驱动芯片的外围电路，还包括：欠压保护模块、过流保护模块和输出放大模块中的至少之一；其中，

在所述电机驱动芯片的外围电路还包括欠压保护模块的情况下，所述欠压保护模块，设置在所述电机驱动芯片的欠压保护端，用于对所述供电单元进行欠压保护；

在所述电机驱动芯片的外围电路还包括过流保护模块的情况下，所述过流保护模块，设置在所述电机驱动芯片的过流保护端，用于对所述供电单元进行过流保护；

在所述电机驱动芯片的外围电路还包括输出放大模块的情况下，所述输出放大模块，设置在所述电机驱动芯片的输出端与一相的上桥控制电路或下桥控制电路的控制端之间，用于对所述电机驱动芯片的输出信号进行推挽放大处理。

9.根据权利要求8所述的电机驱动装置，其特征在于，所述电机驱动芯片的外围电路，还包括：有源米勒钳位电路；所述有源米勒钳位电路，设置在所述输出放大模块与一相的上桥控制电路或下桥控制电路的控制端之间，用于对所述电机驱动芯片的输出信号的范围进行设置。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的电机驱动装置。

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