CN114123933A - 具有功能安全的电机驱动结构 - Google Patents

具有功能安全的电机驱动结构 Download PDF

Info

Publication number
CN114123933A
CN114123933A CN202111324146.8A CN202111324146A CN114123933A CN 114123933 A CN114123933 A CN 114123933A CN 202111324146 A CN202111324146 A CN 202111324146A CN 114123933 A CN114123933 A CN 114123933A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor driving
nmos
mcu
motor
driving chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111324146.8A
Other languages
English (en)
Inventor
岳少鹏
邱国华
罗来军
刘翔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DIAS Automotive Electronic Systems Co Ltd
Original Assignee
DIAS Automotive Electronic Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DIAS Automotive Electronic Systems Co Ltd filed Critical DIAS Automotive Electronic Systems Co Ltd
Priority to CN202111324146.8A priority Critical patent/CN114123933A/zh
Publication of CN114123933A publication Critical patent/CN114123933A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有功能安全的电机驱动结构，包括：电源电路为MCU供电，其实时监控MCU程序是否正常运行，若MCU故障则输出MCU复位信号至MCU和逻辑电路第一输入管脚；MCU输出第一使能信号至电机驱动芯片使能管脚，其输出驱动信号至电机驱动芯片输入管脚，其与电机驱动芯片进行SPI通信，其输出第二使能信号至逻辑电路第二输入管脚；逻辑电路对MCU复位信号和第二使能信号进行逻辑判断后输出控制信号至电机驱动电路第一控制端和第二控制端；电机驱动电路用于驱动或停止电机工作，其第三控制端～第六控制端连电机驱动芯片，其电源输入端连电池，其输出端连电机供电端。本发明在不使用具有功能安全ASIL‑D电机驱动芯片的情况下，能使电机驱动结构实现功能安全ASIL‑D。

Description

具有功能安全的电机驱动结构
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种用于驱动车载电机具有功能安全的电机驱动结构。
背景技术
随着汽车电气化的推进，车载控制器驱动电机的场景及数量日益增多，随之带来的电气控制的功能安全隐患也日益增多。
在一些车载应用场景，如底盘控制场景，在车载控制器电机驱动失效的情况下，必须设计有有效的措施可以识别，并采取有效行动，引导车辆进入安全模式，否则将可能导致车辆损毁人员伤亡的恶劣情况出现，此种设计称之为功能安全设计。
目前车载控制器电机驱动设计方面主要存在以下问题：
1)采用更高的芯片等级和更高的硬件成本，以实现功能安全设计的要求。
2)采用传统控制方式，对于电机驱动无特别的功能安全设计。
3)采用的更高等级芯片(满足功能安全ASIL-D)均为国外公司设计和提供，国产品牌芯片供应商无法做到，目前车载电机控制器的电机驱动芯片均为国外供应商提供。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种通过功能安全设计在不使用功能安全ASIL-D电机驱动芯片前提下，具有功能安全ASIL-D的电机驱动结构。
为解决上述技术问题，本发明提供的具有功能安全的电机驱动结构，包括：
电源电路，其为MCU供电，其实时监控MCU程序是否正常运行，若MCU故障则输出MCU复位信号至MCU和逻辑电路第一输入管脚；
MCU，其输出第一使能信号至电机驱动芯片使能管脚，其输出驱动信号至电机驱动芯片输入管脚，其与电机驱动芯片进行SPI通信，其输出第二使能信号至逻辑电路第二输入管脚；
逻辑电路，其对MCU复位信号和第二使能信号进行逻辑判断后输出控制信号至电机驱动电路第一控制端和第二控制端；
电机驱动电路，其用于驱动或停止电机工作，其第三控制端～第六控制端连接电机驱动芯片，其电源输入端连接电池，其输出端连接电机供电端。
可选择的，进一步改进你所述的具有功能安全的电机驱动结构，电机驱动电路包括：
第一NPN，其基极作为第一控制端，其发射极连接地，其集电极连接第一NMOS栅极和电机驱动芯片第一低电平输出管脚；
第二NPN，其基极作为第二控制端，其发射极连接地，其集电极连接第三NMOS栅极和电机驱动芯片第二低电平输出管脚；
第一NMOS，其栅极作为第五控制端，其漏极连接第二NMOS源极和电机第一供电端，其源极连接地；
第二NMOS，其栅极作为第三控制端连接电机驱动芯片第一高电平输出管脚，其漏极连接电池电压；
第三NMOS，其栅极作为第六控制端，其漏极连接第四NMOS源极和电机第二供电端，其源极连接地；
第四NMOS，其栅极作为第四控制端连接电机驱动芯片第二高电平输出管脚，其漏极连接电池电压。
可选择的，进一步改进你所述的具有功能安全的电机驱动结构，所述逻辑电路为与门。
可选择的，进一步改进你所述的具有功能安全的电机驱动结构，电源电路通过看门狗实时监控MCU程序是否正常运行。
可选择的，进一步改进你所述的具有功能安全的电机驱动结构，喂狗信号正常，MCU利用SPI通信检测电机驱动芯片是否正常，若正常则电机正常工作，否则MCU的第一使能信号和第二使能信号置低，电机驱动电路停止工作；
喂狗信号异常，电源电路复位信号置低，与门输出置低，第一NPN和第二NPN关闭，第一NMOS和第三NMOS断开，电机驱动电路停止工作。
本发明在不使用功能安全ASIL-D电机驱动芯片前提下，设计了两路功能安全设计通路。一路为正常的功能设计，由MCU进行检测和控制，一路为冗余的功能安全设计，由逻辑电路以及第一NPN和第二NPN组成，且通过控制第一NPN和第二NPN可以使能和禁止第一NMOS和第三NMOS的正常工作。本发明不需要电机驱动芯片具备特殊或高级的诊断保护功能安全功能，且架构简单，无特殊的元器件。在不使用具有功能安全ASIL-D电机驱动芯片的情况下，只需要增加极少的成本就能使电机驱动结构实现功能安全ASIL-D，具有显著的市场应用前景。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明第一实施例结构示意图。
图2是本发明第二实施例结构示意图。
图3是本发明原理示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。
应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。如在这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。应当以相同的方式解释用于描述元件或层之间的关系的其他词语(例如，“在……之间”和“直接在……之间”、“与……相邻”和“与……直接相邻”、“在……上”和“直接在……上”等)。
第一实施例；
如图1所示，本发明提供一种具有功能安全的电机驱动结构，包括：
电源电路，其为MCU供电，其实时监控MCU程序是否正常运行，若MCU故障则输出MCU复位信号至MCU和逻辑电路第一输入管脚；
MCU，其输出第一使能信号至电机驱动芯片使能管脚，其输出驱动信号至电机驱动芯片输入管脚，其与电机驱动芯片进行SPI通信，其输出第二使能信号至逻辑电路第二输入管脚；
逻辑电路，其对MCU复位信号和第二使能信号进行逻辑判断后输出控制信号至电机驱动电路第一控制端和第二控制端；
电机驱动电路，其用于驱动或停止电机工作，其第三控制端～第六控制端连接电机驱动芯片，其电源输入端连接电池，其输出端连接电机供电端。
此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、参数、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、参数、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、参数、组件、区域、层或部分与另一个元件、参数、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本发明的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、参数、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、参数、组件、区域、层或部分。
第二实施例；
如图2所示，本发明提供一种具有功能安全的电机驱动结构，包括：
电源电路，其为MCU供电，其通过看门狗实时监控MCU程序是否正常运行，若MCU故障则输出MCU复位信号至MCU和逻辑电路第一输入管脚；
MCU，其输出第一使能信号至电机驱动芯片使能管脚，其输出驱动信号至电机驱动芯片输入管脚，其与电机驱动芯片进行SPI通信，其输出第二使能信号至逻辑电路第二输入管脚；
逻辑电路，其采用与门，其对MCU复位信号和第二使能信号进行逻辑判断后输出控制信号至电机驱动电路第一控制端和第二控制端；
电机驱动电路，其用于驱动或停止电机工作，其第三控制端～第六控制端连接电机驱动芯片，其电源输入端连接电池，其输出端连接电机供电端；该电机驱动电路包括：
第一NPN，其基极作为第一控制端，其发射极连接地，其集电极连接第一NMOS栅极和电机驱动芯片第一低电平输出管脚L1；
第二NPN，其基极作为第二控制端，其发射极连接地，其集电极连接第三NMOS栅极和电机驱动芯片第二低电平输出管脚L2；
第一NMOS，其栅极作为第五控制端，其漏极连接第二NMOS源极和电机第一供电端，其源极连接地；
第二NMOS，其栅极作为第三控制端连接电机驱动芯片第一高电平输出管脚H1，其漏极连接电池电压；
第三NMOS，其栅极作为第六控制端，其漏极连接第四NMOS源极和电机第二供电端，其源极连接地；
第四NMOS，其栅极作为第四控制端连接电机驱动芯片第二高电平输出管脚H2，其漏极连接电池电压。
这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
第三实施例；
本发明提供一种具有功能安全的电机驱动结构，包括：
电源电路，其为MCU供电，其通过看门狗实时监控MCU程序是否正常运行，若MCU故障则输出MCU复位信号至MCU和逻辑电路第一输入管脚；
MCU，其输出第一使能信号至电机驱动芯片使能管脚，其输出驱动信号至电机驱动芯片输入管脚，其与电机驱动芯片进行SPI通信，其输出第二使能信号至逻辑电路第二输入管脚；
逻辑电路，其采用与门，其对MCU复位信号和第二使能信号进行逻辑判断后输出控制信号至电机驱动电路第一控制端和第二控制端；
电机驱动电路，其用于驱动或停止电机工作，其第三控制端～第六控制端连接电机驱动芯片，其电源输入端连接电池，其输出端连接电机供电端；该电机驱动电路包括：
第一NPN，其基极作为第一控制端，其发射极连接地，其集电极连接第一NMOS栅极和电机驱动芯片第一低电平输出管脚L1；
第二NPN，其基极作为第二控制端，其发射极连接地，其集电极连接第三NMOS栅极和电机驱动芯片第二低电平输出管脚L2；
第一NMOS，其栅极作为第五控制端，其漏极连接第二NMOS源极和电机第一供电端，其源极连接地；
第二NMOS，其栅极作为第三控制端连接电机驱动芯片第一高电平输出管脚H1，其漏极连接电池电压；
第三NMOS，其栅极作为第六控制端，其漏极连接第四NMOS源极和电机第二供电端，其源极连接地；
第四NMOS，其栅极作为第四控制端连接电机驱动芯片第二高电平输出管脚H2，其漏极连接电池电压；
参考图3所示，喂狗信号正常，MCU利用SPI通信检测电机驱动芯片是否正常，若正常则电机正常工作，否则MCU的第一使能信号和第二使能信号置低，电机驱动电路停止工作；
喂狗信号异常，电源电路复位信号置低，与门输出置低，第一NPN和第二NPN关闭，第一NMOS和第三NMOS断开，电机驱动电路停止工作。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有功能安全的电机驱动结构，其特征在于，包括：
电源电路，其为MCU供电，其实时监控MCU程序是否正常运行，若MCU故障则输出MCU复位信号至MCU和逻辑电路第一输入管脚；
MCU，其输出第一使能信号至电机驱动芯片使能管脚，其输出驱动信号至电机驱动芯片输入管脚，其与电机驱动芯片进行SPI通信，其输出第二使能信号至逻辑电路第二输入管脚；
逻辑电路，其对MCU复位信号和第二使能信号进行逻辑判断后输出控制信号至电机驱动电路第一控制端和第二控制端；
电机驱动电路，其用于驱动或停止电机工作，其第三控制端～第六控制端连接电机驱动芯片，其电源输入端连接电池，其输出端连接电机供电端。
2.如权利要求1所述的具有功能安全的电机驱动结构，其特征在于，电机驱动电路包括：
第一NPN，其基极作为第一控制端，其发射极连接地，其集电极连接第一NMOS栅极和电机驱动芯片第一低电平输出管脚；
第二NPN，其基极作为第二控制端，其发射极连接地，其集电极连接第三NMOS栅极和电机驱动芯片第二低电平输出管脚；
第一NMOS，其栅极作为第五控制端，其漏极连接第二NMOS源极和电机第一供电端，其源极连接地；
第二NMOS，其栅极作为第三控制端连接电机驱动芯片第一高电平输出管脚，其漏极连接电池电压；
第三NMOS，其栅极作为第六控制端，其漏极连接第四NMOS源极和电机第二供电端，其源极连接地；
第四NMOS，其栅极作为第四控制端连接电机驱动芯片第二高电平输出管脚，其漏极连接电池电压。
3.如权利要求2所述的具有功能安全的电机驱动结构，其特征在于：所述逻辑电路为与门。
4.如权利要求3所述的具有功能安全的电机驱动结构，其特征在于：电源电路通过看门狗实时监控MCU程序是否正常运行。
5.如权利要求4所述的具有功能安全的电机驱动结构，其特征在于：
喂狗信号正常，MCU利用SPI通信检测电机驱动芯片是否正常，若正常则电机正常工作，否则MCU的第一使能信号和第二使能信号置低，电机驱动电路停止工作；
喂狗信号异常，电源电路复位信号置低，与门输出置低，第一NPN和第二NPN关闭，第一NMOS和第三NMOS断开，电机驱动电路停止工作。
CN202111324146.8A 2021-11-10 2021-11-10 具有功能安全的电机驱动结构 Pending CN114123933A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111324146.8A CN114123933A (zh) 2021-11-10 2021-11-10 具有功能安全的电机驱动结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111324146.8A CN114123933A (zh) 2021-11-10 2021-11-10 具有功能安全的电机驱动结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114123933A true CN114123933A (zh) 2022-03-01

Family

ID=80377785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111324146.8A Pending CN114123933A (zh) 2021-11-10 2021-11-10 具有功能安全的电机驱动结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114123933A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170070043A1 (en) * 2014-02-21 2017-03-09 Cummins Power Generation Ip, Inc. Providing Protection against ARC-Flash in a Genset
CN208369198U (zh) * 2018-01-19 2019-01-11 深圳和而泰小家电智能科技有限公司 一种负载保护电路及电机
CN112901767A (zh) * 2021-01-15 2021-06-04 浙江大学 一种用于汽车电子换挡器的功能安全电路及控制方法
CN113173078A (zh) * 2021-04-19 2021-07-27 联合汽车电子有限公司 基于电机控制器实现电子驻车功能的监控系统、监控方法和可读存储介质

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170070043A1 (en) * 2014-02-21 2017-03-09 Cummins Power Generation Ip, Inc. Providing Protection against ARC-Flash in a Genset
CN208369198U (zh) * 2018-01-19 2019-01-11 深圳和而泰小家电智能科技有限公司 一种负载保护电路及电机
CN112901767A (zh) * 2021-01-15 2021-06-04 浙江大学 一种用于汽车电子换挡器的功能安全电路及控制方法
CN113173078A (zh) * 2021-04-19 2021-07-27 联合汽车电子有限公司 基于电机控制器实现电子驻车功能的监控系统、监控方法和可读存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019128084A1 (de) Ladekabel und damit kommunizierende kommunikationsvorrichtung
CN104097586B (zh) 电动汽车整车控制器
WO1990009713A1 (de) Netzwerkschnittstelle
WO2021253336A1 (zh) 车载驱动电路、车载驱动芯片、车载驱动器件及电子设备
CN102063121A (zh) 一种车身控制系统
CN108146494B (zh) Eps的电子控制单元
KR102229019B1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 그것의 동작 방법
CN114123933A (zh) 具有功能安全的电机驱动结构
CN104071019A (zh) 燃油车辆及其的电池的自动充电控制方法及自动充电系统
CN105322765B (zh) 可减少暗电流的电子驻车制动系统的电动机驱动电路
CN112653321B (zh) 交叉过压比较电路及eps电源模块
CN115635851B (zh) 一种车载智能配电系统、控制方法及存储介质
CN112498319A (zh) 一种电子驻车控制系统
CN101971488A (zh) 具有过压保护的差分电流输出驱动器
US7755432B1 (en) Short circuit protection circuits and methods
CN112140887B (zh) 车辆故障时关断电路及其车辆
CN203224778U (zh) 电动车用高安全性能ecu架构
CN108081970A (zh) 一种用于电动汽车的双动力源电池辅助系统
CN214028520U (zh) 一种集成车身控制的多功能整车控制器
CN211319019U (zh) 具有汽车功能安全设计的epb电控单元电路拓扑结构
CN216751178U (zh) 电机倒拖诊断保护电路及eps驱动模块
CN221519379U (zh) 上下电控制电路及动力电池系统
CN206465890U (zh) 或门电路冗余驱动整车电源分配继电器的车身控制器
CN202470296U (zh) 一种汽车空调控制器
CN108695814B (zh) 用于电源地的保护电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220301