CN114301371B - 一种电机旋变激励电路保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机旋变激励电路保护系统，包括旋变电源电路，所述旋变电源电路包括开关单元和第一电感器，所述开关单元包括用于获取第一电压信号的第一端和与所述第一电感器电性连接的第二端，所述第一电感器与所述开关单元电性连接的一端获取第二电压信号；通过比较所述第一电压信号和所述第二电压信号，以使所述开关单元处于开启或关闭状态；所述第一电感器根据所述开关单元的开启或关闭状态，进行相应的贮能或放电；根据所述开关单元的关闭状态，所述旋变电源电路释放贮存的能量，得到并输出第一激励信号，所述第一激励信号用于旋变激励电路的信号输入，以减小电机旋变激励电路失效或出现故障的几率。

Description

一种电机旋变激励电路保护系统

技术领域

本申请涉及旋变激励电路的技术领域，尤其是涉及一种电机旋变激励电路保护系统。

背景技术

随着新能源汽车的迅速发展，关于新能源汽车的品控保障也越来越严谨，电机控制器的维护就是其中重要的环节。

越来越多的新能源汽车投入市场，新能源汽车的电机控制器出现旋变故障的问题越来越突出，主要的原因为旋变激励模块电路失效和电机控制系统在复杂运行环境的误报故障。目前主流的旋变激励电路为普通的功率放大电路，输出信号为开环控制；同时旋变激励电源与其他控制单元共用，控制单元多，电源负载电路复杂，从而导致电机控制器失效和出现故障的几率提高。

发明内容

本发明提供一种电机旋变激励电路保护系统,以减少旋变激励电路失效或出现故障的几率。

为实现上述目的，本发明一种电机旋变激励电路保护系统的具体技术方案如下：

包括旋变电源电路，所述旋变电源电路包括开关单元和第一电感器，所述开关单元包括用于获取第一电压信号的第一端和与所述第一电感器电性连接的第二端，所述第一电感器与所述开关单元电性连接的一端获取第二电压信号；

通过比较所述第一电压信号和所述第二电压信号，以使所述开关单元处于开启或关闭状态；

所述第一电感器根据所述开关单元的开启或关闭状态，进行相应的贮能或放电；

根据所述开关单元的关闭状态，所述旋变电源电路释放贮存的能量，得到并输出第一激励信号，所述第一激励信号用于旋变激励电路的信号输。

可选的，所述开关单元包括第一三极管，所述第一三极管的基极获取所述第一电压信号，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述第一电感器电性连接；

所述旋变电源电路还包括第一电容器和第二电感器，所述第一电容器的一端与第一三极管的集电极电性连接，所述第二电感器的一端与第一电容器远离第一三极管的一端电性连接，所述第二电感器远离第一电容器的一端接地。

可选的，所述旋变电源电路还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一电容器靠近第二电感器的一端电性连接，所述第一二极管与所述旋变电源的输出端电性连接。

可选的，所述旋变电源电路还包括：

第二电容器，所述第二电容器的一端与所述第一电感器远离所述第一三极管的一端电性连接，所述第二电容器另一端接地；

第三电容器，所述第三电容器的一端与所述第一电感器远离所述开关单元的一端电性连接，所述第三电容器另一端接地。

可选的，还包括电机控制单元，通过所述电机控制单元的控制，得到并输出第二激励信号；所述旋变激励电路包括放大单元，所述放大单元包括用于获取第一激励信号的第一输入端和用于获取第二激励信号的第二输入端，通过所述放大单元对所述第一激励信号和所述第二激励信号进行比较放大，得到并输出相应的旋变激励信号。

可选的，所述开关单元设置有旋变使能电路，所述旋变使能电路包括场效应管，所述场效应管的源极与栅极之间串联有第一电阻，所述场效应管的源极用于获取第三电压信号，所述场效应管的栅极用于获取第四电压信号，根据所述第三电压信号和第四电压信号确定场效应管的导通状态，得到并输出第一电压信号。

可选的，所述场效应管的栅极设置有第二三极管，所述第二三极管的基极用于获取所述电机控制单元的电压信号，所述第二三极管的集电极与所述场效应管的栅极电性连接，所述第二三极管的发射极接地。

可选的，所述旋变激励电路的输出端设置有监控电路，所述监控电路包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述旋变激励电路的输出端电性连接，所述第二二极管的阴极与所述电机控制单元电性连接。

可选的，所述监控电路还包括下拉子电路，所述下拉子电路包括第二电阻，所述第二电阻一端与所述第二二极管的阴极电性连接，所述第二电阻的另一端接地。

可选的，所述监控电路还包括旁路电容子电路，所述旁路电容子电路包括第四电容器，所述第四电容器一端与所述第二二极管的阴极电性连接，所述第四电容器的另一端接地。

本发明的一种电机旋变激励电路保护系统至少具有以下优点：旋变电源电路通过开关单元和第一电感器的配合，实现第一电感器的充电和放电，提供一个相对稳定的输出信号作为旋变激励电路的输入信号，从而减小旋变电路失效或出现故障的几率。

附图说明

图1是本申请实施例的旋变电源电路与旋变激励电路的信号关系图；

图2是本申请实施例的旋变电源电路的局部结构示意图；

图3是本申请实施例的旋变电源电路的局部结构示意图；

图4是本申请实施例的旋变激励电路输入端的信号关系图；

图5是本申请实施例的旋变电源电路与旋变使能电路的连接结构示意图；

图6是本申请实施例的旋变传感器的信号关系图；

图7是本申请实施例的旋变激励电路与旋变传感器的连接结构示意图；

图8是本申请实施例的监控电路的连接结构示意图；

图9是本申请实施例的电机控制单元与整车控制总线的信号关系图。

附图标记说明：1、旋变电源电路；2、旋变使能电路；3、监控电路；4、旋变激励电路；5、旋变传感器。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，本文所描述的示范性实施例应当仅被认为是描述性的，而不是为了限制的目的。对每个示范性实施例中的特征或方面的描述应当通常被认为可用于其他示范性实施例中类似的特征或方面。

参考附图提供上述描述，以助于对权利要求所限定的本发明的各种实施例的全面理解。其包含各种特定的细节以助于该理解，但这些细节应当被视为仅是示范性的。相应地，本领域普通技术人员将认识到，在不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的各种实施例做出变化和改进。此外，为了清楚和简洁起见，可能省略对熟知的功能和构造的描述。

下文的描述和权利要求中所使用的术语和词语不限于书面的含义，而是仅由发明人使用以允许对本发明的清楚和一致的理解。相应地，对本领域技术人员显而易见的是，提供对本发明的各种实施例的下列描述，仅是为了解释的目的，而不是为了限制由随附的权利要求所限定的本发明。

贯通本申请文件的说明书和权利要求，词语“包括”和“含有”以及词语的变型，例如“包括有”和“包括”意味着“包含但不限于”，而不意在(且不会)排除其他部件、整体或步骤。

结合本发明的特定的方面、实施例或示例所描述的特征、整体或特性将被理解为可应用于本文所描述的任意其他方面、实施例或示例，除非与其不兼容。

应当理解的是，单数形式“一”、“一个”和“该”包含复数的指代，除非上下文明确地另有其他规定。在本发明中，表述“或”包含一起列举的词语的任意或所有的组合。例如，“A或B”可以包含A或者B，或可以包含A和B两者。

本发明中所使用的术语集仅是为了描述特定实施例的目的，而并非意在限制本发明。除非另有限定，本文中所使用的全部术语(包含技术术语与科学术语)具有与本申请所属的技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。还应理解的是，术语(比如常用词典中限定的那些术语)，应解释为具有与相关领域和本说明书的上下文中一致的含义，并且不应以理想化或过于形式化的意义来解释，除非在本文中明确地这样限定。

随着越来越多的新能源汽车投入市场，新能源汽车的各种故障问题也随着时间的推移逐渐暴露，其中，关于电机控制器的故障尤为重要，在新能源汽车使用过程中常会出现电机控制器旋变失效的故障，通过大量的分析显示，导致电机控制器旋变失效的原因是旋变激励模块电路失效和电机控制系统在复杂运行环境误报产生的。

目前主流的旋变激励电路由功率放大电路优化形成，放大电路的输入信号为开环控制，且旋变激励电路输入端的电源与其它控制单元共用，导致电源的负载电路复杂，容易出错，特别在于旋变关联电路出现短路的情况下，容易导致旋变电路失效，从而使得电机控制单元无法识别旋变激励模块电路的故障，同时，旋变电路长时间处于异常工况后，会出现旋变激励电路过热失效的情况。

为了解决上述旋变激励电路出现的问题，本发明提供一种旋变激励电路保护系统，包括旋变激励电路专用的旋变电源以及适配的旋变电源电路，通过旋变电源电路的控制，使电源的电流和电压稳定的输出，对旋变激励电路起到的保护作用，从而减小旋变激励电路失效或出现故障的几率。

如图1所示，旋变电源电路包括开关单元和第一电感器L1，开关单元包括用于获取第一电压信号的第一端和与第一电感器L1电性连接的第二端，开关单元与第一电感器L1电性连接的一端用于获取第二电压信号，开关单元通过比较第一电压信号和第二电压信号，以使所述开关单元处于开启或关闭状态，所述第一电感器L1根据开关单元的开启或关闭，进行相应的贮能和放电，例如，当开关单元处于开启状态时，第一电感器L1进行贮能，当开关单元处于关闭状态时，第一电感器L1进行放电，根据开关单元的关闭状态，旋变电源电路释放贮存的能量，得到并输出第一激励信号，在第一电感的充放电作用下，使得电流不会突增，从而输出相对稳定的电流。

如图2所示，开关单元包括第一三极管Q1，第一三极管Q1的基极获取旋变电源的第一电压信号，第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极与第一电感器L1电性连接，将第一电压信号和第二电压信号进行比较，第一三极管Q1根据比较的结果进行相应地导通或截止，实现开关单元的开启和关闭；为了进一步提高旋变电源电路的使用效果，所述旋变电源电路还包括第一电容器C1和第二电感器L2，第一电容器C1的一端与第一三极管Q1的集电极电性连接，第二电感器L2的一端与第一电容器C1远离第一三极管Q1的一端电性连接，第二电感器L2远离第一电容器C1的一端接地；

使用过程中，当开关单元开启时，第一三极管Q1导通，第一电感器L1和第二电感器L2贮能，当开关单元关闭时，第一三极管Q1截止，第一电感器L1放电，同时第一电容器C1贮能，在开关单元再次开启时，第一电容器C1贮存的能量向第二电感器L2转移，以使得旋变电源电路的开关单元在反复工作时能够保证电流和电压的相对稳定

为了减小旋变电源电路受输出端反向电流的影响，示例性地说明，旋变电路的输出端设置有第一二极管D1，第一二极管D1的阳极与第一电容器C1远离第一三极管Q1的一端电性连接，第一二极管D1的阴极作为旋变电源电路的输出端，使得旋变电源电路的输出端单向导通，从而提高旋变电源电路的使用效果。

为了进一步提高旋变电源电路的使用效果，如图3所示，示例性地说明，在旋变电源电路的输入端和输出端皆设置有储能滤波电容，其中储能滤波电容包括第二电容器C2和第三电容器C3，第二电容器C2的一端与第一二极管D1的阴极电性连接，第二电容器C2的另一端接地；第三电容器C3的一端与所述第一电感器L1远离所述开关单元的一端电性连接，第三电容器C3另一端接地；通过第二电容器C2和第三电容器C3对旋变电源电路的输出端和输入端进行储能滤波，不仅使旋变电源电路的输出平滑稳定，降低了交变脉动电流对电子电路的影响，同时还可吸收电子电路工作过程中产生的电流波动和经由交流电源串入的干扰，使得旋变电源电路的工作性能更加稳定。

通过专用的旋变电源配合旋变电源电路，为旋变激励电路提供第一激励信号，从而减小旋变激励电路失效或者出现故障的几率，为了提高旋变激励电路的使用效果，如图4所示，示例性地说明，本发明的电机旋变激励保护系统还包括电机控制单元，通过电机控制单元的获取第二激励信号，其中第二激励信号作为旋变激励电路的输入信号；使用时，第二激励信号和第一激励信号的比较和放大，得到并输出一个用于电机旋变传感器激励的旋变激励信号，通过可控的第二激励信号和稳定的第一激励信号，减小了旋变激励电路失效和出现故障的几率。

如图5所示，示例性地说明，第一电感器L1远离第一三极管Q1的一端设置有旋变使能电路，旋变使能电路包括场效应管Q3，其中，场效应管Q3的源极与栅极之间串联有第一电阻R1，场效应管Q3的源极用于获取第三电压信号，场效应管Q3的栅极用于获取第四电压信号，场效应管Q3的源极连接有KL30电源，用于提供第三电压信号，其中场效应管Q3的漏极输出为第一电感器L1的输入电源；第四电压信号为电机控制单元提供的电压信号；使用时，根据汽车电子控制单元控制的第三电压信号和电机控制单元控制的第四电压信号确定场效应管Q3的导通状态，得到并输出第一电压信号，从而实现对开关单元的控制效果，从而提高旋变电源的可控性。

为了提高开关旋变使能电路的控制效果，在场效应管Q3的栅极设置有第二三极管Q2，第二三极管Q2的基极用于获取所述电机控制单元的电压信号，第二三极管Q2的集电极与场效应管Q3的栅极电性连接，第二三极管Q2的发射极接地；同时，在第二三极管Q2的集电极和场效应管Q3的栅极之间串联有第七电阻R7，从而减小旋变使能电路损坏的几率。

如图6所示，电机旋变传感器包括第三电感器L3、第四电感器L4和第五电感器L5，第三电感器L3的一端与旋变激励电路的输出端电性连接，用于接收旋变激励电路的旋变激励信号，第三电感器L3的另一端接地，第四电感器L4和第五电感器L5分别与第三电感器L3通过电磁感应的方式电性连接，第四电感器L4的两端分别与单机控制单元电性连接，用于获取电机角位移的正弦信号，第五电感器L5的两端分别与单机控制单元电性连接，用于获取电机角位移的余弦信号；在具体电机电路结构中，第三电感器L3是转子绕组线圈，第四电感器L4和第五电感器L5是定子绕组线圈，其中第四电感器L4和第五电感器L5分别采集两个相互垂直方向上的电感信号；电机控制单元根据旋变传感器采集的正弦信号和余弦信号获取电机的角位移和角速度。

如图7所示，旋变激励电路包括运算放大器U1，运算放大器U1的反相输入端设置有第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3与第四电阻R4串联，且第三电阻R3与第四电阻R4的连接端与运算放大器U1的反相输入端电性连接，第三电阻R3远离运算放大器U1的一端为电机信号的输入端，第四电阻R4远离运算放大器U1的反相输入端的一端与运算放大器U1的输出端电性连接，通过第三电阻R3和第四电阻R4调节运算放大器U1的放大倍数，从而提高旋变激励电路的使用效果。

为了进一步对旋变激励电路进行保护，在运算放大器U1的同相输入端设置有第五电阻，第五电阻的一端与运算放大器U1的同相输入端电性连接，第五电阻的另一端接地，通过第五电阻对运算放大器U1的同相输入端进行下拉，从而减小干扰电流对电路的影响；同时，在运算放大器U1的同相输入端串联有第六电阻R6，第六电阻R6可对同相输入端的电压进行分压处理，从而减小旋变激励电路出现故障的几率。

在一些实施例中，第三电阻R3远离运算放大器U1的方向输入端的一端串联有第五电容器C5，运算放大器U1的输出端串联有第六电容器C6，第四电阻R4与运算放大器U1输出端的连接点位于运算放大器U1输出端与第六电容器C6之间；其中，运算放大器U1的反相输入端接入的是第二激励信号，运算放大器U1的同相输入端接入的是第一激励信号，通过第五电容器C5和第六电容器C6的滤波作用，对交流中的直流干扰信号进行滤除，减少了干扰电流对电路的影响，提高旋变激励电路输入信号和输出信号的稳定效果，从而减小旋变激励电路发生失效的几率。

在旋变激励电路的输出端设置有监控电路，其监控电路通过获取旋变激励电路输出端的激励信号，判断旋变激励电路本体电路及线束电路是否出现短路故障，如图8所示，示例性地说明，监控电路包括第二二极管D2，第二二极管D2的阳极与旋变激励电路的输出端电性连接，第二二极管D2的阴极与电机控制单元电性连接，通过第二二极管D2单向导通的特性，减小反向电流对监测结果造成影响的几率，同时，为减小监控电路损坏的几率，在第二二极管D2与电机控制单元之间串联设置有第八电阻R8。

为了提高监控电路的使用效果，所述监控电路还包括下拉子电路，下拉子电路包括第二电阻R2，第二电阻R2一端与第二二极管D2的阴极电性连接，第二电阻R2的另一端接地，从而减小干扰对监测结果的影响；进一步为了提高监控电路的使用效果，如图8所示，示例性地说明，监控电路还包括旁路电容子电路，旁路电容子电路包括第四电容器C4，第四电容器C4一端与第二二极管D2的阴极电性连接，第四电容器C4的另一端接地，通过第四电容器C4可将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路滤掉，从而提高监测结果的可靠性。

在电子控制单元上配设有故障处理上报模块，如图9所示，示例性地说明，故障处理上报模块与整车控制总线电性连接，使用时，通过故障上报单元将监测电路所获取的电路信息上报至整车控制总线，整车控制总线再将该信息上报至车身控制器，便于实时了解旋变激励电路的工作状态，当旋变激励电路出现故障时能够及时处理。

综上所述，本发明提供一种电机旋变激励电路保护系统，通过旋变电源电路配合专用的旋变电源，获取一个相对稳定的第一激励信号作为旋变激励电路的一个输入信号；同时通过电机控制单元控制旋变使能模块的开关控制信号，以及旋变激励电路的第二个输入信号，提高了旋变激励电路的可控性；另外，在旋变激励电路的激励端设置有监测电路，通过监测电路实时监测旋变激励电路的工作状态；除此之外，在电机控制单元还设置有故障处理上报模块，用于将监控电路的监测结果通过整车控制总线上报给车身控制器，便于实时了解旋变激励电路的工作状态。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种电机旋变激励电路保护系统，其特征在于，包括旋变电源电路，所述旋变电源电路包括开关单元和第一电感器，所述开关单元包括用于获取第一电压信号的第一端和与所述第一电感器电性连接的第二端，所述第一电感器与所述开关单元电性连接的一端获取第二电压信号；

通过比较所述第一电压信号和所述第二电压信号，以使所述开关单元处于开启或关闭状态；

所述第一电感器根据所述开关单元的开启或关闭状态，进行相应的贮能或放电；

根据所述开关单元的关闭状态，所述旋变电源电路释放贮存的能量，得到并输出第一激励信号，所述第一激励信号用于旋变激励电路的信号输入；

还包括电机控制单元，通过所述电机控制单元的控制，得到并输出第二激励信号；所述旋变激励电路包括放大单元，所述放大单元包括用于获取第一激励信号的第一输入端和用于获取第二激励信号的第二输入端，通过所述放大单元对所述第一激励信号和所述第二激励信号进行比较放大，得到并输出相应的旋变激励信号；

所述开关单元设置有旋变使能电路，所述旋变使能电路包括场效应管，所述场效应管的源极与栅极之间串联有第一电阻，所述场效应管的源极用于获取第三电压信号，所述场效应管的栅极用于获取第四电压信号，根据所述第三电压信号和第四电压信号确定场效应管的导通状态，得到并输出第一电压信号；

所述场效应管的栅极设置有第二三极管，所述第二三极管的基极用于获取所述电机控制单元的电压信号，所述第二三极管的集电极与所述场效应管的栅极电性连接，所述第二三极管的发射极接地。

2.根据权利要求1所述的电机旋变激励电路保护系统，其特征在于，所述开关单元包括第一三极管，所述第一三极管的基极获取所述第一电压信号，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与所述第一电感器电性连接；

所述旋变电源电路还包括第一电容器和第二电感器，所述第一电容器的一端与第一三极管的集电极电性连接，所述第二电感器的一端与第一电容器远离第一三极管的一端电性连接，所述第二电感器远离第一电容器的一端接地。

3.根据权利要求2所述的电机旋变激励电路保护系统，其特征在于，所述旋变电源电路还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一电容器靠近第二电感器的一端电性连接，所述第一二极管与所述旋变电源的输出端电性连接。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的电机旋变激励电路保护系统，其特征在于：所述旋变电源电路还包括：

第二电容器，所述第二电容器的一端与所述第一电感器远离所述第一三极管的一端电性连接，所述第二电容器另一端接地；

第三电容器，所述第三电容器的一端与所述第一电感器远离所述开关单元的一端电性连接，所述第三电容器另一端接地。

5.根据权利要求1所述的电机旋变激励电路保护系统，其特征在于，所述旋变激励电路的输出端设置有监控电路，所述监控电路包括第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述旋变激励电路的输出端电性连接，所述第二二极管的阴极与所述电机控制单元电性连接。

6.根据权利要求5所述的电机旋变激励电路保护系统，其特征在于，所述监控电路还包括下拉子电路，所述下拉子电路包括第二电阻，所述第二电阻一端与所述第二二极管的阴极电性连接，所述第二电阻的另一端接地。

7.根据权利要求6所述的电机旋变激励电路保护系统，其特征在于，所述监控电路还包括旁路电容子电路，所述旁路电容子电路包括第四电容器，所述第四电容器一端与所述第二二极管的阴极电性连接，所述第四电容器的另一端接地。

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