CN116780879B - 电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路、控制器及车辆 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路、控制器及车辆,电源稳压电路外接电源将电信号稳压后为整个电路供电,主动放电使能信号电路输出端与脉宽调制电路复位端连接,载波电路输出端与脉宽调制电路输入端连接,脉宽调制电路输出端与逻辑反相电路输入端连接,逻辑反相电路输出端与放电电路连接,脉宽调制电路将母线电压转换成放电电路调制波信号,载波电路产生PWM载波信号,PWM载波信号和调制波信号经过脉宽调制电路和逻辑反相电路得到反相PWM驱动信号,反相PWM驱动信号的占空比随母线电压升高而减小,放电电路根据反向PWM驱动信号进行输出。
Description
技术领域
本申请涉及驱动控制器技术领域,具体为一种电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路、控制器及车辆。
背景技术
电动汽车高压驱动控制器中有DC-Link薄膜储能电容,为实现高压安全,国家标准明确规定:车辆发生碰撞,短路等工况,以及正常BMS控制下电以后,为防止人员与高压带电部分直接接触或间接接触引起的触电事故,需将驱动控制器中的高压降低到60V电压以下,高压母线上的总能量应小于0.2焦耳,其主动放电功能要求,DC-Link薄膜电容放电时间一般应不超过3s。
现主流主动放电方式有外接电阻放电,电机绕组放电以及驱动桥臂直通放电。
电机绕组放电与驱动桥臂直通放电,虽放电速度快,但车辆在运行模式等动态故障工况不能进行放电。并且,驱动桥臂直通放电不易控制,直通电流大,功率器件电压应力与短路损耗大,导致寿命缩短及易被损坏。
现有外接电阻放电,虽可以满足动态模式主动放电需求,但在高压蓄电池之间的主正与主负继电器吸合粘连等异常极端工况下,如果此时软件逻辑误动作进行主动放电模式,放电电阻长时间被并联在高压母线电容两侧,会过载导致放点电阻发热烧毁,进而易损坏高压蓄电池的熔断器。
发明内容
本申请提供一种电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路,可以满足电动汽车高压驱动控制器的DC-Link薄膜储能电容在充满的情况下长时间可靠放电需求,且能解决主正与主负继电器在异常未断开工况下,误使能主动放电引起的放电电阻烧毁问题,且可避免高压蓄电池中器件被损坏,为高压安全增添了保障。
本申请解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路,包括:电源稳压电路、主动放电使能信号电路、脉宽调制电路、载波电路、逻辑反相电路以及放电电路,电源稳压电路外接电源将电信号稳压后为整个电路供电,主动放电使能信号电路输出端与脉宽调制电路复位端连接,载波电路输出端与脉宽调制电路输入端连接,脉宽调制电路输出端与逻辑反相电路输入端连接,逻辑反相电路输出端与放电电路连接,脉宽调制电路将母线电压转换成放电电路调制波信号,载波电路产生PWM载波信号,PWM载波信号和调制波信号经过脉宽调制电路和逻辑反相电路得到反相PWM驱动信号,反相PWM驱动信号的占空比随母线电压升高而减小,放电电路根据反向PWM驱动信号进行输出;
本电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路将母线电压转换成放电电路调制波信号,通过几千赫兹载波调制后,输出的反相PWM驱动信号的占空比随母线电压降低而增大,即母线电压越高,反相PWM驱动信号的占空比越小,放电电阻发热越小。能满足DC-Link薄膜储能电容在充满的情况下长时间可靠放电需求,可解决主正与主负继电器在异常未断开工况下误使能主动放电引起的放电电阻烧毁问题,热保护可靠。
作为优选,所述电源稳压电路包括电连接的电阻R11、电容C6、稳压管D3、NPN三极管Q2和二极管D4,电源稳压电路的输入端VCC2连接电阻R11第一端和NPN三极管Q2的集电极,电阻R11第二端连接电容C6第一端,电容C6第二端连接稳压管D3第一端,稳压管D3第二端连接NPN三极管Q2的基极,二极管D4的第一端连接NPN三极管Q2的发射极,二极管D4的第二端连接电源稳压电路的输出端VDD,电源稳压电路将IGBT下桥臂驱动电源VCC2稳压至所述电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路,为整个电路供电。
作为优选,所述主动放电使能信号电路包括电连接的稳压管D1、电阻R5、电阻R6和NPN三极管Q1,稳压管D1第一端作为主动放电使能信号电路的输入端适配放电使能ENABLE信号,稳压管D1第二端连接电阻R5第一端,电阻R5第二端连接电阻R6第一端和NPN三极管Q1的基极,电阻R6第二端连接NPN三极管Q1的发射极,NPN三极管Q1的集电极连接脉宽调制电路的复位端,作为主动放电使能信号电路的输出端。
作为优选,载波电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1以及定时器U1,电容C1第一端接地,电容C1第二端连接电阻R1第一端以及定时器U1的TRIG端和THRES端,电阻R1第二端连接电阻R2第一端,电阻R2d第二端连接定时器U1的RESET端,定时器U1的OUT端与脉宽调制电路的输入端连接,将PWM载波信号输入至脉宽调制电路,
载波频率f按如下公式进行设置,
载波占空比D按如下公式进行设置,
。
作为优选,脉宽调制电路包括电连接的电容C7、电阻R9、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、定时器U2和运放U3A,电容C7第一端接地,电容C7第二端连接电阻R12第一端和运放U3A的+输入端,电阻R12第二端连接电阻R13第一端和电阻R14第一端,电阻R13第二端接地,电阻R14第二端连接电阻R15第一端,电阻R15第二端连接电阻R16第一端,电阻R16第二端连接电阻R17第一端,电阻R17第二端连接电阻R18第一端,电阻R18第二端连接放电电路,电阻R10第一端接地,电阻R10第二端连接电阻R9第一端和运放U3A的-输入端,电阻R9第二端连接运放U3A的输出端和定时器U2的CONT引脚,定时器U2的OUT引脚连接逻辑反相电路,脉宽调制电路将母线电压通过电阻R13-电阻R18分压,经过电阻R12与电容C7滤波,再由运放U3A、电阻R9和电阻R10比例放大生成调制波信号,调制波信号的电压大小如下式,
,PWM载波信号和调制波信号经过脉宽调制电路调制后输出占空比随母线电压升高而增大的PWM驱动信号。
作为优选,逻辑反相电路包括电连接的电容C8,电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、NPN三极管Q3和PNP三极管Q4,电容C8第一端接地,电容C8第二端连接电阻R20第一端和PNP三极管Q4的发射极,电阻R20第二端连接电阻R19第一端和PNP三极管Q4的基极,电阻R19第二端连接电阻R21第一端,电阻R21第二端连接电阻R22第一端和NPN三极管Q3的基极,电阻R22第二端接地,NPN三极管Q3的集电极和NP三极管Q4的集电极连接放电电路,逻辑反相电路将PWM驱动信号经过电阻R19-电阻R22、NPN三极管Q3和PNP三极管Q4逻辑反相后得到反相PWM驱动信号,母线电压越高,NPN三极管Q3输出占空比越小。
作为优选,放电电路包括电连接的放电功率MOSFETQ5和放电电阻R26,放电电路的输入端与逻辑反相电路的输出端连接,将反相PWM驱动信号通过放电功率MOSFETQ5和放电电阻R26对DC-Link薄膜电容进行放电,被放电母线电压越高,门极驱动占空比越小,随着母线电压降低,门极驱动占空比逐渐加大,在高压蓄电池母线继电器粘连等异常工况,母线电压最高时,即使误使能主动放电,放电电阻R26与放电功率MOSFETQ5的功耗也非常小,即放电电阻的功率与体积也越小。
一种电动汽车高压驱动控制器,包括上述任一项所述的电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路。
一种车辆,包括上述电动汽车高压驱动控制器。
本申请的实质性效果是:
本电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路将母线电压转换成放电电路调制波信号,通过几千赫兹载波调制后,输出的反相PWM驱动信号的占空比随母线电压降低而增大,即母线电压越高,反相PWM驱动信号的占空比越小,放电电阻发热越小。能满足DC-Link薄膜储能电容在充满的情况下长时间可靠放电需求,且能解决主正与主负继电器在异常未断开工况下,误使能主动放电引起的放电电阻烧毁问题,且可避免高压蓄电池中器件被损坏,为高压安全增添了保障;
本电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路将母线电压转换成放电电路调制波信号,通过几千赫兹载波调制后,母线电压越大,放电功率MOSFET的占空比越小,放电电阻发热越小,有效控制了放电电阻的温升,放电电阻温升与母线电压大小间接形成闭环反馈控制,无需软件控制放电电路占空比,能保证DC-Link薄膜储能电容在充满的情况下长时间可靠放电;
本电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路的电源稳压电路将IGBT下桥臂驱动电源VCC2稳压至电路中适配电源VDD,电源VDD不超过15V;
(3)本电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路的逻辑反相电路实现输出占空比随母线电压升高而减小的反相PWM驱动信号;
(4)本电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路的放电电路实现被放电母线电压越高,门极驱动占空比越小,随着母线电压降低,门极驱动占空比逐渐加大,在高压蓄电池母线继电器粘连等异常工况,母线电压最高时,即使误使能主动放电,放电电阻的功率与体积也越小。
附图说明
图1是本申请电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路的模块连接示意图;
图2是本申请电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路的电路图;
图3是本申请电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路随着母线电压变化,门极驱动占空比变化关键节点信号局部放大图。
实施方式
下面通过具体实施例,对本申请的技术方案作进一步的具体说明。
如图1所示,本申请电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路的一种实施例,在本实施例中,电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路包括:电源稳压电路、主动放电使能信号电路、脉宽调制电路、载波电路、逻辑反相电路以及放电电路,电源稳压电路外接电源将电信号稳压后为整个电路供电,主动放电使能信号电路输出端与脉宽调制电路复位端连接,载波电路输出端与脉宽调制电路输入端连接,脉宽调制电路输出端与逻辑反相电路输入端连接,逻辑反相电路输出端与放电电路连接,脉宽调制电路将母线电压转换成放电电路调制波信号,载波电路产生PWM载波信号,PWM载波信号和调制波信号经过脉宽调制电路和逻辑反相电路得到反相PWM驱动信号,反相PWM驱动信号的占空比随母线电压升高而减小,放电电路根据反向PWM驱动信号进行输出,实现即母线电压越大,放电功率MOSFETQ5的占空比越小,放电电阻发热越小。
图1中,将母线电压转换成放电电路调制波信号,通过几千赫兹的载波调制后,母线电压越大,放电功率MOSFETQ5的占空比越小,放电电阻发热越小,有效控制了放电电阻的温升,放电电阻温升与母线电压大小间接形成闭环反馈控制。无需软件控制放电电路占空比,能保证DC-Link薄膜储能电容在充满的情况下长时间可靠放电。且能解决高压蓄电池主正与主负继电器在异常未断开极端工况下,误使能主动放电引起的放电电阻烧毁问题,且可避免高压蓄电池中熔断器等器件被损坏,为高压安全增添了保障。
图2所示,在本实施例中,电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路包括:电源稳压电路、主动放电使能信号电路、脉宽调制电路、载波电路、逻辑反相电路以及放电电路,
所述电源稳压电路包括电连接的电阻R11、电容C6、稳压管D3、NPN三极管Q2和二极管D4,电源稳压电路的输入端VCC2连接电阻R11第一端和NPN三极管Q2的集电极,电阻R11第二端连接电容C6第一端,电容C6第二端连接稳压管D3第一端,稳压管D3第二端连接NPN三极管Q2的基极,二极管D4的第一端连接NPN三极管Q2的发射极,二极管D4的第二端连接电源稳压电路的输出端VDD,电源稳压电路将IGBT下桥臂驱动电源VCC2稳压至所述电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路,为整个电路供电,其将IGBT下桥臂驱动电源VCC2稳压至所申请主动放电电路适配电源VDD,VDD不超过15V。VDD=VZ_D3 - VBE_Q2 - VF_D4,其中VZ_D3为稳压二极管D3电压,VBE_Q2为NPN三极管Q2的栅极电压降,VF_D4为二极管D4正向压降。
所述主动放电使能信号电路包括电连接的稳压管D1、电阻R5、电阻R6和NPN三极管Q1,稳压管D1第一端作为主动放电使能信号电路的输入端适配放电使能ENABLE信号,稳压管D1第二端连接电阻R5第一端,电阻R5第二端连接电阻R6第一端和NPN三极管Q1的基极,电阻R6第二端连接NPN三极管Q1的发射极,NPN三极管Q1的集电极连接脉宽调制电路的复位端,作为主动放电使能信号电路的输出端,如图3的ENABLE所示,稳压管D1作为主动放电使能信号电路的输入端适配放电使能ENABLE信号,并起抗扰作用,低电平有效放电,NPN三极管Q1作为主动放电使能信号电路的输出端连接脉宽调制电路的复位端。
载波电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R4以及定时器U1,电容C1第一端接地,电容C1第二端连接电阻R1第一端以及定时器U1的TRIG端和THRES端,电阻R1第二端连接电阻R2第一端,电阻R2第二端连接电阻R3第一端,电阻R3第二端定时器U1的RESET端,电容C2第一端接地,电容C2第二端连接定时器U1的CONT端,电容C3第一端接地,电容C3第二端连接定时器U1的VDD端和电阻R4第一端,电阻R4第二端连接定时器U1的OUT端,定时器U1的OUT端与脉宽调制电路的输入端连接,将PWM载波信号输入至脉宽调制电路,如图3的U1_OUT所示,
载波频率f按如下公式进行设置,
载波占空比D按如下公式进行设置,
。
脉宽调制电路包括电连接的电容C4、电容C5、电容C7、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、定时器U2、肖特基二极管D2和运放U3A,电容C4第一端接地,电容C4第二端连接电阻R7第一端和定时器U2的THRES引脚和DISCH引脚,电阻R7第二端连接电阻R8第一端,电阻R8第二端连接定时器U2的RESET引脚,电容C5第一端接地,电容C5第二端连接定时器U2的VDD引脚,电容C7第一端接地,电容C7第二端连接电阻R12第一端、运放U3A的+输入端和肖特基二极管D2第一端,肖特基二极管D2第二端连接IGBT下桥臂驱动电源VCC2,肖特基二极管D2第三端接地,电阻R12第二端连接电阻R13第一端和电阻R14第一端,电阻R13第二端接地,电阻R14第二端连接电阻R15第一端,电阻R15第二端连接电阻R16第一端,电阻R16第二端连接电阻R17第一端,电阻R17第二端连接电阻R18第一端,电阻R18第二端连接放电电路,电阻R10第一端接地,电阻R10第二端连接电阻R9第一端和运放U3A的-输入端,电阻R9第二端连接运放U3A的输出端和定时器U2的CONT引脚,定时器U2的OUT引脚连接逻辑反相电路,脉宽调制电路将母线电压通过电阻R13-电阻R18分压,经过电阻R12与电容C7滤波,再由运放U3A、电阻R9和电阻R10比例放大生成调制波信号,调制波信号的电压大小如下式,
,PWM载波信号和调制波信号U2_CONT经过定时器U2调制后输出占空比随母线电压升高而增大的PWM驱动信号,母线电压越高,其输出占空比越大。
脉宽调制电路输出端与逻辑反相电路输入端连接,逻辑反相电路包括电连接的电容C8,电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、NPN三极管Q3和PNP三极管Q4,电容C8第一端接地,电容C8第二端连接电阻R20第一端和PNP三极管Q4的发射极,电阻R20第二端连接电阻R19第一端和PNP三极管Q4的基极,电阻R19第二端连接电阻R21第一端,电阻R21第二端连接电阻R22第一端和NPN三极管Q3的基极,电阻R22第二端接地,NPN三极管Q3的集电极和NP三极管Q4的集电极连接放电电路,逻辑反相电路将PWM驱动信号经过电阻R19-电阻R22、NPN三极管Q3和PNP三极管Q4逻辑反相后得到反相PWM驱动信号,母线电压越高,调制波信号U2_CONT占空比越大,如图3的Q3_C所示,NPN三极管Q3_C输出占空比越小。
放电电路包括电连接的电阻R23、电阻R24、电阻R25、二极管D5、电容C9、放电功率MOSFETQ5和放电电阻R26,电阻R23第一端和电阻R24第一端连接逻辑反相电路的输出端,电阻R23第二端连接二极管D5第一端,二极管D5第二端连接放电功率MOSFETQ5的第一端,电阻R24第二端连接电阻R25第一端和放电功率MOSFETQ5的第一端,电阻R25第二端接地,放电功率MOSFETQ5的第二端连接放电电阻R26第一端,放电电阻R26第二端连接电容C9第一端,电容C9第二端连接放电功率MOSFETQ5第三端,放电电路的输入端与逻辑反相电路的输出端连接,将反相PWM驱动信号通过放电功率MOSFETQ5和放电电阻R26对DC-Link薄膜电容进行放电,电压如图3的V_BUS+所示,被放电母线越高,门极驱动占空比越小,如图3的Q5_G所示,随着母线电压降低,门极驱动占空比逐渐加大,在高压蓄电池母线继电器粘连等异常工况,母线电压最高时,即使误使能主动放电,R26与Q5的功耗也非常小,即放电电阻的功率与体积也越小。
综上所述,本电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路,如图2所示,其将母线电压转换成放电电路调制波信号,通过几千赫兹载波调制后,母线电压越大,放电功率MOSFET的占空比越小,放电电阻发热越小,有效控制了放电电阻的温升,放电电阻温升与母线电压大小间接形成闭环反馈控制,无需软件控制放电电路占空比,能保证DC-Link薄膜储能电容在充满的情况下长时间可靠放电。且能解决高压蓄电池主正与主负继电器在异常未断开极端工况下,误使能主动放电引起的放电电阻烧毁问题,且可避免高压蓄电池中熔断器等器件被损坏,为高压安全增添了保障。
本申请还提供一种电动汽车高压驱动控制器,包括以上任一项所述的电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路。
本申请还提供一种车辆,包括上述的电动汽车高压驱动控制器。
以上所述的实施例只是本申请的一种较佳的方案,并非对本申请作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (6)
1.一种电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路,其特征在于,包括:电源稳压电路、主动放电使能信号电路、脉宽调制电路、载波电路、逻辑反相电路以及放电电路,
电源稳压电路外接电源将电信号稳压后为整个电路供电,主动放电使能信号电路输出端与脉宽调制电路复位端连接,载波电路输出端与脉宽调制电路输入端连接,脉宽调制电路输出端与逻辑反相电路输入端连接,逻辑反相电路输出端与放电电路连接,脉宽调制电路将母线电压转换成放电电路调制波信号,载波电路产生PWM载波信号,PWM载波信号和调制波信号经过脉宽调制电路和逻辑反相电路得到反相PWM驱动信号,反相PWM驱动信号的占空比随母线电压升高而减小,放电电路根据反向PWM驱动信号进行输出;
所述主动放电使能信号电路包括稳压管D1、电阻R5、电阻R6和NPN三极管Q1,稳压管D1第一端作为主动放电使能信号电路的输入端适配放电使能ENABLE信号,稳压管D1第二端连接电阻R5第一端,电阻R5第二端连接电阻R6第一端和NPN三极管Q1的基极,电阻R6第二端连接NPN三极管Q1的发射极,NPN三极管Q1的集电极连接脉宽调制电路的复位端,作为主动放电使能信号电路的输出端;
载波电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1以及定时器U1,电容C1第一端接地,电容C1第二端连接电阻R1第一端以及定时器U1的TRIG端和THRES端,电阻R1第二端连接电阻R2第一端,电阻R2第二端连接定时器U1的RESET端,定时器U1的OUT端与脉宽调制电路的输入端连接,将PWM载波信号输入至脉宽调制电路,
载波频率f按如下公式进行设置,
载波占空比D按如下公式进行设置,
;
脉宽调制电路包括电容C7、电阻R9、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、定时器U2和运放U3A,电容C7第一端接地,电容C7第二端连接电阻R12第一端和运放U3A的+输入端,电阻R12第二端连接电阻R13第一端和电阻R14第一端,电阻R13第二端接地,电阻R14第二端连接电阻R15第一端,电阻R15第二端连接电阻R16第一端,电阻R16第二端连接电阻R17第一端,电阻R17第二端连接电阻R18第一端,电阻R18第二端连接放电电路,电阻R10第一端接地,电阻R10第二端连接电阻R9第一端和运放U3A的-输入端,电阻R9第二端连接运放U3A的输出端和定时器U2的CONT引脚,定时器U2的OUT引脚连接逻辑反相电路,脉宽调制电路将母线电压通过电阻R13-电阻R18分压,经过电阻R12与电容C7滤波,再由运放U3A、电阻R9和电阻R10比例放大生成调制波信号,调制波信号的电压大小如下式,
,PWM载波信号和调制波信号经过脉宽调制电路调制后输出占空比随母线电压升高而增大的PWM驱动信号。
2.根据权利要求1所述的电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路,其特征在于,所述电源稳压电路包括电阻R11、电容C6、稳压管D3、NPN三极管Q2和二极管D4,电源稳压电路的输入端VCC2连接电阻R11第一端和NPN三极管Q2的集电极,电阻R11第二端连接电容C6第一端,电容C6第二端连接稳压管D3第一端,稳压管D3第二端连接NPN三极管Q2的基极,二极管D4的第一端连接NPN三极管Q2的发射极,二极管D4的第二端连接电源稳压电路的输出端VDD,电源稳压电路将IGBT下桥臂驱动电源VCC2稳压至所述电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路,为整个电路供电。
3.根据权利要求2所述的电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路,其特征在于,逻辑反相电路包括电容C8,电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、NPN三极管Q3和PNP三极管Q4,电容C8第一端接地,电容C8第二端连接电阻R20第一端和PNP三极管Q4的发射极,电阻R20第二端连接电阻R19第一端和PNP三极管Q4的基极,电阻R19第二端连接电阻R21第一端,电阻R21第二端连接电阻R22第一端和NPN三极管Q3的基极,电阻R22第二端接地,NPN三极管Q3的集电极和NP三极管Q4的集电极连接放电电路,逻辑反相电路将PWM驱动信号经过电阻R19-电阻R22、NPN三极管Q3和PNP三极管Q4逻辑反相后得到反相PWM驱动信号,母线电压越高,NPN三极管Q3输出占空比越小。
4.根据权利要求1-3任一所述的电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路,其特征在于,放电电路包括放电功率MOSFETQ5和放电电阻R26,放电电路的输入端与逻辑反相电路的输出端连接,将反相PWM驱动信号通过放电功率MOSFETQ5和放电电阻R26对DC-Link薄膜电容进行放电。
5.一种电动汽车高压驱动控制器,其特征在于,包括如权利要求1至4中任一项所述的电动汽车高压驱动控制器的主动放电电路。
6.一种车辆,其特征在于,包括如权利要求5所述的电动汽车高压驱动控制器。
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