CN117895631A - 一种电动汽车电机控制器的电源供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车电机控制器的电源供电系统在低压蓄电池或者内部低压DC/DC电源失效时，可以确保功率模块驱动芯片的低压侧和高压侧都能正常上电，选择带有低压侧控制进入失效安全状态的功率模块驱动芯片，则能使用正常工作时的驱动电路从低压侧控制电机进入下桥ASC，不需要增加额外的驱动电路或者高压MCU。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车的技术领域，尤其涉及一种电动汽车电机控制器的电源供电系统。
背景技术
电机控制器作为电动汽车内部的核心零件，对其功能安全和EMC设计要求越来越高，而电机控制器中的电源供电系统对实现功能安全和EMC设计目标有着至关重要的作用。功能安全要求在外部低压蓄电池供电异常或者内部低压电源失效，电机控制器应能进入设定的功能安全状态。一般高速下失效，电机会产生反向电动势，需要把三相主动短路(ASC)，针对这一设计目标当前许多电机控制器采用了图1和图2的电源供电系统。但是，这两种电源供电系统主要有以下缺点：
1、图1电源供电系统在外部低压蓄电池供电异常或者内部低压电源失效时，为了实现下桥ASC功能是直接在高压侧进行控制，通过把高压蓄电池转换的电压直接给高压侧的控制电路供电，这种方式需要增加额外的驱动电路，甚至需要增加高压MCU，使电路更加复杂，成本更高。
2、图2电源供电系统直接使用高压蓄电池给下桥的功率模块供电，增加了高压EMC的设计难度。
3、图1电源供电系统使用两级反激电源，反激电源效率较低，而两级反激电源效率更低，使低压蓄电池损耗大。
4、图1和图2电源供电系统驱动电源是隔离的反激电源，反激电源变压器的漏感导致开关MOS的漏极振荡，产生EMI噪声，同时变压器较大的分布电容也会导致高压侧功率模块的噪声通过分布电容耦合到低压侧，增加低压EMI噪声。
5、图1和图2电源供电系统的驱动电源都是反激电源，同时出三路正负压给下桥或者上桥三个功率管的驱动电路供电，而功率管都是标准封装，安装在电机控制器中的位置是固定的，多路输出的反激电源为了同时供电给多个功率模块，势必导致在PCB上的走线长且复杂，而电源长走线也会形成天线，产生辐射噪声。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车电机控制器的电源供电系统，在低压蓄电池或者内部低压DC/DC电源失效时，可以确保功率模块驱动芯片的低压侧和高压侧都能正常上电，不需要增加额外的驱动电路或者高压MCU。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种电动汽车电机控制器的电源供电系统，包括：低压蓄电池、低压DC/DC电源、SBC芯片、三路上桥门极驱动电源、三路下桥门极驱动电源、高压数字信号处理电源、第一LDO、第二LDO、高压蓄电池、反激电源、微处理器；
所述低压蓄电池给所述低压DC/DC电源和SBC芯片供电，所述SBC芯片将低压蓄电池电压转换成电压V3，给三路上桥功率模块驱动芯片低压侧供电；
所述低压DC/DC电源将低压蓄电池电压转换成稳定的电压V1，通过电压V1直接给旋变电路和所述三路上桥门极驱动电源供电；
所述微处理器采集电压V1的信号，判断电压V1是否异常，若是，则控制低压DC/DC电源停止工作，电机控制器进入功能安全状态；
所述反激电源把高压蓄电池电压转换成稳定的电压V2，当低压蓄电池不能供电或者低压DC/DC电源失效时，由电压V2供电给所述第一LDO、高压数字信号处理电源和三路下桥门极驱动电源；
所述第一LDO将其供电电压转换成电压V4，给三路下桥功率模块驱动芯片的低压侧供电；所述微处理器采集电压V4信号，判断电压V4是否异常，若是，则控制电机控制器进入功能安全状态，上桥三相进入ASC状态；
所述高压数字信号处理电源将低压域的供电电压转换成高压域的电压V5，再通过第二LDO转换成电压V6给控制器板级高压域信号电路供电；所述微处理器采集电压V6的信号，判断电压V6是否异常，若是，则电机控制器进入功能安全状态。
根据本发明一实施例，所述电压V1经过二极管D1连接所述第一LDO、高压数字信号处理电源和三路下桥门极驱动电源的供电端V7；
所述电压V2经过二极管D2连接所述第一LDO、高压数字信号处理电源和三路下桥门极驱动电源的供电端V7；
正常工作状态下，电压V1的值大于电压V2的值，由电压V1给V7供电；
当低压蓄电池不能供电或者低压DC/DC电源失效时，由电压V2给V7供电。
根据本发明一实施例，所述三路上桥门极驱动电源和三路下桥门极驱动电源均为半桥LLC谐振电源，分别给上、下桥六个功率管驱动电路供电。
根据本发明一实施例，该电源供电系统还包括：第一电压检测电路、第二电压检测电路、第三电压检测电路；
所述第一电压检测电路用于检测电压V1的信号并发送给所述微处理器；
所述第二电压检测电路用于检测电压V4的信号并发送给所述微处理器；
所述第三电压检测电路用于检测电压V6的信号并发送给所述微处理器。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明一实施例中的电源供电系统在低压蓄电池或者内部低压DC/DC电源失效时，可以确保功率模块驱动芯片的低压侧和高压侧都能正常上电，选择带有低压侧控制进入失效安全状态的功率模块驱动芯片，则能使用正常工作时的驱动电路从低压侧控制电机进入下桥ASC，不需要增加额外的驱动电路或者高压MCU。
2)本发明一实施例中的电源供电系统在低压蓄电池或者内部低压DC/DC电源失效时，可以快速切换到由V2给V7供电，V2由高压蓄电池供电。但在正常工作时，V7的供电是V1，V1由低压蓄电池供电，所以此时高压蓄电池不给后面电路供电，减小了高压线束的传导干扰，减小高压EMC设计难度。
3)本发明一实施例中的电源供电系统中的门极驱动电源使用半桥LLC谐振电源，相较于反激电源，半桥LLC谐振电源全负载范围内的功率MOS的ZVS和整流二极管的ZCS可以减小电源损耗，从而减小低压蓄电池的损耗。
4)本发明一实施例中的电源供电系统的门极驱动电源使用半桥LLC谐振电源，电源隔离变压器的漏感和谐振电容反生谐振减小开关MOS的振荡，减小EMI噪声。而由于不需要过于控制变压器的漏感，则可以减小变压器原副边的分布电容值，更小的分布电容，使通过隔离变压器的分布电容耦合到低压侧的来自高压侧功率模块的开关噪声更少，从而提高了低压EMC性能。
5)本发明一实施例中的电源供电系统，相对于使用反激电源多路输出给上下桥三个功率管门极驱动电路供电，门极驱动电源使用六个半桥LLC谐振电源分别独立给六个功率管门极驱动电路供电，可以把每个驱动电源单独和功率管放置在一起，使电源走线更短，PCB布局更加合理。
附图说明
图1为现有技术中一电机控制器的电源供电系统的示意图；
图2为现有技术中另一电机控制器的电源供电系统的示意图；
图3为本发明一实施例中的电机控制器的电源供电系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种电动汽车电机控制器的电源供电系统的示意图作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
本实施例提供了一种电动汽车电机控制器的电源供电系统，包括：低压蓄电池、低压DC/DC电源、SBC芯片、三路上桥门极驱动电源、三路下桥门极驱动电源、高压数字信号处理电源、第一LDO、第二LDO、高压蓄电池、反激电源、微处理器。
其中，低压蓄电池给低压DC/DC电源和SBC芯片供电，该SBC芯片将低压蓄电池电压转换成电压V3，给三路上桥功率模块驱动芯片低压侧供电。
低压DC/DC电源将低压蓄电池电压转换成稳定的电压V1，通过电压V1直接给旋变电路和三路上桥门极驱动电源供电。
微处理器采集电压V1的信号，判断电压V1是否异常，若是，则控制低压DC/DC电源停止工作，电机控制器进入功能安全状态。
反激电源把高压蓄电池电压转换成稳定的电压V2，当低压蓄电池不能供电或者低压DC/DC电源失效时，由电压V2供电给第一LDO、高压数字信号处理电源和三路下桥门极驱动电源。
第一LDO将其供电电压转换成电压V4，给三路下桥功率模块驱动芯片的低压侧供电；微处理器采集电压V4信号，判断电压V4是否异常，若是，则控制电机控制器进入功能安全状态，上桥三相进入ASC(主动短路保护)状态。
高压数字信号处理电源将低压域的供电电压转换成高压域的电压V5，再通过第二LDO转换成电压V6给控制器板级高压域信号电路供电；微处理器采集电压V6的信号，判断电压V6是否异常，若是，则电机控制器进入功能安全状态。
该电源供电系统在低压蓄电池或者低压DC/DC电源失效时，可以确保功率模块驱动芯片的低压侧(原边)和高压侧(副边)都能正常上电，选择带有低压侧控制进入失效安全状态的功率模块驱动芯片，能使用正常工作时的驱动电路从低压侧控制电机进入下桥ASC，不需要增加额外的驱动电路或者高压MCU。
具体的，请参看图3，该电动汽车电机控制器的电源供电系统由低压蓄电池、低压DC/DC电源、系统基础芯片SBC、6个门极驱动电源(3路上桥门极驱动电源和3路下桥门极驱动电源)、高压数字信号处理电源、2个LDO(Low Dropout Regulaor,低压差线性稳压器)、高压蓄电池、反激电源及3个电压检测电路组成。
低压蓄电池给低压DC/DC电源和SBC供电，SBC把低压蓄电池电压转换电压V3给三路上桥功率模块驱动芯片低压侧供电。低压DC/DC电源将低压蓄电池电压转换成稳定的电压V1，电压V1直接给旋变电路和三路上桥门极驱动电源供电。电压检测电路1对V1电压检测，检测的信号发给微处理器。微处理器检测到V1电压出现异常，如过压或者欠压，会立即使低压DC/DC电源停止工作，且电机控制器进入功能安全状态。
隔离的反激电源把高压蓄电池电压转换成稳定的电压V2。在正常工作状态下，V1的电压值大于V2的电压值，所以电压V7由V1供电，当低压蓄电池不能供电或者内部低压DC/DC电源失效，V1电压小于V2电压，此时V7由V2供电。电压V7直接给LDO1、高压数字信号处理电源和三路下桥门极驱动电源供电，LDO1将电压V7转换成电压V4，给三路下桥功率模块驱动芯片的低压侧供电，电压检测电路2会检测电压V4，发给微处理器处理。V4电压异常，微处理器会让电机控制器进入功能安全状态，上桥三相进入ASC。如果功率模块驱动芯片本身有供电检测，则电压检测电路2可以不需要。
高压数字信号处理电源的拓扑是半桥LLC谐振电源，将低压域的电压V7转换成高压域的电压V5，再通过LDO2转换成电压V6给控制器板级高压域信号电路供电。例如给高压采样电路和主动放电控制电路供电。电压检测电路3检测电压V6，发送给微处理器处理。V6电压异常，微处理器会让电机控制器进入功能安全状态。
三路上桥门极驱动电源和三路下桥门极驱动电源都是半桥LLC谐振电源，分别给上、下桥六个功率管驱动电路供电，每一路都可输出正压Vpos,负压Vneg，选择的功率模块驱动芯片会对Vpos或者Vneg进行检测。
上述电源供电系统在低压蓄电池或者内部低压DC/DC电源失效时，可以快速切换到由V2给V7供电，V2由高压蓄电池供电。但在正常工作时，V7的供电是V1，V1由低压蓄电池供电，所以此时高压蓄电池不给后面电路供电，减小了高压线束的传导干扰，减小了高压EMC设计难度。
而且，门极驱动电源使用半桥LLC谐振电源，相较于反激电源，半桥LLC谐振电源全负载范围内的功率MOS的ZVS和整流二极管的ZCS可以减小电源损耗，从而减小低压蓄电池的损耗。
进一步地，门极驱动电源使用半桥LLC谐振电源，电源隔离变压器的漏感和谐振电容反生谐振减小开关MOS的振荡，减小EMI噪声。而由于不需要过于控制变压器的漏感，则可以减小变压器原副边的分布电容值，而更小的分布电容，使通过隔离变压器的分布电容耦合到低压侧的来自高压侧功率模块的开关噪声更少，从而提高了低压EMC性能。
另外，相对于使用反激电源多路输出给上下桥三个功率管门极驱动电路供电，本实施例的门极驱动电源使用六个半桥LLC谐振电源分别独立给六个功率管门极驱动电路供电，可以把每个驱动电源单独和功率管放置在一起，使电源走线更短，PCB布局更加合理。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种电动汽车电机控制器的电源供电系统，其特征在于，包括：低压蓄电池、低压DC/DC电源、SBC芯片、三路上桥门极驱动电源、三路下桥门极驱动电源、高压数字信号处理电源、第一LDO、第二LDO、高压蓄电池、反激电源、微处理器；
所述低压蓄电池给所述低压DC/DC电源和SBC芯片供电，所述SBC芯片将低压蓄电池电压转换成电压V3，给三路上桥功率模块驱动芯片低压侧供电；
所述低压DC/DC电源将低压蓄电池电压转换成稳定的电压V1，通过电压V1直接给旋变电路和所述三路上桥门极驱动电源供电；
所述微处理器采集电压V1的信号，判断电压V1是否异常，若是，则控制低压DC/DC电源停止工作，电机控制器进入功能安全状态；
所述反激电源把高压蓄电池电压转换成稳定的电压V2，当低压蓄电池不能供电或者低压DC/DC电源失效时，由电压V2供电给所述第一LDO、高压数字信号处理电源和三路下桥门极驱动电源；
所述第一LDO将其供电电压转换成电压V4，给三路下桥功率模块驱动芯片的低压侧供电；所述微处理器采集电压V4信号，判断电压V4是否异常，若是，则控制电机控制器进入功能安全状态，上桥三相进入ASC状态；
所述高压数字信号处理电源将低压域的供电电压转换成高压域的电压V5，再通过第二LDO转换成电压V6给控制器板级高压域信号电路供电；所述微处理器采集电压V6的信号，判断电压V6是否异常，若是，则电机控制器进入功能安全状态。
2.如权利要求1所述的电动汽车电机控制器的电源供电系统，其特征在于，所述电压V1经过二极管D1连接所述第一LDO、高压数字信号处理电源和三路下桥门极驱动电源的供电端V7；
所述电压V2经过二极管D2连接所述第一LDO、高压数字信号处理电源和三路下桥门极驱动电源的供电端V7；
正常工作状态下，电压V1的值大于电压V2的值，由电压V1给V7供电；
当低压蓄电池不能供电或者低压DC/DC电源失效时，由电压V2给V7供电。
3.如权利要求1所述的电动汽车电机控制器的电源供电系统，其特征在于，所述三路上桥门极驱动电源和三路下桥门极驱动电源均为半桥LLC谐振电源，分别给上、下桥六个功率管驱动电路供电。
4.如权利要求1所述的电动汽车电机控制器的电源供电系统，其特征在于，还包括：第一电压检测电路、第二电压检测电路、第三电压检测电路；
所述第一电压检测电路用于检测电压V1的信号并发送给所述微处理器；
所述第二电压检测电路用于检测电压V4的信号并发送给所述微处理器；
所述第三电压检测电路用于检测电压V6的信号并发送给所述微处理器。
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