CN207853453U - 备份电源电路、电机驱动器及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种备份电源电路、电机驱动器及电动汽车，所述备份电源电路包括备份电源、保护单元以及单相触发单元；其中：所述单相触发单元的第一输入端连接到驱动电源的第一供电端、第二输入端经由所述保护单元连接到所述备份电源的输出端，且所述保护单元仅在所述备份电源的输出电压大于所述驱动电源的第一供电端的电压时，向所述单相触发单元的第二输入端输出供电电压；所述单相触发单元的输出端连接到驱动电路中驱动电压生成模块的控制端，并且在所述第一输入端的电压异常时输出高电平。本实用新型通过单相触发单元根据低压系统的工作状况来调整驱动电路的输出，不仅电路简单、成本较低，而且反应时间短，可快速实现主动短路。

Description

备份电源电路、电机驱动器及电动汽车

技术领域

本实用新型涉及电动汽车控制领域，更具体地说，涉及一种备份电源电路、电机驱动器及电动汽车。

背景技术

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，电动汽车已被越来越多的人所接受。相应地，人们对电动汽车的安全要求也越来越高。

在电动汽车出现故障，如低压电池供电掉电等情况下，仍然需要保证用于电机控制的低压供电，从而可对电机进行主动短路，以提高车辆安全性和保护汽车控制器。

如图1所示，目前为保证电机控制的低压供电，主要通过从高压电池11取电，并增加额外的隔离电源12，作为整个系统的备份电源。该隔离电源12的输出电压比低压电池13略低。在低压电池13正常工作时，二极管D反向截止，电机控制器14、上桥臂驱动电源15及下桥臂驱动电源16由低压电池13供电；当低压电池13供电出现故障时，二极管D导通，由作为备份电源的隔离电源12为低压系统(包括电机控制器14、上桥臂驱动电源15及下桥臂驱动电源16)供电，同时电机控制器14发出主动短路信号，控制电机实现主动短路。

上述主动短路方案主要采用额外的隔离电源12来保证控制用电，并通过电机控制器14实现主动短路功能。但隔离电源12存在使用器件数量多、成本高、体积大等缺陷。同时，由于短路保护通过电机控制器14发起，反应时间相对较长。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述隔离电源成本高、体积大、反应时间相对较长的问题，提供一种备份电源电路、电机驱动器及电动汽车。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种备份电源电路，用于在电机低压系统供电故障时对电机进行主动短路保护，所述低压系统包括驱动电源；所述备份电源电路包括备份电源、至少一个保护单元以及至少一个单相触发单元；其中：所述单相触发单元的第一输入端连接到所述驱动电源的第一供电端，所述单相触发单元的第二输入端经由所述保护单元连接到所述备份电源的输出端，且所述保护单元仅在所述备份电源的输出电压大于所述驱动电源的第一供电端的电压时，向所述单相触发单元的第二输入端输出供电电压；所述单相触发单元的输出端连接到逆变器驱动电路中驱动电压生成模块的控制端，并且所述单相触发单元在所述第一输入端的电压异常时输出高电平。

在本实用新型所述的备份电源电路中，所述备份电源电路包括至少一个互锁单元；所述互锁单元的输入端分别连接到所述驱动电源的第二供电端和所述驱动电源的第三供电端，且所述驱动电源的第一供电端、第二供电端和第三供电端分别为驱动电路的上桥臂驱动信号供电，或者所述驱动电源的第一供电端、第二供电端和第三供电端分别为驱动电路的下桥臂驱动信号供电；所述互锁单元的输出端连接到所述单相触发单元的第三输入端，且所述单相触发单元在所述第三输入端的电压异常时输出高电平。

在本实用新型所述的备份电源电路中，所述保护单元包括第一二极管和第二二极管，其中：所述第一二极管的阳极连接到所述单相触发单元的第一输入端，且所述第一二极管的阴极连接到所述单相触发单元的第二输入端；所述第二二极管的阳极连接到所述备份电源，且所述第二二极管的阴极连接到所述单相触发单元的第二输入端。

在本实用新型所述的备份电源电路中，所述逆变器驱动电路包括第一开关管和第二开关管，且所述第一开关管和第二开关管串联连接在所述保护单元的输出端与参考地之间，所述单相触发单元的输出端连接到所述第一开关管和第二开关管的控制端。

在本实用新型所述的备份电源电路中，所述单相触发单元包括第三开关管和第三二极管；所述第三开关管串联连接在所述单相触发单元的第二输入端和参考地之间，且所述第三开关管的控制端连接到所述单相触发单元的第一输入端；所述第三二极管的阳极连接到所述单相触发单元的第二输入端，且所述第三二极管的阴极构成所述单相触发单元的输出端。

在本实用新型所述的备份电源电路中，所述单相触发单元包括第四开关管、第四二极管以及第五开关管；所述第四开关管串联连接在所述单相触发单元的第二输入端和参考地之间，且所述第四开关管的控制端连接到所述单相触发单元的第一输入端；所述第四二极管的阳极连接到所述单相触发单元的第二输入端，且所述第四二极管的阴极经由两个分压电阻连接参考地；所述第五开关管串联连接在所述第四二极管的阴极与所述单相触发单元的输出端之间，且所述第五开关管的控制端连接到所述两个分压电阻的连接点。

在本实用新型所述的备份电源电路中，所述互锁单元包括第五二极管和第六二极管；所述第五二极管的阳极和所述第六二极管的阳极分别连接到所述单相触发单元的第三输入端，且所述第五二极管的阴极连接所述驱动电源的第二供电端，所述第六二极管的阴极连接所述驱动电源的第三供电端。

本实用新型还提供一种电机驱动器，包括低压电池、电机控制器、驱动电源、驱动电路以及逆变器；所述电机驱动器还包括如上所述的备份电源电路，且所述备份电源电路包括三个保护单元以及三个对应的单相触发单元；所述三个单相触发单元的第一输入端分别连接驱动电源的上桥臂驱动信号供电端子，或者所述三个单相触发单元的第一输入端分别连接驱动电源的下桥臂驱动信号供电端子。

本实用新型还提供一种电动汽车，包括如上所述的电机驱动器。

本实用新型的备份电源电路、电机驱动器及电动汽车具有以下有益效果：通过单相触发单元根据低压系统的工作状况来调整驱动电路的输出，不仅电路简单、成本较低，而且反应时间短，可快速实现主动短路。

附图说明

图1是现有电机驱动器的示意图；

图2是本实用新型备份电源电路实施例的示意图；

图3是本实用新型备份电源电路实施例的电路拓扑图；

图4是本实用新型备份电源电路另一实施例的电路拓扑图；

图5是本实用新型电机驱动器实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2所示，是本实用新型备份电源电路实施例的示意图，该备份电源电路可应用于电机驱动器，并在电机低压系统供电故障(例如低压电源故障、控制芯片故障)时对电机进行主动短路保护(ASC)，该低压系统包括驱动电源25。本实施例中的备份电源电路包括备份电源221、至少一个保护单元222以及至少一个单相触发单元223，上述保护单元222和单相触发单元223具体可由电子元器件连接而成，并可位于同一印刷线路板。

上述单相触发单元223的第一输入端连接到电机驱动器中的驱动电源25(该驱动电源25可由低压电源供电)的第一供电端A，且该单相触发单元223的第二输入端经由保护单元222连接到备份电源221的输出端。上述保护单元222仅在备份电源221的输出电压大于驱动电源25的第一供电端A的电压时(即此时低压系统故障)，向单相触发单元223的第二输入端输出供电电压(即单相触发单元223由备份电源221供电)；而在备份电源221的输出电压小于或等于驱动电源25的第一供电端A的电压时，则保护单元222不向单相触发单元223的第二输入端供电。单相触发单元223的输出端连接到逆变器驱动电路26中驱动电压生成模块(驱动电路26包括多个驱动电压生成模块，且每一驱动电压生成模块用于生成逆变器中某一功率开关管的驱动电压)的控制端，并且该单相触发单元223在第一输入端的电压异常(即驱动电源25的第一供电端A的电压小于备份电源221的输出电压)时输出高电平，从而驱动电路26中对应的驱动电压生成模块输出低电平；而在单相触发单元223在第一输入端的电压正常时，则该单相触发单元223的输出端不影响驱动电路26对应的驱动电压生成模块的输出电压。

如图3所示，上述保护单元222包括第一二极管D1和第二二极管D2，其中第一二极管D1的阳极连接到单相触发单元223的第一输入端，且该第一二极管D1的阴极连接到单相触发单元223的第二输入端；第二二极管D2的阳极连接到备份电源332，且该第二二极管D2的阴极连接到单相触发单元223的第二输入端。

逆变器的驱动电路26中驱动电压生成模块包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，且第一开关管Q1和第二开关管Q2串联连接在保护单元222的输出端(即第一二极管D1的阴极)与参考地之间，单相触发单元223的输出端连接到第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端。来自电机控制器的驱动信号也经由电阻R1分别与第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端连接。上述第一开关管Q1和第二开关管Q2具体可采用三极管。

单相触发单元223具体可包括第三开关管Q3和第三二极管D3，其中第三开关管Q3的输入端经由电阻R5连接到单相触发单元223的第二输入端、输出端则连接参考地。该第三开关管Q3的控制端连接到单相触发单元223的第一输入端，具体地，单相触发单元223的第一输入端经由电阻R2、R3接地，且第三开关管Q3的控制端经由电阻R4连接到电阻R2、R3的连接点。第三二极管D3的阳极经由电阻R5连接到单相触发单元223的第二输入端，且该第三二极管D3的阴极构成单相触发单元223的输出端。

在上述备份电源电路中，当驱动电源25的第一供电端A异常(即小于备份电源221的供电电压)时，第二二极管D2导通，备份电源221为单相触发单元223和驱动电路26供电。在单相触发单元223中，第三开关管Q3的控制端的电压低于导通电压，即第三开关管Q3截止，从而备份电源221通过单相触发单元223的第二输入端将第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端拉高，第一开关管Q1和第二开关管Q2导通，逆变器的驱动电路26中驱动电压生成模块输出低电平。

上述备份电源电路还可包括至少一个互锁单元224，且该互锁单元224的输入端分别连接到驱动电源25的第二供电端E和驱动电源的第三供电端F，且上述驱动电源25的第一供电端A、第二供电端E和第三供电端F分别为驱动电路26的上桥臂驱动信号供电，或者该驱动电源25的第一供电端A、第二供电端E和第三供电端F分别为驱动电路26的下桥臂驱动信号供电(即为用于生成下桥臂驱动信号的驱动电压生成模块供电)。该互锁单元224的输出端连接到单相触发单元223的第三输入端，且单相触发单元223在第三输入端的电压异常时输出高电平。

特别地，上述互锁单元可包括第五二极管D5和第六二极管D6。上述第五二极管D5的阳极和第六二极管D6的阳极分别连接到单相触发单元223的第三输入端(经由电阻R4)，且第五二极管D5的阴极连接驱动电源25的第二供电端E，第六二极管D6的阴极连接驱动电源25的第三供电端F。

如图4所示，上述单相触发单元223中，也可使用第四开关管Q4、第四二极管D4以及第五开关管Q5代替图3中的第三开关管Q3和第三二极管D3。上述第四开关管Q4串联连接在单相触发单元223的第二输入端和参考地之间，且该第四开关管Q4的控制端连接到单相触发单元223的第一输入端(及第三输入端)。第四二极管D4的阳极连接到单相触发单元223的第二输入端，且该第四二极管D4的阴极经由两个分压电阻R7、R6连接参考地。第五开关管Q5串联连接在第四二极管D4的阴极与单相触发单元223的输出端之间，且该第五开关管Q5的控制端连接到两个分压电阻R7、R6的连接点。

同样地，当驱动电源25的第一供电端A异常(即小于备份电源221的供电电压)时，第二二极管D2导通，备份电源221为单相触发单元223供电。在单相触发单元223中，第四开关管Q4的控制端的电压低于导通电压，即第四开关管Q4截止，从而由备份电源221通过单相触发单元223的第二输入端输入的供电电压在电阻R7、R6上形成分压。第五开关管Q5可采用P沟道金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，其在栅极电压大于导通电压，从而在第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端形成高电压，第一开关管Q1和第二开关管Q2导通，逆变器的驱动电路26中驱动电压生成模块输出低电平。

如图5所示，本实用新型还提供一种电机驱动器，该电机驱动器包括低压电池23、电机控制器24、驱动电源25、驱动电路26、逆变器27以及备份电源电路22，且上述备份电源电路22包括三个保护单元以及三个对应的单相触发单元；三个单相触发单元的第一输入端分别连接驱动电源的上桥臂驱动信号供电端子，或者三个单相触发单元的第一输入端分别连接驱动电源的下桥臂驱动信号供电端子。

在上述电机驱动器中，备份电源电路22的备份电源从高压电池21取电(例如使用低压差线性稳压器产生非隔的电压)，为三个单相触发单元提供供电电压，从而在低压系统掉电或驱动电源掉电等故障情况下，自动实现电机主动短路的功能。

以下以通过控制三相下桥臂短路为例说明本实用新型的电机驱动器。结合图3，当驱动电源25的下桥臂驱动电源正常工作时，单相触发单元中的第二二极管D2截止，第三开关管Q3的基极被置高电平，第三开关管Q3导通，即第三开关管D3的正极(输入端)与参考地等电位，电机控制器24的信号可以正常的控制第一开关管Q1、第二开关管Q2的导通和截止，以实现对电机的控制。当下桥臂驱动电源中其中一相电源(例如U相电源)异常(欠压或掉电)时，第三开关管Q3关断，第三二极管D3导通，将高电平加到第一开关管Q1、第二开关管Q2的控制端，使得对应逆变器中的下桥臂开关管导通。于此同时，备份电源电路22中的互锁电路使得下桥臂驱动电源中其他两相电源(例如V相和W相电源)异常(欠压或掉电)时，都会导致第三开关管Q3关断，第三二极管D3导通。

本实用新型还提供一种电动汽车，包括如上所述的电机驱动器。通过该电机驱动器，可实现电机的主动短路保护，从而提高电动汽车的安全性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种备份电源电路，用于在电机低压系统供电故障时对电机进行主动短路保护，所述低压系统包括驱动电源；其特征在于，所述备份电源电路包括备份电源、至少一个保护单元以及至少一个单相触发单元；其中：所述单相触发单元的第一输入端连接到所述驱动电源的第一供电端，所述单相触发单元的第二输入端经由所述保护单元连接到所述备份电源的输出端，且所述保护单元仅在所述备份电源的输出电压大于所述驱动电源的第一供电端的电压时，向所述单相触发单元的第二输入端输出供电电压；所述单相触发单元的输出端连接到逆变器驱动电路中驱动电压生成模块的控制端，并且所述单相触发单元在所述第一输入端的电压异常时输出高电平。

2.根据权利要求1所述的备份电源电路，其特征在于，所述备份电源电路包括至少一个互锁单元；所述互锁单元的输入端分别连接到所述驱动电源的第二供电端和所述驱动电源的第三供电端，且所述驱动电源的第一供电端、第二供电端和第三供电端分别为驱动电路的上桥臂驱动信号供电，或者所述驱动电源的第一供电端、第二供电端和第三供电端分别为所述驱动电路的下桥臂驱动信号供电；所述互锁单元的输出端连接到所述单相触发单元的第三输入端，且所述单相触发单元在所述第三输入端的电压异常时输出高电平。

3.根据权利要求1所述的备份电源电路，其特征在于，所述保护单元包括第一二极管和第二二极管，其中：所述第一二极管的阳极连接到所述单相触发单元的第一输入端，且所述第一二极管的阴极连接到所述单相触发单元的第二输入端；所述第二二极管的阳极连接到所述备份电源，且所述第二二极管的阴极连接到所述单相触发单元的第二输入端。

4.根据权利要求1所述的备份电源电路，其特征在于，所述逆变器驱动电路包括第一开关管和第二开关管，且所述第一开关管和第二开关管串联连接在所述保护单元的输出端与参考地之间，所述单相触发单元的输出端连接到所述第一开关管和第二开关管的控制端。

5.根据权利要求1所述的备份电源电路，其特征在于，所述单相触发单元包括第三开关管和第三二极管；所述第三开关管串联连接在所述单相触发单元的第二输入端和参考地之间，且所述第三开关管的控制端连接到所述单相触发单元的第一输入端；所述第三二极管的阳极连接到所述单相触发单元的第二输入端，且所述第三二极管的阴极构成所述单相触发单元的输出端。

6.根据权利要求1所述的备份电源电路，其特征在于，所述单相触发单元包括第四开关管、第四二极管以及第五开关管；所述第四开关管串联连接在所述单相触发单元的第二输入端和参考地之间，且所述第四开关管的控制端连接到所述单相触发单元的第一输入端；所述第四二极管的阳极连接到所述单相触发单元的第二输入端，且所述第四二极管的阴极经由两个分压电阻连接参考地；所述第五开关管串联连接在所述第四二极管的阴极与所述单相触发单元的输出端之间，且所述第五开关管的控制端连接到所述两个分压电阻的连接点。

7.根据权利要求2所述的备份电源电路，其特征在于，所述互锁单元包括第五二极管和第六二极管；所述第五二极管的阳极和所述第六二极管的阳极分别连接到所述单相触发单元的第三输入端，且所述第五二极管的阴极连接所述驱动电源的第二供电端，所述第六二极管的阴极连接所述驱动电源的第三供电端。

8.一种电机驱动器，包括低压电池、电机控制器、驱动电源、驱动电路以及逆变器；其特征在于，所述电机驱动器还包括如权利要求1-7中任一项所述的备份电源电路，且所述备份电源电路包括三个保护单元以及三个对应的单相触发单元；三个单相触发单元的第一输入端分别连接驱动电源的上桥臂驱动信号供电端子，或者所述三个单相触发单元的第一输入端分别连接驱动电源的下桥臂驱动信号供电端子。

9.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求8所述的电机驱动器。