CN209184574U - 用于电动汽车pwm信号的硬件锁存保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电动汽车PWM信号的硬件锁存保护电路，本电路中PWM信号传输路径缓冲芯片实现PWM信号缓冲及阻断，由开管信号配合第一N‑MOS管等器件组成开管使能电路，由电源状态异常硬件故障信号配合第二N‑MOS管等器件组成电源故障关管使能电路，由四路驱动状态异常故障信号配合第六N‑MOS管等器件组成驱动异常关管使能电路，由上桥短路信号、上桥驱动信号配合第三和第四二极管组成上桥短路使能电路，由下桥短路信号、下桥驱动信号配合第五和第六二极管组成下桥短路使能电路，由上桥短路信号、下桥短路信号配合第三至第五N‑MOS管组成上下桥短路互锁电路。本电路具有故障状态下的硬件关断PWM信号，实现电机控制器保护。

Description

用于电动汽车PWM信号的硬件锁存保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种用于电动汽车PWM信号的硬件锁存保护电路。

背景技术

随着汽车电气化的进一步发展，新能源电机控制器的复杂度越来越高，随之需要更加完善的保护策略， PWM信号硬件锁存保护电路作为电机控制器的核心部分，直接关系电机控制器的保护是否有效，影响电机控制器的安全性能。

同时，随着电机控制器成本控制压力的增加，PWM硬件锁存保护电路传统解决方案采用复杂可编程逻辑器件（CPLD）实现，但是CPLD方案成本较高，且CPLD供电与电机控制的微控制单元（MCU）供电电平存在不一致，在硬件设计中需额外增加电源解决方案及电平转换电路，从而造成整体成本较高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于电动汽车PWM信号的硬件锁存保护电路，本保护电路克服传统PWM硬件锁存保护的缺陷，具有保护响应快，成本低，同时具有在过压、过流、电源异常、上桥短路、下桥短路等状态下的硬件关断PWM信号，实现电机控制器保护，避免在异常工作状态下损坏电机控制器。

为解决上述技术问题，本实用新型用于电动汽车PWM信号的硬件锁存保护电路包括输出PWM信号的微控制单元以及由电机控制器输出的开管信号、电源状态异常硬件故障信号、四路驱动状态异常故障信号、上桥短路信号、上桥驱动信号、下桥短路信号和下桥驱动信号；本电路还包括PWM信号传输路径缓冲芯片、第一至第六N-MOS管、第一至第十三二极管、第一至第十五电阻以及第一电容和第二电容；

所述微控制单元输出PWM信号至所述PWM信号传输路径缓冲芯片，实现PWM信号的缓冲及阻断，其第一和第十九引脚为驱动使能信号并经第四电阻接地，其高电平时阻断PWM信号输出、低电平时传输PWM信号；

第一N-MOS管漏极经第一电阻连接电源、经第一二极管连接驱动使能信号，第一二极管阳极连接漏极，栅极经第二电阻连接开管信号，第三电阻连接栅极与源极之间并且源极接地，第一二极管与第三二极管阴极相连，第三二极管阳极连接上桥短路信号；

第二N-MOS管漏极经第五电阻连接电源、经第二二极管和第五二极管连接下桥短路信号，第二二极管和第五二极管阴极相连，栅极经第七电阻连接电源状态异常硬件故障信号，第九电阻连接栅极与源极之间并且源极接地；

第六N-MOS管漏极经第十三电阻连接电源、经第八二极管连接驱动使能信号，第八二极管阳极相连漏极，栅极分别经第十二电阻连接电源、经第七二极管、第十二极管、第十一二极管和第十三二极管连接四路驱动状态异常故障信号，源极接地，各二极管阴极连接四路驱动状态异常故障信号；

第三N-MOS管漏极连接电源，并依次经第十四电阻、第十二二极管连接上桥短路信号，第十二二极管阳极连接第十四电阻，栅极经第九二极管连接下桥短路信号，第九二极管阴极连接下桥短路信号，源极分别经第十五电阻接地、连接第四N-MOS管和第五N-MOS管的栅极，第四N-MOS管和第五N-MOS管的源极接地；

第十电阻和第六二极管串接后第十电阻另一端连接下桥短路信号、第六二极管阴极连接第四N-MOS管漏极和下桥驱动信号；

第六电阻和第四二极管串接后第六电阻另一端连接上桥短路信号、第四二极管阴极连接第五N-MOS管漏极和上桥驱动信号；

第八电阻和第一电容并联后一端接地、另一端连接上桥短路信号，第十一电阻和第二电容并联后一端接地、另一端连接下桥短路信号。

由于本实用新型用于电动汽车PWM信号的硬件锁存保护电路采用了上述技术方案，即本电路中微控制单元实现PWM信号的产生，PWM信号传输路径缓冲芯片实现PWM信号的缓冲及阻断，由开管信号配合第一N-MOS管等分立器件组成开管使能电路，由电源状态异常硬件故障信号配合第二N-MOS管等分立器件组成电源故障关管使能电路；由四路驱动状态异常故障信号配合第六N-MOS管等分立器件组成驱动异常关管使能电路，由上桥短路信号、上桥驱动信号配合第三和第四二极管组成上桥短路使能电路，由下桥短路信号、下桥驱动信号配合第五和第六二极管组成下桥短路使能电路，由上桥短路信号、下桥短路信号配合第三至第五N-MOS管组成上桥短路与下桥短路互锁电路。本保护电路克服传统PWM硬件锁存保护的缺陷，具有保护响应快，成本低，同时具有在过压、过流、电源异常、上桥短路、下桥短路等状态下的硬件关断PWM信号，实现电机控制器保护，避免在异常工作状态下损坏电机控制器。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：

图1为本实用新型用于电动汽车PWM信号的硬件锁存保护电路示意图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本实用新型用于电动汽车PWM信号的硬件锁存保护电路包括输出PWM信号的微控制单元U2以及由电机控制器输出的开管信号DRIVER_UC、电源状态异常硬件故障信号TLF_SS1、四路驱动状态异常故障信号NFLTA_HS、NFLTB_HS、NFLTA_LS、NFLTB_LS、上桥短路信号ASC_H_UC、上桥驱动信号ASC_H、下桥短路信号ASC_L_UC和下桥驱动信号ASC_L；本电路还包括PWM信号传输路径缓冲芯片U1、第一至第六N-MOS管、第一至第十三二极管、第一至第十五电阻以及第一电容和第二电容；

所述微控制单元U2输出PWM信号至所述PWM信号传输路径缓冲芯片U1，实现PWM信号的缓冲及阻断，其第一和第十九引脚为驱动使能信号DRIVER_EN并经第四电阻R4接地，其高电平时阻断PWM信号输出、低电平时传输PWM信号；

第一N-MOS管Q1漏极经第一电阻R1连接电源、经第一二极管D1连接驱动使能信号DRIVER_EN，第一二极管D1阳极连接漏极，栅极经第二电阻R2连接开管信号DRIVER_UC，第三电阻R3连接栅极与源极之间并且源极接地，第一二极管D1与第三二极管D3阴极相连，第三二极管D3阳极连接上桥短路信号ASC_H_UC；

第二N-MOS管Q2漏极经第五电阻R5连接电源、经第二二极管D2和第五二极管D5连接下桥短路信号ASC_L_UC，第二二极管D2和第五二极管D5阴极相连，栅极经第七电阻R7连接电源状态异常硬件故障信号TLF_SS1，第九电阻R9连接栅极与源极之间并且源极接地；

第六N-MOS管Q6漏极经第十三电阻R13连接电源、经第八二极管D8连接驱动使能信号DRIVER_EN，第八二极管D8阳极相连漏极，栅极分别经第十二电阻R12连接电源、经第七二极管D7、第十二极管D12、第十一二极管D11和第十三二极管D13连接四路驱动状态异常故障信号NFLTA_HS、NFLTB_HS、NFLTA_LS、NFLTB_LS，源极接地，第七二极管D7、第十二极管D12、第十一二极管D11和第十三二极管D13D的阴极连接四路驱动状态异常故障信号；

第三N-MOS管Q3漏极连接电源，并依次经第十四电阻R14、第十二二极管D12连接上桥短路信号ASC_H_UC，第十二二极管D12阳极连接第十四电阻R14，栅极经第九二极管D9连接下桥短路信号ASC_L_UC，第九二极管D9阴极连接下桥短路信号ASC_L_UC，源极分别经第十五电阻R15接地、连接第四N-MOS管Q4和第五N-MOS管Q5的栅极，第四N-MOS管Q4和第五N-MOS管Q5的源极接地；

第十电阻R10和第六二极管D6串接后第十电阻R10另一端连接下桥短路信号ASC_L_UC、第六二极管D6阴极连接第四N-MOS管Q4漏极和下桥驱动信号ASC_L；

第六电阻R6和第四二极管D4串接后第六电阻R6另一端连接上桥短路信号ASC_H_UC、第四二极管D4阴极连接第五N-MOS管Q5漏极和上桥驱动信号ASC_H；

第八电阻R8和第一电容C1并联后一端接地、另一端连接上桥短路信号ASC_H_UC，第十一电阻R10和第二电容C2并联后一端接地、另一端连接下桥短路信号ASC_L_UC。

本电路中，PWM信号传输路径缓冲芯片可采用sn74ahct244qpwrq1芯片，第一至第六N-MOS管采用2N7002场效应管芯片，开管信号为高电平时开管、低电平时关管；电源状态异常硬件故障信号正常状态为高电平、异常为低电平；四路驱动状态异常故障信号正常状态为高电平、异常为低电平；上桥短路信号使能状态为高电平、非使能状态为低电平，若上桥驱动信号为高电平，则实现上桥短路功能；下桥短路信号使能状态为高电平、非使能状态为低电平，若下桥驱动信号为高电平，则实现下桥短路功能。

本电路的工作过程如下：

（1）在正常状态下，即电源状态正常、驱动状态正常、上桥短路信号为非使能状态、下桥短路信号为非使能状态，若需求传输PWM信号，则开管信号输出高电平，从而第一N-MOS管导通，第一二极管阳极为低电平，其为截止状态，其阴极因第四电阻下拉，驱动使能信号处于低电平，PWM信号正常传输；

若需求阻断PWM信号，则开管信号输出低电平，从而第一N-MOS管关断，第一二极管阳极为高电平，其处于导通状态，电源经过第一二极管使驱动使能信号处于高电平，阻断PWM信号传输；

（2）当电源状态异常时，电源状态异常硬件故障信号为低电平，第二N-MOS管关断，第二二极管阳极为高电平，其处于导通状态，电源经第二二极管使驱动使能信号处于高电平，阻断PWM信号传输，实现PWM信号传输的硬件阻断；

（3）当驱动状态异常时，即四路驱动状态异常故障信号中任意一个信号为低电平，第六N-MOS管关断，第八二极管阳极为高电平，其处于导通状态，电源经第八二极管使驱动使能信号处于高电平，阻断PWM信号传输，实现PWM信号传输的硬件阻断；

（4）当仅上桥短路信号使能时，上桥短路信号为高电平，下桥短路信号为低电平，第三N-MOS管关断，从而第四N-MOS管和第五N-MOS管截止，第四二极管导通，第六二极管截止，上桥驱动信号为高电平，实现上桥短路功能；同时因上桥短路信号为高电平，第三二极管导通，使驱动使能信号处于高电平，阻断PWM信号传输，实现PWM信号传输的硬件阻断；

（5）当仅下桥短路信号使能时，下桥短路信号为高电平，上桥短路信号为低电平，第三N-MOS管关断，从而第四N-MOS管和第五N-MOS管截止，第四二极管截止，第六二极管导通，下桥驱动信号为高电平，实现下桥短路功能；同时因下桥短路信号为高电平，第五二极管导通，使驱动使能信号处于高电平，阻断PWM信号传输，实现PWM信号传输的硬件阻断；

（6）当因异常导致上桥短路信号和下桥短路信号均使能时，上桥短路信号为高电平，下桥短路信号为高电平，第三N-MOS管导通，从而第四N-MOS管和第五N-MOS管均导通，从而上桥驱动信号和下桥驱动信号均短接到地，进而上桥短路和下桥短路功能均失效；同时因上桥短路信号和下桥短路信号均为高电平，第三二极管和第五二极管均导通，使驱动使能信号处于高电平，阻断PWM信号传输，实现PWM信号传输的硬件阻断。

本电路实现PWM信号硬件锁存保护措施，避免因电机控制器软件异常、软件保护延时大所造成的保护失效，从而导致电机控制器失效，同时采用分立器件搭建保护电路，实现降低成本，同时提高系统的安全性能。

Claims (1)

1.一种用于电动汽车PWM信号的硬件锁存保护电路，包括输出PWM信号的微控制单元以及由电机控制器输出的开管信号、电源状态异常硬件故障信号、四路驱动状态异常故障信号、上桥短路信号、上桥驱动信号、下桥短路信号和下桥驱动信号；其特征在于：还包括PWM信号传输路径缓冲芯片、第一至第六N-MOS管、第一至第十三二极管、第一至第十五电阻以及第一电容和第二电容；

所述微控制单元输出PWM信号至所述PWM信号传输路径缓冲芯片，实现PWM信号的缓冲及阻断，其第一和第十九引脚为驱动使能信号并经第四电阻接地，其高电平时阻断PWM信号输出、低电平时传输PWM信号；

第一N-MOS管漏极经第一电阻连接电源、经第一二极管连接驱动使能信号，第一二极管阳极连接漏极，栅极经第二电阻连接开管信号，第三电阻连接栅极与源极之间并且源极接地，第一二极管与第三二极管阴极相连，第三二极管阳极连接上桥短路信号；

第二N-MOS管漏极经第五电阻连接电源、经第二二极管和第五二极管连接下桥短路信号，第二二极管和第五二极管阴极相连，栅极经第七电阻连接电源状态异常硬件故障信号，第九电阻连接栅极与源极之间并且源极接地；

第六N-MOS管漏极经第十三电阻连接电源、经第八二极管连接驱动使能信号，第八二极管阳极相连漏极，栅极分别经第十二电阻连接电源、经第七二极管、第十二极管、第十一二极管和第十三二极管连接四路驱动状态异常故障信号，源极接地，各二极管阴极连接四路驱动状态异常故障信号；

第三N-MOS管漏极连接电源，并依次经第十四电阻、第十二二极管连接上桥短路信号，第十二二极管阳极连接第十四电阻，栅极经第九二极管连接下桥短路信号，第九二极管阴极连接下桥短路信号，源极分别经第十五电阻接地、连接第四N-MOS管和第五N-MOS管的栅极，第四N-MOS管和第五N-MOS管的源极接地；

第十电阻和第六二极管串接后第十电阻另一端连接下桥短路信号、第六二极管阴极连接第四N-MOS管漏极和下桥驱动信号；

第六电阻和第四二极管串接后第六电阻另一端连接上桥短路信号、第四二极管阴极连接第五N-MOS管漏极和上桥驱动信号；

第八电阻和第一电容并联后一端接地、另一端连接上桥短路信号，第十一电阻和第二电容并联后一端接地、另一端连接下桥短路信号。