CN210199551U - 一种永磁同步电机控制器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁同步电机控制器电路，包括十个模块：处理器、电源模块、看门狗、电流采样、旋变编码、信号调理、CAN通讯、故障诊断、门级驱动和IGBT；电源模块连接处理器，电流采样、旋变编码、信号调理的输出端与处理器的输入端相连，看门狗和处理器连接，处理器的通信端通过CAN通讯模块与上位机进行通讯，门级驱动连接处理器、IGBT和故障诊断，故障诊断还与处理器双向连接，故障诊断还连接电流采样和IGBT。本实用新型可靠稳定，无需旋变解码芯片、成本低廉，解决了传输延迟、老化和可靠性差的问题；设有监控机芯片和硬件关断电路，可以快速关闭驱动脉冲，防止控制器损坏。

Description

一种永磁同步电机控制器电路

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，具体为一种永磁同步电机控制器电路。

背景技术

新能源汽车的动力系统是其核心部件，因此对其动力系统进行监测和控制的电机控制器的性能显得尤为重要。现有新能源车上使用的多为非汽车级处理器，稳定性差、失效率高，不能满足汽车高可靠性、低失效率甚至零失效率的需要。现有电机控制器存在一些问题，例如采集旋变编码器信号的电路采用硬解码专用芯片，成本很高；电机控制驱动IGBT的电路采用光耦隔离，存在传输延迟、老化和可靠性差的问题；电机控制器硬件上没有做故障保护；电机控制器没有监控处理器工作情况，如果处理器死机会有安全隐患。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种永磁同步电机控制器电路，可靠稳定，无需旋变解码芯片、成本低廉，解决了传输延迟、老化和可靠性差的问题；设有监控机芯片和硬件关断电路，可以快速关闭驱动脉冲，防止控制器损坏。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种永磁同步电机控制器电路，其特征在于，包括十个模块：处理器、电源模块、看门狗、电流采样、旋变编码、信号调理、CAN通讯、故障诊断、门级驱动和IGBT；电源模块连接处理器，电流采样、旋变编码、信号调理的输出端与处理器的输入端相连，看门狗和处理器连接，处理器的通信端通过CAN通讯模块与上位机进行通讯，门级驱动连接处理器、IGBT和故障诊断，故障诊断还与处理器双向连接，故障诊断还连接电流采样和IGBT。

看门狗的电路包括看门狗芯片U201、二零一电阻R201、二零二电阻R202、二零一电容C201、二零二电容C202和二零三电容C203，看门狗芯片包括引脚RESET、引脚WDI、引脚SWT、引脚VCC、引脚GND、引脚WDS、引脚SRT、引脚RST IN，引脚RESET和引脚WDI均与处理器连接，引脚RESET为用于向处理器输出复位信号的复位信号输出端，引脚WDI为用于将处理器的喂狗信号输入至看门狗的喂狗信号输入端，引脚SWT为连接手动复位执行机构的手动复位端，二零二电容C202的一端连接在引脚SWT和手动复位执行机构之间，另一端接地，引脚GND和引脚WDS接地，引脚VCC连接电源，引脚SRT连接二零三电容C203的一端，二零三电容C203的另一端接地，引脚RST IN并接二零一电阻R201和二零二电阻R202的一端，二零一电阻R201的另一端连接电源，二零二电阻R202的另一端接地，二零一电容C201的两端分别连接电源和接地。

故障诊断的电路包括故障诊断芯片U406和逻辑模块，故障诊断芯片U406的引脚1nCLR电连接引脚1Q形成故障诊断芯片U406内部的第一信号通道，故障诊断芯片U406的引脚2nCLR电连接引脚2Q形成故障诊断芯片U406内部第二信号通道，所述引脚1nCLR连接电流采样、引脚2CLR连接IGBT，故障诊断芯片U406引脚1Q和引脚2Q均连接逻辑模块。

逻辑模块的芯片为是四通道与门，四个通道与门分别为与门U407A、与门U407B、与门U407C、与门U407D，所述逻辑模块还包括四一五电阻R415、四一六电阻R416、四一七电阻R417、四一八电阻R418、四一九电阻R419和四二九电阻R429，故障诊断芯片U406的引脚1Q连接四一五电阻R415的一端、引脚2Q连接四一六电阻R416的一端，四一五电阻R415的另一端和四一六电阻R416的另一端分别连接与门U407A的二端口和一端口，与门U407A的二端口还连接四一七电阻R417的一端，四一七电阻R417的另一端连接电源；与门U407A的一端口还连接四一八电阻R418的一端，四一八电阻R418的另一端连接电源，与门U407A的三端口连接与门U407C的九端口，与门U407C的十端口连接四一九电阻R419的一端，四一九电阻R419的另一端连接外部电源，与门U407C的八端口连接处理器、与门U407D的十三端口和四二九电阻R429的一端，四二九电阻R429的另一端连接电源，与门U407D的十一端口连接门极驱动。

门极驱动包括火线控制块、零线控制块和地线控制块，火线控制块包括两个四通道与门和两个四通道与非门，两个四通道与门为与门U301A、与门U301B，两个四通道与非门为与非门U303A、与非门U303B，门极驱动还包括三零一电阻R301、三零二电阻R302和三零七电阻R307，与门U407D的十一端口并行连接与门U301A的一端口和与非门U303A的一端口，与门U301A的二端口和与非门U303A的二端口分别输入处理器1输出的IGBT的PWM控制信号MUCU UT和MUCU UB，与门U301A的三端口连接与门U301B的五端口，与非门U303A的三端口连接与门U301B的四端口、与非门U303B的四端口和五端口，与门U301B的六端口输出IGBT的PWM控制信号DP PWM UT，与非门U303B的六端口输出IGBT的PWM控制信号DP PWM UB，信号DP_PWM_UT与信号DP_PWM_UB输入IGBT。

旋变编码包括分立元件和有源滤波器，门极驱动模块的电路采用磁隔离驱动芯片2ED020I12FA。

处理器为型号为SPC5643的32位单片机。

所述电源模块包括LTC1871芯片。

所述看门狗芯片为MAX6749。

电流采样包括电流传感器和分立元件。

信号调理模块的电路通过分立元件对开关信号、模拟信号和频率信号进行处理。

所述CAN通讯模块为TJA1042收发器。

所述故障诊断包括分立元件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用汽车级32位单片机SPC5643，可靠稳定；使用分立元件组建的电路，无需旋变解码芯片，电路简单、成本低廉；采用磁隔离驱动芯片，解决光耦隔离传输延迟、老化和可靠性差的问题；设有监控机芯片，解决了单片机一旦死机，控制器烧毁的问题；增加了硬件关断电路，解决了软件检测到故障后关闭驱动的延时问题，可以快速关闭驱动脉冲，防止控制器损坏。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的示意图；

图2为本实用新型一个实施例的看门狗电路示意图；

图3为本实用新型一个实施例的故障诊断电路示意图；

图4为本实用新型一个实施例的门级驱动电路示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型提供的永磁同步电机控制器电路作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

一种永磁同步电机控制器电路，如图1所示，包括十个模块：处理器1、电源模块2、看门狗3、电流采样4、旋变编码5、信号调理6、CAN通讯7、故障诊断8、门级驱动9和IGBT10，上述十个电路模块通过串行或并行的连接关系组成完整的电机控制器电路。电源模块2为所述控制器电路提供电源供给。电流采样4、旋变编码5、信号调理6的输出端与处理器1的输入端相连。看门狗3和处理器1连接。处理器1的通信端通过CAN通讯7与上位机进行通讯。CAN通讯7接收上位机的数据给处理器1，处理器1将各参数信号通过CAN通讯7，传送至上位机，实现数据通信。门级驱动9两端分别与处理器1和IGBT10连接。故障诊断8与处理器1双向连接，使得处理器1能够对故障信号进行实时监测，调整驱动输出，实用性强。故障诊断8还连接电流采样4、门级驱动9和IGBT10三个模块。通过故障诊断8的硬件保护电路，解决了软件检测到故障后再关闭驱动信号的延迟问题，可以快速关闭驱动脉冲，对控制器IGBT增加更可靠的保护。

看门狗3的电路如图2所示，包括看门狗芯片U201、二零一电阻R201、二零二电阻R202、二零一电容C201、二零二电容C202和二零三电容C203。引脚RESET为复位信号输出端，用于向处理器1输出复位信号；引脚WDI为喂狗信号输入端，用于将处理器1的喂狗信号输入至看门狗3。引脚RESET和引脚WDI均与处理器1连接。引脚SWT为手动复位端，引脚SWT连接手动复位执行机构，二零二电容C202的一端连接在引脚SWT和手动复位执行机构之间，另一端接地。引脚GND和引脚WDS接地。引脚VCC连接电源。引脚SRT连接二零三电容C203的一端，二零三电容C203的另一端接地。引脚RST IN并接二零一电阻R201和二零二电阻R202的一端，二零一电阻R201的另一端连接电源，二零二电阻R202的另一端接地。二零一电容C201的两端分别连接电源和接地。

故障诊断8的电路如图3所示，包括故障诊断芯片U406和逻辑模块。故障诊断芯片U406的一引脚1nCLR电连接五引脚1Q形成故障诊断芯片U406内部的第一信号通道，故障诊断芯片U406的十三引脚2nCLR电连接九引脚2Q形成故障诊断芯片U406内部第二信号通道。所述一引脚1nCLR连接电流采样4、十三引脚2CLR连接IGBT10，分别用于采集电流信号和IGBT信号。即第一信号通道为电流信号通道，第二信号通道为IGBT信号通道。故障诊断芯片U406五引脚1Q和九引脚2Q均连接逻辑模块。所述电流信号和IGBT信号分别通过所述电流信号通道和IGBT信号通道进入逻辑模块。逻辑模块根据输入的电流信号和IGBT信号进行逻辑运算后输出逻辑1(高电平)或逻辑0(低电平)，门极驱动9根据输入的所述逻辑1或逻辑0控制IGBT，保持或禁止IGBT的驱动。

逻辑模块如图3所示，逻辑模块的芯片U407为SN74LVC08A，是四通道与门，四个通道与门分别为与门U407A、与门U407B、与门U407C、与门U407D，每个通道与门的两个输入脚中只要有一个脚输入信号为低，则输出脚信号为低。所述逻辑模块还包括四一五电阻R415、四一六电阻R416、四一七电阻R417、四一八电阻R418、四一九电阻R419和四二九电阻R429。

故障诊断芯片U406的五引脚1Q连接四一五电阻R415的一端、九引脚2Q连接四一六电阻R416的一端。四一五电阻R415的另一端和四一六电阻R416的另一端分别连接与门U407A的二端口和一端口。与门U407A的二端口还连接四一七电阻R417的一端，四一七电阻R417的另一端连接电源；与门U407A的一端口还连接四一八电阻R418的一端，四一八电阻R418的另一端连接电源。与门U407A的三端口连接与门U407C的九端口。与门U407C的十端口连接四一九电阻R419的一端，四一九电阻R419的另一端连接外部电源。与门U407C的八端口连接处理器1、与门U407D的十三端口和四二九电阻R429的一端。四二九电阻R429的另一端连接电源。与门U407D的十一端口连接门极驱动9。

门极驱动9如图4所示，包括火线控制块、零线控制块和地线控制块。火线控制块包括两个四通道与门和两个四通道与非门。两个四通道与门为与门U301A、与门U301B，两个四通道与非门为与非门U303A、与非门U303B。每个通道与非门的两个输入脚中只要有一个脚输入信号为低，则输出脚信号为高。与门和与非门组合使用，可以避免IGBT的PWM控制信号DP_PWM_UT与DP_PWM_UB同时为高，保护了IGBT门级驱动。

门极驱动9还包括三零一电阻R301、三零二电阻R302和三零七电阻R307。与门U407D的十一端口并行连接与门U301A的一端口和与非门U303A的一端口，与门U301A的二端口和与非门U303A的二端口分别输入处理器1输出的IGBT的PWM控制信号MUCU UT和MUCUUB，经过处理后，输出处理后的IGBT的PWM控制信号DP_PWM_UT与DP_PWM_UB，DP_PWM_UT与DP_PWM_UB经过故障诊断8的处理，避免了同时为高。与门U301A的三端口连接与门U301B的五端口，与非门U303A的三端口连接与门U301B的四端口、与非门U303B的四端口和五端口。与门U301B的六端口输出IGBT的PWM控制信号DP PWM UT，与非门U303B的六端口输出IGBT的PWM控制信号DP PWM UB。信号DP_PWM_UT与信号DP_PWM_UB输入IGBT 10，信号DP_PWM_UT用于控制IGBT上的上半桥臂，DP_PWM_UB用于控制IGBT上的下半桥臂。

零线控制块和地线控制块的电路和火线控制块电路相同，在此不再赘述。

所述故障诊断电路包括硬件关断电路，故障发生时起到了硬件关断的作用，与软件检测到故障后关闭驱动的方式相比，上述硬件关断解决了软件检测到故障后关闭驱动的延时问题，可以快速关闭驱动脉冲，防止控制器损坏。

处理器1采用32位SPC5643系列单片机。所述电源模块2以LTC1871芯片为主。所述看门狗3芯片采用MAX6749，通过看门狗芯片监控处理器1的工作情况，解决处理器1死机后停止驱动导致的安全隐患。电流采样4的电路采用电流传感器及分立元件。旋变编码5的电路采用分立元件搭建有源滤波器，用分立元件电路处理旋变编码信号，然后进行软件解码，解决了使用硬解码芯片成本高的问题。信号调理6的电路通过分立元件对开关信号、模拟信号和频率信号进行处理。所述CAN通讯7采用TJA1042收发器。所述故障诊断8采用分立元件搭建，能够实现硬件故障时关闭驱动信号。门极驱动9的电路采用磁隔离驱动芯片2ED020I12FA，用磁隔离驱动芯片取代光耦隔离驱动芯片，解决了传输延迟、可靠性差，驱动频率低的问题。所述IGBT10采用IGBT模块。

本发明的工作原理是：处理器1采集电流采样4的电流信号、旋变编码5的旋变编码器信号、车上钥匙的电信号和整车控制器发送的扭矩请求信号等，处理器1通过计算处理，然后驱动门极驱动9，门极驱动9驱动IGBT10输出。驱动过程中，如果由于异常状况导致处理器1死机，则看门狗3对处理器1进行复位，使处理器1恢复正常工作。驱动过程中如果出现电流故障、驱动电路故障、IGBT故障时，则故障诊断8直接输出禁止信号关闭IGBT10的驱动。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域的技术人员根据本实用新型的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机控制器电路，其特征在于，包括十个模块：处理器、电源模块、看门狗、电流采样、旋变编码、信号调理、CAN通讯、故障诊断、门级驱动和IGBT；电源模块连接处理器，电流采样、旋变编码、信号调理的输出端与处理器的输入端相连，看门狗和处理器连接，处理器的通信端通过CAN通讯模块与上位机进行通讯，门级驱动连接处理器、IGBT和故障诊断，故障诊断还与处理器双向连接，故障诊断还连接电流采样和IGBT。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制器电路，其特征在于：看门狗的电路包括看门狗芯片U201、二零一电阻R201、二零二电阻R202、二零一电容C201、二零二电容C202和二零三电容C203，看门狗芯片包括引脚RESET、引脚WDI、引脚SWT、引脚VCC、引脚GND、引脚WDS、引脚SRT、引脚RSTIN，引脚RESET和引脚WDI均与处理器连接，引脚RESET为用于向处理器输出复位信号的复位信号输出端，引脚WDI为用于将处理器的喂狗信号输入至看门狗的喂狗信号输入端，引脚SWT为连接手动复位执行机构的手动复位端，二零二电容C202的一端连接在引脚SWT和手动复位执行机构之间，另一端接地，引脚GND和引脚WDS接地，引脚VCC连接电源，引脚SRT连接二零三电容C203的一端，二零三电容C203的另一端接地，引脚RST IN并接二零一电阻R201和二零二电阻R202的一端，二零一电阻R201的另一端连接电源，二零二电阻R202的另一端接地，二零一电容C201的两端分别连接电源和接地。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制器电路，其特征在于：故障诊断的电路包括故障诊断芯片U406和逻辑模块，故障诊断芯片U406的引脚1nCLR电连接引脚1Q形成故障诊断芯片U406内部的第一信号通道，故障诊断芯片U406的引脚2nCLR电连接引脚2Q形成故障诊断芯片U406内部第二信号通道，所述引脚1nCLR连接电流采样、引脚2CLR连接IGBT，故障诊断芯片U406引脚1Q和引脚2Q均连接逻辑模块。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机控制器电路，其特征在于：逻辑模块的芯片为是四通道与门，四个通道与门分别为与门U407A、与门U407B、与门U407C、与门U407D，所述逻辑模块还包括四一五电阻R415、四一六电阻R416、四一七电阻R417、四一八电阻R418、四一九电阻R419和四二九电阻R429，故障诊断芯片U406的引脚1Q连接四一五电阻R415的一端、引脚2Q连接四一六电阻R416的一端，四一五电阻R415的另一端和四一六电阻R416的另一端分别连接与门U407A的二端口和一端口，与门U407A的二端口还连接四一七电阻R417的一端，四一七电阻R417的另一端连接电源；与门U407A的一端口还连接四一八电阻R418的一端，四一八电阻R418的另一端连接电源，与门U407A的三端口连接与门U407C的九端口，与门U407C的十端口连接四一九电阻R419的一端，四一九电阻R419的另一端连接外部电源，与门U407C的八端口连接处理器、与门U407D的十三端口和四二九电阻R429的一端，四二九电阻R429的另一端连接电源，与门U407D的十一端口连接门极驱动。

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机控制器电路，其特征在于：门极驱动包括火线控制块、零线控制块和地线控制块，火线控制块包括两个四通道与门和两个四通道与非门，两个四通道与门为与门U301A、与门U301B，两个四通道与非门为与非门U303A、与非门U303B，门极驱动还包括三零一电阻R301、三零二电阻R302和三零七电阻R307，与门U407D的十一端口并行连接与门U301A的一端口和与非门U303A的一端口，与门U301A的二端口和与非门U303A的二端口分别输入处理器1输出的IGBT的PWM控制信号MUCU UT和MUCU UB，与门U301A的三端口连接与门U301B的五端口，与非门U303A的三端口连接与门U301B的四端口、与非门U303B的四端口和五端口，与门U301B的六端口输出IGBT的PWM控制信号DP PWM UT，与非门U303B的六端口输出IGBT的PWM控制信号DP PWM UB，信号DP_PWM_UT与信号DP_PWM_UB输入IGBT。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制器电路，其特征在于：处理器为型号为SPC5643的32位单片机。

7.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制器电路，其特征在于：所述电源模块包括LTC1871芯片。

8.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制器电路，其特征在于：所述看门狗芯片为MAX6749。

9.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制器电路，其特征在于：信号调理模块的电路通过分立元件对开关信号、模拟信号和频率信号进行处理。

10.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制器电路，其特征在于：所述CAN通讯模块为TJA1042收发器。

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