CN210578326U - 一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路。由上电自检模块M1、电机电流采集模块M2、电机电流采集模块M3、冗余电机驱动开关模块M4、低边电机驱动模块M5、主芯片MCU及直流电机M构成。本实用新型降低了因采样电阻过功率过热烧毁风险，解决了因为单个MOS管失效导致电机失控的问题，还解决了因采用单个采样电阻温升导致电阻值漂移影响采集电流精度降低的技术问题，保证了EPB电机驱动回路的电流采集的准确性。

Description

一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路

技术领域

本实用新型属于电子驻车领域，具体涉及一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路。

背景技术

常用的EPB电机电流检测及控制电路一般采用单个MOS管进行电机驱动，单个功率电阻采样及电流检测芯片进行驱动电机回路的电流采集。单个MOS管驱动EPB电机失效风险高，容易出电机控制失控现象。常用的检测电路无对采集电流进行校验，只依靠单路电流采集作为当前电路的电流采集参数，不符合功能安全的开发需求。并且当采用单个采样电阻，因EPB电机运作电流大，大电流通过采样电阻会导致电阻温升，在此工况下将会导致电阻值漂移，使得采集电流的数据精度降低。在严重情况下，长时间的大电流单个采样电阻因过功率过热而烧断。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型包括上电自检模块M1、第一电机电流采集模块M2、第二电机电流采集模块M3、冗余电机驱动开关模块M4、低边电机驱动模块M5和主芯片MCU组成。

上电自检模块M1内部包括三极管Q1和三极管Q2，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极连接到主芯片MCU的GPIO1脚，三极管Q1的集电极连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过脚3接节点C；三极管Q2的发射极接电源VCC；三极管Q1的基极经第一电阻连接到主芯片MCU的GPIO1脚，三极管Q1的基极还经第二电阻连接到三极管Q1的发射极。三极管Q1的集电极经第三电阻连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的基极经第四电阻连接到三极管Q2的发射极。

第一电机电流采集模块M2包括第一电流采样芯片IC2、电阻R5和电阻R6，电阻R5和电阻R6并联，电阻R5和电阻R6并联的一端形成节点C，节点C连接到第一电流采样芯片IC2的7脚，电阻R5和电阻R6并联的另一端形成节点B，节点B连接到第一电流采样芯片IC2的9脚，芯片IC2的10脚连接到主芯片MCU的ADC2脚。

第二电机电流采集模块M3包括第二电流采样芯片IC3、电阻R3和电阻R4，电阻R3和电阻R4并联，电阻R3和电阻R4并联的一端形成节点A，节点A连接到芯片IC3的12脚，电阻R3和电阻R4并联的另一端形成节点D，节点D连接到芯片IC3的14脚，节点D还接地，芯片IC3的15脚连接到主芯片MCU的ADC1脚，第一电流采样芯片IC2的8脚和第二电流采样芯片IC3的13脚均接地；第一电流采样芯片IC2的11脚和第二电流采样芯片IC3的16脚均接电源VCC。

低边电机驱动模块M5包括N型MOS管S3，MOS管S3的栅极连接主芯片MCU的GPIO4脚，MOS管S3的漏极连接节点B，N型MOS管S3的源极连接节点A。

冗余电机驱动开关模块M4包括N型MOS管MOS1、MOS管MOS2和继电器RELAY，继电器RELAY包括第一继电器电路和第二继电器电路，第一继电器电路Ⅰ主要由线圈F1、动触点G1、静触点J1和静触点J2组成，MOS管S1的栅极连接到主芯片MCU的GPIO2脚，MOS管S1的源极接地，MOS管S1的漏极连接到线圈F1的一端，线圈F1的另一端连接电源VBAT；动触点G1位于线圈F1的侧方，动触点G1连接到电子驻车系统中的直流电机M的正极，静触点J1和静触点J2分别位于动触点G1的两侧，静触点J1与动触点G1处于常闭状态，静触点J1为常闭触点，动触点G1与静触点J2处于断开状态，静触点J2为常开触点；静触点J1连接到节点C；静触点J2连接电源VBAT。

第二继电器电路主要由线圈F2、动触点G2、静触点J3和静触点J4组成，MOS管S2的栅极连接到主芯片MCU的GPIO3脚，MOS管S2的源极接地，MOS管S2的漏极连接到线圈F2的一端，线圈F2的另一端连接电源VBAT；动触点G2位于线圈F2的侧方，动触点G2连接到直流电机M的负极，静触点J3和静触点J4分别位于动触点G2的两侧，静触点J3为常闭触点，动触点G2与静触点J3处于常闭状态；静触点J4为常开触点，动触点G2与静触点J4处于断开状态；静触点J3连接到节点C，静触点J4连接电源VBAT。

第一电流采样芯片IC2和第二电流采样芯片IC3的型号均采用INA193，第一电流采样芯片IC2的7脚、8脚、9脚、10脚、11脚分别为VIN+脚、GND脚、VIN-脚、OUT1脚、VCC脚，第二电流采样芯片IC3的12脚、13脚、14脚、15脚、16脚分别为VIN+脚、GND脚、VIN-脚、OUT2脚、VCC脚。

所述的电源VBAT为车载蓄电池。

所述的电阻R4和电阻R6为正温度系数电阻，所述的电阻R3、R5为负温度系数电阻；所述的电阻R3、R4、R5、R6采用功率在2W至3W范围内的大功率电阻。

主芯片MCU的型号为MC9S12P128。

所述的三极管Q1为NPN型，所述的三极管Q2为PNP型。

本实用新型的电阻R5和R6并联构成电流采样芯片IC2的采样电阻1，电阻R3和R4并联构成电流采样芯片IC3的采样电阻2，将IC2与IC1采集的数据做比较，两值做差，在允许公差内，采集的数据才有效。冗余电机驱动开关模块M4、低边电机驱动模块M5，只有当两开关同时闭合时，直流电机M才能动作。

本实用新型的有益效果是：

采用冗余安全开关驱动EPB直流电机，只有当继电器RELAY及低边驱动MOS管同时闭合时，EPB电机才能动作。两个独立的电流检测模块可进行校验，确保电机驱动回路的电流采集的准确性。采样电阻采用并联电路结构，使得流过的每个支路电阻的电流减小，降低了过功率过热烧毁的风险。选用正温度系数大功率电阻与负温度系数大功率电阻并联形成并联电路结构，从而起到了温度补偿的作用，使得整体并联的采样电阻是一个不随温度变化而漂移的阻值，提升了电流采样精度。上电自检模块能对采样电流及控制驱动电路进行诊断，确保在每次在使用EPB电机驱动电路前，电路无故障。解决了因为单个MOS管失效导致电机失控，因采用单个采样电阻温升导致电阻值漂移影响采集电流精度降低的技术问题。

本实用新型采用冗余安全开关驱动EPB直流电机，只有当继电器RELAY及低边驱动MOS管同时闭合时，EPB电机才能动作，提升了产品功能安全性。

本实用新型采样电阻采用并联电路结构，使得流过的每个支路电阻的电流减小，降低了过功率过热烧毁的风险。

本实用新型选用正温度系数大功率电阻与负温度系数大功率电阻并联形成并联电路结构，从而起到了温度补偿的作用，使得整体并联的采样电阻是一个不随温度变化而漂移的阻值，提升了电流采样精度。

本实用新型两个独立的电流检测模块可进行校验，解决了因为单个MOS管失效导致电机失控，因采用单个采样电阻温升导致电阻值漂移影响采集电流精度降低的技术问题，确保了电机驱动回路的电流采集值的准确性。

本实用新型选用上电自检模块能对采样电流及控制驱动电路进行诊断，确保在每次在使用EPB电机驱动电路前，电路无故障。

附图说明

图1为本实用新型的直流电机电流检测控制电路图；

图2为本实用新型的EPB系统整体架构图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，一种电子驻车系统的直流电机电流检测及控制电路，包括上电自检模块M1、电机电流采集模块M2、电机电流采集模块M3、冗余电机驱动开关模块M4、低边电机驱动模块M5、主芯片MCU及直流电机M构成；所述电路还包括节点A、B、C、D。

上电自检模块M1内部包括三极管Q1～Q2；三极管Q1为NPN型，三极管Q2为PNP型，Q1发射极通过脚1接地，所述Q1基极通过脚2接到主芯片MCU的通用输入输出口GPIO1，Q1集电极通过脚6接到脚5，脚5连接到三极管Q2基极，Q2发射极通过脚4接电源VCC，Q2集电极通过脚3接节点C；

电机电流采集模块M2包括电阻R5、电阻R6、电流采样芯片IC2；电阻R5和电阻R6并联，电阻R5和电阻R6的一端连接到节点C，节点C同时连接到电流采样芯片IC2的7脚，芯片IC2的8脚接地，电阻R5和电阻R6的另一端连接到节点B，节点B同时连接到芯片IC2的9脚，芯片IC2的10脚连接到主芯片模数采集转换引脚ADC2口，芯片IC2的11脚接电源VCC。

电机电流采集模块M3包括电阻R3、电阻R4、电流采样芯片IC1；电阻R3和电阻R4并联，电阻R3和电阻R4的一端连接到节点A，节点A同时连接到芯片IC1的12脚，芯片IC1的13脚接地，电阻R3和电阻R4的另一端连接到节点D，节点D接地，节点D同时连接到芯片IC1的14脚，芯片IC1的15脚连接到主芯片模数采集转换引脚ADC1口，芯片IC1的16脚接电源VCC。

冗余电机驱动开关模块M4包括N型MOS管MOS1、MOS2，继电器RELAY，继电器RELAY内部包括线圈F1、F2和动触点G1、G2以及静触点J1、J2、J3、J4，线圈F1、动触点G1、静触点J1、J2组成继电器电路Ⅰ，线圈F2、动触点G2、静触点J3、J4组成继电器电路Ⅱ；所述继电器电路Ⅰ中，MOS管S1的栅极连接到主芯片通用输入输出口GPIO2口，MOS管S1的漏极通过继电器RELAY的17脚连接到线圈F1的一端，线圈F1的另一端通过继电器RELAY的18脚连接电源VBAT，MOS管S1的源极接地；静触点J1通过继电器RELAY的21脚连接节点C，动触点G1通过继电器RELAY的22脚连接到直流电机M的正极，静触点J2通过继电器RELAY的23脚连接VBAT；动触点G1与静触点J1处于常闭状态，静触点J1为常闭触点；动触点G1与静触点J2处于断开状态，静触点J2为常开触点；所述继电器电路Ⅱ中，MOS管S2的栅极连接到主芯片通用输入输出口GPIO3口，MOS管S2的漏极通过继电器RELAY的19脚连接到线圈F2的一端，线圈F2的另一端通过继电器RELAY的20脚连接电源VBAT，MOS管S2的源极接地；静触点J3通过继电器RELAY的24脚连接节点C，动触点G2通过继电器RELAY的25脚连接到电机M的负极，静触点J4通过继电器RELAY的26脚连接VBAT；动触点G2与静触点J3处于常闭状态，静触点J3为常闭触点；动触点G2与静触点J4处于断开状态，静触点J4为常开触点。

低边电机驱动模块M5中，N型MOS管S3的栅极连接主芯片通用输入输出口GPIO4口，N型MOS管S3的漏极连接节点B，N型MOS管S3的源极连接节点A。低边驱动指的是当MOS控制负载接地来工作则为底边驱动。若MOS管控制电源有没有供给负载则为高边驱动。如图1所示，MOS管MOS3是控制负载接地的开关，所以叫低边驱动MOS3，但依旧需要GPIO4输出高电位才能导通MOS管MOS3。

电阻R4、R6为正温度系数电阻，所述的电阻R3、R5为负温度系数电阻；

冗余电机驱动开关模块M4、低边电机驱动模块M5，只有当两开关同时闭合时，直流电机M才能动作。

电阻R3、R4、R5、R6均为大功率电阻。

电阻R5、R6并联构成电流采样芯片IC2的采样电阻1；所述的电阻R3、R4并联构成电流采样芯片IC3的采样电阻2；IC2与IC1采集的数据做比较，两值做差，在允许公差内，采集的数据才有效。

通用输入输出口GPIO2检测EPB“拉起”命令，通用输入输出口GPIO3对应EPB“释放”命令。

如图2所示，一种电子驻车系统的直流电机电流检测及控制方法，包括以下步骤：

S001车辆点火，发出点火信号到EPB控制器。

S002EPB控制器内部DC-DC电压转换器产生VCC电源。

S003EPB控制器使能将+5V电源加载到电子驻车系统电流检测电路，进入硬件电路自检模式。

S004主芯片MCU使能将通用输入输出口GPIO1输出高电平给NPN型三极管Q1的发射极，因Q1基极接地，基极与发射极电压差大于0.7V,Q1发射极与集电极导通，导致Q1的集电极被下拉接地。PNP型三极管Q2发射极4接VCC,Q2的基极与Q1的集电极相连被拉低，故此时Q2基极与发射极电压差大于0.7V，导致Q2导通，Q2发射极与集电极导通，VCC加载到节点C。

S005主芯片MCU使能将通用输入输出口GPIO4输出高电平，低边驱动MOS管MOS3开启，节点C的VCC依次通过电阻R5、R6并联形成的采样电阻1，低边驱动MOS管MOS3，电阻R3、R4并联形成的采样电阻2接地形成电流回路。

S006电机电流采集模块M2的电流采样芯片IC2采集流过采样电阻1的电流并发送到主芯片MCU内，同时，电机电流采集模块M3的电流采样芯片IC1也采集流过采样电阻2的电流并发送到主芯片MCU内。

S007主芯片MCU通过比较电流采样芯片IC1和电流采样芯片IC2采集到的回路电流的差值是否在允许公差范围±3％内；若是，则进入步骤S007，若否，则通过报警灯告知故障。

S008主芯片MCU使能将通用输入输出口GPIO1输出低电平。

S009硬件电路完成自检，进入用户操作模式。

S0010驾驶员请求“拉起”或“释放”操作时，控制单元接收到驻车信号需求。

S0011当主芯片MCU检测到“拉起”驻车信号需求时，使能控制通用输入输出口GPIO2输出高电平，MOS管MOS1导通使线圈F1导通产生吸力，动触点G1被吸合到静触点J2上，VBAT通过电机正极进入电机，从电机负极输出到动触点G2上，动触点G2和静触点J3常闭，VBAT沿着静触点J3加载到节点C；当主芯片MCU检测到“释放”驻车信号需求时，使能控制通用输入输出口GPIO3输出高电平，MOS管MOS2导通使线圈F2导通产生吸力，动触点G2被吸合到静触点J4上，VBAT通过电机负极进入电机，从电机正极输出到动触点G1上，动触点G1和静触点J1常闭，VBAT沿着静触点J1加载到节点C。

S0012主芯片MCU使能通用输入输出口GPIO4高电平，MOS管MOS3导通。

S0013节点C的VBAT供电通过MOS3依次通过电阻R5、R6并联形成的采样电阻1，低边驱动MOS管MOS3，电阻R3、R4并联形成的采样电阻2接地形成电流回路；EPB电机动作。

S0014电机电流采集模块M2的电流采样芯片IC2采集此回路的电流并发送到主芯片MCU内，同时，电机电流采集模块M3的电流采样芯片IC1也采集此回路的电流并发送到主芯片MCU内。

S0015主芯片MCU通过比较电流采样芯片IC1和电流采样芯片IC2采集到的回路电流的差值是否在允许公差范围±5％内；若是，则进入步骤S0014，若否，则通过报警灯告知故障。

S0016采集电流可信，通知EPB系统执行“拉起”或“释放”操作。

除上述优选实施例外，本实用新型还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本实用新型作出各种改变和变形，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型权利要求书中所定义的范围。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路，其特征在于：包括上电自检模块M1、第一电机电流采集模块M2、第二电机电流采集模块M3、冗余电机驱动开关模块M4、低边电机驱动模块M5和主芯片MCU组成；

上电自检模块M1内部包括三极管Q1和三极管Q2，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极连接到主芯片MCU的GPIO1脚，三极管Q1的集电极连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过脚3接节点C；三极管Q2的发射极接电源VCC；

第一电机电流采集模块M2包括第一电流采样芯片IC2、电阻R5和电阻R6，电阻R5和电阻R6并联，电阻R5和电阻R6并联的一端形成节点C，节点C连接到第一电流采样芯片IC2的7脚，电阻R5和电阻R6并联的另一端形成节点B，节点B连接到第一电流采样芯片IC2的9脚，芯片IC2的10脚连接到主芯片MCU的ADC2脚；

第二电机电流采集模块M3包括第二电流采样芯片IC3、电阻R3和电阻R4，电阻R3和电阻R4并联，电阻R3和电阻R4并联的一端形成节点A，节点A连接到芯片IC3的12脚，电阻R3和电阻R4并联的另一端形成节点D，节点D连接到芯片IC3的14脚，节点D还接地，芯片IC3的15脚连接到主芯片MCU的ADC1脚，第一电流采样芯片IC2的8脚和第二电流采样芯片IC3的13脚均接地；第一电流采样芯片IC2的11脚和第二电流采样芯片IC3的16脚均接电源VCC；

低边电机驱动模块M5包括N型MOS管S3，MOS管S3的栅极连接主芯片MCU的GPIO4脚，MOS管S3的漏极连接节点B，N型MOS管S3的源极连接节点A；

冗余电机驱动开关模块M4包括N型MOS管MOS1、MOS管MOS2和继电器RELAY，继电器RELAY包括第一继电器电路和第二继电器电路，第一继电器电路Ⅰ主要由线圈F1、动触点G1、静触点J1和静触点J2组成，MOS管S1的栅极连接到主芯片MCU的GPIO2脚，MOS管S1的源极接地，MOS管S1的漏极连接到线圈F1的一端，线圈F1的另一端连接电源VBAT；动触点G1位于线圈F1的侧方，动触点G1连接到电子驻车系统中的直流电机M的正极，静触点J1和静触点J2分别位于动触点G1的两侧，静触点J1与动触点G1处于常闭状态，静触点J1为常闭触点，动触点G1与静触点J2处于断开状态，静触点J2为常开触点；静触点J1连接到节点C；静触点J2连接电源VBAT；

第二继电器电路主要由线圈F2、动触点G2、静触点J3和静触点J4组成，MOS管S2的栅极连接到主芯片MCU的GPIO3脚，MOS管S2的源极接地，MOS管S2的漏极连接到线圈F2的一端，线圈F2的另一端连接电源VBAT；动触点G2位于线圈F2的侧方，动触点G2连接到直流电机M的负极，静触点J3和静触点J4分别位于动触点G2的两侧，静触点J3为常闭触点，动触点G2与静触点J3处于常闭状态；静触点J4为常开触点，动触点G2与静触点J4处于断开状态；静触点J3连接到节点C，静触点J4连接电源VBAT。

2.根据权利要求1所述的一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路，其特征在于：第一电流采样芯片IC2和第二电流采样芯片IC3的型号均采用INA193，第一电流采样芯片IC2的7脚、8脚、9脚、10脚、11脚分别为VIN+脚、GND脚、VIN-脚、OUT1脚、VCC脚，第二电流采样芯片IC3的12脚、13脚、14脚、15脚、16脚分别为VIN+脚、GND脚、VIN-脚、OUT2脚、VCC脚。

3.根据权利要求1所述的一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路，其特征在于：所述的电源VBAT为车载蓄电池。

4.根据权利要求1所述的一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路，其特征在于：所述的电阻R4和电阻R6为正温度系数电阻，所述的电阻R3、R5为负温度系数电阻；所述的电阻R3、R4、R5、R6采用功率在2W至3W范围内的大功率电阻。

5.根据权利要求1所述的一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路，其特征在于：主芯片MCU的型号为MC9S12P128。

6.根据权利要求1所述的一种电子驻车系统的直流电机电流检测控制电路，其特征在于：所述的三极管Q1为NPN型，所述的三极管Q2为PNP型。

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