CN210653289U

CN210653289U - 集成式单芯片eps控制器

Info

Publication number: CN210653289U
Application number: CN201920978412.0U
Authority: CN
Inventors: 黄瑞; 刘锴; 林联伟
Original assignee: Zhuzhou Elite Electro Mechanical Co ltd
Current assignee: Hunan Dongjia Intelligent Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2020-06-02
Anticipated expiration: 2029-06-27

Abstract

集成式单芯片EPS控制器，涉及电动助力转向系统技术领域，该集成式单芯片EPS控制器包括点火开关电路和三相功率桥，还包括集成式的中央处理器，中央处理器集成有控制模块、电源模块、CAN通讯模块、温度采样模块、预驱模块和电流采样模块，电源模块、CAN通讯模块、温度采样模块、预驱模块、电流采样模块分别与控制模块电连接，温度采样模块、预驱模块、电流采样模块还分别与三相功率桥电连接，点火开关电路为中央处理器提供电源。本实用新型提供的集成式单芯片EPS控制器具有高集成化、电路简单、体积小、可靠性好的特点。

Description

集成式单芯片EPS控制器

技术领域

本实用新型涉及电动助力转向系统技术领域，尤其指一种集成式单芯片EPS控制器。

背景技术

如图1所示，传统的EPS控制器由中央处理单元MCU、电源模块、预驱模块、电流采样模块、温度采样模块、CAN通讯模块以及三相功率桥组成。系统通过扭矩传感器采集方向盘的扭矩及角度信号，通过CAN采集到发动机转速和车速信号，传递给中央处理单元MCU，MCU根据内部算法计算电流大小，并结合电机位置传感器采集到的电机角度信号，控制预驱模块输出控制信号使三相功率桥输出相应的电流，同时，电流采样模块实时采集电机的电流反馈给MCU，调节控制输出的电流，以实现电流的PID调节。

一直以来，关于EPS控制器的改进很少，传统的EPS控制器普遍存在一个分立器件过多，电路复杂，体积大（安装不方便）的问题，究其原因主要在于，在传统的EPS控制器中，MCU、电源模块、预驱模块、电流采样模块、温度采样模块、CAN通讯模块需要各自使用一个芯片，每个芯片不共用，彼此分立开来，这不仅使得电路复杂化，还存在单点失效率高，可靠性不好的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高集成化、体积小、可靠性好的集成式单芯片EPS控制器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种集成式单芯片EPS控制器，包括三相功率桥和集成式的中央处理器，所述中央处理器集成有控制模块、电源模块、CAN通讯模块、温度采样模块、预驱模块和电流采样模块，所述电源模块、CAN通讯模块、温度采样模块、预驱模块、电流采样模块分别与控制模块电连接，所述温度采样模块、预驱模块、电流采样模块还分别与三相功率桥电连接；所述三相功率桥用于将直流电源转变为给交流电机使用的三相交流电源。

进一步地，所述中央处理器采用型号为MC9S12ZVM的单片机，该集成式单芯片EPS控制器还包括由IG信号来控制单片机电源通断的点火开关电路，所述单片机的1号引脚为电源模块的输入端，其与点火开关电路电连接，所述单片机的39号引脚及41号引脚为CAN通讯模块的输入端，所述单片机的47号、44号、59号、56号、50号、53号引脚均为预驱模块的输出端，所述单片机的26号引脚及34号引脚为电流采样模块的输入端，所述单片机的35号引脚为温度采样模块的输入端。

更进一步地，所述三相功率桥至少包括MOS管Q1、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6，所述MOS管Q1和MOS管Q4串联后一端与电机连接、另一端接地，所述MOS管Q2和MOS管Q5串联后一端与电机连接、另一端接地，所述MOS管Q3和MOS管Q6串联后一端与电机连接、另一端接地；

所述单片机的46号引脚串联电容C85后与单片机的48号引脚电连接，所述单片机的48号引脚电连接于MOS管Q2和MOS管Q5之间，所述单片机的47号引脚输出高边驱动信号AH用于控制MOS管Q2的导通及关闭，所述单片机的44号引脚输出低边驱动信号AL用于控制MOS管Q5的导通及关闭；

所述单片机的58号引脚串联电容C88后与单片机的60号引脚电连接，所述单片机的60号引脚电连接于MOS管Q1和MOS管Q4之间，所述单片机的59号引脚输出高边驱动信号BH用于控制MOS管Q1的导通及关闭，所述单片机的56号引脚输出低边驱动信号BL用于控制MOS管Q4的导通及关闭；

所述单片机的51号引脚串联电容C91后与单片机的49号引脚电连接，所述单片机的49号引脚电连接于MOS管Q3和MOS管Q6之间，所述单片机的50号引脚输出高边驱动信号CH用于控制MOS管Q3的导通及关闭，所述单片机的53号引脚输出低边驱动信号CL用于控制MOS管Q6的导通及关闭；

所述三相功率桥的接地端下拉电阻R53，所述单片机的26号引脚串联电阻R90后电连接于电阻R53的一端，所述单片机的34号引脚串联电阻R91后电连接于电阻R53的另一端。

更进一步地，所述点火开关电路至少包括三极管Q31和三极管Q32，IG信号控制所述三极管Q32的通断，所述三极管Q32控制三极管Q31的通断，所述三极管Q31导通时为单片机提供12V的电源电压。

再进一步地，该EPS控制器还包括电压转换电路，所述电压转换电路至少包括三极管V81、三极管V82和三极管V83；所述三极管V81、三极管V82和三极管V83的输入端均接入12V的电源电压，所述三极管V81、三极管V82和三极管，V83的控制端分别与单片机的9号引脚、11号引脚、14号引脚电连接，所述三极管V81、三极管V82和三极管V83的输出端均输出5V的工作电压。

优选地，该EPS控制器还包括高边开关，所述高边开关的输入端与单片机的23号引脚电连接，所述高边开关的输出端与三相功率桥连接，所述高边开关用于防止三相功率桥过电流输出。

再优选地，所述单片机的41号引脚及39号引脚电分别与一个共模电感L81的输出端电连接，所述共模电感L81的输入端接入CAN信号。

本实用新型提供的集成式单芯片EPS控制器，其中央处理器是一个NVM+UHV 16位的汽车微控制器芯片，此芯片提供集成40 V模拟组件能力的技术，双ADC与脉宽调制同步产生和集成“高压”模拟模块，包括电压调节器（VREG）、门驱动单元（GDU）以及本地互联网络（LIN）物理层或CAN物理层集成收发器。这些特点使一个完全集成的单芯片解决方案把原有传统控制器的几个主要电路模块（电源模块、通讯模块、预驱模块、电流采样模块、温度采样模块）都集成到了一个芯片内，集成后，搭建集成式单芯片EPS控制器的外围电路很简单，只需一些阻容器件及晶体管，即可实现传统EPS控制器的全部功能。由此可见，本实用新型所涉集成式单芯片EPS控制器仅需使用一个控制芯片，整体集成度高、电路简单，如此既可以有效简化电路结构，使得整个控制器的体积变小，便于安装，且控制器内各器件的功率密度高、可靠性好。

附图说明

图1为传统的EPS控制器的结构框图；

图2为本实用新型所涉集成式单芯片EPS控制器的结构框图；

图3为本实用新型所涉集成式单芯片EPS控制器的中央处理器的电路原理图；

图4为本实用新型所涉集成式单芯片EPS控制器的三相功率桥的电路原理图；

图5为本实用新型所涉集成式单芯片EPS控制器的点火开关电路的原理图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

在阐述本实施方式的集成式单芯片EPS控制器之前，需要说明的是，在传统的EPS控制器中，电源模块包括点火开关电路和电压转换芯片，如图5所示，IG信号（点火信号）经电阻R34、电容C34滤波后控制三极管Q32开关，进而控制三极管Q31导通状态，使外部电池电源DRV_ BAT经过电容C31、电容Q31输出电源电压12V，该12V的电源电压再被输入至电压转换芯片中，转换为5V的电压后输出给中央处理器MCU。

如图2、图3所示，一种集成式单芯片EPS控制器，包括三相功率桥和集成式的中央处理器，中央处理器集成有控制模块、电源模块、CAN通讯模块、温度采样模块、预驱模块和电流采样模块，电源模块、CAN通讯模块、温度采样模块、预驱模块、电流采样模块分别与控制模块电连接，温度采样模块、预驱模块、电流采样模块还分别与三相功率桥电连接；三相功率桥用于将直流电源转变为给交流电机使用的三相交流电源。

在上述实施方式提供的集成式单芯片EPS控制器中，中央处理器是一个NVM+UHV16位的汽车微控制器芯片，此芯片提供集成40 V模拟组件能力的技术，双ADC与脉宽调制同步产生和集成“高压”模拟模块，包括电压调节器（VREG）、门驱动单元（GDU）以及本地互联网络（LIN）物理层或CAN物理层集成收发器。这些特点使一个完全集成的单芯片解决方案把原有传统控制器的几个主要电路模块（电源模块、通讯模块、预驱模块、电流采样模块、温度采样模块）都集成到了一个芯片内。至于该集成式单芯片EPS控制器的外围电路很简单，只需一些阻容器件及晶体管，即可实现传统EPS控制器的全部功能。

具体的，本实施方式中的中央处理器采用型号为MC9S12ZVM的单片机，该集成式单芯片EPS控制器还包括由IG信号来控制单片机电源通断的点火开关电路，单片机的1号引脚为电源模块的输入端，其与点火开关电路电连接，单片机的39号引脚及41号引脚为CAN通讯模块的输入端，其接入CAN信号，实现单片机与外部CAN信号进行实时通讯，单片机的47号、44号、59号、56号、50号、53号引脚均为预驱模块的输出端，其把单片机的控制信号转变为能驱动三相功率桥的信号，单片机的26号引脚及34号引脚为电流采样模块的输入端，其将实时采集到的电机的电流反馈给单片机，单片机的35号引脚为温度采样模块的输入端，其将采集到的主要发热功率器件附近的PCB板温度反馈给单片机。

传统的EPS控制器，其采用双电阻采样法进行电流采样，而本实施方式中的集成式单芯片EPS控制器，由于其中央处理器采用型号为MC9S12ZVM的单片机，因此，其需要采用单电阻采用法进行电流采样，与传统的双电阻采样法相比，此种单电阻采样法对电机的控制算法的采样时刻点的精度更高，鉴于此，本实施方式搭建的三相功率桥可以是如图4所示，该三相功率桥包括MOS管Q1、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6，MOS管Q1和MOS管Q4串联后一端与电机的第一相线连接、另一端接地，MOS管Q2和MOS管Q5串联后一端与电机的第二相线连接、另一端接地，MOS管Q3和MOS管Q6串联后一端与电机的第三相线连接、另一端接地；

单片机的46号引脚串联电容C85后与单片机的48号引脚电连接，单片机的48号引脚电连接于MOS管Q2和MOS管Q5之间，在此单片机的48号引脚与46号脚之间接个自举电容C85可以为高边MOS管Q2提供驱动电压，单片机的47号引脚输出高边驱动信号AH用于控制MOS管Q2的导通及关闭，单片机的44号引脚输出低边驱动信号AL用于控制MOS管Q5的导通及关闭；

单片机的58号引脚串联电容C88后与单片机的60号引脚电连接，单片机的60号引脚电连接于MOS管Q1和MOS管Q4之间，在此单片机的58号引脚与60号脚之间接个自举电容C88可以为高边MOS管Q1提供驱动电压，单片机的59号引脚输出高边驱动信号BH用于控制MOS管Q1的导通及关闭，单片机的56号引脚输出低边驱动信号BL用于控制MOS管Q4的导通及关闭；

单片机的51号引脚串联电容C91后与单片机的49号引脚电连接，单片机的49号引脚电连接于MOS管Q3和MOS管Q6之间，在此单片机的51号引脚与49号脚之间接个自举电容C91可以为高边MOS管Q3提供驱动电压，单片机的50号引脚输出高边驱动信号CH用于控制MOS管Q3的导通及关闭，单片机的53号引脚输出低边驱动信号CL用于控制MOS管Q6的导通及关闭；

需要提出说明的是，单片机与三相功率桥相连接的线路上还设有电阻R83、R84、R85、R86、R88、R89，这些电阻为限流电阻，用于调整其对应MOS的导通时间；

为实现单电阻采样，三相功率桥的接地端下拉电阻R53，单片机的26号引脚串联电阻R90后电连接于电阻R53的一端，单片机的34号引脚串联电阻R91后电连接于电阻R53的另一端。本实施方式的电流采样模块集成在单片机中，采样信号通过图3中单片机的BUSS及BUSSG端口送入单片机中。

更进一步地，如图5所示，点火开关电路至少包括三极管Q31和三极管Q32，IG信号控制三极管Q32的通断，三极管Q32控制三极管Q31的通断，三极管Q31导通时为单片机提供12V的电源电压。IG信号（点火信号）经电阻R34、电容C34滤波后控制三极管Q32开关，进而控制三极管Q31导通状态，使外部电池电源DRV_ BAT经过电容C31、电容Q31输出电源电压12V，其中电容C38、电阻R32、电阻R35、电容C33为滤波电路，滤除电源的噪声干扰，使输出电压更加稳定。

再进一步地，该EPS控制器还包括电压转换电路，电压转换电路至少包括三极管V81、三极管V82和三极管V83；三极管V81、三极管V82和三极管V83的输入端均接入12V的电源电压，三极管V81、三极管V82和三极管，V83的控制端分别与单片机的9号引脚、11号引脚、14号引脚电连接，三极管V81、三极管V82和三极管V83的输出端均输出5V的工作电压。

优选地，该EPS控制器还包括高边开关，高边开关的输入端与单片机的23号引脚电连接，高边开关的输出端与三相功率桥连接，高边开关用于防止三相功率桥过电流输出。

再优选地，单片机的41号引脚及39号引脚电分别与一个共模电感L81的输出端电连接，共模电感L81的输入端接入CAN信号。

在上述实施方式中，点火开关电路提供的电源电压直接输入进单片机的VSUP脚（1号引脚）为单片机供电，单片机的BCTL脚（9号引脚）输出信号给三极管V81使之工作在放大区，输出现5V电源给板内其它器件供电，同理BCTLS1脚（11号引脚）、BCTLS1脚（14号引脚）输出信号给三极管V82、三极管V83，输出2路5V给外部扭矩传感器及电机位置传感器供电。单片机内部集成了CAN收发器，外部CAN信号通过共模电感L81滤波后输入到单片机中，单片机直接输出驱动信号AH/AL、BH/BL、BH/BL给三相功率桥。

上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本实用新型相对于现有技术的改进之处，本实用新型的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本实用新型的内容。

Claims

1.集成式单芯片EPS控制器，其特征在于：包括三相功率桥和集成式的中央处理器，所述中央处理器集成有控制模块、电源模块、CAN通讯模块、温度采样模块、预驱模块和电流采样模块，所述电源模块、CAN通讯模块、温度采样模块、预驱模块、电流采样模块分别与控制模块电连接，所述温度采样模块、预驱模块、电流采样模块还分别与三相功率桥电连接；所述三相功率桥用于将直流电源转变为给交流电机使用的三相交流电源。

2.根据权利要求1所述的集成式单芯片EPS控制器，其特征在于：所述中央处理器采用型号为MC9S12ZVM的单片机，该集成式单芯片EPS控制器还包括由IG信号来控制单片机电源通断的点火开关电路，所述单片机的1号引脚为电源模块的输入端，其与点火开关电路电连接，所述单片机的39号引脚及41号引脚为CAN通讯模块的输入端，所述单片机的47号、44号、59号、56号、50号、53号引脚均为预驱模块的输出端，所述单片机的26号引脚及34号引脚为电流采样模块的输入端，所述单片机的35号引脚为温度采样模块的输入端。

3.根据权利要求2所述的集成式单芯片EPS控制器，其特征在于：

所述三相功率桥至少包括MOS管Q1、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6，所述MOS管Q1和MOS管Q4串联后一端与电机连接、另一端接地，所述MOS管Q2和MOS管Q5串联后一端与电机连接、另一端接地，所述MOS管Q3和MOS管Q6串联后一端与电机连接、另一端接地；

4.根据权利要求3所述的集成式单芯片EPS控制器，其特征在于：所述点火开关电路至少包括三极管Q31和三极管Q32，IG信号控制所述三极管Q32的通断，所述三极管Q32控制三极管Q31的通断，所述三极管Q31导通时为单片机提供12V的电源电压。

5.根据权利要求4所述的集成式单芯片EPS控制器，其特征在于：该EPS控制器还包括电压转换电路，所述电压转换电路至少包括三极管V81、三极管V82和三极管V83；所述三极管V81、三极管V82和三极管V83的输入端均接入12V的电源电压，所述三极管V81、三极管V82和三极管，V83的控制端分别与单片机的9号引脚、11号引脚、14号引脚电连接，所述三极管V81、三极管V82和三极管V83的输出端均输出5V的工作电压。

6.根据权利要求5所述的集成式单芯片EPS控制器，其特征在于：该EPS控制器还包括高边开关，所述高边开关的输入端与单片机的23号引脚电连接，所述高边开关的输出端与三相功率桥连接，所述高边开关用于防止三相功率桥过电流输出。

7.根据权利要求6所述的集成式单芯片EPS控制器，其特征在于：所述单片机的41号引脚及39号引脚电分别与一个共模电感L81的输出端电连接，所述共模电感L81的输入端接入CAN信号。