CN220122790U - 一种电机控制器母线电容的恒流放电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电机控制器母线电容的恒流放电电路，其中：恒流放电单元的第一端分别与高压电源的正极和母线电容的一端相连；高压电源的负极、母线电容的另一端、恒流放电单元的第二端以及隔离变压器的原边第一端连接高压地；恒流放电单元的控制端与隔离单元的第一端相连；隔离单元的第三端与隔离变压器的原边第二端相连；隔离单元的第二端与MCU的第一端相连；电源芯片的第一端与MCU的第二端相连；电源芯片的第二端与隔离变压器的副边第一端相连；电源芯片的第三端与低压电源的正极相连；电源芯片的第四端、隔离变压器的副边第二端、低压电源的负极均连接低压地；也即采用恒流放电的方式对母线电容进行放电，缩短母线电容放电时间。

Description

一种电机控制器母线电容的恒流放电电路

技术领域

本实用新型属于主驱电机控制器技术领域，更具体的说，尤其涉及一种电机控制器母线电容的恒流放电电路。

背景技术

在电机控制器的高压侧有一个较大容值和耐压的母线电容，由于整车给控制器供高压电。该母线电容会因该高压电充满电，但是当高压电掉电之后，该母线电容上的电荷没有地方消耗，存在安全隐患，所以需要设计母线电容的放电电路。

目前，10KW以内的水泵类电机控制器采用直接用并联电阻的方式来对母线电容进行放电。

但是，采用并联电阻方式放电的速度慢，同时，由于这种只适用于这种无位置传感类的水泵电机传感器，而主驱电机控制器有个旋变位置传感器，无法做到与高压是相同的“地”，所以主驱电机控制器的MCU需要采用隔离方式进行电容放电，也即现有方案无法适用于主驱电机控制器。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电机控制器母线电容的恒流放电电路，用于采用恒流放电的方式对母线电容进行放电，缩短母线电容放电时间；同时，低压侧与高压侧不同地，而主驱电机控制器的MCU需要采用隔离方式进行电容放电，进而适用于主驱电机控制器。

本申请公开了一种电机控制器母线电容的恒流放电电路，包括：高压电源、低压电源、母线电容、恒流放电单元、隔离单元、MCU、电源芯片和隔离变压器；

所述恒流放电单元的第一端分别与所述高压电源的正极和所述母线电容的一端相连；

所述高压电源的负极、所述母线电容的另一端、所述恒流放电单元的第二端以及所述隔离变压器的原边第一端连接高压地；

所述恒流放电单元的控制端与所述隔离单元的第一端相连；

所述隔离单元的第三端与所述隔离变压器的原边第二端相连；

所述隔离单元的第二端与所述MCU的第一端相连；

所述电源芯片的第一端与所述MCU的第二端相连；

所述电源芯片的第二端与所述隔离变压器的副边第一端相连；

所述电源芯片的第三端与所述低压电源的正极相连；

所述电源芯片的第四端、所述隔离变压器的副边第二端、所述低压电源的负极均连接低压地。

可选的，在上述电机控制器母线电容的恒流放电电路中，还包括：电源单元；

所述隔离单元的第三端通过电源单元与所述隔离变压器的原边第二端相连；

所述隔离单元的第四端连接所述低压地。

可选的，所述电源单元为隔离电源芯片。

可选的，所述隔离电源芯片为DC/DC芯片或LDO芯片。

可选的，在上述电机控制器母线电容的恒流放电电路中，所述隔离单元包括：隔离光耦。

可选的，在上述电机控制器母线电容的恒流放电电路中，所述隔离光耦中的发光二极管的阳极作为所述隔离单元的第二端；

所述隔离光耦中的发光二极管的阴极作为所述隔离单元的第四端；

所述隔离光耦中的三极管的输入端作为所述隔离单元的第一端；

所述隔离光耦中的三极管的输出端作为所述隔离单元的第三端。

可选的，在上述电机控制器母线电容的恒流放电电路中，所述隔离光耦采用TLX9291A。

可选的，在上述电机控制器母线电容的恒流放电电路中，所述恒流放电单元，包括：限流单元、第一偏置电阻、第二偏置电阻、第一开关和第二开关；

所述第一开关的第一端作为所述恒流放电单元的第一端；

所述第一开关的控制端分别与所述第二开关的第一端、所述第一偏置电阻的一端和第二偏置电阻的一端相连；

所述第一偏置电阻的另一端作为所述恒流放电单元的控制端；

所述限流单元的一端分别与所述第一开关的第二端与所述第二开关的控制端相连；

所述限流单元的另一端与所述第二偏置电阻的另一端均连接高压地；

所述第二开关的第二端作为所述恒流放电单元的第二端。

可选的，在上述电机控制器母线电容的恒流放电电路中，所述限流单元包括：限流电阻；

所述限流电阻设置于，所述第一开关的第二端与所述第二开关的控制端之间的连接点与高压地之间。

可选的，所述低压电源为12V电源。

从上述技术方案可知，本实用新型提供的一种电机控制器母线电容的恒流放电电路，其中：恒流放电单元的第一端分别与高压电源的正极和母线电容的一端相连；高压电源的负极、母线电容的另一端、恒流放电单元的第二端以及隔离变压器的原边第一端连接高压地；恒流放电单元的控制端与隔离单元的第一端相连；隔离单元的第三端与隔离变压器的原边第二端相连；隔离单元的第二端与MCU的第一端相连；电源芯片的第一端与MCU的第二端相连；电源芯片的第二端与隔离变压器的副边第一端相连；电源芯片的第三端与低压电源的正极相连；电源芯片的第四端、隔离变压器的副边第二端、低压电源的负极均连接低压地；也即采用恒流放电的方式对母线电容进行放电，缩短母线电容放电时间；同时，低压侧与高压侧不同地，而主驱电机控制器的MCU需要采用隔离方式进行电容放电，进而适用于主驱电机控制器。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种电机控制器母线电容的恒流放电电路的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种电机控制器母线电容的恒流放电电路的示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种电机控制器母线电容的恒流放电电路的示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种电机控制器母线电容的恒流放电电路的示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种电机控制器母线电容的恒流放电电路的示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种电机控制器母线电容的恒流放电电路的示意图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种电机控制器母线电容的恒流放电电路的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请实施例提供了一种电机控制器母线电容的恒流放电电路，用于解决现有技术中，采用并联电阻方式放电的速度慢，同时，由于这种只适用于无位置传感类的水泵电机传感器，而主驱电机控制器有个旋变位置传感器，无法做到与高压是相同的“地”，所以主驱电机控制器的MCU需要采用隔离方式进行电容放电，也即现有方案无法适用于主驱电机控制器的问题。

参见图1，该电机控制器母线电容C1的恒流放电电路包括：高压电源HV、低压电源LV、母线电容C1、恒流放电单元、隔离单元、MCU、电源芯片和隔离变压器T。

恒流放电单元的第一端分别与高压电源HV的正极和母线电容C1的一端相连。

也就是说，高压电源HV可以对母线电容C1进行充电，在高压电源HV掉电之后，可以通过该恒流放电单元对该母线电容C1进行放电。

另外，该恒流放电单元采用恒流放电模式，进而可以缩短母线电容C1放电的时间。

需要说明的是，该母线电容C1与高压电源HV相连的一端作为该母线电容C1的正极。

高压电源HV的负极、母线电容C1的另一端、恒流放电单元的第二端以及隔离变压器T的原边第一端连接高压地HVGND。

该母线电容C1可以采用680uF，400V的电容。

恒流放电单元的控制端与隔离单元的第一端相连。

隔离单元的第三端与隔离变压器T的原边第二端相连。

具体的，该隔离单元通过隔离变压器T接收低压电源LV的供电，也即，该低压电源LV经隔离变压器T进行变压之后为该隔离单元供电。

隔离单元的第二端与MCU的第一端相连。

也就是说，恒流放电单元的控制端通过隔离单元与MCU的第一端相连。

因此，MCU对于恒流放电单元的控制采用隔离性的驱动。

电源芯片的第一端与MCU的第二端相连。

也就是说，MCU通过电源芯片，接收低压电源LV的供电。

具体的，该低压电源LV经过该电源芯片处理后为该MCU供电。

电源芯片的第二端与隔离变压器T的副边第一端相连。

电源芯片的第三端与低压电源LV的正极相连。

电源芯片的第四端、隔离变压器T器的副边第二端、低压电源LV的负极均连接低压地GND。

需要说明的是，该隔离变压器T的高压侧上所有器件均连接高压地HVGND；隔离变压器T的低压侧上所有器件均连接低压地GND；也就是说，实现了高压侧与低压侧不同地。

可以通过隔离变压器T两侧来划分高压侧和低压侧。

进而，所以MCU对于恒流放电单元的控制采用隔离性的驱动，以满足高压侧与低压侧之间的隔离并控制的目的。

在本实施例中，恒流放电单元的第一端分别与高压电源HV的正极和母线电容C1的一端相连；高压电源HV的负极、母线电容C1的另一端、恒流放电单元的第二端以及隔离变压器T的原边第一端连接高压地HVGND；恒流放电单元的控制端与隔离单元的第一端相连；隔离单元的第三端与隔离变压器T的原边第二端相连；隔离单元的第二端与MCU的第一端相连；电源芯片的第一端与MCU的第二端相连；电源芯片的第二端与隔离变压器T的副边第一端相连；电源芯片的第三端与低压电源LV的正极相连；电源芯片的第四端、隔离变压器T器的副边第二端、低压电源LV的负极均连接低压地GND；也即采用恒流放电的方式对母线电容C1进行放电，缩短母线电容C1放电时间；同时，低压侧与高压侧不同地，而主驱电机控制器的MCU需要采用隔离方式进行电容放电，进而适用于主驱电机控制器。

另外，该低压电源LV可以是12V电源。

当然也不排除其他电源，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，母线电容的恒流放电电路均属于该电机控制器的组成部件，当然电机控制器还包括其他组成部件，如旋变位置传感器等。由于电机控制器中的旋变位置传感器等接口只能在12V电池这侧的低压侧，且MCU需要与旋变位置传感器等接口同地，所以MCU与12V电池是相同的地。

电源芯片负责给MCU供电，同时驱动隔离变压器T给恒流放电单元进行供电。隔离光耦U1是为了能将MCU的控制信号隔离后去控制恒流放电的使能。也即恒流放电电路是替代现有技术中的开关和电阻的功能。

恒流放电的主要好处是比现有技术的放电速度快。假设同样是400V680uF，按照最大100mA进行放电。

现有技术按照最大100mA并联电阻就是400V/100mA＝4KΩ，这个时候要将电容上的电荷放完的时间是5*680uF*4KΩ＝13.6S。

而恒流放电单元放电时间是400V*680uF/0.1A＝2.72S。

因此，相比较于现有技术，本申请的放电速度有了极大的提高。

在实际应用中，参见图2，该电机控制器母线电容的恒流放电电路，还包括：电源单元。

隔离单元的第三端通过电源单元与隔离变压器T的原边第二端相连。

隔离单元的第四端连接低压地GND。

具体的，该电源单元可以是隔离电源芯片，该隔离电源芯片可以是DC/DC芯片也可以是LDO芯片，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，参见图3，隔离单元包括：隔离光耦。

具体的，该隔离光耦可以采用TLX9291A。当然也可以是采用其他型号的隔离光耦，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在在本申请的保护范围内。

隔离单元的两侧是隔离开的，也即，MCU与恒流放电电路隔离开，MCU可以是对该恒流放电电路进行隔离控制。其中，隔离单元的第一端和第三端属于一侧，隔离单元的第二端和第四端属于另一侧；也即，第一端和第三端这一侧，与第二端和第四端这一侧隔离。

在实际应用中，参见图4，隔离光耦U1中的发光二极管的阳极作为隔离单元的第二端。

具体的，隔离光耦U1中的发光二极管的阳极作为隔离单元的第二端与MCU的第一端相连。

该MCU的第一端可以是GPIO端口，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

隔离光耦U1中的发光二极管的阴极作为隔离单元的第四端。

具体的，该隔离光耦U1中的发光二极管的阴极作为隔离单元的第四端、连接低压地GND。

隔离光耦U1中的三极管的输入端作为隔离单元的第一端。

具体的，该隔离光耦U1中的三极管的输入端作为隔离单元的第一端、与隔离变压器T的原边第二端相连。

隔离光耦U1中的三极管的输出端作为隔离单元的第三端。

具体的，该隔离光耦U1中的三极管的输出端作为该隔离单元的第三端与恒流放电单元的第三端相连。

三极管的输入端为该三极管的基极；该三极管的输出端为该三极管的集电极。

现在对隔离光耦U1的工作原理进行说明：

在隔离光耦U1中的发光二极管的阳极接收到MCU的GPIO口的信号，如GPIO＝1时，该发光二极管处于发光状态，该隔离光耦U1中的三极管受发光二极管的影响，该隔离光耦U1中的三极管导通，进而将该三极管输入端处的电源连接至恒流放电单元的控制端；该恒流放电单元开始进行恒流放电。

在隔离光耦U1中的发光二极管的阳极未接收到MCU的GPIO口的信号，如GPIO＝0时，该发光二极管处于熄灭状态，该隔离光耦U1中的三极管受发光二极管的影响，该隔离光耦U1中的三极管关断，进而将该三极管输入端和输出端之间断开连接，恒流放电单元的控制端未接收到相应的信号；该恒流放电单元停止放电。

在实际应用中，参见图5，恒流放电单元，包括：限流单元、第一偏置电阻R2、第二偏置电阻R3、第一开关Q1和第二开关Q2。

第一开关Q1的第一端作为恒流放电单元的第一端。

具体的，该第一开关Q1的第一端作为恒流放电单元的第一端、分别与高压电源HV的正极和母线电容C1的一端相连。

第一开关Q1的控制端分别与第二开关Q2的第一端、第一偏置电阻R2的一端和第二偏置电阻R3的一端相连。

第一偏置电阻R2的另一端作为恒流放电单元的控制端。

具体的，第一偏置电阻R2的另一端作为恒流放电单元的控制端、与隔离单元的第三端相连。

更为具体的，该第一偏置电阻R2的另一端作为恒流放电单元的控制端、与隔离光耦U1中的三极管的输出端相连。

限流单元的一端分别与第一开关Q1的第二端与第二开关Q2的控制端相连。

限流单元的另一端与第二偏置电阻R3的另一端均连接高压地HVGND。

第二开关Q2的第二端作为恒流放电单元的第二端。

具体的，该第二开关Q2的第二端作为该恒流放电单元的第二端，连接高压地HVGND。

在实际应用中，参见图6，限流单元包括：限流电阻R1。

限流电阻R1设置于，第一开关Q1的第二端与第二开关Q2的控制端之间的连接点与高压地HVGND之间。

具体的，限流电阻R1的一端分别与第一开关Q1的第二端与第二开关Q2的控制端相连；限流电阻R1的另一端连接高压地HVGND。

需要说明的是，也可以将限流单元的另一端、第二偏置电阻R3的另一端、共同第二开关Q2的第二端作为恒流放电单元的第二端，均连接高压地HVGND。

参见图7，其示出了隔离单元和恒流放电单元的示意图，下面对恒流放电电路中各个器件的功能进行说明：

第二偏置电阻R3是为了给NMOS提供Vgs偏置电压。

第一偏置电阻R2是为了更好的调节NMOS的Vgs偏置电压。

限流电阻R1是为了设置恒流放电的电流值，具体结合第二开关Q2进行讲解：

第二开关Q2是为了实现恒流限值，当限流电阻R1上流过的电流Ids_Q1，Ids_Q1*R1>Vbe_Q2时会将第二开关Q2开启，此时会将第一开关Q1控制到恒流区域。

第一开关Q1是个NMOS，该器件为恒流放电的主功率器件。

需要说明的是，光耦的左侧就是高压地HVGND，光耦的右侧就是低压地GND，MCU也是在此低压侧进行控制。VDD5V_WL就是12V电池输入经过隔离变压之后的隔离电源。其他的器件都是为了实现恒流驱动所做的设计。

下面对MCU控制恒流放电单元的过程进行说明：

(1)当MCU的第一端无信号输出时，隔离单元关闭输出，第一开关Q1和第二开关Q2均处于关闭状态，停止对母线电容C1放电。

具体的，如图7所示，当MCU GPIO＝0时，会关闭隔离光耦U1输出，此时第二偏置电阻R3上的分压是0V，则第一开关Q1处于关闭状态，则不会对高压母线电容C1进行放电。则限流单元的电流也即第一开关Q1的电流Ids_Q1＝0A，所以第二开关Q2也处于关闭状态。

(2)当MCU的第一端有信号输出时，隔离单元开启输出，第一开关Q1处于开启状态，开始对母线电容C1进行放电。

具体的，如图7所示，当MCU GPIO＝1时，会开启隔离光耦U1输出，此时第二偏置电阻R3和第一偏置电阻R2的分压，使得第一开关Q1进入开启状态，此时开始对高压母线电容C1进行放电。

(3)当限流单元的电压大于第二开关Q2的导通电压时，第二开关Q2处于开启状态，将第一开关Q1控制到恒流区域。

具体的，开始对母线电容C1进行放电后，限流单元的电流也即第一开关Q1的电流Ids_Q1慢慢变大。当限流单元上流过的电流Ids_Q1满足ds_Q1*R1>Vbe_Q2时，会将第二开关Q2开启，此时会将第一开关Q1控制到恒流区域，这样就完成了恒流放电的功能。

其中，Vbe_Q2为第二开关Q2的导通阈值电压。

如图7所示，具体的放电路径为HV+到第一开关Q1到限流电阻R1回到HV-；其中，HV+为高压正极，HV-为高压负极，也即高压地HVGND。

在本实施例中，通过限流电阻R1的阻值去灵活匹配恒流放电的电流参数，阈值点就是Vbe_Q2除以需要恒流放电的电流值，以达到了简易匹配恒流放电的目的；而且使用恒流放电后整体放电的时间大幅度缩短。

本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电机控制器母线电容的恒流放电电路，其特征在于，包括：高压电源、低压电源、母线电容、恒流放电单元、隔离单元、MCU、电源芯片和隔离变压器；

所述恒流放电单元的第一端分别与所述高压电源的正极和所述母线电容的一端相连；

所述高压电源的负极、所述母线电容的另一端、所述恒流放电单元的第二端以及所述隔离变压器的原边第一端连接高压地；

所述恒流放电单元的控制端与所述隔离单元的第一端相连；

所述隔离单元的第三端与所述隔离变压器的原边第二端相连；

所述隔离单元的第二端与所述MCU的第一端相连；

所述电源芯片的第一端与所述MCU的第二端相连；

所述电源芯片的第二端与所述隔离变压器的副边第一端相连；

所述电源芯片的第三端与所述低压电源的正极相连；

所述电源芯片的第四端、所述隔离变压器的副边第二端、所述低压电源的负极均连接低压地。

2.根据权利要求1所述的电机控制器母线电容的恒流放电电路，其特征在于，还包括：电源单元；

所述隔离单元的第三端通过所述电源单元与所述隔离变压器的原边第二端相连；

所述隔离单元的第四端连接所述低压地。

3.根据权利要求2所述的电机控制器母线电容的恒流放电电路，其特征在于，所述电源单元为隔离电源芯片。

4.根据权利要求3所述的电机控制器母线电容的恒流放电电路，其特征在于，所述隔离电源芯片为DC/DC芯片或LDO芯片。

5.根据权利要求1所述的电机控制器母线电容的恒流放电电路，其特征在于，所述隔离单元包括：隔离光耦。

6.根据权利要求5所述的电机控制器母线电容的恒流放电电路，其特征在于，所述隔离光耦中的发光二极管的阳极作为所述隔离单元的第二端；

所述隔离光耦中的发光二极管的阴极作为所述隔离单元的第四端；

所述隔离光耦中的三极管的输入端作为所述隔离单元的第一端；

所述隔离光耦中的三极管的输出端作为所述隔离单元的第三端。

7.根据权利要求5所述的电机控制器母线电容的恒流放电电路，其特征在于，所述隔离光耦采用TLX9291A。

8.根据权利要求1所述的电机控制器母线电容的恒流放电电路，其特征在于，所述恒流放电单元，包括：限流单元、第一偏置电阻、第二偏置电阻、第一开关和第二开关；

所述第一开关的第一端作为所述恒流放电单元的第一端；

所述第一开关的控制端分别与所述第二开关的第一端、所述第一偏置电阻的一端和第二偏置电阻的一端相连；

所述第一偏置电阻的另一端作为所述恒流放电单元的控制端；

所述限流单元的一端分别与所述第一开关的第二端与所述第二开关的控制端相连；

所述限流单元的另一端与所述第二偏置电阻的另一端均连接高压地；

所述第二开关的第二端作为所述恒流放电单元的第二端。

9.根据权利要求8所述的电机控制器母线电容的恒流放电电路，其特征在于，所述限流单元包括：限流电阻；

所述限流电阻设置于，所述第一开关的第二端与所述第二开关的控制端之间的连接点与高压地之间。

10.根据权利要求1所述的电机控制器母线电容的恒流放电电路，其特征在于，所述低压电源为12V电源。