一种电机控制器逻辑保护及驱动保护的方法 |
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| 申请号 | CN202311850577.7 | 申请日 | 2023-12-29 | 公开(公告)号 | CN117997225A | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
| 申请人 | 西华大学; | 发明人 | 阴晓峰; 何浩; 汤为; 刘轩宇; 吴智敏; 徐延海; 雷雨龙; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 电机 控制器 逻辑保护及驱动保护的方法，电机控制器由控制板、驱动板、电 力 配置单元组成，控制板与驱动板通过连接器连接，并同时与电力配置单元连接；驱动板由U、V、W三相驱动板组成，各相驱动板结构相同；在电机控制器控制板上布置逻辑保护 电路 ，在电机控制器驱动板上布置驱动保护电路；基于三相过流、 母线 过压、IGBT过温比较电路、D触发器电路、故障 信号 清除电路、与 门 电路与反相电路、PWM输出电路实现逻辑保护；驱动保护基于PWM信号输入、栅极驱动、退饱和保护、欠压保护和米勒钳位保护实现。本发明实现对电动 汽车 驱动电机 的控制与快速保护，极大地提升驱动过程的安全性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电机控制器逻辑保护方法，其特征在于，电机控制器由控制板、驱动板、电力配置单元组成，控制板与驱动板通过连接器连接，并同时与电力配置单元连接；驱动板由U、V、W三相驱动板组成，各相驱动板结构相同；在电机控制器控制板上布置逻辑保护电路，在电机控制器驱动板上布置驱动保护电路；逻辑保护电路包括主控MCU、三相电流采集电路、母线电压采集电路、三相IGBT温度采集电路、三相过流比较电路、母线过压比较电路、三相IGBT过温比较电路、D触发器电路、故障信号清除电路、第一与门电路、第二与门电路、反相电路和PWM输出电路；逻辑保护具体步骤如下： |
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| 说明书全文 | 一种电机控制器逻辑保护及驱动保护的方法技术领域背景技术[0002] 电动汽车电机控制器是控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置，由驱动电机控制电路、驱动电路和电力配置单元组成，通过对IGBT导通与关断控制，将动力源提供的直流电转换为交流电，并且控制驱动电机的扭矩和转速，因此，确保电机控制器电路安全对电动汽车十分重要。 [0003] 电机控制器使用过程中，由于电机的绝缘损坏、外部接线短路等不确定因素会引起电机控制器短路输出过流、过压等故障，过大的输出电流导致IGBT发热，如果不及时关断功率开关管将导致功率开关管过热损坏，因此需要对控制电路与驱动电路工作状态电流电压以及IGBT温度的实时检测，以确保因意外情况发生过流、过压、过温和短路等故障时能够快速关断IGBT实现对电机控制器及电机的保护。同时，在驱动电路中需采用光耦隔离驱动与保护的方式对IGBT实现控制与驱动，以提高电动汽车直流母线高压与控制电路低压部分系统的安全性。 [0004] 在《一种电机控制器的IGBT驱动电路及电机控制器》（CN108565839A）中，设置在电机控制器驱动板上的功能安全电路，以及分别于功能安全电路连接的检测反馈电路和脉冲宽度调制PWM缓冲电路。检测反馈电路检测电机控制器的IGBT模块，当检测到故障时，发送指令信号到功能安全电路，功能安全电路输出相应的控制信号至PWM缓冲电路。缓冲电路产生相应的驱动信号，控制IGBT的通断实现保护。该方案可实现硬件关断的功能，但不能锁存故障信号以及在故障消失时不能迅速地清除故障信号并使电机控制器恢复正常工作。 [0005] 在《一种电动汽车电机控制器的PWM控制信号自锁保护电路》（CN106385249A）中，采用多个与非门、或非门以及锁存器等构成了自锁保护电路。该专利在检测到故障后输出故障信号到保护电路进行互锁，关断控制信号输出，故障消除后由控制器解锁信号进行解锁，控制信号可以正常输出，此方案由于驱动芯片不带保护上、下桥臂同时打开功能，以至对系统故障响应时间较长。 [0006] 在《逻辑保护电路、驱动电机控制器及系统》（CN111756225A）中，采用多个与门、逻辑电路、缓冲器以及逻辑调理电路等构成了逻辑保护电路。该专利在检测到驱动功率电路故障后输出故障信号到基于缓冲处理后的PWM信号对所述功率电路中的IGBT的开通或关断进行控制，因此在逻辑调理电路检测到来自驱动电路发送的任一故障信号时，可以在第一时间对功率电路中IGBT的开通或关断进行控制，从而保证IGBT在使用过程中的保护问题，防止响应不及时造成IGBT损伤。故障消除后由控制器解锁信号进行解锁，控制信号可以正常输出。但其中的故障信号只有电源欠压过压故障、IGBT驱动芯片故障、IGBT未准备好信号，而对诸多短路等意外情况造成的过流、过压以及IGBT过温等故障未全面考虑。 [0007] 在《一种电动汽车电机控制器驱动电路及故障保护方法》（CN112467693A）中，通过实时检测驱动电路原边与副边工作状态，当原边或副边发生欠压、短路、过流故障则反馈故障信号至互锁电路与控制电路。互锁电路对短脉冲抑制后的IGBT控制信号与驱动电路故障反馈信号通过电路互锁，或在控制电路故障输出IGBT上下桥臂同为导通控制信号时对IGBT控制信号互锁，输出低电平关断IGBT信号，从而实现对电动汽车驱动电机控制与电路故障的保护。此方案主要对驱动电路部分保护，对于电机控制器来说保护不够全面，缺少母线过压、三相过流和IGBT过温等故障的保护方法，故障保护功能不够全面。 [0008] 现有电动汽车电机控制器多在驱动电路中采用互锁电路，防止上、下桥臂直通，并对驱动电路短路进行检测，短路故障后由硬件关断控制信号输出实现保护，此类方案成本较低，能够实现如驱动电路短路等故障检测与处理，但不能对母线过压、三相过流和过温等多种故障同时快速保护，故障保护不全面。一些方案对IGBT短路、过流等故障进行实时检测，出现故障时将故障信号发送至主控芯片，当主控芯片检测到故障时使用软件关断PWM信号或IGBT，这种方案存在时延的问题，在控制电路发生故障时存在不能及时关断IGBT的问题，具有一定安全隐患。同时，不能锁存故障信号以及在故障消除后迅速清除故障信号，实用性不足。 [0009] 术语解释：IGBT：绝缘栅双极晶体管（Insulate‑Gate Bipolar Transistor—IGBT）。 [0010] 互锁电路：控制电路中两个或两个以上控制回路之间的相互制约，回路之间彼此相互控制，不允许同时运行。即IGBT上、下桥臂不能同时导通，否则将导致IGBT短路。在上、下桥臂控制信号同时为高电平时，互锁输入信号并同时输出低电平。 [0012] PWM：脉冲宽度调制（Pulse width modulation） 发明内容[0013] 为了保护电动汽车电机控制器及电机，解决现有电动汽车电机控制器产生故障后不能从硬件上快速可靠进行阻断PWM信号并关闭IGBT、锁存故障信号及故障消除后清除故障信号和故障保护不全面的问题。本发明提供一种电机控制器逻辑保护及驱动保护的方法。 [0014] 本发明的一种电机控制器逻辑保护方法，电机控制器由控制板、驱动板、电力配置单元组成，控制板与驱动板通过连接器连接，并同时与电力配置单元连接；驱动板由U、V、W三相驱动板组成，各相驱动板结构相同；在电机控制器控制板上布置逻辑保护电路，在电机控制器驱动板上布置驱动保护电路；逻辑保护电路包括主控MCU、三相电流采集电路、母线电压采集电路、三相IGBT温度采集电路、三相过流比较电路、母线过压比较电路、三相IGBT过温比较电路、D触发器电路、故障信号清除电路、第一与门电路、第二与门电路、反相电路和PWM输出电路；逻辑保护包括以下步骤：步骤1：采集三相电流、母线电压、三相IGBT温度。 [0015] UVW三相电流采集方法相同，其中，U相电流传感器的输出信号先经过R63和C75组成的RC滤波电路，再经过运算放大器OPA2333阻抗匹配，通过运放的输出引脚1输出后经过R65和C76组成的RC滤波后输出采集信号CURRENT_U。 [0016] 在母线电压采集中，采用7个分压电阻R109、R110、R111、R112、R113、R114和R120分压输出到隔离放大器的引脚2，然后经由引脚6和7分别输入到运算放大器的引脚3和4，经运算放大器后将电压信号放大2倍后输出，再经R117和C113组成的RC滤波电路后输出信号VOLTAGE_DC。 [0017] UVW三相IGBT温度采集方法相同，其中，U相IGBT的热敏电阻NTC与串并联电阻R17、R18、R24和R25组成分压电路，经过R27和C30组成的RC滤波电路后输出温度信号TEMP_U。 [0019] 在三相过流比较中，设计上下限阈值分别为4V和1V；UVW三相电流比较方法相同，将三相的电流比较电路通过并联的方式连接，其中，U相将采集到电流信号与设定的上下限阈值电压进行比较，无故障时，输出引脚PHASE‑OVER的电位为3.3V；三相电流若有一路故障，对应输出引脚PHASE‑OVER信号为低电平故障信号。 [0020] 母线电压比较方法为，将采集到的电压信号与设定的阈值电压3V进行比较，无过压故障时，即输入母线电压信号H_IN2小于阈值3V时，输出引脚HIGH_DC_OVER的电位为3.3V；若产生故障，输出引脚HIGH_DC_OVER输出低电平故障信号。 [0021] UVW三相IGBT温度比较方法相同，将三相的IGBT温度比较电路通过并联的方式连接，其中，U相IGBT温度比较方法为，将采集到的温度信号与设定的阈值电压2.5V进行比较，IGBT无过温故障时，输入U相温度电压信号TEMP_U小于2.5V，输出引脚TEMP_OVER的电位为3.3V，三相IGBT温度检测中若有一路故障，则输出引脚HIGH_OVER为低电平故障信号。 [0022] 步骤3：在双D触发器相应电路中锁存并清除故障信号。 [0023] 将D1触发器的S和D引脚置高电平，在电路中将三相电流比较电路输出信号PHASE‑OVER输入到D触发器的引脚1，过压比较电路输出信号HIGH_DC_OVER输入到引脚13；若出现过流故障，引脚1变为低电平，引脚6输出低电平，该信号用于后续逻辑与门的硬件保护，引脚10故障信号为高电平并传递给主芯片，同时故障信号会被D1触发器锁存；过压电路信号输入到D2触发器同理。 [0024] 由主控芯片产生上升沿信号来清除故障信号，故障清除方法为，由主控芯片发送信号到三极管MJD50T4G的基极来控制集电极的电平信号，经由施密特触发器后输出CLK_PHASE和CLK_HIGH_DC信号到D触发器74HC74D的引脚3和11产生上升沿信号来对触发器进行复位。 [0025] 步骤4：将逻辑整合的信号输入至PWM输出电路的使能端。 [0026] 将三相电流过流信号PHASE_OVER_O和母线过压信号HIGH_DC_OVER作为第一与门输入，输出为OVER_1；再将第一与门电路的输出信号OVER_1和过温信号TEMP_OVER作为第二与门电路的输入信号，输出信号经由三极管构成的反相电路取反后输出为逆变使能信号ENABLE_STATUS_O，同时将PWM输出电路中的三态缓冲器引脚DIR设置为高电平，由逻辑保护电路最后的逆变使能信号ENABLE_STATUS_O作为OE引脚的输入，当系统处于无故障状态下，此信号为低电平，此时电平转换芯片处于A向B传输数据状态，即6路PWM信号正常传输；如果此时有任何的故障信号，引脚OE输入信号ENABLE_STATUS_O，此时的信号便为高电平，电平转换芯片处于隔离状态，阻断6路PWM信号的传输，实现逻辑保护的功能。 [0027] 本发明的一种电机控制器驱动保护方法，电机控制器由控制板、驱动板、电力配置单元组成，控制板与驱动板通过连接器连接，并同时与电力配置单元连接；驱动板由U、V、W三相驱动板组成，各相驱动板结构相同；在电机控制器控制板上布置逻辑保护电路，在电机控制器驱动板上布置驱动保护电路；驱动保护电路包括PWM信号输入电路、驱动芯片、栅极驱动电路、退饱和保护电路、欠压保护电路和米勒钳位电路；基于PWM信号输入、栅极驱动、退饱和保护、欠压保护和米勒钳位保护实现驱动保护，具体如下：PWM信号输入：IGBT控制信号PWM‑UH、PWM‑UL经由PWM输出电路发出，高电平为IGBT导通信号，幅值为5V，低电平为IGBT关断信号，幅值为0V；将PWM输出电路的上桥臂的PWM‑UH信号输入至上桥驱动芯片的AN和下桥驱动芯片的CA引脚，而下桥臂的PWM‑UL信号输入至上桥驱动芯片的CA和下桥驱动芯片的AN引脚；同时，将连接到输入AN和CA引脚的两个电阻分别使用150Ω和82Ω，获得高共模抑制性能。 [0028] 栅极驱动：上、下桥臂原理相同，其中上桥臂中：RG的值权衡开关时间、开关损耗和涌浪电压，采用3片3Ω电阻R19、R20和R22并联作为门极开通电阻RGON、3片3Ω电阻R29、R32和R33作为门极关断电阻RGOFF，即等效开通电阻为1Ω和关断电阻为1Ω。 [0029] 退饱和保护：引脚DESAT监测IGBT的VCE电压，将集电极电压通过两个反向的超快速恢复二极管D10和D11，再经过电阻R15输入驱动芯片引脚DESAT，这里的驱动芯片内部比较器正端参考电压为7V；当IGBT进入退饱和状态，并且当DESAT端子上的电压超过7V时，输出电压即VOUTP和VOUTN进入高阻态状态，SSD引脚将以缓慢的速度拉下栅极电压，驱动芯片会触发一个本地故障关断序列，并缓慢降低高过电流，以防止破坏性的电压尖峰；同时，输出驱动芯片引脚VOUTP和VOUTN在休眠时间内忽略所有的PWM命令，关断IGBT；该故障通过驱动芯片的引脚/FAULT输出故障信号发送给主控芯片。 [0030] 欠压保护：，驱动芯片一直监测输入电源VCC1和输出电源VCC2，当输入电源低于欠压锁定阈值4.2V，输出电源低于欠压锁定阈值12.9V时，栅极驱动输出将关闭，以保护IGBT免受低电压的影响，在上电过程中，电压反馈功能将栅极驱动输出锁定在低电平，以防止在较低的电源电压下出现不必要的接通，同时，引脚/UVLO将输出故障信号发送给主控芯片。 [0031] 米勒钳位保护：二极管D5和电阻R8与米勒钳制功能一起使用，在关闭周期内分流IGBT的寄生电流；R8的值为0.51Ω，可以获得高效的米勒钳制功能；肖特基二极管D15、D16 和D17用于防止驱动芯片VOUTP、VOUTN和VE由于寄生电感引起的电压瞬变而低于VEE2。 [0032] 本发明的有益技术效果为：1、本发明逻辑保护电路保护三相过流、母线过压、IGBT过温故障，驱动保护电路保护上、下桥臂同时打开、退饱和、短路和欠压故障，可实现多种故障全面保护。 [0033] 2、本发明驱动电路中使用自带保护上、下桥臂同时打开功能的光耦隔离驱动芯片，简化电路结构，并布置退饱和检测、短路检测和欠压检测电路，产生故障后能够从硬件上快速关断IGBT，实现对驱动电路及IGBT的保护。 [0034] 3、本发明对控制电路与驱动电路工作状态同时检测，当产生故障时， PWM输出电路可以迅速锁存故障信号、阻断PWM信号和关闭IGBT，实现了对电机控制器的保护，提高了系统安全性和可靠性。附图说明 [0035] 图1为本发明电机控制器结构图。 [0036] 图2为本发明逻辑保护电路结构图。 [0037] 图3为U相电流采集电路。 [0038] 图4为母线电压采集电路。 [0039] 图5为U相温度采集电路。 [0040] 图6为三相过流比较电路。 [0041] 图7为母线过压比较电路。 [0042] 图8为三相IGBT过温比较电路。 [0043] 图9为D触发器电路。 [0044] 图10为故障信号清除电路。 [0045] 图11为与门逻辑与反相电路。 [0046] 图12为PWM输出电路。 [0047] 图13为本发明U相驱动电路结构图。 [0048] 图14为U相驱动电路原理图。 [0049] 图15为实施例在电动汽车上的实现方法示意图。 具体实施方式[0050] 下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。 [0051] 本发明的一种电机控制器逻辑保护及驱动保护的方法使用的电路具体为：电机控制器结构如图1所示，由控制板、驱动板、电力配置单元组成，控制板与驱动板通过连接器连接，并同时与电力配置单元连接；驱动板由U、V、W三相驱动板组成，各相驱动板结构相同；在电机控制器控制板上布置逻辑保护电路，在电机控制器驱动板上布置驱动保护电路。 [0052] 逻辑保护电路如图2所示，包括主控MCU、三相电流采集电路、母线电压采集电路、三相IGBT温度采集电路、三相过流比较电路、母线过压比较电路、三相IGBT过温比较电路、D触发器电路、故障信号清除电路、第一与门电路、第二与门电路、反相电路和PWM输出电路。 [0053] 三相电流采集电路通过电流传感器采集U、V、W三相电流信号，三相电流采集电路信号输出端通过三相过流比较电路，再连接到D触发器电路的输入引脚；母线电压采集电路采集母线电压信号，母线电压采集电路信号输出端通过母线过压比较电路，再连接到D触发器电路的输入引脚；主控MCU通过故障信号清除电路连接到D触发器电路的输入端；D触发器电路输出的三相电流过流信号和母线过压信号输入连接到第一与门电路的输入端；三相IGBT温度采集电路输出端连接三相IGBT过温比较电路后，和第一与门电路的输出端连接到第二与门电路的输入端，第二与门电路的输出端通过反相电路连接到PWM输出电路，主控MCU同时连接控制PWM输出电路，PWM输出电路输出至驱动板。 [0054] 在三相电流采集电路中，UVW三相电流采集电路结构相同，U相电流采集电路如图3所示，由电流传感器HADR800‑S、1个47nF电容、2个1K电阻、3个1nF电容、1个0.1uF电容、1个运算放大器OPA2333组成。 [0055] 母线电压采集电路如图4所示，由6个1M电阻、1个16K电阻、2个20K电阻、2个10K电阻、1个100R电阻、4个1nF电容、1个10nF电容、3个0.1uF电容组成。 [0056] 在三相IGBT温度采集电路中，每相三相温度采集电路相同，U相温度采集电路如图5所示，由4个2K电阻、1个10K电阻、2个0.1uF电容、2个磁珠BLM21PG331SH1、1个二极管BZT52C5V1组成。 [0057] 三相过流比较电路如图6所示，由13个10K电阻、3个30K电阻、3个0.1uF电容、3个10nF电容、3个两路运算放大器LM2903组成。 [0058] 母线过压比较电路如图7所示，由2个10K电阻、1个20K电阻、1个30K电阻、1个1M电阻、1个0.1nF电容、1个10nF电容、1个两路运算放大器LM2903组成。 [0059] 三相IGBT过温比较电路如图8所示，由10个10K电阻、3个10nF电容、1个0.1nF电容、2个两路运算放大器LM2903组成。 [0060] D触发器电路如图9所示，由D1触发器电路和D2触发器电路组成，触发器为具有设置和复位功能的双路上升沿D型74HC74D。 [0061] 故障信号清除电路如图10所示，由4个1K电阻、2个三极管MJD50T4G、1个双路斯密特触发器SN74LVC2G17DBVR组成。 [0062] 与门逻辑电路与反相电路如图11所示，由2个1K电阻、1个三极管MJD50T4G、2个两路与门芯片NC7SZ08M5X组成。 [0063] PWM输出电路如图12所示，由7个10R电阻、7个10K电阻、3个0.1uF电容、1个三态输出电平转换芯片SN74LVC8T245PWR组成。 [0064] UVW三相驱动保护电路结构相同。U相驱动保护电路结构图如图13所示，包括PWM信号输入电路、驱动芯片、栅极驱动电路、退饱和保护电路、欠压保护电路和米勒钳位电路。 [0065] 控制板输出控制信号至驱动芯片，退饱和保护电路、欠压保护电路和米勒钳位电路均电信连接至驱动芯片，电源给驱动芯片供电，驱动芯片连接栅极驱动电路，栅极驱动电路驱动IGBT。 [0066] U相驱动保护电路基于U相驱动电路实现，其具体组成为：4个0.1uF电容、6个1uF电容、2个4.7uF电容、8个10uF电容、6个100pF电容、6个100uF电容、2个10nF电容、2个470pF电容、2个0.51R电阻、6个1K电阻、2个5.1K电阻、12个9.1R电阻、5个10K电阻、2个20K电阻、2个20R电阻、2个82R电阻、2个150R电阻、2个光耦隔离驱动芯片ACFJ‑3439T、2个电源模块QA151M、2个磁珠BLM21PG331SH1、1个稳压二极管BZT52C5V1、2个瞬态抑制二极管SMBJ18CAHE3_A/H、4个肖特基二极管SS24HE3_B/H、8个肖特基二极管SS1FH10HM3/H和4个快恢复二极管US1MHE3_A/H。U相驱动电路原理如图14所示。 [0067] 本发明的一种电机控制器逻辑保护方法，包括以下步骤：步骤1：采集三相电流、母线电压、三相IGBT温度。 [0068] UVW三相电流采集方法相同，其中，U相电流传感器的输出信号先经过R63和C75组成的RC滤波电路，再经过运算放大器OPA2333阻抗匹配，通过运放的输出引脚1输出后经过R65和C76组成的RC滤波后输出采集信号CURRENT_U。 [0069] 在母线电压采集中，采用7个分压电阻R109、R110、R111、R112、R113、R114和R120分压输出到隔离放大器的引脚2，然后经由引脚6和7分别输入到运算放大器的引脚3和4，经运算放大器后将电压信号放大2倍后输出，再经R117和C113组成的RC滤波电路后输出信号VOLTAGE_DC。 [0070] UVW三相IGBT温度采集方法相同，其中，U相IGBT的热敏电阻NTC与串并联电阻R17、R18、R24和R25组成分压电路，经过R27和C30组成的RC滤波电路后输出温度信号TEMP_U。 [0071] 步骤2：通过硬件实现对三相过流、母线过压和IGBT过温阈值的比较，通过输出信号判断是否产生故障。 [0072] 在三相过流比较中，设计上下限阈值分别为4V和1V；UVW三相电流比较方法相同，将三相的电流比较电路通过并联的方式连接，其中，U相将采集到电流信号与设定的上下限阈值电压进行比较，无故障时，输出引脚PHASE‑OVER的电位为3.3V；三相电流若有一路故障，对应输出引脚PHASE‑OVER信号为低电平故障信号。 [0073] 母线电压比较方法为，将采集到的电压信号与设定的阈值电压3V进行比较，无过压故障时，即输入母线电压信号H_IN2小于阈值3V时，输出引脚HIGH_DC_OVER的电位为3.3V；若产生故障，输出引脚HIGH_DC_OVER输出低电平故障信号。 [0074] UVW三相IGBT温度比较方法相同，将三相的IGBT温度比较电路通过并联的方式连接，其中，U相IGBT温度比较方法为，将采集到的温度信号与设定的阈值电压2.5V进行比较，IGBT无过温故障时，输入U相温度电压信号TEMP_U小于2.5V，输出引脚TEMP_OVER的电位为3.3V，三相IGBT温度检测中若有一路故障，则输出引脚HIGH_OVER为低电平故障信号。 [0075] 步骤3：在双D触发器相应电路中锁存并清除故障信号。 [0076] 将D1触发器的S和D引脚置高电平，在电路中将三相电流比较电路输出信号PHASE‑OVER输入到D触发器的引脚1，过压比较电路输出信号HIGH_DC_OVER输入到引脚13；若出现过流故障，引脚1变为低电平，引脚6输出低电平，该信号用于后续逻辑与门的硬件保护，引脚10故障信号为高电平（表示有故障）并传递给主芯片，同时故障信号会被D1触发器锁存；过压电路信号输入到D2触发器同理。 [0077] 由主控芯片产生上升沿信号来清除故障信号，故障清除方法为，由主控芯片发送信号到三极管MJD50T4G的基极来控制集电极的电平信号，经由施密特触发器后输出CLK_PHASE和CLK_HIGH_DC信号到D触发器74HC74D的引脚3和11（CLK引脚）产生上升沿信号来对触发器进行复位。 [0078] 步骤4：将逻辑整合的信号输入至PWM输出电路的使能端。 [0079] 将三相电流过流信号PHASE_OVER_O和母线过压信号HIGH_DC_OVER作为第一与门输入，输出为OVER_1；再将第一与门电路的输出信号OVER_1和过温信号TEMP_OVER作为第二与门电路的输入信号，输出信号经由三极管构成的反相电路取反后输出为逆变使能信号ENABLE_STATUS_O，同时将PWM输出电路中的三态缓冲器引脚DIR设置为高电平，由逻辑保护电路最后的逆变使能信号ENABLE_STATUS_O作为OE引脚的输入，当系统处于无故障状态下，此信号为低电平，此时电平转换芯片处于A向B传输数据状态，即6路PWM信号正常传输；如果此时有任何的故障信号，引脚OE输入信号ENABLE_STATUS_O，此时的信号便为高电平，电平转换芯片处于隔离状态，阻断6路PWM信号的传输，实现逻辑保护的功能。 [0080] 总的来说，在无故障时，比较电路输出高电平信号，经过D触发器电路、与门电路后输出高电平信号，再经过反相电路输出低电平信号到PWM信号缓冲电路的使能端，使能输出PWM信号；若有故障，在比较电路中输出低电平信号，在D触发器中输出低电平信号，同时D触发器锁存故障信号，只要有任一故障输出低电平信号，即三相电流若有一路存在过流故障，母线电压过压故障或三相IGBT有一相存在过温故障，则输出为低电平故障信号，进而在与门电路中输出低电平信号，经过反向电路后输出高电平信号输入到PWM输出电路的使能端，直接阻断PWM输出电路信号的传输，关断IGBT，并将具体的故障信号反馈给DSP主控芯片并做出相应的保护动作，直至故障问题不存在，这时主控芯片才发出故障清除信号，使PWM输出电路能够实现正常的导通，以保证驱动过程的安全性，避免出现安全事故。 [0081] 本发明的一种电机控制器驱动保护方法，基于PWM信号输入、栅极驱动、退饱和保护、欠压保护和米勒钳位保护实现。 [0082] PWM信号输入：IGBT控制信号PWM‑UH、PWM‑UL经由PWM输出电路发出，高电平为IGBT导通信号，幅值为5V，低电平为IGBT关断信号，幅值为0V；将PWM输出电路的上桥臂的PWM‑UH信号输入至上桥驱动芯片的AN和下桥驱动芯片的CA引脚，而下桥臂的PWM‑UL信号输入至上桥驱动芯片的CA和下桥驱动芯片的AN引脚；同时，将连接到输入AN和CA引脚的两个电阻（上桥臂R28和R30，下桥臂R11和R14）分别使用150Ω和82Ω，获得高共模抑制性能。 [0083] 栅极驱动：上、下桥臂原理相同，其中上桥臂中：RG的值权衡开关时间、开关损耗和涌浪电压，采用3片3Ω电阻R19、R20和R22并联作为门极开通电阻RGON、3片3Ω电阻R29、R32和R33作为门极关断电阻RGOFF，即等效开通电阻为1Ω和关断电阻为1Ω。 [0084] 退饱和保护：引脚DESAT监测IGBT的VCE电压，将集电极电压通过两个反向的超快速恢复二极管D10和D11，再经过电阻R15输入驱动芯片引脚DESAT，这里的驱动芯片内部比较器正端参考电压为7V；当IGBT进入退饱和状态，并且当DESAT端子上的电压超过7V时，输出电压即VOUTP和VOUTN进入高阻态状态，SSD引脚将以缓慢的速度拉下栅极电压，驱动芯片会触发一个本地故障关断序列，并缓慢降低高过电流，以防止破坏性的电压尖峰；同时，输出驱动芯片引脚VOUTP和VOUTN在休眠时间内忽略所有的PWM命令，关断IGBT；该故障通过驱动芯片的引脚/FAULT输出故障信号发送给主控芯片。 [0085] 欠压保护：，驱动芯片一直监测输入电源VCC1（5V）和输出电源VCC2（15V），当输入电源（5V）低于欠压锁定阈值4.2V，输出电源（15V）低于欠压锁定阈值12.9V时，栅极驱动输出将关闭，以保护IGBT免受低电压的影响，在上电过程中，电压反馈功能将栅极驱动输出锁定在低电平，以防止在较低的电源电压下出现不必要的接通，同时，引脚/UVLO将输出故障信号发送给主控芯片。 [0086] 米勒钳位保护：二极管D5和电阻R8与米勒钳制功能一起使用，在关闭周期内分流IGBT的寄生电流；R8的值为0.51Ω，可以获得高效的米勒钳制功能；肖特基二极管D15、D16 和D17用于防止驱动芯片VOUTP、VOUTN和VE由于寄生电感引起的电压瞬变而低于VEE2（‑5V）。 [0087] 使用驱动芯片自带的保护上、下桥臂同时打开功能，比起互锁保护电路能够简化电路结构。同时集成安全的IGBT保护功能，配置了硬件的IGBT退饱和检测和保护电路、带反馈的欠压锁定保护电路和高抗噪能力的共模抑制电路。同时在驱动电路中配置有IGBT去饱和故障反馈、欠压状态反馈功能。任一相驱动电路故障后该相驱动芯片产生高电平故障信号，并对IGBT快速关断,实现对电机控制器的保护，同时将故障信号反馈至控制电路，控制电路根据反馈故障信号的不同进行故障定位并处理故障。以上电路构成了整个驱动保护电路，能够提高电机控制器的安全性，满足实际需求。 [0088] 图15为本发明在电动汽车上的实现方法示意图，电机控制器由控制板、驱动板、电力配置单元组成，在控制板上布置逻辑保护电路，在驱动板上布置驱动保护电路。 [0089] 通过整车控制器采集油门踏板、制动踏板开度信号， 经过CAN通讯电路发送转矩或转速指令至电机控制器。电机控制器通过控制板上的ADC采集电路采集母线电压、UVW三相电流和UVW三相IGBT温度，通过旋转变压器解码电路产生驱动电机旋转变压器激励信号、并解码旋转变压器的反馈信号获得驱动电机转速与转子位置。主控芯片（TMS320F28335）发送读取信号至ADC采集电路与旋变解码电路采集电压、电流与电机转速、转子位置信号，并根据所制定的控制策略响应整车控制器指令，输出UVW三相IGBT控制PWM信号至控制板连接器。控制板与驱动板通过连接器进行连接，实现信号传输，即控制板通过连接器输出UVW三相IGBT控制PWM信号至驱动板，同时，驱动板将故障信号返回至控制板，电力配置单元与驱动板连接通过控制信号实现直流电源的逆变。 [0090] 母线过压、三相过流、三相过温时，控制板上的逻辑保护电路便阻断PWM信号传输，关断IGBT，发送故障号给主控芯片。同时，任一驱动电路发生欠压、过流、短路时，对应驱动芯片发出故障信号，驱动板将故障信号通过连接器发送至控制板。控制板通过CAN通讯电路将电机控制器故障状态（工作正常、母线过压故障、三相过流故障、三相IGBT过温故障、驱动电路退饱和故障和欠压故障等）发送至整车控制器。 |
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