本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于cpld的电动车用电机控制器硬件保护电路及方法。
背景技术：
驱动电机控制器是电动汽车中最核心的部件之一，随着国内新能源电动汽车日益增多和逐步引入欧盟iso26262标准，对于车辆涉及安全功能相关设计要求越来越高，主动安全设计是行业发展趋势。例如整车高速运行时突然发生异常，此时逆变器处于高速弱磁运行发生失效，此时主动发起三相短路保护可使整车进入相对安全的制动状态，最终安全停车。
传统电机控制器中关于过流过压等故障信号采集后状态处理判断由cpu软件进行操作，其响应速度受模拟信号采集频率与软件代码执行周期限值，故障响应时间需几百微秒时间，再此过程中igbt依旧在进行正常工作，很容易出现故障或者不可控的扭矩。
传统电机控制器中cpu的死机检测通常采用专门的喂狗芯片或者分立元器件进行搭建，专用的watchdog芯片或者分立器件搭建将会带来额外的成本和器件失效概率上升。传统的故障信号逻辑处理、指示灯处理及其他开关量信号都需要占用cpu的io口，cpu资源占用率高。
技术实现要素：
本发明主要解决了现有技术中电机控制器对于故障信号操作响应时间长、成本高、cpu资源占用率高的问题，提供了一种可即时保护功率转换模块、成本低、cpu资源占用率低的基于cpld的电动车用电机控制器硬件保护电路及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于cpld的电动车用电机控制器硬件保护电路，包括cpu、cpld芯片、信号转换电路、故障信号转换电路、cpld输出转换电路和其他外围电路，cpu通过信号转换电路与cpld芯片相连，其他外围电路通过故障转换电路与cpld芯片相连，其他外围电路还与cpld直接相连。
本发明中采用cpld芯片对cpu输出的pwm信号进行管理、同时采集过流、过压、驱动故障等信号，对故障优先级较高的信号进行前级处理；利用cpld的纳秒级响应时间对信号进行逻辑处理后直接控制输出pwm信号进行三相短路、六相开路等操作，可即时保护功率转换模块。利用cpld芯片将watchdog、故障逻辑处理、故障指示等功能集成于一个芯片，可减少器件数量并降低器件引起的失效率，同时降低成本、释放部分cpu资源。
作为上述方案的一种优选方案，所述的信号转换电路包括电阻r和电容c，cpu的信号输出端与电阻r电连接，电阻r另一端分别与电容c和cpld芯片的管脚电连接，电容c另一端接地。信号转换电路用于转换cpu输出的pwmx-t，pwmx-b信号转换为输入到cpld芯片的pwmf-xt,pwmf-xb信号，x可为u、v、w，即电机三相。信号转换电路同样用于将cpu其他输出信号转换为低转速信号speed1、高转速信号speed2、主动触发三相短路信号cpld-en、过流状态清除信号oc_clear、过压状态清除信号ov_clear、喂狗信号sw-5khz、死机状态清除信号die_clear和复位信号rst1、rst2。
作为上述方案的一种优选方案，所述的故障信号转换电路包括输入fault-t、fault-b，磁珠fb3、fb4，电阻r62、r63、r64、r65、r66、r67、r68、r69，电容c91、c92、c104、c105、c106、c107和电平转换芯片u5，输入fault-t与磁珠fb3电连接，磁珠fb3另一端分别与电阻r63和电阻r64电连接，电阻r63接+5v电源，电阻r64另一端分别与电平转换芯片u5的第七管脚和电容c105相连相连，电容c105另一端接地，输入fault-b与磁珠fb4电连接，磁珠fb4另一端分别与电阻r62和电阻r67相连，电阻r62接+5v电源，电阻r67另一端分别与电平转换芯片u5的第六管脚和电容c104相连，电池c104另一端接地，电平转换芯片u5的第五管脚接地，第八管脚接+5v电源，第八管脚与+5v电源连接点接有电容c91，电容c91另一端接地，电平转换芯片u5的第一管脚接+3.3v电源，第一管脚与+3.3v电源连接点接有电容c92，电容c92另一端接地，电平转换芯片u5的第二管脚与电阻r65电连接，电阻r65另一端分别与电阻r68、电容c106和cpld芯片的第三十七管脚电连接，电阻r68与电容c106另一端接地，电平转换芯片u5的第三管脚与电阻r66电连接，电阻r66另一端分别与电阻r69、电容c107和cpld芯片的第三十八管脚电连接，电阻r69与电容c107另一端接地，电平转换芯片u5的第四管脚接地。故障信号转换电路将驱动上桥故障信号fault-t和驱动下桥故障信号fault-b转换为cpld-t和cpld-b信号，输入到cpld芯片。
作为上述方案的一种的优选方案，所述cpld芯片的第九十四到第九十九管脚，第十四到第二十二管脚分别与一路信号转换电路电连接，cpld芯片的第一到第四管脚，第八十九管脚，第九十一管脚和第一百管脚分别接收过流和过压信号，第五管脚到第九管脚，第十一管脚，第二十三管脚，第六十八到第七十三管脚向外输出信号。第六十八到第七十三管脚向外输出pwm信号，第五管脚到第九管脚，第十一管脚，第二十三管脚输出状态信号及复位信号。
本发明还提供一种基于cpld的电动车用电机控制器硬件保护方法，采用权利要求1或2或3或4所述的电动车用电机控制器硬件保护电路，包括以下步骤：
s1：cpld进行死机检测；
s2：若检测到死机故障，则进行死机故障处理；若没有检测到死机故障，则进行其他故障检测及处理；
s3：死机故障处理或其他故障检测及处理完成后，进行六相开路输出；
s4：再次进行死机检测，若仍有死机故障则持续进行六相开路输出，若没有死机故障，恢复pwm正常输出状态，重新开始s1步骤。
作为上述方案的一种优选方案，所述的死机故障处理包括以下步骤：
s01：cpld芯片向外输出死机状态信号和cpu复位信号；
s02：控制pwm信号进行六相开路输出；
s03：进行桥臂故障检测及处理；
s04：死机故障处理完成。
作为上述方案的一种优选方案，所述的桥臂故障检测及处理包括以下步骤：
s11：检测上下桥臂故障状态；
s12：若下桥故障则进行上桥三相短路；若上桥故障或者无桥臂故障则进行下桥三相短路；若上下桥均故障则维持六相开路；
s13：桥臂故障检测及处理完成。
作为上述方案的一种优选方案，所述的其他故障检测及处理包括以下步骤：
s21：输出未死机状态；
s22：进行过流和过压信号检测，若没有检测到过流过压信号，则重新开始s1步骤；若检测到过流过压信号，则检测cpu是否主动发起三相短路操作；
s23：若不是cpu主动发起，则先进行六相开路再进行转速判断；若是cpu主动发起，则直接进行转速判断；
s24：若检测转速为高速，则进行桥臂故障检测及处理；若检测转速为低速，则不做处理；
s25：其他故障检测及处理完成。
本发明的优点是：采用cpld芯片对信号进行逻辑处理，响应时间短，在动轮系统故障时即时响应；将watchdo功能集成进cpld芯片中，器件种类和数量少、watchdog功能失效率低；可以扩展开关量信号处理及逻辑处理等操作，释放一部分cpu资源。
附图说明
图1为信号转换电路的一种电路原理图。
图2为故障信号转换电路的一种电路原理图。
图3为cpld芯片的一种管脚连接图。
图4为本发明电动车用电机控制器硬件保护方法的一种流程图。
图5为死机故障处理的一种流程图。
图6为桥臂故障检测及处理的一种流程图。
图7为其他故障检测及处理的一种流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：
本实施例一种基于cpld的电动车用电机控制器硬件保护电路，其特征是：包括cpu、cpld芯片、信号转换电路、故障信号转换电路、cpld输出转换电路和其他外围电路，cpu通过信号转换电路与cpld芯片相连，其他外围电路通过故障转换电路与cpld芯片相连，其他外围电路还与cpld直接相连。
如图1所示，信号转换电路包括电阻r和电容c，cpu的信号输出端与电阻r电连接，电阻r另一端分别与电容c和cpld芯片的管脚电连接，电容c另一端接地。该电路将cpu输出的pwmx-t，pwmx-b信号转换为pwmf-xt,pwmf-xb信号，x可为u、v、w，即电机三相。该电路还将cpu输出的ppc_speed1、ppc_speed2、ppc_5khz、ppc_cleardie、ppc_clearoc、ppc_clearov、ppc_en、ppc_rst1、ppc_rst2转换成低转速信号speed1、高转速信号speed2、主动触发三相短路信号cpld-en、过流状态清除信号oc_clear、过压状态清除信号ov_clear、喂狗信号sw-5khz、死机状态清除信号die_clear和复位信号rst1、rst2。
如图2所示，故障信号转换电路包括输入fault-t、fault-b，磁珠fb3、fb4，电阻r62、r63、r64、r65、r66、r67、r68、r69，电容c91、c92、c104、c105、c106、c107和电平转换芯片u5，输入fault-t与磁珠fb3电连接，磁珠fb3另一端分别与电阻r63和电阻r64电连接，电阻r63接+5v电源，电阻r64另一端分别与电平转换芯片u5的第七管脚和电容c105相连相连，电容c105另一端接地，输入fault-b与磁珠fb4电连接，磁珠fb4另一端分别与电阻r62和电阻r67相连，电阻r62接+5v电源，电阻r67另一端分别与电平转换芯片u5的第六管脚和电容c104相连，电池c104另一端接地，电平转换芯片u5的第五管脚接地，第八管脚接+5v电源，第八管脚与+5v电源连接点接有电容c91，电容c91另一端接地，电平转换芯片u5的第一管脚接+3.3v电源，第一管脚与+3.3v电源连接点接有电容c92，电容c92另一端接地，电平转换芯片u5的第二管脚与电阻r65电连接，电阻r65另一端分别与电阻r68、电容c106和cpld芯片的第三十七管脚电连接，电阻r68与电容c106另一端接地，电平转换芯片u5的第三管脚与电阻r66电连接，电阻r66另一端分别与电阻r69、电容c107和cpld芯片的第三十八管脚电连接，电阻r69与电容c107另一端接地，电平转换芯片u5的第四管脚接地。fault-t为驱动上桥故障信号，fault-b为驱动下桥故障信号，电平转换芯片u5为sn74lvc2t45qdcurq1芯片，fault-t、fault-b信号转换成cpld-t、cpld-b信号分别输入到cpld芯片的第三十七、三十八管脚。
如图3所示，cpld芯片采用lamxo640c-3tn100e芯片，所述cpld芯片的第九十四到第九十九管脚依次输入pwmf_vb、pwmf_ub、pwmf_ut、pwmf_vt、pwmf_wb、pwmf_vt，第十四到第二十二管脚分别与一路信号转换电路电连接，第十四到第二十二管脚依次输入死机状态清除信号die_clear、高转速信号speed2、低转速信号speed1、过流状态清除信号oc_clear、过压状态清除信号ov_clear、复位信号rst2、复位信号rst1、主动触发三相短路信号cpld-en、喂狗信号sw-5khz，cpld芯片的第一到第四管脚，第八十九管脚，第九十一管脚和第一百管脚依次接收电机u相负电流过流信号oc_u_l、电机u相正电流过流信号oc_u_h、电机w相负电流过流信号oc_w_l、电机w相正电流过流信号oc_w_h、电机v相负电流过流信号oc_v_l、电机v相正电流过流信号oc_u_h和过压信号dcv_ov，第五管脚到第九管脚，第十一管脚，第二十三管脚，第六十八到第七十三管脚依次向外输出状态信号和复位信号。
本发明还提供一种基于cpld的电动车用电机控制器硬件保护方法，如图4所示，包括以下步骤：
s1：cpld进行死机检测；
s2：若检测到死机故障，则进行死机故障处理；若没有检测到死机故障，则进行其他故障检测及处理；
s3：死机故障处理或其他故障检测及处理完成后，进行六相开路输出；
s4：再次进行死机检测，若仍有死机故障则持续进行六相开路输出，若没有死机故障，恢复pwm正常输出状态，重新开始s1步骤。
如图5所示，所述的死机故障处理包括以下步骤：
s01：cpld芯片向外输出死机状态信号和cpu复位信号；
s02：控制pwm信号进行六相开路输出；
s03：进行桥臂故障检测及处理；
s04：死机故障处理完成。
如图6所示，所述的桥臂故障检测及处理包括以下步骤：
s11：检测上下桥臂故障状态；
s12：若下桥故障则进行上桥三相短路；若上桥故障或者无桥臂故障则进行下桥三相短路；若上下桥均故障则维持六相开路；
s13：桥臂故障检测及处理完成。
如图7所示，所述的其他故障检测及处理包括以下步骤：
s21：输出未死机状态；
s22：进行过流和过压信号检测，若没有检测到过流过压信号，则重新开始s1步骤；若检测到过流过压信号，则检测cpu是否主动发起三相短路操作；
s23：若不是cpu主动发起，则先进行六相开路再进行转速判断；若是cpu主动发起，则直接进行转速判断；
s24：若检测转速为高速，则进行桥臂故障检测及处理；若检测转速为低速，则不做处理；
s25：其他故障检测及处理完成。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。