一种电机控制器的电源防倒灌系统的制作方法

本发明涉及电机控制器电源，特别涉及一种电机控制器的电源防倒灌系统。

背景技术：

现有电机控制器的电源防倒灌的技术方案是当kl30（蓄电池正极）信号断开或者欠压至安全阈值9v以下时，低压检测电路上报低压故障，同时低压故障逻辑信号触发高压转低压电路启动工作，产生冗余电源即12v来给后级电源系统供电。

根据相关项目在现场高压转低压电路出现硬件损伤，导致冗余功能失效，特别是当蓄电池亏电，欠压至安全阈值以下时，触发高压转低压电路进行电源冗余，但是高压转低压电路产生的12v会倒灌到kl30信号上，给整车的12v系统供电，迅速出现超负载工况。所以从安全角度考虑，十分有必要设计一种冗余电源功能正常，且可以有效防止电源倒灌的安全系统。

最接近本专利的是专利文献《一种电动汽车用电机控制器防反接防倒灌的冗余供电电路》（申请号201410723856.1），其可以实现以下功能：（1）低压断电时可以防止电源倒灌到蓄电池；（2）可以防止12v正负极接反导致电机控制器的损坏。

现有技术的缺点：

（1）仅是在kl30掉电情况下，防止电源倒灌到kl30上；

（2）主要是从单个电路的角度分析防倒灌问题，没有从系统的角度分析；

（3）整体防倒灌系统原理没有完善，无法解决蓄电池亏电情况下的倒灌问题。

专利文献《一种电动汽车用电机控制器防反接防倒灌的冗余供电电路》防倒灌电路的缺点：未解决在蓄电池低于设置的电压阈值情况下，高压转低压电路产生的冗余电源倒灌到整车的12v系统，从而损坏控制器的风险，同时缺乏从整个高压转低压系统的角度，进行系统防倒灌的阐述。

基于混合动力冗余电源在整车策略中，整车和零部件都需要考虑kl30电压低于设置阈值或断线情况下的电源倒灌问题的解决，以提高产品的安全性能。

本方案的优点：

（1）可以解决kl30信号断线或低于设置阈值情况下，控制器内部的冗余电源启动工作时引起电源倒灌的问题，达到更加安全可靠的冗余设计。

（2）当电机控制器具备冗余电源功能，同时需要满足can唤醒功能的情况（一般要求can收发器芯片的vbat管脚接常电信号，且电压不低于某阈值，否则芯片无法正常工作），本方案可以确保电机控制器与整车的can网络通信保持正常。

（3）从系统角度阐述防倒灌系统的设计，同时提高整车安全性能。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种电机控制器的电源防倒灌系统，解决kl30信号断线或低于设置阈值情况下，控制器内部的冗余电源启动工作时引起电源倒灌的问题，达到更加安全可靠的冗余设计；当电机控制器具备冗余电源功能，同时需要满足can唤醒功能的情况，本方案可以确保电机控制器与整车的can网络通信保持正常。

本发明的技术方案是：

一种电机控制器的电源防倒灌系统，包括依次连接的蓄电池、主电源、防倒灌电路、后级电源及从电源，所述蓄电池正极还连接有低压故障判断电路，低压故障判断电路输出端分别连接防倒灌电路和高压转低压电路，高压转低压电路输入端连接动力电池，输出端通过冗余电源连接后级电源。

优选的，还包括can收发器芯片供电电路，所述can收发器芯片供电电路分别由主电源和从电源分别连接供电，所述从电源包括第一从电源和第二从电源。

优选的，所述后级电源与从电源之间通过电源芯片连接，电源芯片还连接有备份电源，备份电源向can收发器芯片供电电路连接供电。

优选的，所述低压故障判断电路检测到蓄电池电压低于设定阈值，控制防倒灌电路关断，防止倒灌；另一回路触发高压转低压电路工作，其产生的冗余电源给后级电源系统供电。

优选的，所述电源芯片把后级电源转化为从电源和备份电源，其中主电源、从电源在正常工作模式下为can芯片供电；当蓄电池正极信号与电机控制器之间的信号连接出现异常时，低压电源故障判断电路检测到低压电源故障，防倒灌电路启动工作，冗余电源加载后级电源，则can收发器芯片的vbat管脚降至可保持通讯工作的阈值以下，造成电机控制器与整车的can通讯失败；此时备份电源为can收发器芯片的vbat管脚供电，使can网络通讯保持正常。

优选的，所述低压故障判断电路，包括电阻r1～r8、比较器u1a、u1b；蓄电池电压即kl30信号经过电阻r4和电阻r7分压，输入到比较器u1a的反相输入端和u1b的正相输入端；电源vcc经过电阻r2和电阻r3分压得到高阈值电压，作为基准uth_h输入到u1a的正相输入端，同时电源vcc经过电阻r6和电阻r8分压得到低阈值电压，作为基准uth_l输入到u1b的反相输入端；所述比较器u1a、u1b的输出端共结作为低压故障判断电路输出lv_fault，电阻r5两端分别连接lv_fault和比较器u1a的反相输入端、u1b的正相输入端；电阻r1两端分别连接电源vcc和lv_fault。

优选的，正常工作下，所述低压故障判断电路lv_fault信号被电源vcc拉高，当蓄电池电压小于低阈值电压uth_l对应的电压或kl30线束断开时，比较器u1a和u1b的输出管脚将会输出低电平，从而触发高压转低压电路的工作，触发高压转低压电路产生的冗余电源加载到原本的后级电源系统。

优选的，所述防倒灌电路包括p型mos管q1、稳压管d1、电阻r9～r13、二极管d2、三极管q2；主电源接p型mos管q1的d极，冗余电源和后级电源接q1的s极，稳压管d1的阴极接q1的s极，阳极接q1的g极，电阻r9与稳压管d1并联，电阻r10的一端接q1的g极，另一端接二极管d2的阳极，二极管d2的阴极接npn型三极管的c极，低压故障判断输出逻辑信号lv_fault经过电阻r11和电阻r12的分压后接至三极管q2的b极，电阻r13是模拟的后级负载电阻。

优选的，当没有低压电源故障时，lv_fault信号被vcc上拉，置h，驱动三极管q2导通，由主电源加载后级电源系统；当蓄电池电压低于设置阈值或kl30线束断开时，低压故障判断信号lv_fault变为低电平，lv_fault置l，分压电压无法导通三极管q2，即三极管处于截止状态。

优选的，所述can收发器芯片供电电路包括can收发器芯片u2，第一从电源和第二从电源分别连接管脚vcc、vio，kl30和备份电源分别通过二极管d3、d4连接管脚vbat；在kl30线束断开的情况，can收发器芯片的vbat供电电压原本由蓄电池提供，断开kl30之后导致can唤醒功能失效；冗余电源加载后级电源，经过电源芯片转换产生备份电源提供给can收发器芯片的vbat管脚。

本发明的优点是：

1、本发明基于零部件控制器系统的角度，可以监控整个防倒灌系统的安全，确保整车相关功能安全；

2、本发明增加具有can唤醒功能的can收发器的备份供电，在整车线束中kl15硬线断线时，确保控制器can通信正常，可以实时响应整车的需求；

3、本发明在低压判断电路中增加滞回电路，防止控制器在高压转低压工作时来回切换变压器的工作状态，从而损坏控制器该功能；

4、本发明控制器通过增加低压判断信号，使控制器在整车蓄电池电压低于设定阈值时，解决冗余电源倒灌到蓄电池电源上的安全问题。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明电机控制器的电源防倒灌系统整体框架；

图2为本发明低压检测故障判断电路原理图；

图3为本发明防倒灌电路原理图；

图4为本发明can收发器芯片供电电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的电机控制器的电源防倒灌系统，包括依次连接的蓄电池、主电源、防倒灌电路、后级电源及从电源，所述蓄电池正极还连接有低压故障判断电路，低压故障判断电路输出端分别连接防倒灌电路和高压转低压电路，高压转低压电路输入端连接动力电池，输出端通过冗余电源连接后级电源。

还包括can收发器芯片供电电路，所述can收发器芯片供电电路分别由主电源和从电源分别连接供电，所述从电源包括第一从电源和第二从电源。所述后级电源与从电源之间通过电源芯片连接，电源芯片还连接有备份电源，备份电源向can收发器芯片供电电路连接供电。

电机控制器由整车蓄电池供电，其内部设置了低压故障判断电路。所述低压故障判断电路检测到蓄电池电压低于设定阈值，则低压故障信号lv_fault逻辑电平转换为l，控制防倒灌电路关断，防止倒灌；另一回路触发高压转低压电路工作，其产生的冗余电源给后级电源系统供电。

所述电源芯片把后级电源转化为从电源和备份电源，其中主电源、从电源在正常工作模式下为can芯片供电；当蓄电池正极信号与电机控制器之间的信号连接出现异常时，如线束断开，低压电源故障判断电路检测到低压电源故障，防倒灌电路启动工作，冗余电源加载后级电源，则can收发器芯片的vbat管脚降至可保持通讯工作的阈值以下，造成电机控制器与整车的can通讯失败；此时备份电源为can收发器芯片的vbat管脚供电，使can网络通讯保持正常。

如图2所示，所述低压故障判断电路，包括电阻r1～r8、比较器u1a、u1b；蓄电池电压即kl30信号经过电阻r4和电阻r7分压，输入到比较器u1a的反相输入端和u1b的正相输入端；电源vcc经过电阻r2和电阻r3分压得到高阈值电压，作为基准uth_h输入到u1a的正相输入端，同时电源vcc经过电阻r6和电阻r8分压得到低阈值电压，作为基准uth_l输入到u1b的反相输入端；所述比较器u1a、u1b的输出端共结作为低压故障判断电路输出lv_fault，电阻r5两端分别连接lv_fault和比较器u1a的反相输入端、u1b的正相输入端；电阻r1两端分别连接电源vcc和lv_fault。

正常工作下，所述低压故障判断电路lv_fault信号被电源vcc拉高，当蓄电池电压小于低阈值电压uth_l对应的电压或kl30线束断开时，比较器u1a和u1b的输出管脚将会输出低电平，从而触发高压转低压电路的工作，高压转低压电路产生的冗余电源加载到原本的后级电源系统。电阻r5采用高阻值电阻，与比较器u1a、u1b构成滞回比较电路，可大大减少输入电压超出相应阈值时的比较器输出电平转换时间，解决输出的判断逻辑信号瞬间来回抖动问题，降低启动高压转低压电路中时的响应时间，从而确保该电路的稳定性。

如图3所示，所述防倒灌电路包括p型mos管q1、稳压管d1、电阻r9～r13、二极管d2、三极管q2；主电源接p型mos管q1的d极，冗余电源和后级电源接q1的s极，稳压管d1的阴极接q1的s极，阳极接q1的g极，电阻r9与稳压管d1并联，电阻r10的一端接q1的g极，另一端接二极管d2的阳极，二极管d2的阴极接npn型三极管的c极，低压故障判断输出逻辑信号lv_fault经过电阻r11和电阻r12的分压后接至三极管q2的b极，电阻r13是模拟的后级负载电阻。

当没有低压电源故障时，lv_fault信号被vcc上拉，置h，驱动三极管q2导通，由主电源加载后级电源系统；当蓄电池电压低于设置阈值或kl30线束断开时，低压故障判断信号lv_fault变为低电平，lv_fault置l，分压电压无法导通三极管q2，即三极管处于截止状态。

如果电路中不通过判断信号关断三极管q2，则会导致p型mos管q1一致处于导通状态，冗余电源通过q1倒灌到蓄电池电压，而蓄电池电压直接连接到整车的12v系统，会导致高压转低压电路的硬件损坏。而本专利可以很好解决冗余电源对蓄电池的倒灌问题。

如图4所示，所述can收发器芯片供电电路包括can收发器芯片u2，第一从电源和第二从电源分别连接管脚vcc、vio，kl30和备份电源分别通过二极管d3、d4连接管脚vbat；在kl30线束断开的情况，can收发器芯片的vbat供电电压原本由蓄电池提供，断开kl30之后导致can唤醒功能失效。冗余电源加载后级电源，经过电源芯片转换产生备份电源提供给can收发器芯片的vbat管脚。如图4，can收发器芯片的vbat管脚由kl30或备份电源“选择性”供电，二极管d3和d4的设置有效防止了kl30信号和备份电源之间的相互作用影响，从而在蓄电池的kl30断线时，仍可确保电机控制器与整车can通信正常。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。