一种电机控制器电路及其控制方法与流程

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种电机控制器电路及其控制方法。

背景技术：

随着生活水平的提高，我国家庭汽车的保有量逐年上升，但是汽车数量的上升，传统燃油汽车尾气的过度排放、对于不可再生能源的过度使用导致了污染、能源消耗等一系列危机，作为汽车大国的中国面临的环境问题更是日益严重，发展新能源汽车已经变得势在必行，因此新能源汽车应用的各项技术应运而生，其中，电机控制器作为新能源车上的主要驱动单元,除了实现基本的电机控制功能外，还需要进行功能安全设计，在控制器内部电路发生失效时，将车辆控制在安全状态。这也是新能源电机控制器与传统工业变频器的最大区别之一。

如图1所示，通常电机控制器分为几个部分：供电部分(为整个系统提供电源)、微控制器(mcu负责控制算法的运行)、驱动部分(将mcu的输出信号，放大后控制igbt模块，同时为高压侧和低压侧提供隔离、igbt三相桥(功率开关零件，负责对电机的电流电压输出)。现有的电机控制器主要实现技术如下：来自与低压蓄电池的(vbat)给电机控制器供电，vbat通过系统电源芯片(sbc)产生一个或者多个电源vdd，供微控制器(mcu)，即逻辑供电。vbat通过一个pwm控制器的开关电路，产生6路(或者4路，下桥3路共用一路)隔离高压侧电源。在这种拓扑结构下，当出现一下任何一种故障后，系统均会失去对igbt模块的控制。vbat因为电缆断线或者保险丝断路、sbc失效导致vdd无法提供电源、vdd因为线路板上的电容等短路造成vdd丢失、pwm芯片控制电路失效、高压侧的某路电源过载导致开关电源失效。

技术实现要素：

为解决上述问题。本发明提供了一种用于电机控制器的安全拓扑结构，使得硬件上出现一个可能导致电路失效的问题时，仍然可以有效控制电机控制器的开关管进入预定义状态。

一种电机控制器电路，包括，

分为上半桥、下半桥两组的igbt三相桥；

主电源输入接口，与主电源连接；

系统基础芯片，该系统基础芯片输入端与所述主电源连接，用于将接收到的主电源电压调制产生第一供电电压，并为mcu供电；所述mcu分别通过第一pwm控制芯片、第二pwm控制芯片与上半桥电源变换电路、下半桥电源变换电路连接,第一pwm控制芯片、第二pwm控制芯片默认处于工作状态，mcu可以禁止其工作。。

第二电源输入接口，与第二电源连接。

隔离开关电源，与所述第二电源输入接口连接，用于将第二电源电压调制为第二供电电压。

所述隔离开关电源输出端、主电源输入接口分别通过第一二极管、第二二极管并接形成第三供电电压，该第三供电电压同时输入至一低压差线性稳压器的输入端，以及，上半桥电源变换电路、下半桥电源变换电路的供电端。

所述低压差线性稳压器的输出端与一逻辑电路输入端连接；所述逻辑电路受控端与mcu连接，同时，其两路输出分别与上半桥驱动芯片、下半桥驱动芯片连接，用于控制所述上半桥驱动芯片、下半桥驱动芯片的输入信号类别。

所述系统基础芯片的输出端、低压差线性稳压器输出端还分别通过第三二极管、第四二极管并接后，分别通过第一开关、第二开关为所述上半桥驱动芯片、下半桥驱动芯片供电。

进一步的，所述主电源为低压蓄电池。

进一步的，所述输入信号包括pwm信号和安全状态信号。

进一步的，所述第二供电电压低于第一供电电压1～3v。

本发明同时提供如上所述的电机控制器电路控制方法，如主电源电压vbat失效、sbc失效或者第一供电电压失效时，mcu无法对外发出控制信号；逻辑电路在第二供电电压的支持下，上半桥驱动芯片、下半桥驱动芯片输出接收自端口st的固定电平信号，控制igbt三相桥进入上短路或者下短路状态；

当第二供电电压或低压差线性稳压器ldo失效时，第一供电电压不受影响，所述电机控制器电路正常工作；

当上半桥驱动芯片高压侧供电或下半桥驱动芯片高压侧供电失效时，mcu禁止对应的驱动芯片工作，并将与之对应的igbt三相桥上半桥、下半桥设置成短路状态。

本发明的有益效果为：本发明提供一种新型的电机控制器电路，将电机igbt控制电路分为上下半桥两组，并设置第二电源，将第二电源调制后的第二供电电压与主电源电源进行并接形成第三供电电压，利用该第三供电电压通过ldo、逻辑电路为驱动芯片供电，而通过主电源调制得到的第一供电电压为mcu供电，从而极大了增加了电路的安全性能，使得电路在某一个器件出现问题时，依然可以进入指定状态，得到有效控制，从而大大降低了出现事故的可能。

附图说明：

图1为现有技术中电机控制电路。

图2是本发明提供的电机控制器电路。

图3是实施例中逻辑电路控制示意图。

具体实施方式

实施例1：如图2、图3所示，本实施例提供了一种电机控制器电路，包括，

分为上半桥、下半桥两组的igbt三相桥；

主电源输入接口，与主电源低压蓄电池连接；

系统基础芯片sbc(systembasicchip)，该系统基础芯片sbc输入端与所述主电源连接，用于将接收到的主电源电压vbat调制产生第一供电电压vdd1，并为mcu供电；所述mcu分别通过第一pwm控制芯片pwmhs、第二pwm控制芯片pwmls与上半桥电源变换电路tf2、下半桥电源变换电路tf3连接。

第二电源输入接口，与第二电源连接。

隔离开关电源tf1，与所述第二电源输入接口连接，用于将第二电源电压hvu调制为第二供电电压vb2；第二供电电压vb2比第一供电电压vdd1低1～3v。

所述隔离开关电源tf1输出端、主电源输入接口分别通过第一二极管d1、第二二极管d2并接形成第三供电电压vsup，该第三供电电压同时输入至一低压差线性稳压器ldo的输入端，以及，上半桥电源变换电路tf2、下半桥电源变换电路tf3的供电端；

所述低压差线性稳压器ldo的输出端与一逻辑电路输入端连接；所述逻辑电路受控端与mcu连接，同时，所述逻辑电路的两路输出分别与上半桥驱动芯片、下半桥驱动芯片连接，用于控制所述上半桥驱动芯片、下半桥驱动芯片的输入信号类别。

所述系统基础芯片sbc的输出端、低压差线性稳压器ldo输出端还分别通过第三二极管d3、第四二极管d4并接后，分别通过第一开关vddh、第二开关vddl为所述上半桥驱动芯片hsgdv、下半桥驱动芯片lsgdv供电。

本实施例提供的电机控制器电路分为正常工作状态和异常工作状态，具体的，

正常工作状态：

1)vbat和vb2都有效存在，由于vbat>vb2，此时，第三供电电压vsup＝vbat，因此电路所有的供电能量都由vbat提供。

2)vbat通过sbc给mcu供电vdd1，mcu能够正常输出六路igbt控制信号(hbxy)。

3)mcu能够使能或者禁止pwmic(包括pwmhs和pwmls)产生高压侧所需电源

4)为逻辑电路提供电源的低压差线性稳压器ldo能够正常输出vdd2。mcu能够控制逻辑电路输出fs(包括输出至上半桥驱动芯片hsgdv的信号fsh和输出至下半桥驱动芯片lsgdv的信号fsl)第一电平(如可以是高电平，个别实施例中，该第一电平也可以是低电平)，同时，驱动芯片设置固定信号端口st，此固定信号端口采用上拉或者下拉方式接收固定电平的st端口，使驱动芯片选择pwm输入，具体的，当控制电路所有器件都正常工作时，mcu可使能逻辑电路输出第一电平(如高电平)，此时驱动芯片输出接收自mcu的pwm信号；而当控制电路出现异常时，逻辑电路输出第二电平，该第二电平可以是与第一电平相反电平(如低电平)，此时驱动芯片输出接收自端口st信号的固定电平。

异常工作状态：

1)当主电源电压vbat失效时，系统基础芯片sbc失去输入电源，此时vdd1丢失，如果是传统电机控制电路，此时mcu无法实现控制。而本实施例提供的电路中，在vbat失效时，第三供电电压vsup＝vb2。通过vsup，第一pwm控制芯片pwmhs、第二pwm控制芯片pwmls仍能够将vb2转换成高压侧所需电源。通过vsup供给的ldo也可继续输出vdd2，供给驱动芯片(lsgdv,hsgdv)，此时驱动芯片两侧均正常供电，能够实现igbt控制输出。无法接收到mcu使能信号en的逻辑电路输出fs(fsh、fsl)为第二电平，此时，驱动芯片(上半桥驱动芯片hsgdv、下半桥驱动芯片lsgdv)不再输出mcu发出的pwm信号，而是发出接收自端口st通过被动电阻上/下拉设置的固定电平信号，控制三相桥进入上短路或者下短路状态。

2)当sbc失效或者vdd1失效时，传统电压控制电路会出现mcu无法实现控制。而本实施例提供的控制电路中，第三供电电压vsup＝vbat,通过vsup，第一pwm控制芯片pwmhs、第二pwm控制芯片仍能够将vb2转换成高压侧所需电源。通过vsup供给的ldo也可继续输出vdd2，供给驱动芯片(lsgdv,hsgdv)，此时驱动芯片两侧均正常供电，能够实现igbt控制输出。逻辑电路输出fs(fsh、fsl)为第二电平，此时，驱动芯片(上半桥驱动芯片hsgdv、下半桥驱动芯片lsgdv)不再输出mcu发出的pwm信号，而是发出接收自端口st通过被动电阻上/下拉设置的固定电平信号，控制三相桥进入上短路或者下短路状态。

3)当第二供电电压vb2失效时(第二电源失效或者隔离开关电源tf1出错)；此时第三供电电压vsup＝vbat；来自vbat的供电正常，此时mcu能够正常实现控制，控制器的表现和正常状态相同。

4)当低压差线性稳压器ldo失效时，本实施例提供的控制电路mcu能够正常实现控制。来自vbat的供电正常，此时mcu能够正常实现控制，控制器的表现和正常状态相同。

5)当驱动芯片(上半桥驱动芯片hsgdv、下半桥驱动芯片lsgdv)高压侧供电(来自上半桥电源变换电路tf2、下半桥电源变换电路tf3的vddhs_h、vddls_h)失效时，通常是pwmic电路错误，或者驱动高压侧供电因为过载导致上半桥电源变换电路tf2、下半桥电源变换电路tf3工作异常。mcu检测到vddhs_h(vddls_h)失效时，会禁止pwmhs+tf2(pwmls+tf3)的工作，此时igbt三相桥上(下)半桥失去供电，无法实现控制。mcu将与之对应的下(上)半桥设置成短路状态，从而使三相桥进入安全状态。

6)当驱动芯片逻辑供电失效时，mcu检测到vddh(vddl)失效时，会控制开关将vddh(vddl)断开，防止vddh的错误负载对vdd1、vdd2造成影响。然后mcu关闭上(下)半桥的3路pwm输出，将下(上)板桥的3路pwm输出高电平，使其成短路状态，从而使igbt三相桥进入安全状态。

以上所述的，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。