一种电机控制器供电装置及电机控制器的制作方法

[0001]
本实用新型主要涉及电动汽车技术领域，特指一种电机控制器供电装置及电机控制器。


背景技术：

[0002]
电机控制器是通过主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路。在电动车辆中，电机控制器的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力电池所存储的电能通过逆变器转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中。它是电动车辆的关键零部件之一。
[0003]
现有的电机控制器的高压取电的主要方案有：
[0004]
1)实用新型《一种适用于混合动力汽车的空调电气结构》介绍了一种混合动力汽车的空调电器架构，将整车的空调的高压改为整车的动力系统高压，解决了发动机怠速或者停机时空调不能工作的缺陷。在此架构下，汽车空调改变了原有的能量输入来源，利用整车动力系统的高压，可以取消发电机和发电机控制器，降低了成本，节省了整车空间。但是，该实用新型属于混合动力汽车的空调电气领域，并不是为了解决整车动力安全的问题。
[0005]
2)实用新型专利《电机控制器供电电源系统及电机控制器》提供了一种新型的电机控制器电源结构，即为电机控制器提供两种电源来源。其一为高压电源，将动力电池的输出电压转换成第一电压输出；其二为低压电源，将低压电池的输出电压转换成第二电压输出。两路电压输出接到转换单元，根据第一输入端和第二输入端的电压的大小确定所述开关管驱动电源的供电电源。该方案虽然也是从高压取电，能够在低压输入电源失效的情况下保证电机控制器正常运转，但是其高压电源需要为整个控制器供电，甚至在原理上会“反哺”整车低压电气网络，功耗很大，电源电路庞大，容易造成过热和emc的问题。同时，该实用新型电路需要在配置转换单元，增加了电路的复杂程度，电路的失效率和成本都会上升。
[0006]
基于上述两个文献，现有电机控制器的高压取电需要具备的要求有：
[0007]
1、基于功能比较复杂的电动汽车电机控制器电路，在低压电源输入中断的情况下，高压取电模块能够保证部分电路仍然能够正常工作；
[0008]
2、基于功能安全的前提，在低压电源输入中断的情况下，高压取电模块能够保证功率模块安全动作，电机不出现非预期扭矩；
[0009]
3、高压取电方案的设计，需要尽可能考虑工程化实现，因此不能有太复杂的控制逻辑；
[0010]
4、在系统正常状态下，高压取电不介入逆变器驱动单元的控制，减小高压取电模块的平均工作时间。


技术实现要素：

[0011]
本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新
型提供一种结构简单、安全可靠、可靠性高、保障车辆平稳降速停车的电机控制器供电装置及电机控制器。
[0012]
为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
[0013]
一种电机控制器供电装置，包括隔离开关管电源、电源安全逻辑电路和低压电源；所述低压电源的输出端分别与电机控制器的逆变器上桥臂功率开关和下桥臂功率开关对应的驱动单元相连；所述隔离开关管电源的输入端与动力电池的输出端相连，所述隔离开关管电源的输出端与所述电源安全逻辑电路的输入端相连，所述电源安全逻辑电路的输出端与电机控制器的逆变器上桥臂功率开关或下桥臂功率开关对应的驱动单元相连。
[0014]
作为上述技术方案的进一步改进：
[0015]
所述电源安全逻辑电路包括升压模块和调压模块，所述升压模块的输入端与所述隔离开关管电源的输出端相连，所述升压模块的输出端与所述调压模块的输入端相连，所述调压模块的输出端与所述电机控制器的逆变器上桥臂功率开关或下桥臂功率开关对应的驱动单元相连。
[0016]
所述升压模块包括电容c1、电容c2、电感l、功率开关和二极管d，所述电容c1并联于所述隔离开关管电源的输出端，所述电容c2和功率开关均与所述电容c1并联，所述电感l串联于电容c1与功率开关之间的输出正母线上，所述二极管d串联于所述功率开关与电容c2之间的输出正母线上，其中二极管d的正极与功率开关相连，负极与电容c2相连。
[0017]
所述电源安全逻辑电路还包括pi调节器和电信号采集器，所述电信号采集器与所述pi调节器相连；所述电信号采集器采集所述升压模块输出端的电压电流信号并发送至pi调节器，所述pi调节器根据所述电压电流信号控制所述功率开关的开关以稳定所述升压模块的输出电压。
[0018]
还包括比较电路，所述比较电路包括比较器，所述比较器的输入端分别与低压电源的输出端和调压模块的输出端相连，所述比较器的输出端与所述pi调节器相连。
[0019]
所述隔离开关管电源包括隔离变压器，所述隔离变压器的原边串联有隔离开关。
[0020]
所述隔离变压器的原边设有阻容吸收单元，所述阻容吸收单元包括电阻、电容和二极管，所述电容与所述二极管串联后，整体与所述隔离变压器的输入端并联；所述电阻与电容并联；所述二极管的正极与所述动力电池的输出负端相连，所述二极管的负极与所述电容相连。
[0021]
所述隔离开关管电源的输入端通过低通滤波电路与所述动力电池的输出端相连。
[0022]
本实用新型还公开了一种电机控制器，包括逆变器，还包括如上所述的电机控制器供电装置；所述电源安全逻辑电路的输出端与逆变器上桥臂功率开关或下桥臂功率开关对应的驱动单元相连。
[0023]
作为上述技术方案的进一步改进：
[0024]
所述功率开关为igbt。
[0025]
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
[0026]
本实用新型的电机控制器供电装置及电机控制器，通过隔离开关管电源、电源安全逻辑电路的相互配合，在逆变器低压电源供电中断后，电源安全逻辑电路能够通过隔离开关管电源从动力电池输出端获得电源而正常工作，保证电驱系统在低压电源中断后不会输出非预期扭矩，保证车辆平稳降速停车；在不需要对整个电驱系统的控制电路进行供电，
只需要给电源安全逻辑电路以及上或下桥臂功率开关对应的驱动单元供电；故高压取电装置的整体功率更小，器件的损耗和温升更小，可靠性更佳；同时兼备电路结构更简单，成本更优，更容易实现工程化应用；另外，当低压电源对下桥臂功率开关对应的驱动单元的输出电压低于正常值时，由电源安全逻辑电路提供的输出电压大于低压电源的输出电压，自动切换为由电源安全逻辑电路进行供电，保障驱动单元的正常运行。
附图说明
[0027]
图1为本实用新型在实施例的方框结构图。
[0028]
图2为本实用新型中电源安全逻辑电路的电路原理图。
[0029]
图中标号表示：1、隔离开关管电源；2、电源安全逻辑电路；201、升压模块；202、调压模块；3、电源闭环控制模块；4、高压电源自启动电路；5、低通滤波电路；6、动力电池；7、逆变器；8、低压电源。
具体实施方式
[0030]
以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。
[0031]
如图1所示，本实施例的电机控制器供电装置，适用于电动汽车中，具体包括隔离开关管电源1、电源安全逻辑电路2和低压电源8；其中低压电源8的输出端分别与电机控制器的逆变器7的各桥臂(包括上桥臂和下桥臂)功率开关对应的驱动单元相连，用于在正常情况下为各桥臂功率开关对应的驱动单元供电；隔离开关管电源1的输入端与动力电池6的输出端相连，隔离开关管电源1的输出端与电源安全逻辑电路2的输入端相连，电源安全逻辑电路2的输出端与逆变器7的下桥臂功率开关对应的驱动单元相连；隔离开关管电源1用于将动力电池6的输出电压转换成驱动单元所需的供电电压；电源安全逻辑电路2用于在低压电源8输入中断时，立刻进入安全状态，接管对各驱动单元的控制权，通过驱动单元控制各下桥臂功率开关全部导通(图1中逆变器7下桥臂的三个功率开关)，保证电机三相绕组短路，从而使得在低压中断时，电机无法输出非预期扭矩，保证车辆平稳降速停车；另外电源安全逻辑电路2实时监控逆变器7的下桥臂功率开关的开关状态，形成反馈以保证控制可靠性。另外，当低压电源对下桥臂功率开关对应的驱动单元的输出电压低于正常值时，此时，由电源安全逻辑电路提供的输出电压大于低压电源的输出电压时，自动切换为由电源安全逻辑电路2进行供电，保障驱动单元的正常运行。当然，在其它实施例中，电源安全逻辑电路2的输出端也可以与逆变器7的上桥臂功率开关对应的驱动单元相连，通过驱动单元控制各上桥臂功率开关全部导通以实现上述目的。
[0032]
本实用新型的电机控制器供电装置，通过以上隔离开关管电源1与电源安全逻辑电路2的相互配合，在逆变器7的低压电源8供电中断后，电源安全逻辑电路2能够通过隔离开关管电源1从动力电池6输出端获得电源而正常工作，保证电驱系统在低压电源8中断后不会输出非预期扭矩，保证车辆平稳降速停车；不需要对整个电驱系统的控制电路进行供电，只需要给电源安全逻辑电路2以及下桥臂功率开关对应的驱动单元供电；故高压取电装置的整体功率更小，器件的损耗和温升更小，可靠性更佳；同时兼备电路结构更简单，成本更优，更容易实现工程化应用。
[0033]
本实施例中，电源安全逻辑电路2包括升压模块201和调压模块202，升压模块201
的输入端(图2中的输入+和输入-)与隔离开关管电源1的输出端相连，升压模块201的输出端与调压模块202的输入端相连，调压模块202的输出端(图2中的输入1、2、3)与对应的二极管d1相连。其中升压模块201将输入端口电压升高到既定电压，作为调压模块202的输入；同时，调压模块202将电压调整到驱动单元所需的供电电压，作为输出给到上桥臂(或下桥臂)的驱动单元；上述各模块能够使电源安全逻辑电路2能够有一个稳定的输出电压，不受隔离开关管电源1输出电压波动的影响。
[0034]
具体地，升压模块201包括电容c1、电容c2、电感l、功率开关(如igbt等)和二极管d，电容c1并联于隔离开关管电源1的输出端，电容c2和功率开关均与电容c1并联，电感l串联于电容c1与功率开关之间的输出正母线上，二极管d串联于功率开关与电容c2之间的输出正母线上，其中二极管d的正极与功率开关相连，负极与电容c2相连。
[0035]
进一步地，电源安全逻辑电路2还包括pi调节器和电信号采集器ct1，电信号采集器ct1与pi调节器相连；电信号采集器采集升压模块201输出端的电压电流信号并发送至pi调节器，pi调节器根据电压电流信号控制功率开关对应的驱动器，从而对功率开关的开关脉冲进行调节，以稳定升压模块201的输出电压满足电压范围要求。
[0036]
进一步地，还包括比较电路，比较电路包括比较器，比较器的输入同相端与调压模块202的输出端相连，输入反相端则与低压电源8的输出端相连，比较器的输出端与pi调节器相连；当低压电源8的输出电压低于设定的阈值后，比较器的输出电平翻转，激活pi调节器，升压模块201开始工作，此时则由电源安全逻辑电路2为各桥臂驱动单元进行供电。
[0037]
本实施例中，隔离开关管电源1包括隔离变压器t和隔离开关g，隔离开关g串联在隔离变压器t的原边上。另外，隔离变压器的原边上设置有阻容吸收单元，用于过电压保护，阻容吸收单元包括电容、电阻和二极管，电容与二极管串联后，整体与隔离变压器的输入端并联；电阻与电容并联；二极管的正极与动力电池6的输出负端相连，二极管的负极与电容相连，上述阻容吸收单元结构简单、易于实现。其中电源安全逻辑电路2则可采用常规的电压电流传感器以及相应的可控开关元件(如晶闸管等)来实现。
[0038]
本实施例中，还包括电源闭环控制模块3，用于实现隔离开关管电源1的闭环控制，以及在隔离开关管电源1处于过流、短路和欠压等异常时关断隔离开关，保证安全。具体地，电源闭环控制模块3中包括电压传感器和电流传感器，用于分别采集隔离变压器副边输出电压和原边隔离开关的电流，进行电压-电流双环闭环控制(目前的常规控制技术)，保证输出电压和输出电流始终在正常范围内。
[0039]
本实施例中，电源闭环控制模块3与隔离开关管电源1的输出端相连，并通过高压电源自启动电路4与动力电池6的输出端相连；高压电源自启动电路4用于在动力电池6的输出电压达到一定的预设值时给电源闭环控制模块3供电，并在隔离开关管电源1工作时停止供电以通过隔离开关管电源1为电源闭环控制模块3供电。具体地，高压电源自启动电路4是在启动阶段为电源闭环控制模块3提供电源，在启动过程中，高压电源自启动电路4要保证在动力电池6电压上升到一定数值后，才能给电源闭环控制模块3供电。同时，高压电源自启动电路4控制电源闭环控制模块3的使能信号，保证在动力电池6电压上升到一定范围后隔离开关管电源1才能开始工作。当隔离开关管电源1开始工作后，电源闭环控制模块3由隔离开关管电源1供电，此时高压电源自启动电路4停止工作。通过高压电源自启动电路4保证电源启动的时序和工作电压范围，保证电源始终工作在高效区间。上述高压电源自启动电路4
可通过常规的电压电流传感器以及可控开关来实现。
[0040]
本实施例中，高压电源自启动电路4和隔离开关管电源1的输入端均通过低通滤波电路5与动力电池6的输出端相连，低通滤波电路5用于滤除动力电池6的高频噪声，保证隔离开关管电源1以及高压电源自启动电路4不会受到动力电池6输出端电压波动及高频噪声的干扰而误动作。
[0041]
如图1所示，本实用新型还公开了一种电机控制器，包括逆变器7和如上所述的电机控制器供电装置；低压电源8为逆变器7的上桥臂功率开关和下桥臂功率开关对应的驱动单元供电，电源安全逻辑电路2的输出端与逆变器7的下桥臂功率开关或者上桥臂功率开关对应的驱动单元相连；其中功率开关为igbt。本实用新型的电机控制器包括如上所述的电机控制器供电装置，同样具有如上所述的供电装置所述的优点。
[0042]
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

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