CN104779882A - 一种逻辑保护电路及电机控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种逻辑保护电路，属于硬件保护电路领域。本发明包括MCU***、与门电路、锁存电路和故障清除电路，所述MCU***输入端与所述锁存电路输出端相连，所述MCU***输出端与所述故障清除电路输入端相连，所述锁存电路输入端分别与所述与门电路输出端和所述故障清除电路输出端相连，所述MCU***控制输出PWM信号并确定是否给出故障清除信号，恢复所述锁存电路功能。本发明电路简单，对故障信号反应迅速，安全可靠,节省电子元器件，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及硬件保护电路领域，尤其涉及一种逻辑保护电路。
背景技术
新能源车日益受到人们的关注，其中安全性是重点需要考虑的，而电动动力部件作为新能源汽车的核心零部件，遇到异常情况能否快速识别并处理关系到整个新能源车的安全性。
在新能源车辆的主电机控制器领域，一般都需要各种检测信号的软硬件保护策略，现在很多均采用软件或者硬件的方法来实现。
现有软件保护反应速度慢，遇到突发状况，因处理不及时可能引发安全隐患，而现有硬件保护电路又太过复杂。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种逻辑保护电路。
本发明包括MCU***、与门电路、锁存电路和故障清除电路，所述MCU***输入端与所述锁存电路输出端相连，所述MCU***输出端与所述故障清除电路输入端相连，所述锁存电路输入端分别与所述与门电路输出端和所述故障清除电路输出端相连，所述MCU***控制输出PWM信号并确定是否给出故障清除信号，恢复所述锁存电路功能。
本发明作进一步改进，所述逻辑保护电路还包括转化信号的信号输入和调理电路，所述信号输入和调理电路的输出端分别与所述MCU***和所述与门电路的输入端相连。
本发明作进一步改进，所述信号包括电流模拟信号、温度模拟信号、电压模拟信号、PRND档位信息、使能信号和IGBT故障信号。
本发明作进一步改进，所述电流模拟信号包括A相电流模拟信号、B相电流模拟信号、C相电流模拟信号和母线电流模拟信号，所述温度模拟信号包括A相IGBT温度模拟信号、B相IGBT温度模拟信号、C相IGBT温度模拟信号、电机绕组1温度模拟信号、电机绕组2温度模拟信号和散热器温度模拟信号。
本发明作进一步改进，所述与门电路由一个或多个二输入逻辑与门芯片组成，所述二输入逻辑与门芯片输入端与信号输出端相连。
本发明作进一步改进，所述锁存电路为用于保持逻辑信号状态的DS锁存器逻辑芯片或三极管。
本发明还提供一种包含上述逻辑保护电路的电机控制器，包括PWM信号隔离互锁电路、控制回路、驱动回路和主回路，所述MCU***控制输出PWM信号，所述PWM信号隔离互锁电路用于PWM信号的隔离和互锁，所述控制回路用于对PWM信号的传输进行控制，所述驱动回路用于驱动电机，所述主回路控制电机的运转，所述锁存电路的输出端与所述PWM信号隔离互锁电路输入端相连。
本发明作进一步改进，所述PWM信号隔离互锁电路，包括三相结构相同的桥臂电路，其中，每条桥臂电路包括上下二桥驱动电路，所述驱动电路包括第一驱动电路：用于驱动光电耦合器件，光电耦合器件：用于PWM信号的隔离互锁，第二驱动电路：用于驱动后级驱动放大电路，所述第一驱动电路与所述光电耦合器件的输入端相连，所述第二驱动电路与所述光电耦合器件的输出端相连。
本发明作进一步改进，所述与门电路给出故障逻辑信号，所述锁存电路保持故障逻辑信号，输出到所述PWM信号隔离互锁电路，将PWM信号硬件通道锁死，无法输出PWM信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：电路简单，对故障信号反应迅速，安全可靠,节省电子元器件，降低成本。
附图说明
图1为本发明电机控制器结构示意图；
图2为本发明逻辑保护电路功能拓扑图；
图3为本发明逻辑保护电路结构示意图；
图4为本发明电流模拟信号逻辑保护电路结构示意图；
图5为本发明温度模拟信号逻辑保护电路结构示意图；
图6为本发明母线过压欠压信号逻辑保护电路结构示意图；
图7为本发明PRND档位信息使能信号逻辑保护电路结构示意图；
图8为本发明IGBT故障信号逻辑保护电路结构示意图；
图9为本发明软件保护电路结构图；
图10为本发明信号输入和调理电路结构图；
图11为本发明逻辑保护电路结构图；
图12为图11逻辑保护电路放大图；
图13为图11故障清除电路放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图2所示，外界的各种信号，包括电流模拟信号、温度模拟信号、电压模拟信号、PRND档位信息使能信号和IGBT故障信号等，其中所述电流模拟信号包括A相电流模拟信号、B相电流模拟信号、C相电流模拟信号和母线电流模拟信号，所述温度模拟信号包括A相IGBT温度模拟信号、B相IGBT温度模拟信号、C相IGBT温度模拟信号、电机绕组1温度模拟信号、电机绕组2温度模拟信号和散热器温度模拟信号，通过信号输入和调理电路，经过模拟电路和数字电路后，其每路的信号分为二路，第一路直接进MCU***处理，另一路进本发明逻辑保护电路。
第一路进过模拟电路的信号直接进MCU***处理，实现软件保护，其实现原理为：
进MCU***处理，其具体过程为把外界的信号转化MCU可以识别的信号，参与电机控制器的计算或者软件保护；当达到软件保护设置点后，就会给出相对应的保护和措施。如图9软件保护电路结构图所示，实现电机控制器的软件保护。
另一路经过数字电路的信号转化为数字信号进逻辑保护电路，进行硬件保护和控制，去控制PWM信号隔离互锁电路，使其PWM信号的硬件通道被故障信号锁死，必须需要硬件信号和故障解除后，PWM信号的硬件通道才在软件唤起下被重新解锁启用。在电机控制器保护领域，为了安全和可靠的保护，除了软件功能保护外，还特别做了硬件锁存保护，特别是电流、温度、欠过压、档位、IGBT故障信号，就是说当这些故障信号发生后，我们必须关闭控制器的硬件驱动通道。而且硬件保护功能电路的反应时间是远远快于软件保护功能的。
其中IGBT故障信号的传输比较特殊，两路信号是由锁存器的Q脚输出和Q非脚输出，他们二者在逻辑上面是互反的；一路传输到PWM信号隔离互锁电路的使能端，把PWM信号电路锁死，不让信号输出；另外的一路进入MCU***，去做软件的判定和控制。
如图3所示，本发明逻辑保护电路包括MCU***、与门电路、锁存电路和故障清除电路，所述MCU***输入端与所述锁存电路输出端相连，所述MCU***输出端与所述故障清除电路输入端相连，所述锁存电路输入端分别与所述与门电路输出端和所述故障清除电路输出端相连，所述MCU***控制输出PWM信号并确定是否给出故障清除信号，恢复所述锁存电路功能。
各种信号逻辑保护功能具体实现原理如下：
如图4所示，电流信号的逻辑保护电路，由电流信号的输入逻辑与门芯片、锁存器芯片、故障消除电路、PWM信号锁存电路和MCU***组成。
电机控制器内部的A、B、C三相以及直流母线的电流霍尔检测的4路电流模拟信号，经过数字电路后，转为高低的逻辑电平(低电平表示过流保护)，4路逻辑电平信号分别输入到逻辑与门芯片进行处理，给出一个故障电平(低电平表示过流保护)，然后通过DS锁存器把故障信号逻辑予以保持，给到PWM信号隔离互锁电路，把PWM信号的硬件通道锁死，无法输出PWM信号,从而达到保护的功能效果。
在上述处理的过程中，电流过流故障逻辑给到MCU***，由MCU***根据情况来决定是否给出故障清除信号到故障清除电路，恢复锁存器的功能，恢复和使能PWM信号隔离互锁电路的硬件功能。
如图5所示，温度信号的硬件逻辑保护电路，由各个温度信号的输入逻辑与门芯片、锁存器芯片、故障消除电路、PWM信号锁存电路和MCU***组成。
电机控制器内部的ABC三相桥壁的IGBT温度模拟信号、外部电机绕组1和2温度模拟信号以及内部散热器温度模拟信号，经过数字电路后，转为高低的逻辑电平(低电平表示过温保护)，6路逻辑电平信号分别输入到逻辑与门芯片进行处理，给出一个故障电平(低电平表示过温保护)，然后通过DS锁存器把故障信号逻辑予以保持，给到PWM信号隔离互锁电路，把PWM信号的硬件通道锁死，无法输出PWM信号,从而达到保护的功能。
在上述处理的过程中，故障逻辑给到MCU***，由MCU***根据情况来决定是否给出故障清除信号到故障清除电路，恢复锁存器的功能，恢复和使能PWM信号隔离互锁电路的硬件功能。
如图6所示，母线电压信号的硬件逻辑保护电路，由母线欠压过压信号的输入逻辑与门芯片、锁存器芯片、故障消除电路、PWM信号锁存电路和MCU***组成。
电机控制器内部的母线电压采样信号，经过数字电路后，转为高低的逻辑电平(低电平表示母线电压欠压或者过压保护)，2路逻辑电平信号分别输入到逻辑与门芯片进行处理，给出一个故障电平(低电平表示母线电压故障)，然后通过DS锁存器把故障信号逻辑予以保持，给到PWM信号隔离互锁电路，把PWM信号的硬件通道锁死，无法输出PWM信号,从而达到保护的功能。
在上述处理的过程中，故障逻辑给到MCU***，由MCU***根据情况来决定是否给出故障清除信号到故障清除电路，恢复锁存器的功能，恢复和使能PWM信号隔离互锁电路的硬件功能。
如图7所示，档位信号的硬件逻辑保护电路，由档位开关信号的输入逻辑与门芯片、锁存器芯片、故障消除电路、PWM信号锁存电路和MCU***组成。
电机控制器外部的档位信号，经过数字电路后，转为高低的逻辑电平(低电平表示档位消耗故障有效)，2路逻辑电平信号分别输入到逻辑与门芯片进行处理，给出一个故障电平(低电平表示档位故障信号)，然后通过DS锁存器把故障信号逻辑予以保持，给到PWM信号隔离互锁电路，把PWM信号的硬件通道锁死，无法输出PWM信号,从而达到保护的功能。
在上述处理的过程中，故障逻辑给到MCU***，由MCU***根据情况来决定是否给出故障清除信号到故障清除电路，恢复锁存器的功能，恢复和使能PWM信号隔离互锁电路的硬件功能。
如图8所示，IGBT故障的硬件逻辑保护电路，由IGBT故障信号的输入逻辑与门芯片、锁存器芯片、故障消除电路、PWM信号锁存电路和MCU***组成。
电机控制器内部的IGBT故障信号，经过数字电路后，转为高低的逻辑电平(低电平表示IGBT故障)，2路逻辑电平信号分别输入到逻辑与门芯片进行处理，给出一个故障电平(低电平表示档位故障信号)，然后通过DS锁存器把故障信号逻辑予以保持，给到PWM信号隔离互锁电路，把PWM信号的硬件通道锁死，无法输出PWM信号,从而达到保护的功能效果。
在上述处理的过程中，IGBT故障逻辑信号给到MCU***的中断***，由MCU立即停止其他运行程序，执行IGBT中断服务程序，关掉MCU***的PWM信号单元；同时根据情况来决定是否给出故障清除信号到故障清除电路，恢复锁存器的功能，恢复和使能PWM信号隔离互锁电路的硬件功能。
上述实施例中，所述与门电路由一个或多个二输入逻辑与门芯片组成，所述二输入逻辑与门芯片输入端与信号输出端相连。
所述锁存电路除了DS锁存器逻辑芯片外，也可以是三极管等用于保持逻辑信号状态的电子元器件。
如图1所示，本发明还提供了一种电机控制器，除了包括上述逻辑保护电路外，还包括PWM信号隔离互锁电路、控制回路、驱动回路和主回路，所述MCU***还控制输出PWM信号，所述PWM信号隔离互锁电路用于PWM信号的隔离和互锁，所述控制回路用于对PWM信号的传输进行控制，所述驱动回路用于驱动电机，所述主回路控制电机的运转，所述锁存电路的输出端与所述PWM信号隔离互锁电路输入端相连。
所述PWM信号隔离互锁电路，包括三相结构相同的桥臂电路，其中，每条桥臂电路包括上下二桥驱动电路，所述驱动电路包括第一驱动电路：用于驱动光电耦合器件，光电耦合器件：用于PWM信号的隔离互锁，第二驱动电路：用于驱动后级驱动放大电路，所述第一驱动电路与所述光电耦合器件的输入端相连，所述第二驱动电路与所述光电耦合器件的输出端相连。
所述与门电路给出故障逻辑信号，所述锁存电路保持故障逻辑信号，输出到所述PWM信号隔离互锁电路，将PWM信号硬件通道锁死，无法输出PWM信号，从而起到硬件保护功能。
所述控制回路包含电源控制电路，信号输入接口电路和CAN通讯电路。所述驱动回路包含驱动放大电路和开关电源电路，所述驱动放大电路包括A相驱动放大电路、B相驱动放大电路和C相驱动放大电路。所述主回路包含IGBT逆变桥、储能吸收电容、叠层母排和结构件等等各种电气、结构件。
主回路连接的电机，就是电机控制器的负载，是电机控制器驱动的对象。
特别说明，图1只是给出了电机控制器的PWM信号通道的主电路拓扑图和其他信号的逻辑保护功能图，在电机控制器中，还有很多其他功能框图并没有给出，其他功能框图并非本发明的重点改进之处。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种逻辑保护电路，其特征在于：包括MCU***、与门电路、锁存电路和故障清除电路，所述MCU***输入端与所述锁存电路输出端相连，所述MCU***输出端与所述故障清除电路输入端相连，所述锁存电路输入端分别与所述与门电路输出端和所述故障清除电路输出端相连，所述MCU***控制输出PWM信号并确定是否给出故障清除信号，恢复所述锁存电路功能。
2.根据权利要求1所述的一种逻辑保护电路，其特征在于：所述逻辑保护电路还包括转化信号的信号输入和调理电路，所述信号输入和调理电路的输出端分别与所述MCU***和所述与门电路的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的一种逻辑保护电路，其特征在于：所述信号包括电流模拟信号、温度模拟信号、电压模拟信号、PRND档位信息使能信号和IGBT故障信号。
4.根据权利要求3所述的一种逻辑保护电路，其特征在于：所述电流模拟信号包括A相电流模拟信号、B相电流模拟信号、C相电流模拟信号和母线电流模拟信号。
5.根据权利要求3所述的一种逻辑保护电路，其特征在于：所述温度模拟信号包括A相IGBT温度模拟信号、B相IGBT温度模拟信号、C相IGBT温度模拟信号、电机绕组1温度模拟信号、电机绕组2温度模拟信号和散热器温度模拟信号。
6.根据权利要求1或2所述的一种逻辑保护电路，其特征在于：所述与门电路由一个或多个二输入逻辑与门芯片组成，所述二输入逻辑与门芯片输入端与信号输出端相连。
7.根据权利要求1或2所述的一种逻辑保护电路，其特征在于：所述锁存电路为用于保持逻辑信号状态的DS锁存器逻辑芯片或三极管。
8.一种含权利要求1-7任一项所述逻辑保护电路的电机控制器，其特征在于：还包括PWM信号隔离互锁电路、控制回路、驱动回路和主回路，所述MCU***控制输出PWM信号，所述PWM信号隔离互锁电路用于PWM信号的隔离和互锁，所述控制回路用于对PWM信号的传输进行控制，所述驱动回路用于驱动电机，所述主回路控制电机的运转，所述锁存电路的输出端与所述PWM信号隔离互锁电路输入端相连。
9.根据权利要求8所述的电机控制器，其特征在于：所述PWM信号隔离互锁电路，包括三相结构相同的桥臂电路，其中，每条桥臂电路包括上下二桥驱动电路，所述驱动电路包括第一驱动电路：用于驱动光电耦合器件，光电耦合器件：用于PWM信号的隔离互锁，第二驱动电路：用于驱动后级驱动放大电路，所述第一驱动电路与所述光电耦合器件的输入端相连，所述第二驱动电路与所述光电耦合器件的输出端相连。
10.根据权利要求8所述的电机控制器，其特征在于：所述与门电路给出故障逻辑信号，所述锁存电路保持故障逻辑信号，输出到所述PWM信号隔离互锁电路，将PWM信号硬件通道锁死，无法输出PWM信号。
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