CN109905019B - 一种具有保护功能的放电电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有保护功能的放电电路及其控制方法，所述放电电路包括母线支撑电容和主动放电电路；主动放电电路包括：功率电阻、第一开关、第一控制电路和第二控制电路；功率电阻与第一开关串联后被耦接至直流输入正端和直流输入负端之间，功率电阻、第一开关和母线支撑电容构成主动放电主回路；第一控制电路被配置为至少提供第一控制信号来控制第一开关的导通和断开；第二控制电路在正常工作时至少提供第二控制信号来控制第一控制电路的工作，在第二控制电路异常时，第一控制电路还被配置为促使主动放电主回路主动断开。本发明实施例提出的技术方案，控制方式灵活，能够有效避免母线支撑电容Cp电压持续异常对功率电阻Rp及***造成的损害。

Description

一种具有保护功能的放电电路及其控制方法

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种具有保护功能的放电电路及其控制方法。

背景技术

电动汽车的动力来源于电池，驱动电机控制器将电池的直流电经过逆变转换为交流电进而驱动电机输出扭矩，经传动***将扭矩传送到车轮从而驱动车辆行驶。为了稳定驱动电机控制器输入端母线电压的波动，优化电流输出的响应时间及吸收功率模块因高速开关斩波所产生的尖峰电压，通常会在驱动电机控制器的直流输入端并联一个电容(一般为几百～上千微法)，该电容在此定义为母线支撑电容，符号Cp。

由于母线支撑电容Cp作为储能元件而且电压较高，当驱动电机控制器停止工作时，动力电池切断输送能量的路径后，驱动电机控制器需要具备主动放电和被动放电功能，以确保母线支撑电容Cp的电压在规定时间内降低到安全电压阈值，避免因各种***故障或误操作等问题造成对人员的伤害。一般情况下，被动放电的方法都是将电阻直接并联在直流母线两端(在此定义直流母线两端分别为BAT+和BAT-)实现母线支撑电容Cp的放电，这种被动放电方法一直存在损耗，故放电电流设计不能太大，如此也导致了其放电的时间较长。因此，主动放电就是用来解决对母线支撑电容Cp的放电时间的问题，从被动放电要求的5min迅速降到3s甚至更短。图1给出了目前主动放电方案的主流电路示意图，如图所示，闭合开关K，通过大功率主动放电电阻Rp，以快速消耗掉母线支撑电容Cp上的能量使其电压快速下降到安全水平。在某些情况下，如果母线支撑电容Cp的能量源源不断的由动力电池提供(驱动电机控制器尚未与动力电池断开能量输送回路)或驱动电机高速发电(高速拖车、翻车等)馈入母线支撑电容Cp或车辆处于充电状态(母线支撑电容Cp持续存在高压而MCU未工作)，此时大功率主动放电电阻Rp一直在将母线支撑电容Cp的能量转换成热量，其自身温度不断上升，将会在很短时间内(几十秒甚至几秒)达到极限而烧毁，轻者驱动电机控制器损坏失效，重者引起火灾。

发明内容

为了解决上述母线支撑电容的电压持续异常导致主动放电电阻或***受损的技术问题，本发明实施例提出了一种具有保护功能的放电电路及其控制方法。

在本发明的第一方面，本发明实施例提出的一种具有保护功能的放电电路，包括母线支撑电容和主动放电电路；

母线支撑电容包括被耦接至直流输入正端的第一导电端子和被耦接至直流输入负端的第二导电端子；

主动放电电路包括：功率电阻、第一开关、第一控制电路和第二控制电路；

功率电阻与第一开关串联后被耦接至直流输入正端和直流输入负端之间，功率电阻、第一开关和母线支撑电容构成主动放电主回路；

第一控制电路包括被耦接至电压源节点的第一导电端子、被耦接至直流输入负端的第二导电端子、向第一开关提供第一控制信号的输出端以及被耦接以接收第二控制信号的输入端，第一控制电路至少被配置为提供第一控制信号来控制第一开关的导通和断开；

第二控制电路包括被耦接至第一控制电路的输入端以向第一控制电路提供第二控制信号的输出端，第二控制电路被配置为在第二控制电路正常工作时至少提供第二控制信号来控制第一控制电路的工作状态；第一控制电路在第二控制电路异常时还被配置为强制主动放电主回路工作并在经过设定时间后促使主动放电主回路主动断开。

在某些实施例中，第一控制电路包括第二开关，第二控制电路的输出端向第二开关提供第二控制信号，第二开关的导通和断开部分受控于第二控制信号，第二开关的导通和断开与第一开关的导通和断开的动作同步。

在某些实施例中，第二控制电路包括复位控制模块，复位控制模块被配置为在第二控制电路正常工作时能够对放电电路的状态进行主动复位。

在某些实施例中，放电电路还包括被动放电电路；

被动放电电路包括被动放电模块和稳压电路；

被动放电模块包括被耦接至直流输入正端的第一导电端子以及被耦接以提供电连接的第二导电端子，被动放电模块被配置为对母线支撑电容Cp进行被动放电；

稳压电路包括被耦接至被动放电模块的第二导电端子的输入端、被耦接至直流输入负端的输出端以及被耦接以提供电压源的电压源节点，稳压电路被配置为提供稳定的电压源。

在某些实施例中，第一控制电路包括控制模块和计时模块；

控制模块包括被耦接至电压源节点的第一导电端子、被耦接以提供电连接的连接端、被耦接至第一开关的控制端以及被耦接至直流输入负端的第二导电端子；

计时模块包括被耦接至电压源节点的第一导电端子、被耦接至直流输入负端的第二导电端子以及被耦接至控制模块的连接端的第三导电端子，计时模块被配置为对主动放电主回路的导通时间进行计时，并在计时模块计时的时间达到设定时间时，强制控制模块促使主动放电主回路主动断开。

在某些实施例中，第一控制电路还包括锁定模块；

锁定模块包括被耦接至电压源节点的第一导电端子、被耦接至控制模块的第二导电端子、被耦接至计时模块的第三导电端子以及被耦接至直流输入负端的第四导电端子，锁定模块被配置为在控制模块促使主动放电主回路主动断开后强制控制模块促使主动放电主回路处于持续断开的状态。

在某些实施例中，控制模块包括第二开关，计时模块包括电压比较电路，第二开关的导通和断开至少受控于第二控制电路和电压比较电路。

在某些实施例中，电压比较电路包括电压比较器，锁定模块被配置为锁定电压比较器的输出状态。

在某些实施例中，第二控制电路包括控制单元和第一隔离器件，控制单元输出的电平信号促使第一隔离器件导通工作或截止不工作。

在某些实施例中，第二控制电路还包括第二隔离器件，控制单元输出的电平信号促使第二隔离器件导通工作或截止不工作，第二隔离器件被配置为解除锁定模块的锁定，第二隔离器件的控制状态和第一隔离器件同步。

在本发明的第二方面，本发明实施例提出的一种具有保护功能的放电电路的控制方法，所述放电电路包括母线支撑电容和主动放电电路；母线支撑电容耦接至直流输入正端和直流输入负端之间；主动放电电路包括：功率电阻、第一开关、第一控制电路和第二控制电路；功率电阻与第一开关串联后被耦接至直流输入正端和直流输入负端之间，功率电阻、第一开关和母线支撑电容构成主动放电主回路；

所述控制方法包括：

第一控制电路提供第一控制信号来控制第一开关的导通和断开；以及

第二控制电路正常工作时第二控制电路至少提供第二控制信号来控制第一控制电路的工作状态；第二控制电路异常时第一控制电路强制主动放电主回路工作并在经过设定时间后促使主动放电主回路主动断开。

在某些实施例中，第二控制电路包括复位控制模块，所述控制方法还包括：第二控制电路正常工作时复位控制模块能够对放电电路的状态进行主动复位。

在某些实施例中，第一控制电路包括控制模块和计时模块；

所述在经过设定时间后促使主动放电主回路主动断开包括：计时模块对主动放电主回路的导通时间进行计时，并在计时模块计时的时间达到设定时间时，计时模块强制控制模块促使主动放电主回路主动断开。

本发明的有益效果：本发明实施例提出的具有保护功能的放电电路及其控制方法，通过控制主动放电电路利用大功率电阻Rp进行快速放电，控制方式灵活。并且，本发明实施例提出的具有保护功能的放电电路及其控制方法，在控制单元MCU异常后，如果主动放电电路持续工作一段时间T后仍未放电成功，则主动断开主动放电回路并持续保持断开，能够有效避免母线支撑电容Cp电压持续异常对功率电阻Rp及***造成的损害。

本发明实施例提出的具有保护功能的放电电路及其控制方法，能够很好的解决现有主动放电方案所存在的技术问题，使得主动放电***的功能更加丰富、安全和可靠。

附图说明

图1示出现有主动放电电路的基本控制框图；

图2示出本发明实施例提出的具有保护功能的放电电路的一实施例的电路结构框图；

图3示出本发明实施例提出的具有保护功能的放电电路的又一实施例的电路结构框图；

图4示出本发明实施例提出的具有保护功能的放电电路的再一实施例的电路结构框图；

图5示出本发明实施例提出的放电电路的电路实现方式的一实施例的电路结构示意图；

图6示出本发明实施例提出的放电电路的电路实现方式的又一实施例的电路结构示意图；

图7示出本发明实施例提出的放电电路的控制方法的流程图；

图8示出本发明实施例提出的放电电路的控制方法的一优选实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。

如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“一个实施例”及其类似表述可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”及其类似表述可以被理解为“至少一个其它实施例”。术语“第一”、“第二”等表述仅用于区分不同的特征，并无实质含义。

图2示出了具有保护功能的放电电路100的实施例。放电电路100包括母线支撑电容Cp和主动放电电路11。

母线支撑电容Cp包括被耦接至驱动电机控制器直流输入的正端BAT+的第一导电端子和被耦接至驱动电机控制器直流输入的负端BAT-的第二导电端子。驱动电机控制器直流输入的正端BAT+和负端BAT-分别被耦接至动力电池的正极和负极。

主动放电电路11包括：功率电阻Rp、第一开关K1、第一控制电路11a和第二控制电路11b。

功率电阻Rp与第一开关K1串联后被耦接至驱动电机控制器直流输入的正端BAT+和驱动电机控制器直流输入的负端BAT-之间。在放电电路100中，功率电阻Rp、第一开关K1和母线支撑电容Cp构成主动放电主回路，可以理解的是，图2示出的主动放电主回路结构为基本的电路结构，在此基础上可以进行适当的变形，只要满足本发明实施例的设计构思和设计目的即可，后面介绍的电路结构也遵循这一原则。

第一控制电路11a具有被耦接至电压源VCC节点的第一导电端子、被耦接至驱动电机控制器直流输入的负端BAT-的第二导电端子、向第一开关K1提供第一控制信号的输出端以及被耦接以接收第二控制信号的输入端。第一控制电路11a被配置为至少提供第一控制信号来控制第一开关K1的导通和断开。在放电电路100中，第一开关K1的导通和断开决定了功率电阻Rp是否对母线支撑电容Cp进行放电。

第二控制电路11b包括被耦接至第一控制电路11a的输入端并提供第二控制信号的输出端。第二控制电路11b被配置为在第二控制电路11b正常工作时至少提供第二控制信号来控制第一控制电路11a工作或不工作。在第二控制电路11b正常工作时，如果第二控制电路11b提供指示第一控制电路11a工作的第二控制信号，则第一控制电路11a控制主动放电主回路对母线支撑电容Cp放电，在放电过程中，第二控制电路11b可以随时提供指示第一控制电路11a不工作的第二控制信号，第一控制电路11a即终止主动放电主回路对母线支撑电容Cp放电，可见，在第二控制电路11b正常工作时，第二控制电路11b可通过第一控制电路11a控制主动放电主回路放电与否以及放电时间，从而可以保护功率电阻Rp，防止功率电阻Rp过热损坏。在第二控制电路11b异常不工作(此时第二控制电路11b不提供第二控制信号)时，第一控制电路11a还被配置为强制主动放电主回路工作并在经过设定时间T后促使主动放电主回路断开，实现主动放电主回路在保证功率电阻Rp正常的前提下对母线支撑电容Cp放电，从而避免母线支撑电容Cp电压持续异常带来的对功率电阻Rp以及对放电电路100所在的***的损害。设定时间T需要结合功率电阻Rp在主动放电主回路中的最恶劣情况下的实际损耗所能承受的最大时间，该设定时间T可通过实际电路进行测试来确定，该设定时间T在实际应用中应设计为大于放电电路正常情况时的放电时间t。

本实施例提出的具有保护功能的放电电路100中，第二控制电路和第一控制电路配合工作，使得在第二控制电路11b异常时，第一控制电路11a能够促使主动放电主回路主动断开，因此不会造成功率电阻Rp持续升温，避免了设备损毁甚至引起火灾的问题。

在本实施例的一优选实施例中，第一控制电路11a包括第二开关(可参照图5的开关管Q1)，第二控制电路11b的输出端向第二开关提供第二控制信号，第二控制信号作为控制第二开关导通和断开的因素之一。在该实施例中，第二开关的导通和断开与第一开关K1的导通和断开的动作同步，例如，第二开关导通，则第一开关K1导通；第二开关断开，则第一开关K1断开，或者，第二开关导通，则第一开关K1断开；第二开关断开，则第一开关K1导通。

再次参照图2，放电电路100进一步包括被动放电电路12。

被动放电电路12包括被动放电模块12a和稳压电路12b。

被动放电模块12a包括被耦接至驱动电机控制器直流输入的正端BAT+的第一导电端子以及被耦接以提供电连接的第二导电端子。被动放电模块12a被配置为对母线支撑电容Cp进行被动放电。被动放电模块12a可以为被动放电电阻，在实际设计中，被动放电电阻可以为一个电阻或者可以由多个电阻进行串并联实现，基于同样的原则，后续的电阻也可以设计为一个电阻或者可以由多个电阻进行串并联实现。

稳压电路12b包括被耦接至被动放电模块12a的第二导电端子的输入端、被耦接至驱动电机控制器直流输入的负端BAT-的输出端以及被耦接以提供电压源VCC的电压源VCC节点。稳压电路12b被配置为提供稳定的电压源。

在放电电路100中，被动放电模块12a、稳压电路12b以及母线支撑电容Cp构成被动放电回路，工作时，被动放电回路持续对母线支撑电容Cp进行放电并提供稳定的电压源。

现在参照图3，图3示出本发明又一实施例提出的具有保护功能的放电电路。本实施例对前述实施例中第一控制电路的结构进行了进一步的说明。在本实施例中，第一控制电路11a包括控制模块13和计时模块14。

控制模块13包括被耦接至电压源VCC节点的第一导电端子、被耦接以提供电连接的连接端、被耦接至第一开关K1的控制端以及被耦接至驱动电机控制器直流输入的负端BAT-的第二导电端子。控制模块13被配置为控制第一开关K1的导通和断开。

计时模块14包括被耦接至电压源VCC节点的第一导电端子、被耦接至驱动电机控制器直流输入的负端BAT-的第二导电端子以及被耦接至控制模块13的连接端的第三导电端子。计时模块14被配置为对主动放电主回路的导通时间进行计时，并在计时模块14计时的时间达到设定时间T时，强制控制模块13促使主动放电主回路主动断开，从而避免母线支撑电容Cp电压持续异常带来的对功率电阻Rp以及对放电电路100所在的***的损害。

现在参照图4，图4示出本发明再一实施例提出的具有保护功能的放电电路。本实施例对前述又一实施例中第一控制电路的结构再次进行了进一步的说明。在本实施例中，第一控制电路11a还包括锁定模块15。

锁定模块15包括被耦接至电压源VCC节点的第一导电端子、被耦接至控制模块13的第二导电端子、被耦接至计时模块14的第三导电端子以及被耦接至驱动电机控制器直流输入的负端BAT-的第四导电端子。锁定模块15被配置为在控制模块13促使主动放电主回路主动断开后强制控制模块13促使主动放电主回路处于持续断开的状态，从而进一步确保功率电阻Rp及***的安全。

进一步地，第二控制电路11b可以包括复位控制模块(可参照图6所示的第二隔离器件U3)，复位控制模块被配置为在第二控制电路11b正常工作时能够对放电电路的状态进行主动复位，例如复位控制模块可以对锁定模块15进行解锁，从而使得主动放电主回路可以尝试多次主动放电。

现在参照图5，图5示出了用于放电电路100的电路实现方式的实施例的细节。

电压源VCC、第一开关管Q1(对应图2中的第二开关)、第六电阻R6、第七电阻R7和驱动电机控制器直流输入的负端电压VBAT-依次串联构成控制模块13。图5中示出第一开关管Q1为PNP型三极管的示例，可以理解，第一开关管Q1可以采用其他结构或其他开关器件。

控制单元MCU、第十电阻R10和第一隔离器件U2构成第二控制电路11b。控制单元MCU具有提供电连接的第一导电端子和第二导电端子，第十电阻R10具有被耦接至控制单元MCU的第一导电端子的第一导电端子和被耦接以提供电连接的第二导电端子，第一隔离器件U2的原边被耦接至第十电阻R10的第二导电端子和控制单元MCU的第二导电端子之间，第一隔离器件U2的副边直接与第一开关管Q1的发射极e和基极b并联。当控制单元MCU输出的电平信号使得第一隔离器件U2原边的发光二极管导通工作时，第一隔离器件U2副边的光敏三极管导通。由于第一隔离器件U2的副边直接与第一开关管Q1的发射极E和基极B并联，而第一隔离器件U2副边的导通压降小于第一开关管Q1的门极(即发射极E到基极B)的导通压降，使得第一开关管Q1的门极被第一隔离器件U2的副边短路，电压源VCC的电流全部从第一隔离器件U2的副边流过，而第一开关管Q1的门极无电流流过，故第一开关管Q1处于断开状态，此时第二开关管Q2(对应图2中的第一开关K1)也处于断开状态。当控制单元MCU输出的电平信号使得第一隔离器件U2原边的发光二极管截止不工作时(控制单元MCU异常故障时第一隔离器件U2原边的发光二极管截止不工作)，第一隔离器件U2的副边同样截止不工作，那么第一开关管Q1的门极将不受第一隔离器件U2的短路控制，图5示出的电路细节中，根据后续的描述可知，第一开关管Q1的导通与否将取决于电压比较器U1A输出端电压VC，当VC＝电压源VCC时，第一开关管Q1断开，第二开关管Q2也断开；当0≤VC＜电压源VCC时，第一开关管Q1导通，第二开关管Q2也导通。

电压比较电路、第一二极管D1、第八电阻R8、第九电阻R9和第一电容C1构成计时模块14。第九电阻R9和第一电容C1并联后与第八电阻R8和第一二极管D1串联。第一二极管D1被配置为防止第一电容C1的电流反向放电到第六电阻R6和第七电阻R7，第一二极管D1的正极端被耦接至第一开关管Q1和第六电阻R6之间。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和电压比较器U1A构成电压比较电路，电压比较器U1A的非反相输入端被耦接至第九电阻R9和第八电阻R8之间。电压比较电路被配置为作为控制第二开关导通和断开的另一因素，当控制单元MCU输出的电平信号使得第一隔离器件U2原边的发光二极管截止不工作时，第一开关管Q1的导通与否将取决于电压比较器U1A输出端电压VC。电压比较器U1A的反相输入端电压VA为设置的参考基准电压，图5所示的电路细节中，电压比较器U1A反相输入端电压VA＝VCC*R2/(R1+R2)。根据电压比较器U1A的工作原理可知，电压比较器U1A的非反相输入端电压VB大于反相输入端电压VA时，输出端电压VC为高电平，否则输出端电压VC＝0V。在主动放电电路11触发时刻，第一电容C1上的电压即电压比较器U1A非反相输入端电压VB＝0V，此刻VA>VB，根据电压比较器U1A的工作原理可知，电压比较器U1A的输出端电压VC＝0V，即电压比较器U1A的输出端电压VC初始状态为0V。此时第一开关管Q1导通，主动放电电路11开始主动放电，随着时间的推移，第一电容C1上的电压将由0V慢慢上升，如果控制单元MCU异常故障不能按预期时间t完成放电，则经过设定时间T后第一电容C1上的电压VB>VA，从而使得电压比较器U1A的输出端电压VC为高电平，此刻的VC＝VD2+VB，其中VD2为第二二极管D2的导通压降。通过设置计时模块实现闭环反馈。

第四电阻R4、第二二极管D2和第一电容C1构成锁定模块15。第四电阻R4被耦接至电压源VCC和电压比较器U1A输出端之间，第二二极管D2被耦接至电压比较器U1A输出端和非反相输入端之间，第一电容C1被耦接至电压比较器U1A非反相输入端和驱动电机控制器直流输入的负端电压VBAT-之间。在图5示出的电路中，锁定模块15被配置为对电压比较器U1A输出状态的锁定。即，如前计时模块14的工作原理所述，当第一电容C1的电压VB>VA时，如果VC＝VD2+VB＜电压源VCC，此时仍有电流从电压源VCC经过第四电阻R4→第二二极管D2以及经过第一开关管Q1→第五电阻R5→第二二极管D2这两条路径给第一电容C1继续充电，第一电容C1的电压继续升高且一直保持VB>VA的状态，当VB电压达到一定值时，以上两条路径的充电电流为0A，VC＝电压源VCC且一直维持该状态，此时第一开关管Q1处于断开状态将一直维持该状态，由控制模块13的工作原理可知，第二开关管Q2处于断开状态，主放电回路不工作。通过设置锁定模块实现自动锁存。

本发明实施例提出了一种带闭环反馈及自动锁存状态进行自我保护的放电电路，实现在触发主动放电主回路工作的同时开始计时，当达到设定时间T后母线支撑电容Cp的电压仍未泄放到预期电压值时，则控制电路的逻辑状态发生翻转，从而断开第一开关K，终止主动放电，保护功率电阻Rp，并将该终止状态持续锁住保持一直到整个产品的母线支撑电容Cp电压经被动放电泄放完。设定时间T的设定需结合功率电阻Rp在主动放电主回路中的最恶劣情况下的实际损耗所能承受的最大时间，该最大时间可通过实际电路进行测试，从而设定图5中第八电阻R8、第九电阻R9和第一电容C1的参数来确定设定时间T，该设定时间T在实际应用中应设计为大于电路正常情况的放电时间t。如此，在控制单元MCU正常时可通过控制该主动放电主回路导通与否，从而主动控制母线支撑电容Cp主动放电与否，在控制单元MCU异常时，触发主动放电主回路导通工作从而放掉母线支撑电容Cp的能量，此外，还可有效避免因母线支撑电容Cp持续存在能量无法在设定时间T内泄放掉而导致的功率电阻Rp损坏。

现在参照图6，图6示出了用于主动放电电路11的电路实现方式的又一实施例的细节。

图6所示的电路与图5所示的电路区别在于图6所示的电路中增加了第二隔离器件U3(前述复位控制模块的示例)，第二隔离器件U3的原边和第一隔离器件U2的原边串联后被耦接至第十电阻R10的第二导电端子和控制单元MCU的第二导电端子之间，第二隔离器件U3的副边直接并联在第一电容C1的两端。第二隔离器件U3的控制状态和第一隔离器件U2同步。图6的其他电路结构与图5相同。

当控制单元MCU正常时，控制单元MCU通过电平信号控制第一隔离器件U2和第二隔离器件U3原边的发光二极管导通工作，第一隔离器件U2和第二隔离器件U3副边的光敏三极管导通，使得电压比较器U1A非反相输入端电压VB电压(即第一电容C1的端电压)可放电回归到0V，此时第一开关管Q1和第二开关管Q2处于断开状态。之后，如果母线支撑电容Cp电压出现异常，控制单元MCU通过电平信号控制第一隔离器件U2和第二隔离器件U3原边的发光二极管截止不工作，第一隔离器件U2和第二隔离器件U3副边的光敏三极管截止，此时第一开关管Q1和第二开关管Q2处于导通状态，主动放电电路的工作情况同图5所描述的工作情况(不再赘述)，因此，既能够导通主动放电主回路实现主动放电，又能够实现经过设定时间T后主动断开主动放电主回路从而保护功率电阻Rp。如果经过一次主动放电之后，母线支撑电容Cp电压仍然异常，在控制单元MCU正常时，控制单元MCU通过电平信号控制第一隔离器件U2和第二隔离器件U3原边的发光二极管导通工作，使得电压比较器U1A非反相输入端电压VB电压可放电回归到0V，电压比较器U1A输出端电压VC回到0V，然后控制单元MCU通过电平信号控制第一隔离器件U2和第二隔离器件U3原边的发光二极管截止不工作，再次促使主动放电主回路主动放电，从而能够在保护功率电阻Rp安全的同时加速对母线支撑电容Cp电压的放电(具体工作过程可参照前述的描述)。

回到图5所示的电路，图5中，主动放电电路在控制单元MCU正常但母线支撑电容Cp电压持续异常时只进行一次主动放电控制，因为母线支撑电容Cp的电压持续异常的话，电压比较器U1A的状态持续保持VC＝电压源VCC，即持续断开第一开关管Q1和第二开关管Q2，导致控制单元MCU在一次主动放电后无法再次尝试进行主动放电。而图6示出的主动放电电路结构，由于设置了第二隔离器件U3，因此在母线支撑电容Cp电压持续异常时，可以在控制单元MCU正常的情况下实现多次尝试主动放电，极大地提高了控制的灵活性，又有利于更好的保护电路。

下面结合图5和图6，对用于放电电路100的电路实现方式的实施例的细节进行更为完整的描述。

图5示出的主动放电电路，包括：功率电阻Rp、第二开关管Q2、控制单元MCU、第一隔离器件U2、第一开关管Q1、第一二极管D1、第二二极管D2、电压比较器U1A、第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10。第一开关管Q1为三极管，图中所示第一开关管Q1为PNP型三极管，第二开关管Q2为MOSFET管，图中所示第二开关管Q2为N沟道MOSFET管。N沟道MOSFET管包括门极G、漏极D、源极S。PNP型三极管包括发射极E、基极B和集电极C。

其中，功率电阻Rp的一端连接驱动电机控制器直流输入的正端BAT+，功率电阻Rp的另一端连接第二开关管Q2的漏极D，第二开关管Q2的源极S连接驱动电机控制器直流输入的负端BAT-，第二开关管Q2的门极G连接第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端连接驱动电机控制器直流输入的负端BAT-，第六电阻R6的另一端连接第一开关管Q1的集电极C和第一二极管D1的正极；第一电阻R1的一端连接电压源VCC，另一端连接第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接电压比较器U1A的反相输入端，第二电阻R2的另一端连接驱动电机控制器直流输入的负端BAT-，电压比较器U1A的非反相输入端连接第九电阻R9的一端、第八电阻R8的一端、第一电容C1的一端和第二二极管D2的负极，第九电阻R9的另一端和第一电容C1的另一端连接驱动电机控制器直流输入的负端BAT-，第八电阻R8的另一端连接第一二极管D1的负极，电压比较器U1A的输出端连接第二二极管D2的正极、第五电阻R5的一端和第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接电压源VCC，第五电阻R5的另一端连接第一开关管Q1的基极B；控制单元MCU的一端经第十电阻R10连接第一隔离器件U2原边的发光二极管的正极，发光二极管的负极连接控制单元MCU的另一端，第一隔离器件U2副边的光敏三极管的集电极连接第一开关管Q1的发射极E，第一隔离器件U2副边的光敏三极管的发射极连接第一开关管Q1的基极B。

如图所示，驱动电机控制器直流输入的正端BAT+和负端BAT-分别连接动力电池的正极和负极，母线支撑电容Cp并联在驱动电机控制器直流母线上，即连接在驱动电机控制器直流输入的正端BAT+和负端BAT-之间。

图中，第十一电阻R11、稳压二极管Z1和储能稳压电容C2构成基本的被动放电电路，第十一电阻R11为被动放电电阻，实际设计中被动放电电阻可由多个电阻进行串并联实现。稳压二极管Z1和储能稳压电容C2并联，构成稳压电路，图中给出的具体连接方式为：第十一电阻R11的一端连接驱动电机控制器直流输入的正端BAT+，另一端连接稳压二极管Z1的负极和储能稳压电容C2的一端，稳压二极管Z1的正极和储能稳压电容C2的另一端连接驱动电机控制器直流输入的负端BAT-，稳压二极管Z1两端的电压作为电压源VCC。因此，所述被动放电电路生成了电压源VCC，并且起到稳压的作用。

在图5所示的主动放电电路中，包含六条控制路径。

第一控制路径：电压源VCC→第一开关管Q1→第六电阻R6→第七电阻R7→驱动电机控制器直流输入的负端电压VBAT-，第一控制路径构成对第二开关管Q2(即开关K1)的控制回路，其中，第二开关管Q2的导通和断开决定了功率电阻Rp对母线支撑电容Cp的放电与否。

第二控制路径：控制单元MCU→第十电阻R10→第一隔离器件U2，第二控制路径构成对第一开关管Q1的控制回路，即控制第一开关管Q1的导通和断开。当控制单元MCU输出的电平信号使得第一隔离器件U2原边的发光二极管导通工作时，第一隔离器件U2副边的光敏三极管导通，由于第一隔离器件U2的副边直接与第一开关管Q1的发射极E和基极B并联，而第一隔离器件U2副边的导通压降小于第一开关管Q1的门极(即发射极E到基极B)的导通压降，使得第一开关管Q1的门极被第一隔离器件U2的副边短路，电压源VCC的电流全部从第一隔离器件U2的副边流过，第一开关管Q1的门极无电流流过，故第一开关管Q1处于断开状态，此时第二开关管Q2也处于断开状态。当控制单元MCU输出的电平信号使得第一隔离器件U2原边的发光二极管截止不工作时，第一隔离器件U2的副边同样截止不工作，那么第一开关管Q1的门极将不受第一隔离器件U2的短路控制，此时第一开关管Q1的导通与否将取决于电压比较器U1A输出端电压VC(当VC＝电压源VCC时第一开关管Q1断开，当VC等于0且小于电压源VCC时，第一开关管Q1导通)。

第三控制路径：驱动电机控制器直流输入的正端电压VBAT+→功率电阻Rp→第二开关管Q2→驱动电机控制器直流输入的负端电压VBAT-→母线支撑电容Cp，第三控制路径构成主动放电电路的主放电回路。

第四控制路径：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和电压比较器U1A，第四控制路径构成电压比较电路，电压比较器U1A反相输入端电压VA为设置的参考基准电压，VA＝VCC*R2/(R1+R2)。

第五控制路径：第一二极管D1、第八电阻R8、第九电阻R9和第一电容C1，第五控制路径构成对主放电回路动作时刻起的计时，其中，第一二极管D1的作用是防止第一电容C1的电流反向放电到第六电阻R6和第七电阻R7。在主动放电电路11触发时刻，第一电容C1上的电压即电压比较器U1A非反相输入端电压VB＝0V，此刻VA>VB，根据电压比较器U1A的工作原理得电压比较器U1A的输出端电压VC＝0V，即电压比较器U1A的输出端电压VC初始状态为0V。如此时第一开关管Q1导通开始主动放电，随着时间的推移，第一电容C1上的电压将由0V慢慢上升，如控制单元MCU异常故障不能按预期时间t完成放电，则经过T时间后第一电容C1上的电压VB>VA，从而使得电压比较器U1A的输出端电压VC为高电平，此刻的VC＝VD2+VB，其中VD2为第二二极管D2的导通压降。

第六控制路径：第四电阻R4、第二二极管D2和第一电容C1，第六控制路径实现对电压比较器U1A输出状态的锁定。即，如第五控制路径所述，当第一电容C1的电压VB>VA时，如果VC＝VD2+VB＜电压源VCC，此时仍有电流从电压源VCC经过第四电阻R4→第二二极管D2以及经过第一开关管Q1→第五电阻R5→第二二极管D2这两条路径给第一电容C1继续充电，第一电容C1的电压继续升高且一直保持VB>VA的状态，当VB电压达到一定值时，以上两条路径的充电电流为0A，VC＝电压源VCC且一直维持该状态，此时第一开关管Q1处于断开状态将一直维持该状态，由第一控制路径可知，第二开关管Q2处于断开状态，主放电回路不工作。

以上，分别介绍了主动放电电路的每部分电路的工作原理，下面将对整个主动放电电路进行控制状态分析：

1、当控制单元MCU正常时

①控制单元MCU通过信号控制第一隔离器件U2导通工作，结合第二控制路径可知第一开关管Q1处于断开状态，第二开关管Q2处于断开状态，主动放电电路不工作。

②控制单元MCU通过信号控制第一隔离器件U2截止不工作，结合第二控制路径、第四控制路径、第五控制路径和第六控制路径可知，第二开关管Q2导通工作t时间后完成主动放电任务，或者经过T时间后尚未完成放电任务从而持续断开第二开关管Q2以保护功率电阻Rp。

2、当控制单元MCU异常时(例如掉电)

此时第一隔离器件U2默认为不受控制处于截止不工作状态，结合第二控制路径、第四控制路径、第五控制路径和第六控制路径可知，第二开关管Q2导通工作t时间后完成主动放电任务，或者经过T时间后尚未完成放电任务从而持续断开第二开关管Q2以保护功率电阻Rp。

图6所示的电路结构在图5的基础上增加了第二隔离器件U3，第二隔离器件U3的控制状态和第一隔离器件U2同步，其中，控制单元MCU的一端经第十电阻R10连接第一隔离器件U2原边的发光二极管的正极，第一隔离器件U2原边的发光二极管的负极连接第二隔离器件U3原边的发光二极管的正极，第二隔离器件U3原边的发光二极管的负极连接控制单元MCU的另一端，第一隔离器件U2副边的光敏三极管的集电极连接第一开关管Q1的发射极E，第一隔离器件U2副边的光敏三极管的发射极连接第一开关管Q1的基极B，第二隔离器件U3的副边的光敏三极管的集电极连接与第一电容C1的所述一端，第二隔离器件U3的副边的光敏三极管的发射极连接与第一电容C1的所述另一端。电路其他结构与实施例1相同。图6所示的主动放电电路(或者说主动放电主回路)可以在控制单元MCU正常的情况下实现多次尝试主动放电。

图7示出了本发明实施例提出的具有保护功能的放电电路的控制方法的流程图。其中，所述放电电路包括母线支撑电容和主动放电电路；母线支撑电容耦接至直流输入正端和直流输入负端之间；主动放电电路包括：功率电阻、第一开关、第一控制电路和第二控制电路；功率电阻与第一开关串联后被耦接至直流输入正端和直流输入负端之间，功率电阻、第一开关和母线支撑电容构成主动放电主回路；

所述控制方法包括：

第一控制电路提供第一控制信号来控制第一开关的导通和断开；以及

第二控制电路正常工作时第二控制电路至少提供第二控制信号来控制第一控制电路的工作状态；第二控制电路异常时第一控制电路强制主动放电主回路工作并在经过设定时间后促使主动放电主回路主动断开。

在一优选实施例中，如图8所示，第二控制电路包括复位控制模块，所述控制方法还包括：第二控制电路正常工作时复位控制模块能够对放电电路的状态进行主动复位。

在另一优选实施例中，第一控制电路包括控制模块和计时模块；

所述在经过设定时间后促使主动放电主回路主动断开包括：计时模块对主动放电主回路的导通时间进行计时，并在计时模块计时的时间达到设定时间时，计时模块强制控制模块促使主动放电主回路主动断开。

第二控制电路正常工作时第二控制电路至少提供第二控制信号来控制第一控制电路的工作状态，复位控制模块能够对放电电路的状态进行主动复位；第二控制电路异常时第一控制电路强制主动放电主回路工作并在经过设定时间后促使主动放电主回路主动断开

本实施例提出的具有保护功能的放电电路的控制方法与前述实施例对具有保护功能的放电电路的描述相同的内容，为篇幅计，在此不再赘述，本领域技术人员根据前述实施例的描述，可以理解相应的控制方法的实施方式。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种具有保护功能的放电电路，其特征在于，包括母线支撑电容、主动放电电路和被动放电电路；

母线支撑电容包括被耦接至直流输入正端的第一导电端子和被耦接至直流输入负端的第二导电端子；

主动放电电路包括：功率电阻、第一开关、第一控制电路和第二控制电路；

功率电阻与第一开关串联后被耦接至直流输入正端和直流输入负端之间，功率电阻、第一开关和母线支撑电容构成主动放电主回路；

第一控制电路包括被耦接至电压源节点的第一导电端子、被耦接至直流输入负端的第二导电端子、向第一开关提供第一控制信号的输出端以及被耦接以接收第二控制信号的输入端，第一控制电路至少被配置为提供第一控制信号来控制第一开关的导通和断开；

第二控制电路包括被耦接至第一控制电路的输入端以向第一控制电路提供第二控制信号的输出端，第二控制电路被配置为在第二控制电路正常工作时至少提供第二控制信号来控制第一控制电路的工作状态，其中，如果第二控制电路提供指示第一控制电路工作的第二控制信号，则第一控制电路控制主动放电主回路对母线支撑电容放电，在放电过程中，第二控制电路能够随时提供指示第一控制电路不工作的第二控制信号，第一控制电路即终止主动放电主回路对母线支撑电容放电；第一控制电路在第二控制电路异常时还被配置为强制主动放电主回路工作并在经过设定时间后断开所述第一开关，促使主动放电主回路主动断开，终止主动放电，并将所述终止状态持续锁住保持一直到所述母线支撑电容的电压经所述被动放电电路泄放完，以保护所述功率电阻。

2.根据权利要求1所述的放电电路，其特征在于，第一控制电路包括第二开关，第二控制电路的输出端向第二开关提供第二控制信号，第二开关的导通和断开部分受控于第二控制信号，第二开关的导通和断开与第一开关的导通和断开的动作同步。

3.根据权利要求1所述的放电电路，其特征在于，第二控制电路包括复位控制模块，复位控制模块被配置为在第二控制电路正常工作时能够对放电电路的状态进行主动复位。

4.根据权利要求1所述的放电电路，其特征在于，所述被动放电电路包括被动放电模块和稳压电路；

被动放电模块包括被耦接至直流输入正端的第一导电端子以及被耦接以提供电连接的第二导电端子，被动放电模块被配置为对母线支撑电容进行被动放电；

稳压电路包括被耦接至被动放电模块的第二导电端子的输入端、被耦接至直流输入负端的输出端以及被耦接以提供电压源的电压源节点，稳压电路被配置为提供稳定的电压源。

5.根据权利要求1所述的放电电路，其特征在于，第一控制电路包括控制模块和计时模块；

控制模块包括被耦接至电压源节点的第一导电端子、被耦接以提供电连接的连接端、被耦接至第一开关的控制端以及被耦接至直流输入负端的第二导电端子；

计时模块包括被耦接至电压源节点的第一导电端子、被耦接至直流输入负端的第二导电端子以及被耦接至控制模块的连接端的第三导电端子，计时模块被配置为对主动放电主回路的导通时间进行计时，并在计时模块计时的时间达到设定时间时，强制控制模块促使主动放电主回路主动断开。

6.根据权利要求5所述的放电电路，其特征在于，第一控制电路还包括锁定模块；

锁定模块包括被耦接至电压源节点的第一导电端子、被耦接至控制模块的第二导电端子、被耦接至计时模块的第三导电端子以及被耦接至直流输入负端的第四导电端子，锁定模块被配置为在控制模块促使主动放电主回路主动断开后强制控制模块促使主动放电主回路处于持续断开的状态。

7.根据权利要求6所述的放电电路，其特征在于，控制模块包括第二开关，计时模块包括电压比较电路，第二开关的导通和断开至少受控于第二控制电路和电压比较电路。

8.根据权利要求7所述的放电电路，其特征在于，电压比较电路包括电压比较器，锁定模块被配置为锁定电压比较器的输出状态。

9.根据权利要求6所述的放电电路，其特征在于，第二控制电路包括控制单元和第一隔离器件，控制单元输出的电平信号促使第一隔离器件导通工作或截止不工作。

10.根据权利要求9所述的放电电路，其特征在于，第二控制电路还包括第二隔离器件，控制单元输出的电平信号促使第二隔离器件导通工作或截止不工作，第二隔离器件被配置为解除锁定模块的锁定，第二隔离器件的控制状态和第一隔离器件同步。

11.一种具有保护功能的放电电路的控制方法，其特征在于，所述放电电路包括母线支撑电容、主动放电电路和被动放电电路；母线支撑电容耦接至直流输入正端和直流输入负端之间；主动放电电路包括：功率电阻、第一开关、第一控制电路和第二控制电路；功率电阻与第一开关串联后被耦接至直流输入正端和直流输入负端之间，功率电阻、第一开关和母线支撑电容构成主动放电主回路；第一控制电路包括被耦接至电压源节点的第一导电端子、被耦接至直流输入负端的第二导电端子、向第一开关提供第一控制信号的输出端以及被耦接以接收第二控制信号的输入端；第二控制电路包括被耦接至第一控制电路的输入端以向第一控制电路提供第二控制信号的输出端；

所述控制方法包括：

第一控制电路提供第一控制信号来控制第一开关的导通和断开；以及

第二控制电路正常工作时第二控制电路至少提供第二控制信号来控制第一控制电路的工作状态，其中，如果第二控制电路提供指示第一控制电路工作的第二控制信号，则第一控制电路控制主动放电主回路对母线支撑电容放电，在放电过程中，第二控制电路能够随时提供指示第一控制电路不工作的第二控制信号，第一控制电路即终止主动放电主回路对母线支撑电容放电；第二控制电路异常时第一控制电路强制主动放电主回路工作并在经过设定时间后断开所述第一开关，促使主动放电主回路主动断开，终止主动放电，并将所述终止状态持续锁住保持一直到所述母线支撑电容的电压经所述被动放电电路泄放完，以保护所述功率电阻。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，第二控制电路包括复位控制模块，所述控制方法还包括：第二控制电路正常工作时复位控制模块能够对放电电路的状态进行主动复位。

13.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，第一控制电路包括控制模块和计时模块；

所述在经过设定时间后促使主动放电主回路主动断开包括：计时模块对主动放电主回路的导通时间进行计时，并在计时模块计时的时间达到设定时间时，计时模块强制控制模块促使主动放电主回路主动断开。

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