CN207251507U - 主动短路电路以及电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种主动短路电路及电机控制器，所述主动短路电路包括主控支路和辅助支路，所述主控支路包括微控制单元、多个驱动芯片，且所述多个驱动芯片分别连接到所述微控制单元；所述辅助支路包括监控芯片、隔离单元及多个分别用于为所述逆变单元中的多个指定开关管供电的供电单元，所述多个指定开关管为所述逆变单元中所有上桥臂开关管或所有下桥臂开关管；所述监控芯片连接到所述微控制芯片，所述隔离单元的输入端与所述监控芯片连接、输出端与所述多个供电单元连接。本实用新型通过监控芯片获得微控制单元状态，并在微控制单元异常时通过辅助支路实现电机控制器的主动短路，大大提高了电机控制器主动短路的可靠性。

Description

主动短路电路以及电机控制器

技术领域

本实用新型涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种主动短路电路以及电机控制器。

背景技术

在控制器出现故障时，通常采用主动短路电机的定子绕组(ACS，ACTIVE SHORTCURRENT)的方式实现快速制动，即将IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块的上桥或下桥保持开通。上桥或下桥开通能够主动短路电机定子绕组，这种主动短路的策略能够让电机Q轴产生一个负向电流，因此电机能够得到一个有效制动力进入安全停车状态。

具体地，在现有的ASC方案中，利用IGBT模块正常工作时的PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)发波通道控制上桥或下桥开通，即在MCU检测到故障后，用高电平替代正常工作时的PWM波发送给IGBT模块的上桥或下桥。具体的，由MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)置高电平给上桥或下桥的驱动芯片，驱动芯片输出一个高电平给IGBT的上桥或下桥的门极，使IGBT的上桥或下桥保持开通。

由于上述主动短路方案需由MCU和驱动芯片执行，因此在MCU或驱动芯片失效情况下无法完成定子绕组的主动短路。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述在MCU或驱动芯片异常时无法实现主动短路的问题，提供一种主动短路电路以及电机控制器。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种主动短路电路，包括主控支路，且所述主控支路包括微控制单元、多个分别用于向逆变单元中的所有开关管的控制端输出驱动电压的驱动芯片，且所述多个驱动芯片分别连接到所述微控制单元；所述主动短路电路还包括辅助支路；所述辅助支路包括监控芯片、隔离单元及多个分别用于为所述逆变单元中的多个指定开关管供电的供电单元，所述多个指定开关管为所述逆变单元中所有上桥臂开关管或所有下桥臂开关管；所述监控芯片连接到所述微控制芯片，所述隔离单元的输入端与所述监控芯片连接，且所述隔离单元的输出端与所述多个供电单元连接。

在本实用新型所述的主动短路电路中，所述辅助支路还包括第一逻辑控制单元，所述第一逻辑控制单元的输入端分别连接到所述微控制单元和所述监控芯片，且所述第一逻辑控制单元的输出端连接到所述隔离单元。

在本实用新型所述的主动短路电路中，每一所述供电单元包括第一开关元件及连接供电电源的供电端子，所述第一开关元件的控制端连接到所述隔离单元，所述供电端子经由所述第一开关元件向所述逆变单元的一个指定开关管供电。

在本实用新型所述的主动短路电路中，每一所述供电单元包括第二开关元件，所述第二开关元件的两端分别连接一个驱动芯片和所述逆变单元的一个指定开关管，所述第二开关元件的控制端连接隔离单元，且所述第二开关元件与所述第一开关元件在同一控制信号下的开关状态相反。

在本实用新型所述的主动短路电路中，所述辅助支路包括多个第二逻辑控制单元，且所述多个第二逻辑控制单元的输入端分别连接到隔离单元、输出端分别连接到所述多个供电单元；每一所述第二逻辑控制单元的输出端包括两个分别连接到第一开关元件和第二开关元件的控制端的输出端子。

在本实用新型所述的主动短路电路中，所述主动短路电路包括多个放大单元，且每一所述驱动芯片经由一个所述放大单元向所述逆变单元中一个开关管输出驱动电压，每一所述供电单元的第一开关元件的输出端连接到一个向指定开关管输出驱动电压的放大单元的输入端。

在本实用新型所述的主动短路电路中，所述主动短路电路包括多个放大单元，且每一所述驱动芯片经由一个所述放大单元向所述逆变单元中一个开关管输出驱动电压，每一所述供电单元的第一开关元件的输出端连接到一个向指定开关管输出驱动电压的放大单元的输出端。

在本实用新型所述的主动短路电路中，每一所述供电单元中，所述供电端子与第一开关元件之间串接有限流电阻。

本实用新型还提供一种电机控制器，包括逆变单元，其特征在于，所述电机控制器还包括如上所述的主动短路电路。

本实用新型的主动短路电路以及电机控制器具有以下有益效果：通过监控芯片获得微控制单元状态，并在微控制单元异常时通过辅助支路实现电机控制器的主动短路，大大提高了电机控制器主动短路的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型主动短路电路实施例的示意图；

图2是本实用新型主动短路电路实施例的电路拓扑示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，是本实用新型主动短路电路实施例的示意图，该主动短路电路可应用于电机控制器，并可通过主动短路电机的定子绕组(ACS，ACTIVE SHORT CURRENT)的方式实现电机的快速制动。本实用新型的主动短路电路包括主控支路1和辅助支路3，上述主控支路1和辅助支路3分别连接到逆变单元2(该逆变单元2包括多相逆变支路，且每一逆变支路包括上桥臂开关管和下下桥臂开关管)，并为逆变单元2中的所有开关管提供驱动电压，上述逆变单元2中的开关管具体可为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等半导体开关器件。

主控支路1用于向逆变单元2的开关管输出PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)波，以控制逆变单元2的逆变过程。具体的，上述主控支路1包括微控制单元11(Microcontroller Unit，MCU)、多个驱动芯片12，其中该多个驱动芯片12的输入端分别连接到微控制单元11的输出端，且该多个驱动芯片12的输出端分别连接到逆变单元2中各个开关管的控制端。在微控制单元11检测到故障后，使驱动芯片12用高电平替代正常工作时的PWM波发送给逆变单元2的上桥或下桥，使逆变单元2的上桥或下桥保持开通，从而实现电机快速制动。

辅助支路3包括监控芯片31、隔离单元32及多个供电单元33。上述监控芯片31连接到微控制单元11，并用于监测微控制单元11是否异常。隔离单元32具体可通过光耦等实现隔离输出，该隔离单元32的输入端与监控芯片31连接、输出端分别与多个供电单元33连接，且多个供电单元33的输出端分别与逆变单元2中的多个指定开关管的控制端连接，上述多个指定开关管为逆变单元2中所有上桥臂开关管或所有下桥臂开关管。

在监控芯片31监测到微控制单元11或驱动芯片12存在异常(微控制单元11可检测驱动芯片12的工作状态)时，向隔离单元32输出控制信号，使隔离单元32输出驱动电平，从而各个供电单元33向逆变单元2中的各个指定开关管输出高电平，实现主动短路。

上述主动短路电路还可在主控支路1正常工作时，通过辅助支路3实现主动短路。此时，如图2所示，辅助支路3还可包括一个第一逻辑控制单元34，该第一逻辑控制单元34的输入端分别连接到微控制单元11和监控芯片31，并在微控制单元11输出主动短路指令或监控芯片31监测到微控制单元11或驱动芯片12异常时，向隔离单元32输出控制信号，使隔离单元32输出驱动电平，从而通过供电单元实现主动短路。

以下以逆变单元2包括U、V、W三相逆变支路(桥臂)为例，如图2所示，进一步说明上述主动短路电路的结构，在实际应用中，主动短路电路的结构可随逆变单元2的逆变支路的数量调整。

如图2所示，辅助支路3包括三个供电单元33，且该三个供电单元33分别包括第一开关元件S1_W、第一开关元件S1_V及第一开关元件S1_U，该三个第一开关元件S1_W、S1_V及S1_U分别连接供电电源的供电端子VCC，且第一开关元件S1_W、S1_V及S1_U的控制端分别连接(直接或经由其他电路)到隔离单元32，并在需要主动短路时，第一开关元件S1_W、S1_V及S1_U在隔离单元32控制下导通，三个供电端子VCC分别经由第一开关元件S1_W、S1_V及S1_U向逆变单元2的一个指定开关管供电，从而逆变单元2的三个上桥臂开关管(或三个下桥臂开关管)导通。特别地，每一供电单元33中，供电端子VCC与第一开关元件S1_W、S1_V或S1_U之间串接有限流电阻R，以保护逆变单元2中的对应开关管。

此外，三个供电单元还可分别包括第二开关元件S2_W、第二开关元件S2_V及第二开关元件S2_U。三个第二开关元件S2_W、S2_V及S2_U的两端分别连接一个驱动芯片12和逆变单元2的一个指定开关管，且该三个第二开关元件S2_W、S2_V及S2_U的控制端连接(直接或间接)隔离单元32，且第二开关元件S2_W、S2_V及S2_U与所述第一开关元件S1_W、S1_V及S1_U在同一控制信号下的开关状态相反，例如第一开关元件S1_W导通时，第二开关元件S2_W断开；第一开关元件S1_W断开时，第二开关元件S2_W导通。

上述辅助支路3还可包括三个第二逻辑控制单元35，且该三个第二逻辑控制单元35的输入端分别连接到隔离单元32、输出端分别连接到三个供电单元33；每一第二逻辑控制单元35的输出端包括两个分别连接到第一开关元件S1_W、S1_V或S1_U和第二开关元件S2_W、S2_V或S2_U的控制端的输出端子。

上述主动短路电路的主控支路1还可包括三个放大单元(Booster Circuit)，且每一驱动芯片12经由一个放大单元13向逆变单元2中一个开关管输出驱动电压，每一供电单元33的第一开关元件S1_W、S1_V或S1_U的输出端连接到一个向指定开关管输出驱动电压的放大单元13的输入端，即供电单元33的供电电压经放大单元13放大后输出到逆变单元2的开关管。此时，供电电源的输出电压相对较小。

当然，也可使供电单元33的第一开关元件的输出端连接到一个向指定开关管输出驱动电压的放大单元13的输出端。此时，供电电源需具有较大输出电压。

本实用新型还保护一种电机控制器，所述电机控制器包括逆变单元以及上述主动短路电路。在主动短路电路中，通过监控芯片获得微控制单元状态，并在微控制单元异常时通过辅助支路实现电机控制器的主动短路，大大提高了电机控制器主动短路的可靠性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种主动短路电路，包括主控支路，且所述主控支路包括微控制单元、多个分别用于向逆变单元中的所有开关管的控制端输出驱动电压的驱动芯片，且所述多个驱动芯片分别连接到所述微控制单元；其特征在于，所述主动短路电路还包括辅助支路；所述辅助支路包括监控芯片、隔离单元及多个分别用于为所述逆变单元中的多个指定开关管供电的供电单元，所述多个指定开关管为所述逆变单元中所有上桥臂开关管或所有下桥臂开关管；所述监控芯片连接到所述微控制芯片，所述隔离单元的输入端与所述监控芯片连接，且所述隔离单元的输出端与多个供电单元连接。

2.根据权利要求1所述的主动短路电路，其特征在于：所述辅助支路还包括第一逻辑控制单元，所述第一逻辑控制单元的输入端分别连接到所述微控制单元和所述监控芯片，且所述第一逻辑控制单元的输出端连接到所述隔离单元。

3.根据权利要求1所述的主动短路电路，其特征在于：每一所述供电单元包括第一开关元件及连接供电电源的供电端子，所述第一开关元件的控制端连接到所述隔离单元，所述供电端子经由所述第一开关元件向所述逆变单元的一个指定开关管供电。

4.根据权利要求3所述的主动短路电路，其特征在于：每一所述供电单元包括第二开关元件，所述第二开关元件的两端分别连接一个驱动芯片和所述逆变单元的一个指定开关管，所述第二开关元件的控制端连接隔离单元，且所述第二开关元件与所述第一开关元件在同一控制信号下的开关状态相反。

5.根据权利要求4所述的主动短路电路，其特征在于：所述辅助支路包括多个第二逻辑控制单元，且所述多个第二逻辑控制单元的输入端分别连接到隔离单元、输出端分别连接到所述多个供电单元；每一所述第二逻辑控制单元的输出端包括两个分别连接到第一开关元件和第二开关元件的控制端的输出端子。

6.根据权利要求3所述的主动短路电路，其特征在于：所述主动短路电路包括多个放大单元，且每一所述驱动芯片经由一个所述放大单元向所述逆变单元中一个开关管输出驱动电压，每一所述供电单元的第一开关元件的输出端连接到一个向指定开关管输出驱动电压的放大单元的输入端。

7.根据权利要求6所述的主动短路电路，其特征在于：所述主动短路电路包括多个放大单元，且每一所述驱动芯片经由一个所述放大单元向所述逆变单元中一个开关管输出驱动电压，每一所述供电单元的第一开关元件的输出端连接到一个向指定开关管输出驱动电压的放大单元的输出端。

8.根据权利要求3所述的主动短路电路，其特征在于：每一所述供电单元中，所述供电端子与第一开关元件之间串接有限流电阻。

9.一种电机控制器，包括逆变单元，其特征在于，所述电机控制器还包括如权利要求1-8中任一项所述的主动短路电路。