一种车载驱动控制器系统安全机制硬件优化电路的制作方法

1.本发明涉及控制器系统技术领域，特别涉及一种车载驱动控制器系统安全机制硬件优化电路。


背景技术：

2.insulated gate bipolar transistor简称igbt，其具有驱动功率小，饱和压降低的优点，适用于直流电压600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、牵引传动等领域；igbt模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点，所以在当前市场上越来越常见。
3.igbt是一种用mos来控制晶体管的新型电力电子器件，其有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点，被广泛应用在变频器的逆变电路中。igbt主要用于变频器逆变和其它逆变电路，将直流电压逆变成频率可调的交流电。关断的时候其阻抗是非常大的，基本是断路，接通的时候存在很小的电阻，通过接通或断开控制极来控制阴极和阳极之间的接通和关断。因为igbt耐过流的能力和耐过压的能力比较差，若出现无法对驱动控制器进行关管保护，就会导致其损坏。igbt承受过流的时间仅为几微秒，耐过流量小，因此使用igbt最需要注意的是过流保护。
4.现有技术中，在驱动控制器原方案中，主要依靠软件进行故障检测、故障判断及故障保护，若软件出现bug，则无法对驱动控制器进行关管(igbt)保护，而导致控制器有炸管隐患，无法满足整车功能安全要求，本发明通过增加硬件关管功能电路，即使软件出现bug，不受控状态下，通过硬件直接关闭igbt发波使能从而使igbt不开管，保证控制器安全。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种车载驱动控制器系统安全机制硬件优化电路，能解决相关技术中的问题。
6.一方面，本发明实施例提供了一种车载驱动控制器系统安全机制硬件优化电路，
7.包括mcu芯片、333k信号输出电路、sbc硬关断pwm波使能控制电路、sbc硬关断驱动使能控制电路、母线过压硬关断pwm波使能控制电路、相电流过流硬关断pwm波使能控制电路及333k信号输出电路，所述sbc硬关断驱动使能控制电路与333k信号输出电路及sbc硬关断pwm波使能控制电路连接；所述母线过压硬关断pwm波使能控制电路与所述sbc硬关断pwm波使能控制电路连接；所述相电流过流硬关断pwm波使能控制电路与所述母线过压硬关断pwm波使能控制电路连接；所述333k信号输出电路用于与所述mcu芯片连接。
8.在一些实施例中，所述sbc硬关断驱动使能控制电路包括第一二极管、第一电阻、第一三极管及第二电阻，所述第一电阻一端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阳极还与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第二电阻连接，所述第一三极管的集电极与所述第二电阻的连接结点还与所述sbc硬关断pwm波使能控制电路连接。
9.在一些实施例中，所述第一三极管的发射极连接有3.3v电源的正极，所述第二电
阻还连接有3.3v电源负极。
10.在一些实施例中，还包括电源管理芯片sbc，所述第一二极管设有三个，分别与安全状态信号、sbc复位信号及中断信号连接。
11.在一些实施例中，所述sbc硬关断pwm波使能控制电路包括第二三极管及第三电阻，所述第二三极管的基极连接于所述第一三极管的发射极与所述第二电阻的连接点，所述第二三极管的发射极与所述第三电阻连接；
12.所述第三电阻与所述二三极管的发射极的连接点还与所述母线过压过压硬关断pwm波使能控制电路及所述相电流硬关断pwm波使能控制电路连接。
13.在一些实施例中，所述第三电阻(r161)还与mcu芯片的pwm使能信号连接。
14.在一些实施例中，所述333k信号输出电路包括第四电阻及第一与门，所述第一与门的输出端连接于所述第一二极管的阳极与所述第一电阻之间的连接点。
15.在一些实施例中，所述第四电阻的一端与所述第一与门的输入端连接，所述第四电阻的另一端与所述mcu芯片的333k输出信号端相连接，所述第一与门的输出端连接有驱动333k接受信号。
16.在一些实施例中，所述相电流过流硬关断pwm波使能控制电路包括第五电阻、第三三极管及第一反相器，所述第五电阻的一端与所述第一反相器的输入端相连接，所述第五电阻的另一端连接有相电流过流故障电路的输出口，所述第一反相器的反相输出端与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的集电极与所述第三电阻连接。
17.在一些实施例中，所述母线电压过压硬关断pwm波使能控制电路包括第六电阻及第四三极管，所述第六电极的一端连接有母线过流故障的输出口，所述第六电阻的另一端与所述第四三极管的基极连接，所述第四三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极与所述第三电阻连接。
18.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：1、通过sbc硬关断路径：三路状态信号并联到一个三极管基极通过判断其电平变化控制pwm发波使能信号和上、下桥驱动使能信号从而控制igbt开关；2、通过相电流过流和母线过压故障信号分别控制两个三极管基极，从而独立控制pwm发波使能信号；3、通过本技术可以不依赖于软件，在程序出现bug，软件不受控情况下通过硬件直接关断igbt，从而提高驱动控制器系统安全性。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明一种车载驱动控制器系统安全机制硬件优化电路的系统框图；
21.图2为本发明一种车载驱动控制器系统安全机制硬件优化电路的整体示意图；
22.图3为本发明的sbc硬关断驱动使能控制电路及333k信号输出电路的放大图；
23.图4为本发明的sbc硬关断pwm波使能控制电路的放大图；
24.图5为本发明的相电流过流硬关断pwm波使能控制电路及母线过压硬关断pwm波使
能控制电路。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.参见图2所示，本发明实施例提供了一种车载驱动控制器系统安全机制硬件优化电路，包括包括mcu芯片、333k信号输出电路及sbc硬关断pwm波使能控制电路，
27.sbc硬关断驱动使能控制电路，与所述333k信号输出电路及所述sbc硬关断pwm波使能控制电路连接；
28.母线过压硬关断pwm波使能控制电路，与所述sbc硬关断pwm波使能控制电路连接；
29.相电流过流硬关断pwm波使能控制电路，与所述母线过压硬关断pwm波使能控制电路连接；
30.333k信号输出电路，用于与所述mcu芯片连接。
31.参见图1至图3所示，可选的，所述sbc硬关断驱动使能控制电路包括第一二极管、第一电阻r324、第一三极管q33及第二电阻r325，所述第一电阻r324一端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阳极还与所述第一三极管q33的基极b连接，所述第一三极管q33的集电极c与所述第二电阻r325连接，所述第一三极管q33的集电极c与所述第二电阻r325的连接结点还与所述sbc硬关断pwm波使能控制电路连接。
32.可选的，所述第一三极管q33的发射极e连接有3.3v电源的正极，所述第二电阻r325还连接有3.3v电源负极。
33.可选的，还包括电源管理芯片sbc，所述第一二极管设有三个，分别为第一二极管d21、第一二极管d14及第一二极管d15，所述第一二极管d21与所述mcu芯片及电源管理芯片sbc连接的安全状态信号ss1连接，所述第一二极管d14与所述mcu芯片及电源管理芯片sbc连接的sbc复位信号pprst连接，所述第一二极管d15与所述mcu芯片及电源管理芯片sbc连接的中断信号int连接。
34.本实施例中，通过连接电源管理芯片sbc与mcu芯片的中断信号/int、sbc复位信号/porst、安全状态信号ss1任一信号异常即电平被拉低，即由3.3v跳变为0v时，则与中断信号/int、sbc复位信号/porst、安全状态信号ss1电连接的第一三极管q33的基极b被拉低，即变为0v，随即第一三极管q33导通，此时，与第一三极管q33的发射极e电连接的第二三极管q29的基极b电平拉高，即变为3.3v，则第二三极管q29导通，将与第二三极管q29的集电极c电连接的pwm波使能信号sig1被拉到第二三极管q29的发射极e，第二三极管q29的发射极e与接地dgnd电连接，即将pwm波使能信号sig1拉到0v电位，即关断pwm波使能信号sig1，同时，控制驱动上桥使能信号和驱动下桥驱动使能信号拉低到0v即关断驱动使能信号；通过硬件关断pwm波使能信号sig1和驱动上、下桥使能信号从而不响应软件发波信号，即使igbt关管；第一三极管为pnp型，第二三极管为npn型。
35.本实施例中，当程序出现bug的时候，电源管理芯片sbc与mcu芯片相连的看门狗喂狗信号中断，触发无效喂狗信号，每触发一个无效喂狗看门狗状态，计数增加2，触发有效喂
狗信号看门狗状态，计数减少1。当累计达到7的时候，则被认为程序故障，触发安全状态信号ss1被拉低。
36.参见图2和图4所示，可选的，所述sbc硬关断pwm波使能控制电路包括第二三极管q29及第三电阻r161，所述第二三极管q29的基极b连接于所述第一三极管q33的发射极c与所述第二电阻r325的连接点，所述第二三极管q29的发射极c与所述第三电阻r161连接；
37.所述第三电阻r161与所述二三极管q29的发射极c的连接点还与所述母线过压过压硬关断pwm波使能控制电路及所述相电流硬关断pwm波使能控制电路连接。
38.可选的，所述第三电阻r161还与mcu芯片的pwm使能信号sig1连接。
39.参见图2和3所示，可选的，所述333k信号输出电路包括第四电阻r315及第一与门and1，所述第一与门and1的输出端y连接于所述第一二极管d15的阳极与所述第一电阻r324之间的连接点。
40.可选的，所述第四电阻r315的一端与所述第一与门and1的输入端a连接，所述第四电阻r315的另一端与所述mcu芯片的333k输出信号端相连接，所述第一与门and1的输出端y连接有驱动333k接受信号。
41.参见图2和图5所示，可选的，所述相电流过流硬关断pwm波使能控制电路包括第五电阻r332、第三三极管q32及第一反相器u17-b，所述第五电阻r332的一端与所述第一反相器u17-b的输入端相连接，所述第五电阻r332的另一端连接有相电流过流故障电路的输出口oc1，所述第一反相器u17-b的反相输出端与所述第三三极管q32的基极b连接，所述第三三极管q32的发射极e接地，所述第三三极管q32的集电极c与所述第三电阻r161连接。
42.本实施例中，通过上传的相电流过流故障信号，其被拉低为0v，与相电流过流故障信号连接的第一反相器u17-b的输入端，则第一反相器u17-b的输出端为高电平，电压为3.3v。此时，第三三极管q32导通，与第三三极管q32的集电极c电连接的pwm波使能信sig1号被拉到第三三极管q32的发射极e，第三三极管q32的发射极e与接地dgnd电连接，此时，将pwm波使能信号sig1拉到0v电位，即关断pwm波使能信号sig1，此处的第三三极管q32为npn型。
43.参见图2和图5所示，可选的，所述母线电压过压硬关断pwm波使能控制电路包括第六电阻r461及第四三极管q30，所述第六电极r461的一端连接有母线过流故障的输出口oc2，所述第六电阻r461的另一端与所述第四三极管q30的基极b连接，所述第四三极管q30的发射极e接地，所述第四三极管q30的集电极c与所述第三电阻r161连接。
44.本实施例中，通过上传的母线过压故障信号，其被拉高为3.3v，与母线过压故障信号连接的第四三极管q30，第四三极管q30的基极b被拉高到3.3v，此时，第四三极管q30被导通，与第四三极管q30的集电极c连接的pwm波使能信号sig1被拉到0v电位，即关断pwm波使能信号sig1。
45.本发明的操作方式如下：
46.1、当通过连接电源管理芯片sbc与mcu芯片的中断信号/int、sbc复位信号/porst、安全状态信号ss1任一信号异常，即电平被拉低，电源管理芯片sbc与mcu芯片相连的看门狗喂狗信号中断；
47.2、此时，电平由3.3v跳变为0v，第一三极管q33的基极b被拉低变为0v；
48.3、第一三极管q33导通，第一三极管q33的发射极e电连接的第二三极管q29的基极
b电平拉高变为3.3v；
49.4、第二三极管q29导通，第二三极管q29的集电极c点连接的pwm波使能信号sig1被拉到第二三极管q29的发射极e，第二三极管q29的发射极e与接地dgnd电连接，即将pwm波使能信号sig1拉到0v电位，即关断pwm波使能信号sig1；
50.5、控制驱动上桥使能信号和驱动下桥驱动使能信号拉低到0v即关断驱动使能信号；
51.6、通过硬件关断pwm波使能信号sig1和驱动上、下桥使能信号从而不响应软件发波信号，即使得igbt关管；
52.7、通过上传的相电流过流故障信号，其被拉低为0v；
53.8、与相电流过流故障信号连接的第一反相器u17-b的输入端，则第一反相器u17-b的输出端为高电平电压变为3.3v；
54.9、第三三极管q32导通，与第三三极管q32的集电极c电连接的pwm波使能信sig1号被拉到第三三极管q32的发射极e，第三三极管q32的发射极e与接地dgnd电连接，此时，将pwm波使能信号sig1拉到0v电位；
55.10、关断pwm波使能信号sig1；
56.11、通过上传的母线过压故障信号，其被拉高为3.3v；
57.12、与母线过压故障信号连接的第四三极管q30的基极b被拉高到3.3v；
58.13、第四三极管q30被导通；
59.14、与第四三极管q30的集电极c连接的pwm波使能信号sig1被拉到0v电位；
60.15、关断pwm波使能信号sig1；
61.16、当任意程序出现错误时，触发无效喂狗信号，每触发一个无效喂狗看门狗状态，计数增加2，触发有效喂狗信号看门狗状态，计数减少1，当累计达到7的时候，则被认为程序故障。
62.本发明的有益效果在于：
63.1、通过sbc硬关断路径：三路状态信号并联到一个三极管基极通过判断其电平变化控制pwm发波使能信号和上、下桥驱动使能信号从而控制igbt开关；2、通过相电流过流和母线过压故障信号分别控制两个三极管基极，从而独立控制pwm发波使能信号；3、通过本技术可以不依赖于软件，在程序出现bug，软件不受控情况下通过硬件直接关断igbt，从而提高驱动控制器系统安全性。
64.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
65.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
66.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。