上电缓冲电路及电动车电机控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种上电缓冲电路及电动车电机控制系统，所述上电缓冲电路包括数字信号处理器、MOSFET驱动电路、电压取样电路以及缓冲功率回路，其中：所述缓冲功率回路包括功率电阻和MOSFET；所述电压取样电路，用于采样主接触器两端的电压；所述数字信号处理器，用于在接收到缓冲上电指令且所述采样的电压满足缓启开始条件时，向MOSFET驱动电路发送驱动信号驱动MOSFET导通；在所述采样的电压满足缓启完成条件时，停止向MOSFET驱动电路发送驱动信号，并在所述MOSFET的Cgs放电完成后，输出使主接触器闭合的信号。本发明利用MOSFET的强过载能力，可有效代替缓冲接触器实现电动车动力系统主回路的容性负载快速上电。
【专利说明】上电缓冲电路及电动车电机控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种上电缓冲电路及电动车电机控制系统。
【背景技术】
[0002]经过十余年的发展，中国电动车行业从小到大，已经形成一个规模庞大的产业群，尤其是进入二十一世纪以后，整个产业呈现高速发展态势。
[0003]目前国内大多数电动车的电机控制系统中，都需要在动力系统主回路串联主接触器以保证系统安全，同时，电机控制还需要在动力系统主回路并联大容量电容以提供足够的纹波电流。为了克服容性负载在高压差时产生的冲击电流，通常采用上电缓冲接触器并联在主接触器两端，以避免主接触器粘连。
[0004]上述方案结构简单，但是存在设计成本高的问题。并且与原其他电机变频控制系统相比，电动车存在启停频繁等特点，而缓冲接触器属于易损器件，使得系统可靠性大大降低。同时缓冲接触器随着动力系统主回路母线电压升高而体积越来越大，这将导致产品功率密度较低。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，针对上述电机控制系统上电缓冲结构可靠性低、功率密度较低的问题，提供一种上电缓冲电路及电动车电机控制系统。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种上电缓冲电路，包括数字信号处理器、MOSFET驱动电路、电压取样电路以及缓冲功率回路，其中:
[0007]所述缓冲功率回路包括功率电阻和M0SFET，且所述MOSFET的漏极经由功率电阻连接到高压主回路的主接触器的一端、源极连接到所述主接触器的另一端、栅极连接到所述MOSFET驱动电路的输出端；
[0008]所述电压取样电路，用于采样所述主接触器两端的电压并将所述采样的电压输出到数字信号处理器；
[0009]所述数字信号处理器，用于在接收到缓冲上电指令且所述采样的电压满足缓启开始条件时，向MOSFET驱动电路发送驱动信号驱动MOSFET导通；在所述采样的电压满足缓启完成条件时，停止向MOSFET驱动电路发送驱动信号，并在所述MOSFET的Cgs放电完成后，输出使主接触器闭合的信号。
[0010]在本发明所述的上电缓冲电路中，所述电压取样电路采样的电压包括主接触器的两个端电压以及主接触器两端的压差；所述缓启开始条件为采样的两个端电压均低于第一设定值，且所述采样的压差高于第二设定值；所述缓启完成条件为在设定时间内采样的两个端电压均低于第一设定值，且所述采样的压差等于或低于第二设定值。
[0011]在本发明所述的上电缓冲电路中，所述缓冲功率回路还包括串接在功率电阻与MOSFET之间的功率二极管，且该功率二极管的阳极经由功率电阻连接到主接触器的一端、阴极连接到MOSFET的漏极。
[0012]在本发明所述的上电缓冲电路中，所述数字信号处理器向MOSFET驱动电路发送的驱动信号为恒定频率的高频方波，所述MOSFET驱动电路包括驱动芯片、隔直电容、升压型变压器及整流电路，其中:所述驱动芯片经由隔直电容连接到升压型变压器的原边，并用于将来自数字信号处理器的高频方波进行放大；所述升压型变压器的副边连接到整流电路的输入端，且所述整流电路的输出端连接到MOSFET的栅极。
[0013]在本发明所述的上电缓冲电路中，所述数字信号处理器在采样的电压满足缓启终止条件时停止向MOSFET发送驱动信号，所述缓启终止条件为采样的两个端电压超过第一设定值，或在设定时间内采样的压差超过第二设定值。
[0014]本发明还提供一种电动车电机控制系统，包括数字信号处理器、接于电动车动力系统主回路的主接触器，所述控制系统还包括MOSFET驱动电路、电压取样电路以及缓冲功率回路，其中:
[0015]所述缓冲功率回路包括功率电阻和M0SFET，且所述MOSFET的漏极经由功率电阻连接到主接触器的一端、源极连接到所述主接触器的另一端、栅极连接到MOSFET驱动电路的输出端；
[0016]所述电压取样电路，用于采样所述主接触器两端的电压并将所述采样的电压输出到数字信号处理器；
[0017]所述数字信号处理器，用于在接收到缓冲上电指令且所述采样的电压满足缓启开始条件时，向MOSFET驱动电路发送驱动信号驱动MOSFET导通；在所述采样的电压满足缓启完成条件时，停止向MOSFET驱动电路发送驱动信号，并在所述MOSFET的Cgs放电完成后，输出使主接触器闭合的信号。
[0018]在本发明所述的电动车电机控制系统中，所述电压取样电路采样的电压包括主接触器的两个端电压以及主接触器两端的压差；所述缓启开始条件为采样的两个端电压均低于第一设定值，且所述采样的压差高于第二设定值；所述缓启完成条件为在设定时间内采样的两个端电压均低于第一设定值，且所述采样的压差等于或低于第二设定值。
[0019]在本发明所述的电动车电机控制系统中，所述缓冲功率回路还包括串接在功率电阻与MOSFET之间的功率二极管，且该功率二极管的阳极经由功率电阻连接到主接触器的一端、阴极连接到MOSFET的漏极。
[0020]在本发明所述的电动车电机控制系统中，所述数字信号处理器向MOSFET驱动电路发送的驱动信号为恒定频率的高频方波，所述MOSFET驱动电路包括驱动芯片、隔直电容、升压型变压器及整流电路，其中:所述驱动芯片经由隔直电容连接到升压型变压器的原边，用并于将来自数字信号处理器的高频方波进行放大；所述升压型变压器的副边连接到整流电路的输入端，且所述整流电路的输出端连接到MOSFET的栅极。
[0021]在本发明所述的电动车电机控制系统中，所述数字信号处理器在采样的电压满足缓启终止条件时停止向MOSFET发送驱动信号，所述缓启终止条件为采样的两个端电压超过第一设定值，或在设定时间内采样的压差超过第二设定值。
[0022]本发明的上电缓冲电路及电动车电机控制系统，利用MOSFET的强过载能力，可有效代替缓冲接触器实现电动车动力系统主回路的容性负载快速上电。并且，由于MOSFET具有体积小、过电流能力强的特点，本发明可大幅提高电机控制系统的功率密度。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明上电缓冲电路实施例的示意图。
[0024]图2是本发明上电缓冲电路另一实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
[0026]如图1所示，是本发明上电缓冲电路实施例的示意图，其可实现电动车控制系统等的容性负载的快速上电。本实施例中的上电缓冲电路包括数字信号处理器IUMOSFEI^g动电路12、电压取样电路13以及缓冲功率回路14，且数字信号处理器IUM0SFET驱动电路12以及缓冲功率回路14依次连接，电压取样电路13的输入端连接到高压系统主回路，例如电动车动力系统的直流母线。上述高压系统主回路中串接有用于保证系统的安全性的主接触器；同时该高压系统主回路中还并联有用于提供足够的纹波电流的大容量电容。
[0027]缓冲功率回路14包括功率电阻Rl和MOSFET，且该MOSFET的漏极经由功率电阻Rl连接到高压主回路的主接触器的一端(即直流母线BUSl+)、源极连接到主接触器的另一端(即直流母线BUS2+)、栅极连接到MOSFET驱动电路12的输出端。上述功率电阻Rl可起到限制缓冲电流的作用，避免大的冲击电流损坏MOSFET。
[0028]电压取样电路13用于采样主接触器两端的电压并将采样的电压输出到数字信号处理器11。该电压取样电路13可采用光耦、运放调理电路等进行电压采样及采样信号输出。
[0029]数字信号处理器11用于在接收到缓冲上电指令(例如来自外部输入)且采样的电压满足缓启开始条件时，向MOSFET驱动电路12发送驱动信号以驱动MOSFET导通；在数字信号处理器11持续向MOSFET驱动电路12发送驱动信号过程中，若采样的电压满足缓启完成条件，则数字信号处理器11停止向MOSFET驱动电路12发送驱动信号，并在MOSFET的Cgs放电完成后,输出使主接触器闭合的信号。
[0030]上述上电缓冲电路利用MOSFET的强过载能力，可有效代替缓冲接触器实现电动车动力系统主回路的容性负载快速上电。并且，由于MOSFET具有体积小、过电流能力强的特点，可大幅提高电机控制系统的功率密度。
[0031]特别地，上述电压取样电路13采样的电压包括主接触器的两个端电压以及主接触器两端的压差；缓启开始条件为采样的两个端电压均低于第一设定值(即过压保护电压)，且采样的压差高于第二设定值；缓启完成条件为在设定时间内采样的两个端电压均低于第一设定值(即过压保护电压)，且采样的压差等于或低于第二设定值。
[0032]为避免高压主回路中主接触器BUS2+端电压倒灌至BUSl+端，上述缓冲功率回路14还可包括串接在功率电阻Rl与MOSFET之间的功率二极管D，且该功率二极管D的阳极经由功率电阻Rl连接到主接触器BUSl+端、阴极连接到MOSFET的漏极。
[0033]如图2所示，在本发明的电动车电机控制系统上电缓冲电路的另一实施例中，数字信号处理器11向MOSFET驱动电路12发送的驱动信号为恒定频率的高频方波，而MOSFET驱动电路12具体包括驱动芯片121、隔直电容Cl、升压型变压器T及整流电路122。
[0034]上述驱动芯片121的输入端连接数字信号处理器11的驱动信号输出端，并用于将来自数字信号处理器11的高频方波进行放大。该驱动芯片121的输出端经隔直电容Cl连接到升压型变压器T的原边。升压型变压器T的副边连接到整流电路122的输入端，且整流电路122的输出端连接到MOSFET的栅极。
[0035]当高压系统控制电路完成上电自检，数字信号处理器11在确认电压取样电路13采样的电压满足缓冲开始条件后，响应缓冲上电指令，发出恒定频率的高频方波。该高频方波经过驱动芯片121放大，再经由隔直电容Cl形成正负方波，传递至升压型变压器Tl副边，再经整流电路122形成稳定的直流电压以驱动缓冲功率回路14的MOSFET导通。数字信号处理器11根据电压取样电路13采样的电压判断主接触器两端压差及两个端电压的值，并在上述压差低于第二设定值、且两个端电压均小于第一设定值时，停止向驱动芯片121发送高频发波，并在MOSFET的Cgs放电完成关断后，向主接触器发出闭合信号。
[0036]在整个上电缓冲期间，数字信号处理器11 一直监控主回路电压值是否在预期之内，一旦电压超过预期(即采样的两个端电压超过第一设定值)或者上电缓冲时间过长(在设定时间内采样的压差超过第二设定值，即在数字信号处理器11输出驱动信号后，在预设时间内采样的电压始终未达到缓启完成条件)，数字信号处理器11将停止向驱动芯片121发出驱动信号以停止缓冲充电过程。通过该方式，能够及时探知各种突发情况下上电缓冲电路的过载问题，从而迅速关断缓冲电路，保证安全性。
[0037]在上述MOSFET驱动电路12中还可包括RC滤波单元，且该RC滤波单元接于整流电路122的输出端。
[0038]上述上电缓冲电路可直接应用于电动车电机控制系统，可有效避免现有电动车电机控制系统中因电机频繁启停而导致缓冲接触器损坏的问题。具体地，该电动车电机控制系统包括数字信号处理器、接于电动车动力系统主回路的主接触器、MOSFET驱动电路、电压取样电路以及缓冲功率回路。
[0039]上述缓冲功率回路包括功率电阻和M0SFET，且MOSFET的漏极经由功率电阻连接到主接触器的一端、源极连接到所述主接触器的另一端、栅极连接到MOSFET驱动电路的输出端。电压取样电路用于采样所述主接触器两端的电压并将所述采样的电压输出到数字信号处理器。数字信号处理器用于在接收到缓冲上电指令且所述采样的电压满足缓启开始条件时，向MOSFET驱动电路发送驱动信号驱动MOSFET导通；在所述采样的电压满足缓启完成条件时，停止向MOSFET驱动电路发送驱动信号，并在MOSFET的Cgs放电完成后，输出使主接触器闭合的信号。
[0040]上述电压取样电路采样的电压包括主接触器的两个端电压以及主接触器两端的压差；缓启开始条件为采样的两个端电压均低于第一设定值，且采样的压差高于第二设定值；缓启完成条件为在设定时间内采样的两个端电压均低于第一设定值，且采样的压差等于或低于第二设定值。
[0041]上述缓冲功率回路还可包括串接在功率电阻与MOSFET之间的功率二极管，以避免主控制器端电压倒灌。该功率二极管的阳极经由功率电阻连接到主接触器的一端、阴极连接到MOSFET的漏极。
[0042]上述数字信号处理器向MOSFET驱动电路发送的驱动信号为恒定频率的高频方波，MOSFET驱动电路包括驱动芯片、隔直电容、升压型变压器及整流电路，其中:驱动芯片用于将来自数字信号处理器的高频方波进行放大，并经由隔直电容连接到升压型变压器的原边；升压型变压器的副边连接到整流电路的输入端，且整流电路的输出端连接到MOSFET的栅极。为提高整流电路输出电压质量，可在MOSFET驱动电路的整流电路的输出端增加RC滤波单元。
[0043]在上述的电动车电机控制系统中，数字信号处理器在采样的电压满足缓启终止条件时停止向MOSFET发送驱动信号，上述缓启终止条件为采样的两个端电压超过第一设定值，或在设定时间内采样的压差超过第二设定值，以防止上电缓冲过载，保证系统安全。
[0044]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种上电缓冲电路，其特征在于:包括数字信号处理器、MOSFET驱动电路、电压取样电路以及缓冲功率回路，其中: 所述缓冲功率回路包括功率电阻和MOSFET，且所述MOSFET的漏极经由功率电阻连接到高压系统主回路的主接触器的一端、源极连接到所述主接触器的另一端、栅极连接到所述MOSFET驱动电路的输出端； 所述电压取样电路，用于采样所述主接触器两端的电压并将所述采样的电压输出到数字信号处理器； 所述数字信号处理器，用于在接收到缓冲上电指令且所述采样的电压满足缓启开始条件时，向MOSFET驱动电路发送驱动信号驱动MOSFET导通；在所述采样的电压满足缓启完成条件时，停止向MOSFET驱动电路发送驱动信号，并在所述MOSFET的Cgs放电完成后，输出使主接触器闭合的信号。
2.根据权利要求1所述的上电缓冲电路，其特征在于:所述电压取样电路采样的电压包括主接触器的两个端电压以及主接触器两端的压差；所述缓启开始条件为采样的两个端电压均低于第一设定值，且所述采样的压差高于第二设定值；所述缓启完成条件为在设定时间内采样的两个端电压均低于第一设定值，且所述采样的压差等于或低于第二设定值。
3.根据权利要求1或2所述的上电缓冲电路，其特征在于:所述缓冲功率回路还包括串接在功率电阻与MOSFET之间的功率二极管，且该功率二极管的阳极经由功率电阻连接到主接触器的一端、阴极连接到MOSFET的漏极。
4.根据权利要求1或2所述的上电缓冲电路，其特征在于:所述数字信号处理器向MOSFET驱动电路发送的驱动信号为恒定频率的高频方波，所述MOSFET驱动电路包括驱动芯片、隔直电容、升压型变压器及整流电路，其中:所述驱动芯片经由隔直电容连接到升压型变压器的原边，并用于将来自数字信号处理器的高频方波进行放大；所述升压型变压器的副边连接到整流电路的输入端，且所述整流电路的输出端连接到MOSFET的栅极。
5.根据权利要求2所述的上电缓冲电路，其特征在于:所述数字信号处理器在采样的电压满足缓启终止条件时停止向MOSFET发送驱动信号，所述缓启终止条件为采样的两个端电压超过第一设定值，或在设定时间内采样的压差超过第二设定值。
6.—种电动车电机控制系统,包括数字信号处理器、接于电动车动力系统主回路的主接触器，其特征在于:所述控制系统还包括MOSFET驱动电路、电压取样电路以及缓冲功率回路，其中: 所述缓冲功率回路包括功率电阻和M0SFET，且所述MOSFET的漏极经由功率电阻连接到主接触器的一端、源极连接到所述主接触器的另一端、栅极连接到MOSFET驱动电路的输出端； 所述电压取样电路，用于采样所述主接触器两端的电压并将所述采样的电压输出到数字信号处理器； 所述数字信号处理器，用于在接收到缓冲上电指令且所述采样的电压满足缓启开始条件时，向MOSFET驱动电路发送驱动信号驱动MOSFET导通；在所述采样的电压满足缓启完成条件时，停止向MOSFET驱动电路发送驱动信号，并在所述MOSFET的Cgs放电完成后，输出使主接触器闭合的信号。
7.根据权利要求6所述的电动车电机控制系统，其特征在于:所述电压取样电路采样的电压包括主接触器的两个端电压以及主接触器两端的压差；所述缓启开始条件为采样的两个端电压均低于第一设定值，且所述采样的压差高于第二设定值；所述缓启完成条件为在设定时间内采样的两个端电压均低于第一设定值，且所述采样的压差等于或低于第二设定值。
8.根据权利要求6或7所述的电动车电机控制系统，其特征在于:所述缓冲功率回路还包括串接在功率电阻与MOSFET之间的功率二极管，且该功率二极管的阳极经由功率电阻连接到主接触器的一端、阴极连接到MOSFET的漏极。
9.根据权利要求6或7所述的电动车电机控制系统，其特征在于:所述数字信号处理器向MOSFET驱动电路发送的驱动信号为恒定频率的高频方波，所述MOSFET驱动电路包括驱动芯片、隔直电容、升压型变压器及整流电路，其中:所述驱动芯片经由隔直电容连接到升压型变压器的原边，并用于将来自数字信号处理器的高频方波进行放大；所述升压型变压器的副边连接到整流电路的输入端，且所述整流电路的输出端连接到MOSFET的栅极。
10.根据权利要求7所述的电动车电机控制系统，其特征在于:所述数字信号处理器在采样的电压满足缓启终止条件时停止向MOSFET发送驱动信号，所述缓启终止条件为采样的两个端电压超过第一设定值，或在设定时间内采样的压差超过第二设定值。
【文档编号】H03K17/687GK104378098SQ201410682267
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】汪顺军, 马梦隐, 刘洋, 何晓飞, 杨睿诚 申请人:苏州汇川技术有限公司