CN102118018B

CN102118018B - 一种具有上下限功能的保护电路

Info

Publication number: CN102118018B
Application number: CN200910245235.6A
Authority: CN
Inventors: 杜承润; 孔昭松
Original assignee: Tianjin Santroll Electric Automobile Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Santroll Electric Automobile Technology Co Ltd
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: CN102118018A

Abstract

本发明涉及一种电动汽车电机控制器装置上的具有上下限功能的保护电路。本发明由A(DSP最小系统)、B(U相电流传感器)、C(V相电流传感器)、D(W相电流传感器)、E(电压传感器)、F(U相电流上下限故障处理电路)、G(V相电流上下限故障处理电路)、H(W相电流上下限故障处理电路)、I(电压上下限故障处理电路)、J(CPLD逻辑器件)、K(故障指示电路)、L(三相桥臂驱动电路)12部分组成。本发明通过全硬件实现了过压、欠压、过流等故障的快速响应及处理，避免了软件出现不能及时跟踪或系统异常时的死机等隐患。同时提高了保护等级，使系统安全性更高。

Description

一种具有上下限功能的保护电路

技术领域

本发明涉及一种电动汽车电机控制器装置，尤其是涉及该装置上的一种具有上下限功能的保护电路。

背景技术

随着能源结构和燃油汽车空气污染方面的矛盾日益突出，电动汽车以其零排放、低噪音等优势越来越被人们所接受。作为电动汽车，其安全性应不能低于传统汽车，保障电动汽车正常行驶的核心部件，电机控制器的可靠性及安全性就变得尤为重要。

目前，电动汽车广泛采用永磁同步电机作为驱动电机，电机控制器控制着永磁同步电机的旋转带动车身行驶，但由于某种外来因素如系统过电压、过电流或欠压等故障发生时，有时会直接损坏三相桥臂使电机三相处于断路状态，这对于正在高速行驶的电动汽车是极其危险的，如果控制器不能做出及时的处理势必将对行车安全乃至人身安全造成威胁。

目前，现有技术对于电机控制器的保护功能还很不完善，主要存在以下几方面不足：

1.现有产品对系统电流、电压均只通过DSP在软件中做了限制处理，并没有过流、过压及欠压故障关断功能。

2.软件限流只适合反馈控制用，但不能将异常的过流信号及时的捕捉和很好的抑制。

3.目前对电流异常时的捕捉采用的是正半周波峰检测，即对交流信号的过流只取正半周波峰的上限作为处理，不能对交流信号的负半周波谷做处理。

4.现有方案中有对上述问题做出处理的逻辑电路，但结构复杂，器件多，相反增加了故障点及成本。

5.目前现有产品不能对异常故障做锁存显示，系统瞬间出现故障后又消失时往往不能判断具体什么故障，对产品检修分析带来不利。

发明的内容

本发明为了克服现有技术中的不足，提供一种电动汽车电机控制器装置上的具有上下限功能的保护电路。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：本发明由A(DSP最小系统)、B(U相电流传感器)、C(V相电流传感器)、D(W相电流传感器)、E(电压传感器)、F(U相电流上下限故障处理电路)、G(V相电流上下限故障处理电路)、H(W相电流上下限故障处理电路)、I(电压上下限故障处理电路)、J(CPLD逻辑器件)、K(故障指示电路)、L(三相桥臂驱动电路)12部分组成。本发明通过全硬件实现了过压、欠压、过流等故障的快速响应及处理，避免了软件出现不能及时跟踪或系统异常时的死机等隐患。同时提高了保护等级，使系统安全性更高。

所述的一种具有上下限功能的保护电路，永磁同步电机的三相电流信号通过三个电流传感器(B、C、D)得到模拟信号，分别送到三个电路形式相同的电流上下限故障处理电路(F、G、H)，过流信号被转换成高低电平(1、2、3、4、5、6)后送到CPLD(J)。系统电压信号通过电压传感器(E)送到电路形式同电流上下限故障处理电路的电压上下限故障处理电路(I)输出过压信号和欠压信号(7、8)到CPLD(J)。CPLD(J)将输入的所有故障信号进行逻辑与后输出三路信号，一路信号(10)给DSP事件管理器(PDPINT)做最高优先级的故障中断；另一路信号(16)为三相桥臂SHUTDOWN信号，给三相桥臂的驱动电路(L)做上下路关断处理，避免永磁同步电机三相线短路的危险情况发生；最后一路信号(11、12、13、14、15)送给故障指示电路(K)，当发生任何故障时CPLD会对故障锁存处理并通过故障指示电路的LED显示出来，直到DSP给CPLD输入复位信号(17)，CPLD才会将锁存的故障信号清除。整个保护电路在未动作时，如DSP出于控制用途需要输出SHUTDOWN(9)信号时，CPLD只会将该信号直通到三相桥臂SHUTDOWN信号上，完成控制。

所述的一种具有上下限功能的保护电路，波峰OIU、波谷OIU、波峰OIV、波谷OIV、波峰OIW、波谷OIW、OVER V、UNDER V。这些信号送入CPLD做逻辑与，即当任何一处有故障时CPLD的44脚输出低电平R2和C5构成的延时电路送到DSP的PDPINT脚做故障中断处理，同时CPLD的43脚输出高电平送到三相桥臂驱动电路的SHUTDOWN脚关断三相桥臂功率驱动部分。当CPLD的13脚收到来自DSP的SHUTDOWN信号时，CPLD的43脚同样会输出高电平到三相桥臂驱动电路的SHUTDOWN脚关断三相桥臂功率驱动部分。根据CPLD的14、15、18、19、20、21、22、23脚收到的不同故障信号，CPLD判断属于什么故障，并将该故障锁存后通过接在CPLD的2、3、5、6、8脚的LED(D1、D2、D3、D4、D5)显示出来。当CPLD的12脚收到来自DSP的复位信号时清除锁存的故障状态。

本发明与现有技术相比，其有益效果表现如下：

1、通过全硬件实现了过压、欠压、过流等故障的快速响应及处理，避免了软件出现不能及时跟踪或系统异常时的死机等隐患。

2、上下限功能保护电路对交流信号的正负半周均进行检测，即在电流的全时域过流均可捕捉处理，提高了保护等级，系统安全性更高。

3、整个保护电路仅用4片比较器和1片44脚CPLD可编程逻辑电路组成，电路简单可靠，成本低、故障率少。

4、在系统出现异常时，即使故障很快清除，该保护电路也会持续指示之前发生了什么故障，直到该故障电路接收到复位信号便清除锁存的故障指示，极大的方便了产品调试和维护。

附图说明

图1是本发明的具有上下限功能保护电路的原理图；

图2是本发明的上下限故障处理电路图；

图3是本发明的CPLD外围具体实施原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述：

如图1，规划原理图，它由A(DSP最小系统)、B(U相电流传感器)、C(V相电流传感器)、D(W相电流传感器)、E(电压传感器)、F(U相电流上下限故障处理电路)、G(V相电流上下限故障处理电路)、H(W相电流上下限故障处理电路)、I(电压上下限故障处理电路)、J(CPLD逻辑器件)、K(故障指示电路)、L(三相桥臂驱动电路)12部分组成。

永磁同步电机的三相电流信号通过三个电流传感器(图1中B、C、D)得到模拟信号，分别送到三个电路形式相同的电流上下限故障处理电路(图1中F、G、H)，过流信号被转换成高低电平(图1中1、2、3、4、5、6)后送到CPLD(J)。系统电压信号通过电压传感器(E)送到电路形式同电流上下限故障处理电路的电压上下限故障处理电路(I)输出过压信号和欠压信号(图1中7、8)到CPLD(J)。CPLD(J)将输入的所有故障信号进行逻辑与后输出三路信号，一路信号(图1中10)给DSP事件管理器(PDPINT)做最高优先级的故障中断；另一路信号(图1中16)为三相桥臂SHUTDOWN信号，给三相桥臂的驱动电路(L)做上下路关断处理，避免永磁同步电机三相线短路的危险情况发生；最后一路信号(图1中11、12、13、14、15)送给故障指示电路(K)，当发生任何故障时CPLD会对故障锁存处理并通过故障指示电路的LED显示出来，直到DSP给CPLD输入复位信号(17)，CPLD才会将锁存的故障信号清除。整个保护电路在未动作时，如DSP出于控制用途需要输出SHUTDOWN(9)信号时，CPLD只会将该信号直通到三相桥臂SHUTDOWN信号上，完成控制。

如图2，该上下限故障处理电路可用在任何同一信号源的峰值和谷值的检测，及上限和下限值判断。如图1所示，该电路同时用在了四个地方(F、G、H、I)，F为U相电流上下限判断，G为V相电流上下限判断，H为W相电流上下限判断，I为电压上下限判断。

具体工作原理如下：R1和R2的分压设定在电流传感器输出值的上限值上，送到比较器U1A的同相输入端5脚；R6和R7的分压设定在电流传感器输出值的下限值上，送到另一比较器U1B的同相输入端7脚；电流传感器的输出分两路，一路经过R5、C2滤波送到U1A的反相输入端4脚；另一路经过R10、C4滤波送到U1B的反相输入端6脚；当电流传感器的输入信号高于R1和R2分压设定的上限值时，U1A的反相输入端4脚电位比U1A的同相端5脚高，则比较器U1A输出脚2翻转输出低电平，此时U1A的2脚将R3的一端接地，另一端接在R1和R2的分压点上，使电流传感器输出值的上限值降低，进一步拉大了比较器U1A输入端的压差，使得输出电平更稳定，保护更可靠。当电流传感器的输入信号低于R6和R7分压设定的下限值时，U1B的反相输入端6脚电位比U1B的同相端7脚低，则比较器U1B输出脚1翻转输出高电平，此时U1B的1脚将R8的一端接地，另一端接在R6和R7的分压点上，使电流传感器输出值的下限值降低，进一步拉大了比较器U1B输入端的压差，使得输出电平更稳定，保护更可靠，不会发生误动作和受到干扰。

从上面原理得知，当待测信号在正常区间内时，U1A输出高电平，U1B输出低电平；当超过上限时，U1A输出低电平，U1B输出低电平；当低于下限时，U1A输出高电平，U1B输出高电平；U1A输出脚和U1B输出脚的逻辑电平分别送到CPLD中，同理，电压上下限判断电路原理同上所述，并也将判断逻辑电平送入CPLD中。

如图3，为CPLD外围具体实施原理图，上面所述的上下限故障处理电路一共用4块，其中每块均产生两路判断逻辑电平，一个为上限故障，一个为下限故障，总共有8路，分别为波峰OIU、波谷OIU、波峰OIV、波谷OIV、波峰OIW、波谷OIW、OVERV、UNDER V。这些信号送入CPLD做逻辑与，即当任何一处有故障时CPLD的44脚输出低电平R2和C5构成的延时电路送到DSP的PDPINT脚做故障中断处理，同时CPLD的43脚输出高电平送到三相桥臂驱动电路的SHUTDOWN脚关断三相桥臂功率驱动部分。当CPLD的13脚收到来自DSP的SHUTDOWN信号时，CPLD的43脚同样会输出高电平到三相桥臂驱动电路的SHUTDOWN脚关断三相桥臂功率驱动部分。根据CPLD的14、15、18、19、20、21、22、23脚收到的不同故障信号，CPLD判断属于什么故障，并将该故障锁存后通过接在CPLD的2、3、5、6、8脚的LED(D1、D2、D3、D4、D5)显示出来。当CPLD的12脚收到来自DSP的复位信号时清除锁存的故障状态。

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述的技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有上下限功能的保护电路，包括DSP最小系统、CPLD逻辑器件、故障指示电路、三相桥臂驱动电路，所述DSP最小系统、故障指示电路、三相桥臂驱动电路分别连接CPLD逻辑器件，其特征在于：还包括U相电流传感器、V相电流传感器、W相电流传感器、电压传感器、U相电流上下限故障处理电路、V相电流上下限故障处理电路、W相电流上下限故障处理电路、电压上下限故障处理电路，所述U相电流上下限故障处理电路连接所述U相电流传感器、CPLD逻辑器件，所述V相电流上下限故障处理电路连接所述V相电流传感器、CPLD逻辑器件，所述W相电流上下限故障处理电路连接所述W相电流传感器、CPLD逻辑器件，所述电压上下限故障处理电路连接所述电压传感器、CPLD逻辑器件；所述U相电流、V相电流、W相电流、电压上下限故障处理电路相同，该上下限故障处理电路如下：

电流和电压传感器输出值的上限值经过电阻分压后送到比较器的同相输入端；电流和电压传感器输出值的下限值经电阻分压后送到另一比较器的同相输入端；电流和电压传感器的输出信号分两路，一路经过电阻R5和电容C2滤波后送到上限比较器的反相输入端，另一路经过电阻R10和电容C4送到下限比较器的反相输入端。

2.根据权利要求1所述的一种具有上下限功能的保护电路，其特征在于：上下限功能保护电路对交流信号的正负半周均进行检测，即在电流的全时域过流均可捕捉处理。

3.根据权利要求2所述的一种具有上下限功能的保护电路，其特征在于：该上下限故障处理电路用在任何同一信号源的峰值和谷值的检测，及上限和下限值判断。