上電緩沖電路及電動車電機控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種上電緩沖電路及電動車電機控制系統(tǒng)，所述上電緩沖電路包括數(shù)字信號處理器、MOSFET驅動電路、電壓取樣電路以及緩沖功率回路，其中：所述緩沖功率回路包括功率電阻和MOSFET；所述電壓取樣電路，用于采樣主接觸器兩端的電壓；所述數(shù)字信號處理器，用于在接收到緩沖上電指令且所述采樣的電壓滿足緩啟開始條件時，向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號驅動MOSFET導通；在所述采樣的電壓滿足緩啟完成條件時，停止向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號，并在所述MOSFET的Cgs放電完成后，輸出使主接觸器閉合的信號。本發(fā)明利用MOSFET的強過載能力，可有效代替緩沖接觸器實現(xiàn)電動車動力系統(tǒng)主回路的容性負載快速上電。
【專利說明】上電緩沖電路及電動車電機控制系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電機控制領域，更具體地說，涉及一種上電緩沖電路及電動車電機控制系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]經過十余年的發(fā)展，中國電動車行業(yè)從小到大，已經形成一個規(guī)模龐大的產業(yè)群，尤其是進入二十一世紀以后，整個產業(yè)呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢。
[0003]目前國內大多數(shù)電動車的電機控制系統(tǒng)中，都需要在動力系統(tǒng)主回路串聯(lián)主接觸器以保證系統(tǒng)安全，同時，電機控制還需要在動力系統(tǒng)主回路并聯(lián)大容量電容以提供足夠的紋波電流。為了克服容性負載在高壓差時產生的沖擊電流，通常采用上電緩沖接觸器并聯(lián)在主接觸器兩端，以避免主接觸器粘連。
[0004]上述方案結構簡單，但是存在設計成本高的問題。并且與原其他電機變頻控制系統(tǒng)相比，電動車存在啟停頻繁等特點，而緩沖接觸器屬于易損器件，使得系統(tǒng)可靠性大大降低。同時緩沖接觸器隨著動力系統(tǒng)主回路母線電壓升高而體積越來越大，這將導致產品功率密度較低。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對上述電機控制系統(tǒng)上電緩沖結構可靠性低、功率密度較低的問題，提供一種上電緩沖電路及電動車電機控制系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案是，提供一種上電緩沖電路，包括數(shù)字信號處理器、MOSFET驅動電路、電壓取樣電路以及緩沖功率回路，其中:
[0007]所述緩沖功率回路包括功率電阻和M0SFET，且所述MOSFET的漏極經由功率電阻連接到高壓主回路的主接觸器的一端、源極連接到所述主接觸器的另一端、柵極連接到所述MOSFET驅動電路的輸出端；
[0008]所述電壓取樣電路，用于采樣所述主接觸器兩端的電壓并將所述采樣的電壓輸出到數(shù)字信號處理器；
[0009]所述數(shù)字信號處理器，用于在接收到緩沖上電指令且所述采樣的電壓滿足緩啟開始條件時，向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號驅動MOSFET導通；在所述采樣的電壓滿足緩啟完成條件時，停止向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號，并在所述MOSFET的Cgs放電完成后，輸出使主接觸器閉合的信號。
[0010]在本發(fā)明所述的上電緩沖電路中，所述電壓取樣電路采樣的電壓包括主接觸器的兩個端電壓以及主接觸器兩端的壓差；所述緩啟開始條件為采樣的兩個端電壓均低于第一設定值，且所述采樣的壓差高于第二設定值；所述緩啟完成條件為在設定時間內采樣的兩個端電壓均低于第一設定值，且所述采樣的壓差等于或低于第二設定值。
[0011]在本發(fā)明所述的上電緩沖電路中，所述緩沖功率回路還包括串接在功率電阻與MOSFET之間的功率二極管，且該功率二極管的陽極經由功率電阻連接到主接觸器的一端、陰極連接到MOSFET的漏極。
[0012]在本發(fā)明所述的上電緩沖電路中，所述數(shù)字信號處理器向MOSFET驅動電路發(fā)送的驅動信號為恒定頻率的高頻方波，所述MOSFET驅動電路包括驅動芯片、隔直電容、升壓型變壓器及整流電路，其中:所述驅動芯片經由隔直電容連接到升壓型變壓器的原邊，并用于將來自數(shù)字信號處理器的高頻方波進行放大；所述升壓型變壓器的副邊連接到整流電路的輸入端，且所述整流電路的輸出端連接到MOSFET的柵極。
[0013]在本發(fā)明所述的上電緩沖電路中，所述數(shù)字信號處理器在采樣的電壓滿足緩啟終止條件時停止向MOSFET發(fā)送驅動信號，所述緩啟終止條件為采樣的兩個端電壓超過第一設定值，或在設定時間內采樣的壓差超過第二設定值。
[0014]本發(fā)明還提供一種電動車電機控制系統(tǒng)，包括數(shù)字信號處理器、接于電動車動力系統(tǒng)主回路的主接觸器，所述控制系統(tǒng)還包括MOSFET驅動電路、電壓取樣電路以及緩沖功率回路，其中:
[0015]所述緩沖功率回路包括功率電阻和M0SFET，且所述MOSFET的漏極經由功率電阻連接到主接觸器的一端、源極連接到所述主接觸器的另一端、柵極連接到MOSFET驅動電路的輸出端；
[0016]所述電壓取樣電路，用于采樣所述主接觸器兩端的電壓并將所述采樣的電壓輸出到數(shù)字信號處理器；
[0017]所述數(shù)字信號處理器，用于在接收到緩沖上電指令且所述采樣的電壓滿足緩啟開始條件時，向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號驅動MOSFET導通；在所述采樣的電壓滿足緩啟完成條件時，停止向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號，并在所述MOSFET的Cgs放電完成后，輸出使主接觸器閉合的信號。
[0018]在本發(fā)明所述的電動車電機控制系統(tǒng)中，所述電壓取樣電路采樣的電壓包括主接觸器的兩個端電壓以及主接觸器兩端的壓差；所述緩啟開始條件為采樣的兩個端電壓均低于第一設定值，且所述采樣的壓差高于第二設定值；所述緩啟完成條件為在設定時間內采樣的兩個端電壓均低于第一設定值，且所述采樣的壓差等于或低于第二設定值。
[0019]在本發(fā)明所述的電動車電機控制系統(tǒng)中，所述緩沖功率回路還包括串接在功率電阻與MOSFET之間的功率二極管，且該功率二極管的陽極經由功率電阻連接到主接觸器的一端、陰極連接到MOSFET的漏極。
[0020]在本發(fā)明所述的電動車電機控制系統(tǒng)中，所述數(shù)字信號處理器向MOSFET驅動電路發(fā)送的驅動信號為恒定頻率的高頻方波，所述MOSFET驅動電路包括驅動芯片、隔直電容、升壓型變壓器及整流電路，其中:所述驅動芯片經由隔直電容連接到升壓型變壓器的原邊，用并于將來自數(shù)字信號處理器的高頻方波進行放大；所述升壓型變壓器的副邊連接到整流電路的輸入端，且所述整流電路的輸出端連接到MOSFET的柵極。
[0021]在本發(fā)明所述的電動車電機控制系統(tǒng)中，所述數(shù)字信號處理器在采樣的電壓滿足緩啟終止條件時停止向MOSFET發(fā)送驅動信號，所述緩啟終止條件為采樣的兩個端電壓超過第一設定值，或在設定時間內采樣的壓差超過第二設定值。
[0022]本發(fā)明的上電緩沖電路及電動車電機控制系統(tǒng)，利用MOSFET的強過載能力，可有效代替緩沖接觸器實現(xiàn)電動車動力系統(tǒng)主回路的容性負載快速上電。并且，由于MOSFET具有體積小、過電流能力強的特點，本發(fā)明可大幅提高電機控制系統(tǒng)的功率密度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明上電緩沖電路實施例的示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明上電緩沖電路另一實施例的示意圖。

【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]如圖1所示，是本發(fā)明上電緩沖電路實施例的示意圖，其可實現(xiàn)電動車控制系統(tǒng)等的容性負載的快速上電。本實施例中的上電緩沖電路包括數(shù)字信號處理器IUMOSFEI^g動電路12、電壓取樣電路13以及緩沖功率回路14，且數(shù)字信號處理器IUM0SFET驅動電路12以及緩沖功率回路14依次連接，電壓取樣電路13的輸入端連接到高壓系統(tǒng)主回路，例如電動車動力系統(tǒng)的直流母線。上述高壓系統(tǒng)主回路中串接有用于保證系統(tǒng)的安全性的主接觸器；同時該高壓系統(tǒng)主回路中還并聯(lián)有用于提供足夠的紋波電流的大容量電容。
[0027]緩沖功率回路14包括功率電阻Rl和MOSFET，且該MOSFET的漏極經由功率電阻Rl連接到高壓主回路的主接觸器的一端(即直流母線BUSl+)、源極連接到主接觸器的另一端(即直流母線BUS2+)、柵極連接到MOSFET驅動電路12的輸出端。上述功率電阻Rl可起到限制緩沖電流的作用，避免大的沖擊電流損壞MOSFET。
[0028]電壓取樣電路13用于采樣主接觸器兩端的電壓并將采樣的電壓輸出到數(shù)字信號處理器11。該電壓取樣電路13可采用光耦、運放調理電路等進行電壓采樣及采樣信號輸出。
[0029]數(shù)字信號處理器11用于在接收到緩沖上電指令(例如來自外部輸入)且采樣的電壓滿足緩啟開始條件時，向MOSFET驅動電路12發(fā)送驅動信號以驅動MOSFET導通；在數(shù)字信號處理器11持續(xù)向MOSFET驅動電路12發(fā)送驅動信號過程中，若采樣的電壓滿足緩啟完成條件，則數(shù)字信號處理器11停止向MOSFET驅動電路12發(fā)送驅動信號，并在MOSFET的Cgs放電完成后,輸出使主接觸器閉合的信號。
[0030]上述上電緩沖電路利用MOSFET的強過載能力，可有效代替緩沖接觸器實現(xiàn)電動車動力系統(tǒng)主回路的容性負載快速上電。并且，由于MOSFET具有體積小、過電流能力強的特點，可大幅提高電機控制系統(tǒng)的功率密度。
[0031]特別地，上述電壓取樣電路13采樣的電壓包括主接觸器的兩個端電壓以及主接觸器兩端的壓差；緩啟開始條件為采樣的兩個端電壓均低于第一設定值(即過壓保護電壓)，且采樣的壓差高于第二設定值；緩啟完成條件為在設定時間內采樣的兩個端電壓均低于第一設定值(即過壓保護電壓)，且采樣的壓差等于或低于第二設定值。
[0032]為避免高壓主回路中主接觸器BUS2+端電壓倒灌至BUSl+端，上述緩沖功率回路14還可包括串接在功率電阻Rl與MOSFET之間的功率二極管D，且該功率二極管D的陽極經由功率電阻Rl連接到主接觸器BUSl+端、陰極連接到MOSFET的漏極。
[0033]如圖2所示，在本發(fā)明的電動車電機控制系統(tǒng)上電緩沖電路的另一實施例中，數(shù)字信號處理器11向MOSFET驅動電路12發(fā)送的驅動信號為恒定頻率的高頻方波，而MOSFET驅動電路12具體包括驅動芯片121、隔直電容Cl、升壓型變壓器T及整流電路122。
[0034]上述驅動芯片121的輸入端連接數(shù)字信號處理器11的驅動信號輸出端，并用于將來自數(shù)字信號處理器11的高頻方波進行放大。該驅動芯片121的輸出端經隔直電容Cl連接到升壓型變壓器T的原邊。升壓型變壓器T的副邊連接到整流電路122的輸入端，且整流電路122的輸出端連接到MOSFET的柵極。
[0035]當高壓系統(tǒng)控制電路完成上電自檢，數(shù)字信號處理器11在確認電壓取樣電路13采樣的電壓滿足緩沖開始條件后，響應緩沖上電指令，發(fā)出恒定頻率的高頻方波。該高頻方波經過驅動芯片121放大，再經由隔直電容Cl形成正負方波，傳遞至升壓型變壓器Tl副邊，再經整流電路122形成穩(wěn)定的直流電壓以驅動緩沖功率回路14的MOSFET導通。數(shù)字信號處理器11根據(jù)電壓取樣電路13采樣的電壓判斷主接觸器兩端壓差及兩個端電壓的值，并在上述壓差低于第二設定值、且兩個端電壓均小于第一設定值時，停止向驅動芯片121發(fā)送高頻發(fā)波，并在MOSFET的Cgs放電完成關斷后，向主接觸器發(fā)出閉合信號。
[0036]在整個上電緩沖期間，數(shù)字信號處理器11 一直監(jiān)控主回路電壓值是否在預期之內，一旦電壓超過預期(即采樣的兩個端電壓超過第一設定值)或者上電緩沖時間過長(在設定時間內采樣的壓差超過第二設定值，即在數(shù)字信號處理器11輸出驅動信號后，在預設時間內采樣的電壓始終未達到緩啟完成條件)，數(shù)字信號處理器11將停止向驅動芯片121發(fā)出驅動信號以停止緩沖充電過程。通過該方式，能夠及時探知各種突發(fā)情況下上電緩沖電路的過載問題，從而迅速關斷緩沖電路，保證安全性。
[0037]在上述MOSFET驅動電路12中還可包括RC濾波單元，且該RC濾波單元接于整流電路122的輸出端。
[0038]上述上電緩沖電路可直接應用于電動車電機控制系統(tǒng)，可有效避免現(xiàn)有電動車電機控制系統(tǒng)中因電機頻繁啟停而導致緩沖接觸器損壞的問題。具體地，該電動車電機控制系統(tǒng)包括數(shù)字信號處理器、接于電動車動力系統(tǒng)主回路的主接觸器、MOSFET驅動電路、電壓取樣電路以及緩沖功率回路。
[0039]上述緩沖功率回路包括功率電阻和M0SFET，且MOSFET的漏極經由功率電阻連接到主接觸器的一端、源極連接到所述主接觸器的另一端、柵極連接到MOSFET驅動電路的輸出端。電壓取樣電路用于采樣所述主接觸器兩端的電壓并將所述采樣的電壓輸出到數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理器用于在接收到緩沖上電指令且所述采樣的電壓滿足緩啟開始條件時，向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號驅動MOSFET導通；在所述采樣的電壓滿足緩啟完成條件時，停止向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號，并在MOSFET的Cgs放電完成后，輸出使主接觸器閉合的信號。
[0040]上述電壓取樣電路采樣的電壓包括主接觸器的兩個端電壓以及主接觸器兩端的壓差；緩啟開始條件為采樣的兩個端電壓均低于第一設定值，且采樣的壓差高于第二設定值；緩啟完成條件為在設定時間內采樣的兩個端電壓均低于第一設定值，且采樣的壓差等于或低于第二設定值。
[0041]上述緩沖功率回路還可包括串接在功率電阻與MOSFET之間的功率二極管，以避免主控制器端電壓倒灌。該功率二極管的陽極經由功率電阻連接到主接觸器的一端、陰極連接到MOSFET的漏極。
[0042]上述數(shù)字信號處理器向MOSFET驅動電路發(fā)送的驅動信號為恒定頻率的高頻方波，MOSFET驅動電路包括驅動芯片、隔直電容、升壓型變壓器及整流電路，其中:驅動芯片用于將來自數(shù)字信號處理器的高頻方波進行放大，并經由隔直電容連接到升壓型變壓器的原邊；升壓型變壓器的副邊連接到整流電路的輸入端，且整流電路的輸出端連接到MOSFET的柵極。為提高整流電路輸出電壓質量，可在MOSFET驅動電路的整流電路的輸出端增加RC濾波單元。
[0043]在上述的電動車電機控制系統(tǒng)中，數(shù)字信號處理器在采樣的電壓滿足緩啟終止條件時停止向MOSFET發(fā)送驅動信號，上述緩啟終止條件為采樣的兩個端電壓超過第一設定值，或在設定時間內采樣的壓差超過第二設定值，以防止上電緩沖過載，保證系統(tǒng)安全。
[0044]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種上電緩沖電路，其特征在于:包括數(shù)字信號處理器、MOSFET驅動電路、電壓取樣電路以及緩沖功率回路，其中: 所述緩沖功率回路包括功率電阻和MOSFET，且所述MOSFET的漏極經由功率電阻連接到高壓系統(tǒng)主回路的主接觸器的一端、源極連接到所述主接觸器的另一端、柵極連接到所述MOSFET驅動電路的輸出端； 所述電壓取樣電路，用于采樣所述主接觸器兩端的電壓并將所述采樣的電壓輸出到數(shù)字信號處理器； 所述數(shù)字信號處理器，用于在接收到緩沖上電指令且所述采樣的電壓滿足緩啟開始條件時，向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號驅動MOSFET導通；在所述采樣的電壓滿足緩啟完成條件時，停止向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號，并在所述MOSFET的Cgs放電完成后，輸出使主接觸器閉合的信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的上電緩沖電路，其特征在于:所述電壓取樣電路采樣的電壓包括主接觸器的兩個端電壓以及主接觸器兩端的壓差；所述緩啟開始條件為采樣的兩個端電壓均低于第一設定值，且所述采樣的壓差高于第二設定值；所述緩啟完成條件為在設定時間內采樣的兩個端電壓均低于第一設定值，且所述采樣的壓差等于或低于第二設定值。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的上電緩沖電路，其特征在于:所述緩沖功率回路還包括串接在功率電阻與MOSFET之間的功率二極管，且該功率二極管的陽極經由功率電阻連接到主接觸器的一端、陰極連接到MOSFET的漏極。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的上電緩沖電路，其特征在于:所述數(shù)字信號處理器向MOSFET驅動電路發(fā)送的驅動信號為恒定頻率的高頻方波，所述MOSFET驅動電路包括驅動芯片、隔直電容、升壓型變壓器及整流電路，其中:所述驅動芯片經由隔直電容連接到升壓型變壓器的原邊，并用于將來自數(shù)字信號處理器的高頻方波進行放大；所述升壓型變壓器的副邊連接到整流電路的輸入端，且所述整流電路的輸出端連接到MOSFET的柵極。
5.根據(jù)權利要求2所述的上電緩沖電路，其特征在于:所述數(shù)字信號處理器在采樣的電壓滿足緩啟終止條件時停止向MOSFET發(fā)送驅動信號，所述緩啟終止條件為采樣的兩個端電壓超過第一設定值，或在設定時間內采樣的壓差超過第二設定值。
6.—種電動車電機控制系統(tǒng),包括數(shù)字信號處理器、接于電動車動力系統(tǒng)主回路的主接觸器，其特征在于:所述控制系統(tǒng)還包括MOSFET驅動電路、電壓取樣電路以及緩沖功率回路，其中: 所述緩沖功率回路包括功率電阻和M0SFET，且所述MOSFET的漏極經由功率電阻連接到主接觸器的一端、源極連接到所述主接觸器的另一端、柵極連接到MOSFET驅動電路的輸出端； 所述電壓取樣電路，用于采樣所述主接觸器兩端的電壓并將所述采樣的電壓輸出到數(shù)字信號處理器； 所述數(shù)字信號處理器，用于在接收到緩沖上電指令且所述采樣的電壓滿足緩啟開始條件時，向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號驅動MOSFET導通；在所述采樣的電壓滿足緩啟完成條件時，停止向MOSFET驅動電路發(fā)送驅動信號，并在所述MOSFET的Cgs放電完成后，輸出使主接觸器閉合的信號。
7.根據(jù)權利要求6所述的電動車電機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電壓取樣電路采樣的電壓包括主接觸器的兩個端電壓以及主接觸器兩端的壓差；所述緩啟開始條件為采樣的兩個端電壓均低于第一設定值，且所述采樣的壓差高于第二設定值；所述緩啟完成條件為在設定時間內采樣的兩個端電壓均低于第一設定值，且所述采樣的壓差等于或低于第二設定值。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的電動車電機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述緩沖功率回路還包括串接在功率電阻與MOSFET之間的功率二極管，且該功率二極管的陽極經由功率電阻連接到主接觸器的一端、陰極連接到MOSFET的漏極。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的電動車電機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)字信號處理器向MOSFET驅動電路發(fā)送的驅動信號為恒定頻率的高頻方波，所述MOSFET驅動電路包括驅動芯片、隔直電容、升壓型變壓器及整流電路，其中:所述驅動芯片經由隔直電容連接到升壓型變壓器的原邊，并用于將來自數(shù)字信號處理器的高頻方波進行放大；所述升壓型變壓器的副邊連接到整流電路的輸入端，且所述整流電路的輸出端連接到MOSFET的柵極。
10.根據(jù)權利要求7所述的電動車電機控制系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)字信號處理器在采樣的電壓滿足緩啟終止條件時停止向MOSFET發(fā)送驅動信號，所述緩啟終止條件為采樣的兩個端電壓超過第一設定值，或在設定時間內采樣的壓差超過第二設定值。
【文檔編號】H03K17/687GK104378098SQ201410682267
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權日:2014年11月24日
【發(fā)明者】汪順軍, 馬夢隱, 劉洋, 何曉飛, 楊睿誠 申請人:蘇州匯川技術有限公司