一种具有故障诊断的主动放电电路
阅读说明：本技术 一种具有故障诊断的主动放电电路 (Active discharge circuit with fault diagnosis ) 是由 王军德 何民 聂文强 唐文秀 孔德尖 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种具有故障诊断的主动放电电路,包括放电电路、故障检测电路和MCU,放电电路跨接在待放电的两极之间,MCU的信号输出端与放电电路的控制端连接,待放电的两极和放电电路的检测点分别与故障检测电路的信号输入端连接,MCU的信号输入端与故障检测电路的信号输出端连接；故障检测电路检测待放电的两极之间的直流电压值以及放电电路的状态；MCU根据待放电的两极之间的直流电压值以及放电电路的状态判断是否需要放电,然后输出控制信号；放电电路根据控制信号进行放电。本发明对薄膜电容的两极之间直流电压值以及放电电路的状态进行故障诊断,并控制放电电路对薄膜电容的两极进行放电,防止薄膜电容损害。(The invention relates to an active discharge circuit with fault diagnosis, which comprises a discharge circuit, a fault detection circuit and an MCU (microprogrammed control unit), wherein the discharge circuit is bridged between two electrodes to be discharged; the fault detection circuit detects a direct-current voltage value between two poles to be discharged and the state of the discharge circuit; the MCU judges whether discharging is needed or not according to the direct-current voltage value between the two electrodes to be discharged and the state of the discharging circuit, and then outputs a control signal; the discharge circuit discharges according to the control signal. The invention carries out fault diagnosis on the direct current voltage value between two poles of the film capacitor and the state of the discharge circuit, and controls the discharge circuit to discharge the two poles of the film capacitor, thereby preventing the film capacitor from being damaged.)
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种具有故障诊断的主动放电电路。
背景技术
现今大多数的乘用纯电动汽车都是采用电机控制器加上永磁同步电机的方式来进行动力操控，而乘用纯电动汽车从高速驱动状态切换至自由滑行的整个降速的过程中，电机内部永磁转子的磁场会对三相线圈的导线做切割运动，从而产生反电势电压，当产生的反电势电压比电机控制器内部的薄膜电容电压更高时，就会使薄膜电容的电压升高，如若转速过高，产生的反电势电压过大，超出了薄膜电容的承受范围，就会对薄膜电容产生不可逆的损害；因此对薄膜电容电压进行主动放电是一种防止薄膜电容损害的有效方法，而对主动放电电路本身增加故障诊断的功能，能进一步确保主动放电功能的可靠性。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种具有故障诊断的主动放电电路，其能通过检测薄膜电容的两极之间直流电压值以及放电电路的状态，判断是否需要放电，当达到放电条件时，控制放电电路对薄膜电容的两极进行放电，防止薄膜电容损害。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种具有故障诊断的主动放电电路，包括放电电路、故障检测电路和MCU，放电电路跨接在待放电的两极之间，所述MCU的信号输出端与放电电路的控制端连接，待放电的两极和放电电路的检测点分别与故障检测电路的信号输入端连接，MCU的信号输入端与故障检测电路的信号输出端连接；
所述故障检测电路用于检测待放电的两极之间的直流电压值以及放电电路的状态；
所述MCU用于根据待放电的两极之间的直流电压值判断是否需要放电以及根据放电电路的状态判断是否存在故障，还用于根据判断结果输出放电的控制信号；
所述放电电路用于根据控制信号进行放电。
进一步，所述MCU用于根据待放电的两极之间的直流电压值判断是否需要放电以及根据放电电路的状态判断是否存在故障，还用于根据判断结果输出放电的控制信号，包括：
将检测的的直流电压值与预设的电压阈值比较，当所述直流电压值低于电压阈值时，判定待放电的两极之间不需要放电；当所述直流电压值高于或等于电压阈值时，判定待放电的两极之间需要放电；若需要放电，MCU根据放电电路的状态判断放电电路是否存在故障，若放电电路存在故障，MCU输出报警信号，若放电电路无故障，MCU输出放电的控制信号。
进一步，所述放电电路包括功率电阻CR1、功率开关管Q1和功率开关管Q2，待放电的两极包括高压正极HV+和高压负极HV－，功率开关管Q1的电流输入端串联功率电阻CR1后连接待放电的高压正极HV+，功率开关管Q1的电流输出端连接功率开关管Q2的电流输入端，功率开关管Q2的电流输出端连接待放电的高压负极HV－；功率开关管Q1的控制端和功率开关管Q2的控制端分别连接MCU的两个信号输出端。
进一步，所述故障检测电路包括采样电阻R2和R3、隔离运放芯片IC1、运算放大器IC2－A、输入电阻R4、输入电阻R5和反馈电阻R6，采样电阻R2和R3串联跨接在高压正极HV+和高压负极HV－之间，采样电阻R2和R3的节点连接隔离运放芯片IC1的信号输入端VIN、还连接功率开关管Q1和功率开关管Q2的节点，隔离运放芯片IC1的高电平输出端VOUTP串联输入电阻R4后连接运算放大器IC2－A的正相输入端，隔离运放芯片IC1的低电平输出端VOUTN串联输入电阻R5后连接运算放大器IC2－A的反相输入端，运算放大器IC2－A的正相输入端还输入参考电压Vref，运算放大器IC2－A的信号输出端连接MCU的信号输入端，反馈电阻R6跨接在运算放大器IC2－A的信号输出端及运算放大器IC2－A的反相输入端之间。
进一步，所述故障检测电路还包括运算放大器IC2－B，所述运算放大器IC2－B的正相输入端连接参考电压Vref输入，运算放大器IC2－B的反相输入端与运算放大器IC2－B的信号输出端共同连接运算放大器IC2－A的正相输入端。
进一步，MCU包括主控芯片IC3及其外围电路，所述主控芯片IC3的信号输出端设有放大电路，主控芯片IC3的信号输出端通过放大电路与功率开关管Q1的控制端和功率开关管Q2的控制端分别连接；所述主控芯片IC3的信号输入端设有ADC转换电路，主控芯片IC3的信号输入端通过ADC转换电路与故障检测电路的信号输出端连接。
本发明的有益效果是：本发明既能有效保护电机控制器内部的薄膜电容等高压器件，避免因反电势电压过高造成的过压损害风险，也能对放电电路的功率器件进行故障诊断。当由于车辆故障引起的薄膜电容等高压器件电压过高时，本发明的电路可以安全可靠地对薄膜电容上的电压进行主动放电，防止因薄膜电容过压炸毁而造成车辆更大面积的损伤。由于此发明提升了车辆的行驶安全，因此有较好的实际应用前景。
附图说明
图1为本发明系统组成框图；
图2为本发明电路结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1～2所示，本实施例提供一种具有故障诊断的主动放电电路，设置在电机控制器内部的薄膜电容上，主要用于对该薄膜电容进行放电保护。其包括放电电路、故障检测电路和MCU，放电电路跨接在待放电的两极(即薄膜电容的两个极板)之间，所述MCU的信号输出端与放电电路的控制端连接，待放电的两极和放电电路的检测点分别与故障检测电路的信号输入端连接，MCU的信号输入端与故障检测电路的信号输出端连接；
所述故障检测电路用于检测待放电的两极之间的直流电压值以及放电电路的状态；
所述MCU用于根据待放电的两极之间的直流电压值判断是否需要放电以及根据放电电路的状态判断是否存在故障，还用于根据判断结果输出放电的控制信号；
所述放电电路用于根据控制信号进行导通放电，以降低待放电的两极之间的电压。
本实施例中，所述MCU用于根据待放电的两极之间的直流电压值判断是否需要放电以及根据放电电路的状态判断是否存在故障，还用于根据判断结果输出放电的控制信号，包括：
将检测的的直流电压值与预设的电压阈值比较，当所述直流电压值低于电压阈值时，判定待放电的两极之间不需要放电；当所述直流电压值高于或等于电压阈值时，判定待放电的两极之间需要放电；若需要放电，MCU根据放电电路的状态判断放电电路是否存在故障，若放电电路存在故障，MCU输出报警信号，若放电电路无故障，MCU输出放电的控制信号。
本实施例中，所述放电电路包括功率电阻CR1、功率开关管Q1和功率开关管Q2，功率开关管Q1和功率开关管Q2均采用功率MOS管。待放电的两极包括高压正极HV+和高压负极HV－，功率开关管Q1的电流输入端串联功率电阻CR1后连接待放电的高压正极HV+，功率开关管Q1的电流输出端连接功率开关管Q2的电流输入端，功率开关管Q2的电流输出端连接待放电的高压负极HV－；功率开关管Q1的控制端和功率开关管Q2的控制端分别连接MCU的两个信号输出端。放电电路中，功率开关管Q1和功率开关管Q2的节点作为放电电路的检测点与故障检测电路连接。
本实施例中，所述故障检测电路包括采样电阻R2和R3、隔离运放芯片IC1、运算放大器IC2－A、输入电阻R4、输入电阻R5和反馈电阻R6，采样电阻R2和R3串联跨接在高压正极HV+和高压负极HV－之间，采样电阻R2和R3的节点连接隔离运放芯片IC1的信号输入端VIN、还连接功率开关管Q1和功率开关管Q2的节点，隔离运放芯片IC1的高电平输出端VOUTP串联输入电阻R4后连接运算放大器IC2－A的正相输入端，隔离运放芯片IC1的低电平输出端VOUTN串联输入电阻R5后连接运算放大器IC2－A的反相输入端，运算放大器IC2－A的正相输入端还输入参考电压Vref，运算放大器IC2－A的信号输出端连接MCU的信号输入端，反馈电阻R6跨接在运算放大器IC2－A的信号输出端及运算放大器IC2－A的反相输入端之间。
本实施例中，所述故障检测电路还包括运算放大器IC2－B，所述运算放大器IC2－B的正相输入端连接参考电压Vref输入，运算放大器IC2－B的反相输入端与运算放大器IC2－B的信号输出端共同连接运算放大器IC2－A的正相输入端。
本实施例中，MCU包括主控芯片IC3及其外围电路，所述主控芯片IC3的信号输出端设有放大电路，主控芯片IC3的信号输出端通过放大电路与功率开关管Q1的控制端和功率开关管Q2的控制端分别连接；所述主控芯片IC3的信号输入端设有ADC转换电路，主控芯片IC3的信号输入端通过ADC转换电路与故障检测电路的信号输出端连接。
本实施例中，隔离运放芯片IC1、运算放大器IC2－A、运算放大器IC2－B和主控芯片IC3均由汽车控制系统中额外的电源网点为其提供工作电源，例如图2中展示的，隔离运放芯片IC1的高压一侧通过系统的网点V＿ADC和薄膜电容的高压负极HV－之间构成的电源进行供电、其低压一侧通过系统的网点VCC5A和GND之间构成的电源进行供电；本实施例中，运算放大器IC2－A和运算放大器IC2－B实际上采用了一个具有两个相同功能模块的运算放大器芯片IC2，如图2所示，其通过系统的网点VCC5A和GND之间构成的电源进行供电。
工作原理：
车辆正常工作状态下，MCU的主控芯片IC3控制功率开关管Q1和Q2处于断开状态，功率电阻CR1此时处于不工作状态。此时母线直流电压(对应薄膜电容的高压正极HV+和高压负极HV－之间的电压)可通过采样电阻R2和R3的分压输入至隔离运放芯片IC1的VIN引脚，再通过其VOUTP和VOUTN引脚把隔离转换之后的采样电压输出至运算放大器IC2－A的正相输入端和反相输入端，运算放大器IC2－A的输出端通过电阻R6形成负反馈，构成反相比例运算电路。隔离转换之后的采样电压通过运算放大器IC2－A的反相比例运算电路的适当调整，其中反馈电阻R6、输入电阻R5、输入电阻R4的阻值决定了运算放大器IC2－A的放大倍数。运算放大器IC2－A的输出端将调整后的采样电压输出至MCU主控芯片IC3的信号输入端的ADC模数转换引脚(即ADC转换电路的输入引脚)，经过MCU主控芯片IC3内部的计算，从而得知此时母线直流电压的大小，即可判断薄膜电容两极之间是否需要放电。
车辆在执行主动放电状态之前，会先执行功率器件的故障诊断，步骤如下：第一步，MCU主控芯片IC3控制功率MOS管Q1导通、Q2断开，此时功率电阻CR1和采样电阻R2并联之后，再与R3串联，此时母线直流电压(对应薄膜电容的高压正极HV+和高压负极HV－之间的电压)通过CR1//R2和R3的分压输入至隔离运放芯片IC1的VIN引脚，最后通过MCU主控芯片IC3内部的计算验证，从而判断此时功率电阻CR1和功率MOS管Q1是否满足放电要求；第二步，MCU的主控芯片IC3控制功率MOS管Q1断开Q2导通，此时R3处于被短路状态，输入至隔离运放芯片IC1的VIN引脚的电压为零，最后通过MCU主控芯片IC3内部的计算验证，从而判断此时功率MOS管Q2是否满足放电要求。只有当故障诊断通过后，才能执行主动放电功能。
车辆在MCU的控制下执行主动放电状态下，MCU主控芯片IC3控制功率MOS管Q1和Q2均处于导通状态，功率电阻CR1此时处于工作状态，此时主动放电电流就等于母线直流电压(对应薄膜电容的高压正极HV+和高压负极HV－之间的电压)和功率电阻CR1阻值的比值(在电气元件的参数设定上，由于采样电阻R2、R3的阻值比功率电阻CR1的阻值大数千倍左右的数量级，因此采样电阻R2、R3回路的放电电流可忽略不计)。当薄膜电容两个极板间的电压降到安全的范围内，MCU控制放电电路停止放电。
本发明既能有效保护电机控制器内部的薄膜电容等高压器件，避免因反电势电压过高造成的过压损害风险，也能对放电电路的功率器件进行故障诊断。当由于车辆故障引起的薄膜电容等高压器件电压过高时，本发明的电路可以安全可靠地对薄膜电容上的电压进行主动放电，防止因薄膜电容过压炸毁而造成车辆更大面积的损伤。由于此发明提升了车辆的行驶安全，因此有较好的实际应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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