一种48v永磁同步电机驱动器过压保护系统
阅读说明：本技术 一种48v永磁同步电机驱动器过压保护系统 (48V PMSM driver overvoltage protection system ) 是由 韩浩 廖昕湲 黄建刚 袁宝成 于 2020-11-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及过压保护技术领域,具体地说是一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统,包括12V电平端器件、ASC电路模块、上MOS管、下MOS管、母线过压比较器、48V供电电源、12V供电电源。本发明同现有技术相比,通过母线过压比较器、ASC电路模块、数值可编程逻辑器件的组合,在多种失效工况下,实现mos管的开通或关断,使电机进入三相短路状态,降低电机反电势,保证高压安全；在驱动电路失效时,能通过ASC电路径控制上MOS管和下MOS管的状态,保持过压保护功能,提高了驱动器的过压安全等级；采用硬件逻辑关断,将过压保护的响应时间提高至us级别,以应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题；采用双电源供电,具备冗余功能。(The invention relates to the technical field of overvoltage protection, in particular to an overvoltage protection system of a 48V permanent magnet synchronous motor driver, which comprises a 12V level end device, an ASC circuit module, an upper MOS tube, a lower MOS tube, a bus overvoltage comparator, a 48V power supply and a 12V power supply. Compared with the prior art, the on-off switching method has the advantages that through the combination of the bus overvoltage comparator, the ASC circuit module and the numerical programmable logic device, the mos tube is switched on or off under various failure working conditions, so that the motor enters a three-phase short circuit state, the counter potential of the motor is reduced, and high-voltage safety is guaranteed; when the drive circuit fails, the states of the upper MOS tube and the lower MOS tube can be controlled through the ASC electrical path, the overvoltage protection function is kept, and the overvoltage safety level of the driver is improved; hardware logic is adopted for switching off, the response time of overvoltage protection is improved to us level, and the problem that the rising slope of the back electromotive force of the 48V permanent magnet synchronous motor is too fast is solved; and the dual power supplies are adopted for power supply, so that the redundant function is achieved.)
技术领域
本发明涉及过压保护技术领域，具体地说是一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统。
背景技术
目前，乘用车油耗标准越加严苛，单纯靠提高发动机的燃油效率很难在2020年降低油耗至每百公里5L的排放标准。而48V微混系统能够以较低的成本实现较高的节油率，成为一种性价比较高的技术路线。
但是，48V永磁同步电机的最大反电势高于60V安全电压，并且高转速反电势一般会高于功率器件的耐压值，容易击穿功率器件造成电机扭矩失控。高转速下，48V永磁同步电机反电势的上升斜率可以达到2-4V/us，传统靠MCU来接受和处理过压故障显然不能满足苛刻的时间要求。并且随着功能安全等级要求的提高，单独的过压故障处理路径并不能覆盖MCU、CPLD随机失效、软件故障等极端失效工况。
公开号为CN110266218A的《基于ARM和FPGA的高性能超高速永磁同步电机控制系统》中，公开了母线过压保护，通过比较电路判断母线电压是否过压，通过门极电路将过压信号发送给控制单元，控制单元根据算法，对信号进行判断并实现软件保护。
但是，这样的过压保护系统对于48V永磁同步电机存在如下问题：1）采用电压比较电路和门极电路实现过压判断和过压信号的驱动，但是当门极电路失效时，无法实现过压信号的驱动，导致保护系统失效。2）48V永磁同步电机的反电势上升斜率非常快，软件保护响应在ms级别，无法及时保护。
因此，需要设计一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，能够在驱动电路失效时，保持过压保护功能，同时，将过压保护的响应时间提高至us级别，以应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题，提高驱动器过压的功能安全等级，保障人身安全。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，能够在驱动电路失效时，保持过压保护功能，同时，将过压保护的响应时间提高至us级别，以应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题，提高驱动器过压的功能安全等级，保障人身安全。
为了达到上述目的，本发明是一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，包括12V电平端器件、ASC电路模块、上MOS管、下MOS管、母线过压比较器、48V供电电源、12V供电电源，12V电平端器件的驱动信号3端与上MOS管的驱动端以及ASC电路模块的下拉开关的一端连接，12V电平端器件的驱动信号四端与下MOS管的驱动端之间采用ASC电路模块连接，母线过压比较器采集48V电机驱动器的母线电压，并将故障信号分三路分别反馈至ASC电路模块的下拉开关、开关以及12V电平端器件的数字可编程逻辑器件，12V电平端器件由12V供电电源供电，ASC电路模块、母线过压比较器由48V供电电源供电。
可选的，所述的ASC电路模块包括二极管、开关、下拉开关、上拉电阻，下拉开关的一端与12V电平端器件的驱动信号3端连接，下拉开关的另一端接地，开关与二极管并联结构的一端与12V电平端器件的驱动信号四端连接，开关与二极管并联结构的另一端分二路分别与下MOS管的驱动端、上拉电阻的一端连接，上拉电阻的另一端与48V供电电源连接。
可选的，所述的12V电平端器件包括MCU、数字可编程逻辑器件、驱动器，MCU将驱动信号一发送至数字可编程逻辑器件，数字可编程逻辑器件将门级驱动信号二发送至驱动器，驱动器输出用于控制上MOS管的驱动信号3和用于控制下MOS管的驱动信号四。
可选的，所述的驱动器为MOSFET驱动器或IGBT。
可选的，所述的数字可编程逻辑器件的电源端与12V供电电源之间采用逻辑器件供电模块连接，所述的驱动器的电源端与12V供电电源之间采用驱动器供电模块连接。
可选的，所述的ASC电路模块的电源端与48V供电电源之间采用ASC电路供电模块连接，所述的母线过压比较器的电源端与48V供电电源之间采用母线过压比较供电模块连接。
在正常工作状态下，48V供电电源、12V供电电源正常供电，开关导通，下拉开关断开，驱动信号3控制上MOS管开通，驱动信号四控制下MOS管开通，电机正常运行。
在12V电平端器件或12V供电电源失效时，电机处于高转速状态会导致电机的反电势快速升高，触发母线过压比较器，母线过压比较器将过压低电平故障信号发送给下拉开关、开关，下拉开关先闭合并屏蔽驱动信号3，待上MOS管完全关断后，再断开开关并屏蔽驱动信号四，通过上拉电阻使下MOS管开通，电机进入三相短路状态，防止48V端反电势过高。
在电机处于高转速发电状态，48V端继电器失效脱开时，母线电压上升，触发母线过压比较器，母线过压比较器将故障信号发送给数字可编程逻辑器件、下拉开关、开关，在接受到故障信号后，数字可编程逻辑器件锁存故障，并通过门级驱动信号二发出上MOS管关断，下MOS管开通的PWM信号；在接受到故障信号后，下拉开关闭合并屏蔽驱动信号3，上MOS管关断；开关关断，二极管将驱动信号四的高电平信号传递至下MOS管，下MOS管一直处于开通状态，电机进入三相短路状态，防止48V端反电势过高。
本发明同现有技术相比，通过母线过压比较器、ASC电路模块、数值可编程逻辑器件的组合，在12V电源失效、48V电源失效、MCU失效、数字可编程逻辑器件失效等多种失效工况下，实现mos管的开通或关断，使电机进入三相短路状态，降低电机反电势，保证高压安全；在驱动电路失效时，能通过ASC电路径控制上MOS管和下MOS管的状态，保持过压保护功能，提高了驱动器的过压安全等级；采用硬件逻辑关断，将过压保护的响应时间提高至us级别，以应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题；采用双电源供电，具备冗余功能。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
参见图1，1为MCU，2为数字可编程逻辑器件，3为驱动器，4为ASC电路模块，5为上MOS管，6为下MOS管，7为母线过压比较器，8为逻辑器件供电模块，9为驱动器供电模块，10为ASC电路供电模块，11为母线过压比较供电模块。
具体实施方式
现结合附图对本发明做进一步描述。
参见图1，本发明是一种48V永磁同步电机驱动器过压保护系统，包括12V电平端器件、ASC电路模块4、上MOS管5、下MOS管6、母线过压比较器7、48V供电电源、12V供电电源，12V电平端器件的驱动信号3端与上MOS管5的驱动端以及ASC电路模块4的下拉开关S2的一端连接，12V电平端器件的驱动信号四端与下MOS管6的驱动端之间采用ASC电路模块4连接，母线过压比较器7采集48V电机驱动器的母线电压，并将故障信号分三路分别反馈至ASC电路模块4的下拉开关S2、开关S1以及12V电平端器件的数字可编程逻辑器件2，12V电平端器件由12V供电电源供电，ASC电路模块4、母线过压比较器7由48V供电电源供电。
ASC电路模块4包括二极管D1、开关S1、下拉开关S2、上拉电阻R1，下拉开关S2的一端与12V电平端器件的驱动信号3端连接，下拉开关S2的另一端接地，开关S1与二极管D1并联结构的一端与12V电平端器件的驱动信号四端连接，开关S1与二极管D1并联结构的另一端分二路分别与下MOS管6的驱动端、上拉电阻R1的一端连接，上拉电阻R1的另一端与48V供电电源连接。
12V电平端器件包括MCU1、数字可编程逻辑器件2、驱动器3，MCU1将驱动信号一发送至数字可编程逻辑器件2，数字可编程逻辑器件2将门级驱动信号二发送至驱动器3，驱动器3输出用于控制上MOS管5的驱动信号3和用于控制下MOS管6的驱动信号四。
数字可编程逻辑器件2的电源端与12V供电电源之间采用逻辑器件供电模块8连接，驱动器3的电源端与12V供电电源之间采用驱动器供电模块9连接。ASC电路模块4的电源端与48V供电电源之间采用ASC电路供电模块10连接，母线过压比较器7的电源端与48V供电电源之间采用母线过压比较供电模块11连接。本发明采用双电源供电，具备冗余功能。
驱动器3为MOSFET驱动器或IGBT。
本发明在正常工作状态下，48V供电电源、12V供电电源正常供电，开关S1导通，下拉开关S2断开，驱动信号3控制上MOS管5开通，驱动信号四控制下MOS管6开通，电机正常运行。
本发明在发生如MCU1软件跑飞或者硬件随机失效、数字可编程逻辑器件2硬件随机失效、驱动器3失效等的12V电平端器件失效或12V供电电源失效时，电机处于高转速状态会导致电机的反电势快速升高，触发母线过压比较器7，母线过压比较器7将过压低电平故障信号发送给下拉开关S2、开关S1，下拉开关S2先闭合并屏蔽驱动信号3，待上MOS管5完全关断后，再断开开关S1并屏蔽驱动信号四，通过上拉电阻R1使下MOS管6开通，电机进入三相短路状态，防止48V端反电势过高。
本发明在电机处于高转速发电状态，48V端继电器失效脱开时，母线电压上升，触发母线过压比较器7，母线过压比较器7将故障信号发送给数字可编程逻辑器件2、下拉开关S2、开关S1，在接受到故障信号后，数字可编程逻辑器件2锁存故障，并通过门级驱动信号二发出上MOS管关断，下MOS管开通的PWM信号；在接受到故障信号后，下拉开关S2闭合并屏蔽驱动信号3，上MOS管5关断；开关S1关断，二极管D1将驱动信号四的高电平信号传递至下MOS管6，下MOS管6一直处于开通状态，电机进入三相短路状态，防止48V端反电势过高，实现高压安全。此时发生的是高压过压故障，因此低压系统可以正常工作，同时ASC电路模块4也会参与保护工作。ASC电路模块4独立于12V电平端器件的门级驱动电路，当门级驱动电路失效后，还能通过ASC电路模块4的独立路径控制上MOS管5和下MOS管6的状态。
本发明采用母线过压比较器7、ASC电路模块4、数值可编程逻辑器件2实现屏蔽或接通驱动信号，从而实现上MOS管5、下MOS管6的开通或关断，控制电机进入三相短路状态，从而实现保护。本发明采用的硬件逻辑关断，其响应时间在us级别，能够应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题。
本发明通过母线过压比较器7、ASC电路模块4、数值可编程逻辑器件2的组合，在12V电源失效、48V电源失效、MCU失效、数字可编程逻辑器件失效等多种失效工况下，实现mos管的开通或关断，使电机进入三相短路状态，降低电机反电势，保证高压安全；在驱动电路失效时，能通过ASC电路径控制上MOS管和下MOS管的状态，保持过压保护功能，提高了驱动器的过压安全等级；采用硬件逻辑关断，将过压保护的响应时间提高至us级别，以应对48V永磁同步电机反电势上升斜率过快的问题；采用双电源供电，具备冗余功能。
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