基于相电压和相电流采样的驱动逻辑判断电路的制作方法

1.本实用新型涉及新能源汽车电机驱动控制技术领域，尤其涉及一种基于相电压和相电流采样的驱动逻辑判断电路。


背景技术：

2.随着iso26262道路车辆功能安全标准的实施，对新能源汽车电控单元的性能要求不断提高。目前，车用驱动电机一般采用三相交流电机，由三相逆变全桥进行驱动。当三相逆变全桥发生驱动异常情况，会导致驱动电机力矩失控，对车辆驾乘造成高风险的伤害，存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于相电压和相电流采样的驱动逻辑判断电路，本电路通过对电机控制器三相输出电压和相电流采样进行检测，判断电机控制器的输出逻辑与输入逻辑是否一致，实现对驱动桥的故障诊断，杜绝车辆驾乘过程的安全隐患。
4.为解决上述技术问题，本实用新型基于相电压和相电流采样的驱动逻辑判断电路包括三相逆变全桥和控制三相逆变全桥运行的控制芯片，还包括第一比较器、第二比较器、逻辑非门、多路选择器和异或门，所述三相逆变全桥输出的相电压和相电流分别输入所述第一比较器和第二比较器，所述第一比较器将相电压转换成方波信号并分别输入所述逻辑非门和多路选择器，所述逻辑非门对方波信号取反后输入所述多路选择器，所述第二比较器输出的相电流信号输入所述多路选择器，所述控制芯片输出的上桥驱动信号和下桥驱动信号分别输入所述多路选择器，所述多路选择器根据第二比较器输出的相电流信号方向分别选择所述第一比较器输出的方波信号和上桥驱动信号或所述逻辑非门输出的方波信号和下桥驱动信号输入至所述异或门，所述异或门输出信号传输至所述控制芯片，所述控制芯片根据异或门输出信号判断驱动逻辑是否正确。
5.进一步，所述第二比较器输出的相电流信号方向为正时，所述多路选择器选择所述第一比较器输出的方波信号和上桥驱动信号输入至所述异或门，所述第二比较器输出的相电流信号方向为负时，所述多路选择器选择所述逻辑非门输出的方波信号和下桥驱动信号输入至所述异或门。
6.由于本实用新型基于相电压和相电流采样的驱动逻辑判断电路采用了上述技术方案，即本电路的三相逆变全桥输出的相电压和相电流分别输入第一比较器和第二比较器，第一比较器将相电压转换成方波信号并分别输入逻辑非门和多路选择器，逻辑非门对方波信号取反后输入多路选择器，第二比较器输出的相电流信号输入多路选择器，控制芯片输出的上桥驱动信号和下桥驱动信号分别输入多路选择器，多路选择器根据第二比较器输出的相电流信号方向分别选择第一比较器输出的方波信号和上桥驱动信号或逻辑非门输出的方波信号和下桥驱动信号输入至异或门，异或门输出信号传输至控制芯片并由控制
芯片判断驱动逻辑是否正确。本电路通过对电机控制器三相输出电压和相电流采样进行检测，判断电机控制器的输出逻辑与输入逻辑是否一致，实现对驱动桥的故障诊断，杜绝车辆驾乘过程的安全隐患。
附图说明
7.下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：
8.图1为本实用新型基于相电压和相电流采样的驱动逻辑判断电路示意图。
9.图2为本电路中三相逆变全桥示意图；
10.图3为三相逆变全桥输出的理想pwm波形和相电压波形示意图；
11.图4为三相逆变全桥输出的实际pwm波形和相电压波形示意图；
12.图5为三相逆变全桥的u相波形图；
13.图6为三相逆变全桥中正向相电流示意图；
14.图7为三相逆变全桥中反向相电流示意图。
具体实施方式
15.实施例如图1所示，本实用新型基于相电压和相电流采样的驱动逻辑判断电路包括三相逆变全桥和控制三相逆变全桥运行的控制芯片, udc为三相逆变全桥的高压电源输入，还包括第一比较器、第二比较器、逻辑非门、多路选择器和异或门，所述三相逆变全桥输出的相电压和相电流分别输入所述第一比较器和第二比较器，所述第一比较器将相电压转换成方波信号vce_u并分别输入所述逻辑非门和多路选择器，所述逻辑非门对方波信号取反后输入所述多路选择器，所述第二比较器输出的相电流信号输入所述多路选择器，所述控制芯片输出的上桥驱动信号pwm_uh和下桥驱动信号pwm_ul分别输入所述多路选择器，所述多路选择器根据第二比较器输出的相电流信号方向分别选择所述第一比较器输出的方波信号a0和上桥驱动信号pwm_uh或所述逻辑非门输出的方波信号b1和下桥驱动信号pwm_ul输入至所述异或门，所述异或门输出信号传输至所述控制芯片，所述控制芯片根据异或门输出信号判断驱动逻辑是否正确。
16.优选的，所述第二比较器输出的相电流信号方向为正时，所述多路选择器选择所述第一比较器输出的方波信号a0和上桥驱动信号pwm_uh输入至所述异或门，所述第二比较器输出的相电流信号方向为负时，所述多路选择器选择所述逻辑非门输出的方波信号b1和下桥驱动信号pwm_ul输入至所述异或门。
17.图2示出了三相逆变全桥的模块示意图，其中，v1、v2、v3、v4、v5、v6分别为六个nmos功率管，udc为高压电源输入，pwm_uh、pwm_vh、pwm_wh分别为三相逆变全桥的上桥驱动信号，pwm_ul、pwm_vl、pwm_wl分别为三相逆变全桥的下桥驱动信号，vce_u、vce_v、vce_w分别为三相逆变全桥的相电压。
18.在三相逆变全桥驱动控制中，理想的pwm波形和相电压波形如图3所示，上桥波形和下桥波形为互补波形，无死区时间，此时对应的相电压vce_u波形与上桥驱动pwm波形一致。但是，在三相逆变全桥实际驱动控制中，为了保证上下功率管不会同时开启，避免上下功率管直通造成短路损坏，在功率管的开关转换过程中设置死区时间以保证电路的安全工作，此时对应的实际上下桥波形如图4所示，其中，t1、t2、t3分别为死区时间，在死区时间
内，由于无法确定上下桥臂二极管的续流状态，因此vce_u的电平状态无法判断。
19.如图5所示为三相逆变全桥的u相波形图，其中，t1、t2、t3、t4分别为u相驱动的死区时间，数值相等，th1和th2为上桥开管的时间，tl1和tl2为下桥开管的时间，iu为u相的相电流波形，vce_u为u相的相电压波形。
20.如图6所示为相电流为正时的实际电流方向示意图。在相电流为正的情况下，当上桥的驱动波形为高电平时，即在th1时间段内，上管导通，相电压等于母线电压udc，vce_u为高电平；当上管刚关闭，下管还未开启时，即在t1时间段内，此时由于相电流输出为正，负载电感的电流方向不能突变，电流经下管的二极管续流，相电压为-0.7v(下桥续流二极管压降)，vce_u为低电平；当下桥的驱动波形为高电平时，即在tl1时间段内，下管导通，相电压为-0.7v(下桥续流二极管压降)，vce_u的电平为低；当下管刚关闭，上管还未开启时，即在t2时间段内，负载电感的电流方向仍然不能突变，相电压为-0.7v(下桥续流二极管压降)，vce_u为低电平。通过上述分析可知，在相电流为正的情况下，vce_u和u相上桥的驱动pwm信号波形的电平一致。
21.如图7所示为相电流为负时的实际电流方向示意图。在相电流为负的情况下，当上桥的驱动波形为高电平时，即在th2时间段内，上管导通，相电压等于母线电压udc，vce_u为高电平；当上管刚关闭，下管还未开启时，即在t3时间段内，此时由于相电流输出为负，负载电感的电流方向不能突变，电流经上管的二极管续流，相电压为udc+0.7v，vce_u为高电平；当下桥的驱动波形为高电平时，即在tl2时间段内，下管导通，相电压等于下桥导通压降vce_sat，vce_u的电平为低；当下管刚关闭，上管还未开启时，即在t4时间段内，负载电感的电流方向仍然不能突变，相电压为udc+0.7v，vce_u为高电平。通过上述分析可知，在相电流为负的情况下，vce_u和u相下桥的驱动pwm信号波形的电平相反。
22.通过上述理论和实际分析，可以得出如下结论：
23.相电流iu》0，vce_u和u相上桥的驱动pwm信号波形的电平一致；
24.相电流iu《0，vce_u和u相下桥的驱动pwm信号波形的电平相反。
25.通过对相电流、相电压和驱动信号的关系进行分析，可以对驱动逻辑的输入和输出的一致性进行有效判断。当相电流大于0时，将经过第一比较器后的相电压方波信号vce_u与u相上桥驱动信号pwm_uh波形作比较；当相电流小于0时，将vc e_u信号取反后与u相下桥驱动信号pwm_ul波形作比较，最终将比较后得到的结果送入控制芯片，即可判断驱动逻辑的输入信号与输出信号是否一致，确保电机按照预期运行。
26.本电路在三相逆变全桥相电压检测的基础上，对相电流、相电压和驱动信号的关系进行进一步的分析，通过相电流的方向，判断死区时间内相电压电平的高低状态，以此判断三相逆变全桥的输入和输出逻辑的一致性、电机驱动是否达到预期的要求，防止控制器的驱动失效，提高汽车功能安全等级。

技术特征：
1.一种基于相电压和相电流采样的驱动逻辑判断电路，包括三相逆变全桥和控制三相逆变全桥运行的控制芯片，其特征在于：还包括第一比较器、第二比较器、逻辑非门、多路选择器和异或门，所述三相逆变全桥输出的相电压和相电流分别输入所述第一比较器和第二比较器，所述第一比较器将相电压转换成方波信号并分别输入所述逻辑非门和多路选择器，所述逻辑非门对方波信号取反后输入所述多路选择器，所述第二比较器输出的相电流信号输入所述多路选择器，所述控制芯片输出的上桥驱动信号和下桥驱动信号分别输入所述多路选择器，所述多路选择器根据第二比较器输出的相电流信号方向分别选择所述第一比较器输出的方波信号和上桥驱动信号或所述逻辑非门输出的方波信号和下桥驱动信号输入至所述异或门，所述异或门输出信号传输至所述控制芯片，所述控制芯片根据异或门输出信号判断驱动逻辑是否正确。2.根据权利要求1所述的基于相电压和相电流采样的驱动逻辑判断电路，其特征在于：所述第二比较器输出的相电流信号方向为正时，所述多路选择器选择所述第一比较器输出的方波信号和上桥驱动信号输入至所述异或门，所述第二比较器输出的相电流信号方向为负时，所述多路选择器选择所述逻辑非门输出的方波信号和下桥驱动信号输入至所述异或门。

技术总结
本实用新型公开了一种基于相电压和相电流采样的驱动逻辑判断电路，本电路的三相逆变全桥输出的相电压和相电流分别输入第一比较器和第二比较器，第一比较器将相电压转换成方波信号并分别输入逻辑非门和多路选择器，逻辑非门对方波信号取反后输入多路选择器，第二比较器输出的相电流信号输入多路选择器，控制芯片输出的上桥驱动信号和下桥驱动信号分别输入多路选择器，多路选择器根据第二比较器输出的相电流信号方向分别选择第一比较器输出的方波信号和上桥驱动信号或逻辑非门输出的方波信号和下桥驱动信号输入至异或门，异或门输出信号传输至控制芯片并由控制芯片判断驱动逻辑是否正确。本电路实现对驱动桥故障诊断，杜绝车辆驾乘过程的安全隐患。杜绝车辆驾乘过程的安全隐患。杜绝车辆驾乘过程的安全隐患。


技术研发人员：王宝有 赵国良 茆中良 杨青山
受保护的技术使用者：上海大郡动力控制技术有限公司
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/9/3