一种车载电机控制器的备用电源的制作方法

1.本发明涉及一种车载备用电源，尤其是涉及一种车载电机控制器的备用电源。


背景技术：

2.电机控制器作为现代新能源汽车的核心动力控制系统，高速行驶中若发生撞车等异常情况，电机控制器将失去对永磁同步电机的有效控制，此时电机失速，由定子绕组产生的反电动势将通过不可控整流向高压回路充电，导致动力系统过压失效甚至产生起火等安全隐患。硬件主动短路功能作为电控系统的一种安全保护功能，可以解决上述电机失速情况下带来的安全隐患。
3.但是在发生撞车等严重故障时，电机控制器内部为主驱动回路供电的低压电源工作失效后，逆变器内部的igbt驱动电路无法正常工作，控制器不能启动硬件主动短路保护功能。因此，迫切需要设计一款高压备份电源模块来提供使电机控制器进入安全工作状态的最小电源系统，在电机控制器发生故障且低压主驱动电源失效后，通过备用 15v电源给硬件主驱动回路供电，实现电控系统的安全保护需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了提供一种车载电机控制器的备用电源，采用一个mosfet和反激变压器的方式，实现从车辆高压动力电池组取电，省去为电源管理芯片供电的变压器辅助供电绕组，电源管理芯片供电回路由池高压输入端经过反激变压器原边绕组和高压mosfet主开关取电，电源结构集成度高且成本低，减小占用空间的同时，外部电路更加优化，电路工作更加稳定可靠。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种车载电机控制器的备用电源，包括高压输入端口和低压输出端口、反激变压器和吸收电路、电源启动电路、电源管理芯片、高压mosfet主开关和门极保护电路，以及整流电路，高压输入端口连接至车载动力电池组，反激变压器的输入端的正极通过吸收电路连接至高压输入端口的正极，负极连接至高压mosfet主开关的漏极，高压mosfet主开关的栅极通过电源启动电路连接至高压输入端口的正极，源极连接至电源管理芯片的供电输入正极，电源管理芯片的供电输入负极连接高压输入端口的负极，门极保护电路设于高压mosfet主开关的栅极和源极之间，反激变压器的输出端通过整流电路连接低压输出端口，低压输出端口的正极连接至电源管理芯片的信号输入端。
7.进一步的，吸收电路为rcd吸收回路。
8.进一步的，备用电源还包括输入电容，输入电容的一端连接电源启动电路，另一端连接高压输入端口的负极。
9.更进一步的，电源启动电路包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端连接高压输入端口的正极，另一端连接第二电阻的一端和输入电容，第二电阻的另一端连接至高压mosfet主开关的栅极。
10.进一步的，电源管理芯片为内置高压mosfet的电源管理芯片，备用电源还包括tvs钳位保护电路，tvs钳位保护电路的一端连接至高压mosfet主开关的栅极，另一端连接至高压输入端口的负极。
11.进一步的，整流电路包括整流二极管和二极管吸收模块，整流二极管的正极连接至反激变压器的输出端的一极，另一端连接至低压输出端口的正极，反激变压器的输出端的另一极连接至低压输出端口的负极，二极管吸收模块与整流二极管并联。
12.进一步的，备用电源还包括工作指示电路，该工作指示电路连接低压输出端口。
13.进一步的，备用电源还包括输出滤波电路，该输出滤波电路连接低压输出端口。
14.进一步的，备用电源还包括输入滤波电路，输入滤波电路连接高压输入端口。
15.进一步的，高压输入端口和电源启动电路之间设有保险丝。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.1)采用一个mosfet和反激变压器的方式，实现从车辆高压动力电池组取电，省去为电源管理芯片供电的变压器辅助供电绕组，电源管理芯片供电回路由池高压输入端经过反激变压器原边绕组和高压mosfet主开关取电，电源结构集成度高且成本低，减小占用空间的同时，外部电路更加优化，电路工作更加稳定可靠。
18.2)采用rcd吸收回路，可靠性更高。
19.3)电源启动电路采用两个串联电阻的设计，可以实现输入电容的充电和高压mosfet主开关栅极的导通驱动，成本低。
20.4)采用整流二极管和二极管吸收模块和整流电路设计，器件数量少，成本低。
21.5)工作指示电路可以提供人机反馈，从而提高使用体验和安全性。
22.6)tvs钳位保护电路可以钳位电源管理芯片内mosfet关断过程中产生的电压尖峰，防止电源管理芯片内mosfet被击穿。
附图说明
23.图1为本发明实施例的结构示意图；
24.图2为本发明实施例的电源工作测试波形。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
26.一种车载电机控制器的备用电源，如图1所示，包括高压输入端口和低压输出端口、反激变压器tr1和吸收电路、电源启动电路、电源管理芯片u1、高压mosfet主开关q1和门极保护电路，以及整流电路，高压输入端口即图1中的dc 和dc-，为bms电池的电压输入端口，连接至车载动力电池组，反激变压器tr1的输入端的正极通过吸收电路连接至高压输入端口的正极，负极连接至高压mosfet主开关q1的漏极，高压mosfet主开关q1的栅极通过电源启动电路连接至高压输入端口的正极，源极连接至电源管理芯片u1的供电输入正极，电源管理芯片u1的供电输入负极连接高压输入端口的负极，门极保护电路设于高压mosfet主开关q1的栅极和源极之间，反激变压器tr1的输出端通过整流电路连接低压输出端口，低压
输出端口的正极连接至电源管理芯片u1的信号输入端，采用输出电压反馈至电源管理芯片u1实现输出电压的精度调节。。
27.采用一个mosfet和反激变压器tr1的方式，实现从车辆高压动力电池组取电，省去为电源管理芯片u1供电的变压器辅助供电绕组，电源管理芯片u1供电回路由池高压输入端经过反激变压器tr1原边绕组和高压mosfet主开关q1取电，电源结构集成度高且成本低，减小占用空间的同时，外部电路更加优化，电路工作更加稳定可靠。
28.在本实施例中，吸收电路为rcd吸收回路，可以有更好的吸收效果，提高稳定性，由电阻r2、电容c3和二极管d2组成，该回路用以降低反激变压器tr1漏感和高压mosfet主开关q1结电容谐振产生的关断电压尖峰，防止器件过压损坏。具体工作路径是高压mosfet主开关q1在快速关断过程中高的di/dt在变压器漏感和mosfet结电容形成谐振产生高的电压尖峰，该电压尖峰通过d2被c3电容吸收，同时c3电容的能量由放电电阻r2释放。d2需要选型为1000v的超快恢复二极管，防止被高电压反向击穿。在其他实施例中，吸收电路也可以采用rc吸收电路等形式。
29.在本实施例中，备用电源还包括输入电容c2，输入电容c2的一端连接电源启动电路，另一端连接高压输入端口的负极，电源启动电路包括第一电阻r1和第二电阻r5，第一电阻r1的一端连接高压输入端口的正极，另一端连接第二电阻r5的一端和输入电容c2，第二电阻r5的另一端连接至高压mosfet主开关q1的栅极。电源启动电路采用两个串联电阻的设计，可以实现输入电容c2的充电和高压mosfet主开关栅极的导通驱动，成本低。
30.在一些实施例中，电源管理芯片u1为内置高压mosfet的电源管理芯片u1，备用电源还包括tvs钳位保护电路，tvs钳位保护电路的一端连接至高压mosfet主开关q1的栅极，另一端连接至高压输入端口的负极，tvs钳位保护电路可以钳位电源管理芯片u1内mosfet关断过程中产生的电压尖峰，防止电源管理芯片u1内mosfet被击穿。本实施例中，tvs钳位保护电路采用稳压管z1。
31.在本实施例中，门极保护电路采用稳压管z2，连接于q1栅极和源级的稳压管z2可以钳位q1的门极电压，保护q1管防止门极过压击穿。
32.在一些实施例中，整流电路包括整流二极管d3和二极管吸收模块，整流二极管d3的正极连接至反激变压器tr1的输出端的一极，另一端连接至低压输出端口的正极，反激变压器tr1的输出端的另一极连接至低压输出端口的负极，二极管吸收模块与整流二极管d3并联。本实施例中，二极管吸收模块由电容c4和电阻r3串联组成。
33.在本实施例中，低压输出端口连接至硬件主动短路保护的控制器，从而可以实现搭载永磁同步电机的车辆在失速状态下仍然启动硬件主动短路保护功能。当然在其他实施例中，也可以为其他低压供电模块进行供电。
34.在一些实施例中，备用电源还包括工作指示电路，该工作指示电路连接低压输出端口，在本实施例中，工作指示电路为发光二极管led1，发光二极管led1并联有电阻r4。
35.在一些实施例中，备用电源还包括输出滤波电路，该输出滤波电路连接低压输出端口，备用电源还包括输入滤波电路，输入滤波电路连接高压输入端口。高压输入端口和电源启动电路之间设有保险丝fu1，在输出电源回路出现短路时，经过反激变压器tr1原边的fu1回路产生大电流，fu1会过热烧毁，电源回路断开停止工作，达到保护后级元器件的目的本实施例中，输出滤波电路采用电容c5，输入滤波电路采用电容c1。
36.以上所有电子元器件均符合车规级应用，即通过aec-q认证的元器件，反激变压器tr1需要满足车规级应用标准，包括耐温，电气绝缘和振动等要求，反激变压器漏感设计小于3％。
37.备用电源工作于dcm模式下，基于输出电压采样，电源环路补偿和电源芯片内部的电流采样、误差计算、pid控制模块、pwm控制及驱动单元构成反激电源的闭环控制系统。bms电池输入端口的电压范围为200v—900v，高压输入端并联滤波电容，滤除输入端口的高频干扰信号。保险丝电阻fu1连接在dc 和变压器tr1的1脚之间。
38.本实施例的工作原理如下：
39.1、备用电源的变压器一次侧电路，由bms电池电压dc 和dc-供电，通过第一电阻r1给c2电容充电，再通过第二电阻r5驱动q1的栅极导通，连接于q1栅极和源级的稳压管z2可以钳位q1的门极电压，保护q1管防止门极过压击穿。
40.2、当q1导通之后，电池电压dc 通过fu1、变压器原边绕组的1脚和4脚、q1的漏级和源级给u1芯片内部的电源回路供电，当电源电压达到u1芯片启动的阈值电压之后，u1芯片工作，内部产生pwm脉冲，驱动u1芯片内部的mosfet工作。
41.3、tvs管z1可以钳位u1内mosfet关断过程中产生的电压尖峰，具体工作路径是u1内置mosfet在快速关断过程中高的di/dt在回路的寄生电感产生高的电压尖峰，该电压尖峰通过z2和r5被tvs管z1钳位，防止mosfet被高电压击穿损坏。
42.4、电源正常工作时，测试波形图2从上到下，依次为q1的vgs电压波形、q1的vds电压波形、u1的vds电压波形。
43.5、由d2、r2和c3组成rcd吸收回路，该回路用以降低变压器漏感和mosfet结电容谐振产生的关断电压尖峰，防止器件过压损坏。具体工作路径是q1在快速关断过程中高的di/dt在变压器漏感和mosfet结电容形成谐振产生高的电压尖峰，该电压尖峰通过d2被c3电容吸收，同时c3电容的能量由放电电阻r2释放。d2需要选型为1000v的超快恢复二极管，防止被高电压反向击穿。
44.6、反激变压器tr1二次侧电路，由反激变压器8脚经过d3、c5和变压器5脚构成反激变压器tr1二次侧的整流回路输出直流电压。r3和c4构成的吸收回路用以吸收d3关断时刻反向恢复产生的电压尖峰。
45.7、二次侧输出的 15v电源电压先由led1和r4构成显示反馈，再由 15v电源电压采样及电压反馈模块将采样电压反馈到u1电源芯片，与u1外部的电源环路补偿模块，形成电压闭环控制回路，保证输出稳定的 15v电压。