電機控制器的電源管理系統及具有其的車輛的製作方法
2023-04-25 11:46:21 5
本實用新型涉及汽車技術領域，特別涉及一種電機控制器的電源管理系統及具有其的車輛。
背景技術：
相關技術中，如圖1所示，在控制板1中，控制板電源僅管理控制板1中電源的上下電及正常工作，驅動板電源由有蓄電池KL30直接供電。其中，KL30輸入電路2用於對輸入的KL30進行反接保護，濾波處理等；低壓轉換電路3對經過濾波處理的KL30進行電平轉換，以為微控制器MCU提供系統工作電壓(例如，3.3V或5V)，並且為模擬量採集提供參考電壓，以及為外部傳感器供電等；電壓轉換電路4用於為驅動器件及旋轉變壓器提供供電；上電保持電路5可以確保系統在上電後，可以通過MCU的GPIO口保持系統的供電，同時可以在系統下電時，能夠在保存數據後，安全下電。
然而，在相關技術中，驅動板電源直接通過蓄電池KL30供電，因此上電時驅動板6和控制板1同時上電。但是，驅動板6和控制板1同時上電，存在一定隱患，例如，如果驅動板6的後端IGBT或電機出現故障時，控制板1在上電的初始時刻還沒有採集到故障信息，導致無法保護驅動板6，並且上電後，系統正常工作時，電池電壓出現波動時，電機控制器驅動IGBT不能穩定輸出，以及低壓轉換電路3、低壓轉換電路4和驅動板電源電路7通過蓄電池KL30直接供電，由於KL30為常電，導致增加了靜態功耗。
技術實現要素：
本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。
為此，本實用新型的一個目的在於提出一種電機控制器的電源管理系統，該系統可以提高電機控制器上電的安全性，簡單易實現。
本實用新型的另一個目的在於提出一種車輛。
為達到上述目的，本實用新型一方面提出的一種電機控制器的電源管理系統，包括：電源；輸入控制電路，所述輸入控制電路的輸入端與所述電源相連；用於為IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型電晶體)驅動電路供電的驅動板電源電路，所述驅動板電源電路的輸入端與所述輸入控制電路的輸出端相連；第一低壓轉換電路；控制器，所述控制器通過所述第一低壓轉換電路與所述輸入控制電路的輸出端相連，所述控制器與所述驅動板電源電路相連，以控制所述驅動板電源電路打開與關閉。
根據本實用新型提出的電機控制器的電源管理系統，通過驅動板電源電路與控制器相連，可以由控制板控制驅動板上電，實現控制器控制驅動板電源電路打開與關閉的目的，確保系統能夠安全的上電，有效地對控制板內各個模塊的電源以及驅動板電源進行供電管理，提高電機控制器上電的安全性，保證車輛的安全性和可靠性，簡單易實現。
進一步地，上述系統還包括：用於為驅動電路和解旋電路供電的第二低壓轉換電路，所述第二低壓轉換電路與所述輸入控制電路的輸出端相連，且所述第二低壓轉換電路與所述控制器相連。
進一步地，所述輸入控制電路包括：輸入電路，所述輸入電路的輸入端與所述電源相連；開關電路，所述開關電路的輸入端與所述輸入電路的輸出端相連，所述開關電路的輸出端分別與所述第一低壓轉換電路、所述第二低壓轉換電路和所述驅動板電源電路相連，從而可以根據系統的工作模式實現多種休眠模式，降低系統的靜態功耗，節約能源。
進一步地，上述系統還包括：用於兼容工作電壓的降壓-升壓電路，所述降壓-升壓電路連接在所述開關電路與所述第一低壓轉換電路、所述第二低壓轉換電路和所述驅動板電源電路之間，從而增加了系統的工作電壓範圍，確保電機控制器驅動IGBT能夠有穩定的輸出。
進一步地，上述系統還包括：上電保持及喚醒電路，所述上電保持及喚醒電路連接在所述開關電路與所述控制器之間。
可選地，所述上電保持及喚醒電路包括上電保持電路和喚醒電路。
可選地，所述開關電路和所述驅動板電源電路可以為NMOS管電路。
可選地，所述電源為蓄電池KL30。
可選地，所述控制器為MCU(Microcontroller Unit，微控制器)。
為達到上述目的，本實用新型另一方面提出了一種車輛，其包括上述的電機控制器的電源管理系統。該車輛的驅動板電源電路與控制器相連，可以由控制板控制驅動板上電，實現控制器控制驅動板電源電路打開與關閉的目的，確保系統能夠安全的上電，有效地對控制板內各個模塊的電源以及驅動板電源進行供電管理，提高電機控制器上電的安全性，保證車輛的安全性和可靠性，簡單易實現。
本實用新型附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
附圖說明
本實用新型上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1為相關技術中電機控制器的電源管理系統的結構示意圖；
圖2為根據本實用新型一個實施例的電機控制器的電源管理系統的結構示意圖；以及
圖3為根據本實用新型一個實施例的電機控制器的電源管理系統的結構示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
下面在描述根據本實用新型實施例提出的電機控制器的電源管理系統及具有其的車輛之前，先來簡單描述一下電源管理的重要性。
電機控制器通常分為控制單元和驅動單元。通常，集成控制單元功能的電路板稱之為控制板，集成驅動單元的電路板稱之為驅動板。具體地，控制板的主要功能包括：電源管理模塊、MCU及外圍電路模塊、旋轉變壓器解旋電路、PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調製)輸出電路、CAN(Controller Area Network，控制器區域網路)通訊等電路；驅動板的主要功能包括：IGBT主迴路及驅動模塊。在各種電路模塊中，電源管理是整個電機控制器正常工作的前提。
本實用新型正是基於上述原因，而提出了一種電機控制器的電源管理系統和一種具有該電機控制器的電源管理系統的車輛。
下面參照附圖描述根據本實用新型實施例提出的電機控制器的電源管理系統及具有其的車輛，首先將參照附圖描述根據本實用新型實施例提出的電機控制器的電源管理系統。
圖2為本實用新型一個實施例的電機控制器的電源管理系統的結構示意圖。如圖2所示，該電機控制器的電源管理系統10包括：電源100、輸入控制電路200、驅動板電源電路300、第一低壓轉換電路400和控制器500。
其中，輸入控制電路200的輸入端與電源100相連。驅動板電源電路300用於為IGBT驅動電路供電，驅動板電源電路300的輸入端與輸入控制電路200的輸出端相連。控制器500通過第一低壓轉換電路400與輸入控制電路200的輸出端相連，控制器500與驅動板電源電路300相連，以控制驅動板電源電路300打開與關閉。可選地，在本實用新型的一個實施例中，控制器500可以為MCU，例如，控制器500可以選取用於電機控制器的MPC5643L或者MPC5744P晶片，滿足系統設計需求。
本實用新型實施例的管理系統10可以由控制板控制驅動板上電，提高電機控制器上電的安全性，保證車輛的安全性和可靠性，簡單易實現。
進一步地，在本實用新型的一個實施例中，如圖3所示，本實用新型實施例的系統10還包括：第二低壓轉換電路600。其中，第二低壓轉換電路600與輸入控制電路200的輸出端相連，且第二低壓轉換電路600與控制器500相連，第二低壓轉換電路600用於為驅動電路和解旋電路供電。需要說明的是，圖3中，粗實線表示電源線，帶箭頭的細線表示控制信號線。
具體地，第二電壓轉換電路600用於為驅動器件及旋轉變壓器解旋電路提供供電，通常根據系統電壓可以分別為12V或者24V。如對於12V系統，第二電壓轉換電路600輸出電壓為12V。其中，第二電壓轉換電路600上電時序由控制器500控制的GPIO口控制，以根據系統的工作狀態打開或關閉第二電壓轉換電路600的電壓輸出。
進一步地，在本實用新型的一個實施例中，如圖3所示，輸入控制電路200包括：輸入電路201和開關電路202。其中，輸入電路201的輸入端與電源100相連。開關電路202的輸入端與輸入電路201的輸出端相連，開關電路202的輸出端分別與第一低壓轉換電路400、第二低壓轉換電路600和驅動板電源電路300相連，從而可以根據系統的工作模式實現多種休眠模式，降低系統的靜態功耗，節約能源。
可選地，在本實用新型的一個實施例中，如圖3所示，電源100可以為蓄電池KL30。
舉例而言，輸入電路201也可以是KL30輸入電路，其用於對由蓄電池KL30的供電進行反接保護，防浪湧保護，並進行濾波處理。反接保護可以是通過二極體進行保護，防浪湧保護可以通過TVS管進行保護，濾波處理可以通過電容等進行濾波處理。需要說明的是，KL30為常電，直接連接蓄電池的電源，KL30輸入電路一直處於工作狀態。
進一步地，如圖3所示，開關電路202用於控制整個系統的輸入電壓的開關狀態。喚醒電路可以通過點火開關、CAN使能信號以及外部開關喚醒等信號使開關電路202處於打開狀態，從而使整個系統上電，進而處於正常工作狀態。其中，在本實用新型的一個實施例中，開關電路202可以為NMOS管電路。即言，開關電路202的實現可以通過NMOS管電路實現，可以根據負載電流大小選取合適NMOS管，從而控制整個系統處於正常的工作狀態或者是處於休眠狀態。需要說明的是，當開關電路202處於關閉狀態時，其後級都處於關閉狀態，此時整個系統的靜態功耗非常的低。
進一步地，在本實用新型的一個實施例中，如圖3所示，本實用新型實施例的系統10還包括：降壓-升壓電路700。其中，降壓-升壓電路700連接在開關電路202與第一低壓轉換電路400、第二低壓轉換電路600和驅動板電源電路300之間，降壓-升壓電路700用於兼容工作電壓，從而增加了系統的工作電壓範圍，確保電機控制器驅動IGBT能夠有穩定的輸出。
具體而言，如圖3所示，降壓-升壓電路700如Buck-Boost電路用於在電源100電壓波動的情況下，確保電機控制器驅動IGBT仍能有穩定輸出。例如，當電源100電壓處於欠壓或者過壓狀態時，進而保證後級電壓轉換電路如第一低壓轉換電路400能夠有穩定的輸入，同時可以兼容12V/24V系統，增加了系統的工作電壓範圍。
需要說明的是，Buck-Boost電路的實現形式可以多種方式，可以通過分立器件也可以選取集成晶片，比如LINEAR公司的LT8705晶片，LT8705是一款高性能降壓-升壓型開關穩壓控制器，其可在輸入電壓高於、低於或等於輸出電壓的情況下工作。該器件具有集成型輸入電流、輸出電流和輸出電壓反饋環路以及寬的輸入電壓範圍(2.8V至80V)，和輸出電壓範圍(1.3V至80V的)。以12V系統為例，此處輸出電壓可以根據後級第一低壓轉換電路400的主晶片的輸入電壓範圍設定輸出值，比如可以設定為16V，以滿足系統要求。
可見，第一低壓轉換電路400用於對降壓-升壓電路700輸出電壓進行電平轉換，從而為控制器500提供系統工作電壓(例如，3.3V或5V)、模擬量採集的參考電壓、以及為外部傳感器供電。其中，由於第一低壓轉換電路400為整個系統的核心器件控制器500供電，因此安全性要求較高。
例如，本實用新型實施例可以選用系統基礎晶片SBC，如英飛凌公司的TLE9261QX晶片，可以用於5V系統，TLE9261QX V33晶片可以用於3.3V系統。或者，當控制器500選擇專用於電機控制器的MPC5643L或者MPC5744P作為主控制器時，可以選擇MC33907/MC33908作為第一低壓轉換電路400的電源晶片。系統基礎晶片SBC晶片可以通過SPI總線與微控制器進行通信，配置SBC晶片的工作模式，以及各輸出電壓的開通與關閉，以及故障處理。同時SBC晶片中集成了硬體看門狗功能，能夠監視整個系統是否正常工作，同時在滿足一定條件時能夠復位控制器500，避免嚴重故障出現。
可以理解的是，以上所選SBC晶片輸出電壓之一通過LDO電壓轉換晶片輸出電壓，可以作為外接傳感器的供電電源。
進一步地，在本實用新型的一個實施例中，驅動板電源電路300可以為NMOS管電路。具體地，驅動板電源電路300輸出電壓通過接插件線束給驅動板的IGBT驅動電路供電。輸出電壓的打開與關閉狀態可以通過控制器500控制。具體而言，在上電時刻，控制板900上電後，整個系統進行自檢後，確保系統正常後再打開驅動板電源電路300，驅動板上電後，IGBT驅動電路根據系統工作狀態使能IGBT工作。驅動板電源電路300可以通過NMOS管實現，同時控制器500可以採集驅動板電源的電壓和電流，從而作為故障檢測的依據。IGBT驅動電路的主晶片可以選擇英飛凌公司的1ED020I12FA2晶片，同時該晶片可以檢測IGBT電路的故障。
進一步地，在本實用新型的一個實施例中，本實用新型實施例的系統10還包括：上電保持及喚醒電路800。其中，上電保持及喚醒電路800連接在開關電路202與控制器500之間。可選地，在本實用新型的一個實施例中，上電保持及喚醒電路800可以包括上電保持電路(圖中未具體標識)和喚醒電路(圖中未具體標識)。
其中，喚醒電路的功能如上述開關電路202中所述，而上電保持電路可以確保系統在上電後，可以通過控制器500的GPIO口保持系統的供電狀態，同時可以在系統下電時能夠保存數據，安全下電。
下面對本實用新型實施例的管理系統10的工作原理進行詳細描述。
如圖3所示，系統上電時，首先，通過喚醒電路(點火開關，CAN使能信號，以及外部開關喚醒等信號)喚醒系統開始正常工作，其次，開關電路202，降壓-升壓電路700，第一低壓轉換電路400，控制器500逐級開始上電。控制器500上電後對系統進行自檢，在自檢通過後，控制器500根據工作狀況打開第二低壓轉換電路600和驅動板電源電路300，從而整個系統處於正常工作狀態。
另外，系統下電時(比如檢測到點火信號關閉)，系統進入下電流程。下電流程有以下幾種方式：
(1)根據需求可以關閉第二低壓轉換電路600、驅動板電源電路300、第一低壓轉換電路400中外部傳感器電源，從而進入一級休眠模式，此時控制器500仍然正常工作，靜態功耗較大。
(2)根據需求可以關閉第二低壓轉換電路600、驅動板電源電路300、第一低壓轉換電路400中外部傳感器電源，同時通過軟體設置控制器500本身進入休眠模式，從而進入二級休眠模式。此時，控制器500供電未關閉，如果收到CAN總線信號，系統即可被喚醒，靜態功耗相對於第一種方式中的靜態功耗減少。
(3)根據需求可以關閉第二低壓轉換電路600、驅動板電源電路300，第一低壓轉換電路400中外部傳感器電源，通過控制器500關閉第一低壓轉換電路400的電源輸出，從而進入三級休眠模式，此時控制器500下電，不支持CAN總線喚醒，系統靜態功耗相對於第二種方式中的靜態功耗中進一步減少。
(4)根據需求可以關閉第二低壓轉換電路600、驅動板電源電路300、第一低壓轉換電路400中外部傳感器電源，通過控制器500關閉上電保持電路的輸出信號(此時各種喚醒源均不滿足)，此時，開關電路202、降低-升壓電路700、第一低壓轉換電路400，控制器500均處於關閉狀態，系統靜態功耗非常低。此時系統僅支持通過喚醒電路喚醒整個系統工作。相當於四級休眠模式。
根據本實用新型提出的電機控制器的電源管理系統，通過驅動板電源電路與控制器相連，可以由控制板控制驅動板上電，實現控制器控制驅動板電源電路打開與關閉的目的，通過控制板自檢，確保系統能夠安全的狀態上下電，前級增加了降壓-升壓電路，可以兼容12V/24V系統，增加了系統的工作電壓範圍，確保電機控制器驅動IGBT能夠有穩定的輸出，並且增加了開關電路，在系統工作過程中，根據系統的工作模式，可以實現多種休眠模式，降低系統的靜態功耗，不但有效地對控制板內各個模塊的電源以及驅動板電源進行供電管理，而且提高電機控制器上電的安全性，保證車輛的安全性和可靠性，實現了驅動板電源可控，簡單易實現。
此外，本實用新型的實施例還提出了一種車輛，該車輛包括上述的電機控制器的電源管理系統。該車輛的驅動板電源電路與控制器相連，可以由控制板控制驅動板上電，實現控制器控制驅動板電源電路打開與關閉的目的，通過控制板自檢，確保系統能夠安全的狀態上下電，前級增加了降壓-升壓電路，可以兼容12V/24V系統，增加了系統的工作電壓範圍，確保電機控制器驅動IGBT能夠有穩定的輸出，並且增加了開關電路，在系統工作過程中，根據系統的工作模式，可以實現多種休眠模式，降低系統的靜態功耗，不但有效地對控制板內各個模塊的電源以及驅動板電源進行供電管理，而且提高電機控制器上電的安全性，保證車輛的安全性和可靠性，實現了驅動板電源可控，簡單易實現。
此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本實用新型的描述中，「多個」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。
在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。