逆变器结构及其故障响应的方法技术

本发明专利技术提供一种逆变器结构及其故障响应的方法，提供MCU的主控芯片以及外设、用于控制多组开关管的驱动芯片和硬件故障管理主模块；其中，硬件故障管理主模块集成于主控芯片中的多核心CPU；以MCU外设判断硬件是否发生故障，若是，则将故障信息发送至多核心CPU；多核心CPU接收故障信息后向驱动芯片发出响应信号，使得驱动芯片控制至少一组的开关管进入断路或短路状态。本发明专利技术通过将硬件CPLD故障影响和PWM输出保护的逻辑集成到MCU中，可以直接省去CPLD芯片和相关的外围电路，从降低了产品的成本，提高了产品的生产节拍。提高了产品的生产节拍。提高了产品的生产节拍。

【技术实现步骤摘要】
逆变器结构及其故障响应的方法


[0001]本专利技术涉及电子电路领域，特别是涉及一种逆变器结构及其故障响应的方法。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车行业的快速发展，越来越多的纯电动及插电混合动力汽车走向消费者生活中，其广泛采用如下图1所示的逆变器拓扑，高压电池将能量通过稳压滤波电容传递给IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块或SIC(碳化硅)器件模块，开关调制后驱动电机进行扭矩输出。
[0003]但逆变器在功率输出时，可能会发生各种各样的硬件故障，造成扭矩失控或者高压风险，威胁人身安全。主要的硬件故障有硬件母线过压、相电流硬件过流、IGBT或SIC开关直通、IGBT门极驱动供电等故障。出现单个或多个硬件故障时，需要停止功率输出，控制IGBT或SIC开关响应为特定的安全状态。常见的安全状态有下三管短路(下文称为下ASC)、上三管短路(下文称为上ASC)、上下管全部开路(下文称FW)。其中，ASC是主动让上桥或者下桥三个开关导通，提供电机相电流的回路；FW是六个开关全部断开，切断流经IGBT或SIC开关的电流回路。FW是常用的安全状态，但如果此时电机转速较高时，电机反电动势电压可能通过二极管反向充电使母线电压提升，如果母线电压较高会造成非期望高压，威胁高压安全。所以硬件过压故障应该响应为下三管短路状态，如果硬件过压和低边IGBT或(SIC)驱动供电同时发生，则应该响应为上三管短路状态。
[0004]因为硬件母线过压或者驱动电路硬件损坏等故障对安全状态响应时间要求很高，目前市场上车用逆变器多用可编程逻辑芯片(比如Complex Programmable Logic Device，简称CPLD)实现，如图2所示结构，即主控制芯片负责电机控制算法，并将六路开关信号提供给负责硬件故障响应的可编程逻辑芯片(比如Complex Programmable Logic Device，简称CPLD)。可编程逻辑芯片负责将六路开关信号传递给驱动芯片，另外硬件故障响应芯片负责硬件故障响应，如果检测到硬件故障，不再直接输出主控制芯片发来的六路开关信号，直接输出相应的下/上三管短路(ASC)或者全开路(FW)等安全状态。
[0005]但可编程逻辑器件成本较高，需要外围电路配合使用，占用较大电路板面积。这种方案还需要维护额外的CPLD硬件程序，需要考虑版本的升级，与MCU程序的匹配等问题，随着汽车远程软件升级的推广，将带来一定的不便。此外，生产的时候还需要特定的工位进行程序刷新，影响产品的生产节拍。
[0006]随着MCU算力的增强，将故障响应逻辑集成至MCU中会带来很多便利，同时降低产品成本。但响应速度、故障信号捕获的可靠性等会带来较大挑战。此外，MCU原有的状态管理与故障诊断模块也需要获取发生过的故障信息，并进行相应的故障恢复机制。
[0007]为解决上述问题，需要提出一种新型的逆变器结构及其故障响应的方法。

技术实现思路

[0008]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种逆变器结构及其故障
响应的方法，用于解决现有技术中可编程逻辑器件成本较高，需要外围电路配合使用，占用较大电路板面积，还需要维护额外的CPLD硬件程序，需要考虑版本的升级，与MCU程序的匹配等问题，随着汽车远程软件升级的推广，将带来一定的不便；生产的时候还需要特定的工位进行程序刷新，影响产品的生产节拍；MCU对于故障的响应速度、故障信号捕获的可靠性需要得到保证的问题。
[0009]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种硬件故障的响应方法，包括：
[0010]MCU的主控芯片以及外设、用于控制多组开关管的驱动芯片和硬件故障管理主模块；
[0011]其中，
[0012]所述硬件故障管理主模块集成于所述主控芯片中的多核心CPU；
[0013]所述MCU外设用于判断硬件是否发生故障，若是，则将故障信息发送至所述多核心CPU；
[0014]所述多核心CPU用于接收所述故障信息后向所述驱动芯片发出响应信号，使得所述驱动芯片控制至少一组的所述开关管进入断路或短路状态。
[0015]优选地，所述开关管为IGBT和SIC开关管中的至少一种。
[0016]优选地，所述MCU外设包括直流IO模块、外设捕获模块和外设搬运模块，所述直流IO模块用于接收外部MCU电路的数字信号，所述外设信息捕获模块用于对所述数字信号进行检测得到所述故障信息，所述外设搬运模块用于接收所述故障信息。
[0017]优选地，所述硬件故障管理主模块包括故障锁存模块、故障响应模块、共享内存模块和故障管理模块。
[0018]优选地，所述MCU外设用于持续获取硬件的故障信息，将所述故障信息发送至所述多核心CPU的方法包括：所述MCU外设包括直流IO模块、外设捕获模块和外设搬运模块，所述直流IO模块用于接收所述MCU中电路的数字信号，根据所述外设信息捕获模块检测所述数字信号，判断是否发生故障，若是，则发送所述故障信息至所述外设搬运模块，所述外设搬运模块将所述故障信息存储至指定内存地址。
[0019]优选地，所述故障锁存模块、故障响应模块、共享内存模块均分别设置于所述多核心CPU中的次核心。
[0020]优选地，所述故障管理模块设置于所述多核心CPU中的主核心。
[0021]优选地，所述故障锁存模块用于根据所述外设搬运模块获取所述故障信息，则将所述故障信息存储至其内存地址，得到故障锁存信息。
[0022]优选地，所述故障响应模块用于获取所述故障锁存信息后对所述驱动芯片发出所述响应信号。
[0023]优选地，所述响应信号为PWM波。
[0024]优选地，所述MCU外设还包括死区保护模块，所述响应信号经由所述死区保护模块消除其直通信号，再发送至所述直流IO模块。
[0025]优选地，所述共享内存模块包括故障寄存器和配置寄存器，所述故障寄存器根据所述故障锁存信息判断故障对应的位置，置位相应的bit位，所述配置寄存器配置故障清除指令，所述故障清除指令用于清除所述故障锁存器中的所述故障锁存信息或将所述故障寄存器中的所述bit位复位。
[0026]优选地，所述故障管理模块包括故障诊断模块和故障清除模块，所述故障诊断模块周期性读取所述配置寄存器中的所述bit位，发生故障则计数故障发生的次数，判断所述次数是否大于设置阈值，若是，则所述故障清除模块不工作，所述故障诊断模块向所述驱动芯片发出响应信号，使得所述驱动芯片控制至少一组的所述开关管进入断路或短路状态。
[0027]优选地，所述故障管理模块包括故障诊断模块和故障清除模块，所述故障诊断模块用于周期性读取所述配置寄存器中的所述bit位，发生故障则计数故障发生的次数，判断所述次数是否大于设置阈值，若否，则通过所述故障清除模块控制所述配置寄存器发送故障清除指令，将所述故障锁存信息以及所述故障寄存器中的所述bit位复位。
[0028]优选地，所述MCU外设用于判断硬件是否发生故障，若否，则通过所述故障清除模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆变器结构，其特征在于，包括：MCU的主控芯片以及外设、用于控制多组开关管的驱动芯片和硬件故障管理主模块；其中，所述硬件故障管理主模块集成于所述主控芯片中的多核心CPU；所述MCU外设用于判断硬件是否发生故障，若是，则将故障信息发送至所述多核心CPU；所述多核心CPU用于接收所述故障信息后向所述驱动芯片发出响应信号，使得所述驱动芯片控制至少一组的所述开关管进入断路或短路状态。2.根据权利要求1所述的逆变器结构，其特征在于：所述开关管为IGBT和SIC开关管中的至少一种。3.根据权利要求1所述的逆变器结构，其特征在于：所述MCU外设包括直流IO模块、外设捕获模块和外设搬运模块，所述直流IO模块用于接收外部MCU电路的数字信号，所述外设信息捕获模块用于对所述数字信号进行检测得到所述故障信息，所述外设搬运模块用于接收所述故障信息。4.根据权利要求1所述的逆变器结构，其特征在于：所述硬件故障管理主模块包括故障锁存模块、故障响应模块、共享内存模块和故障管理模块。5.根据权利要求3所述的逆变器结构，其特征在于：所述MCU外设用于持续获取硬件的故障信息，所述MCU外设包括直流IO模块、外设捕获模块和外设搬运模块，所述直流IO模块用于接收所述MCU中电路的数字信号，根据所述外设信息捕获模块检测所述数字信号，判断是否发生故障，若是，则发送所述故障信息至所述外设搬运模块，所述外设搬运模块将所述故障信息存储至指定内存地址。6.根据权利要求4所述的逆变器结构，其特征在于：所述故障锁存模块、故障响应模块、共享内存模块均分别设置于所述多核心CPU中的次核心。7.根据权利要求4所述的逆变器结构，其特征在于：所述故障管理模块设置于所述多核心CPU中的主核心。8.根据权利要求5所述的逆变器结构，其特征在于：所述故障锁存模块用于根据所述外设搬运模块获取所述故障信息，将所述故障信息存储至其内存地址，得到故障锁存信息。9.根据权利要求8所述的逆变器结构，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵南，李旭东，赵万祥，孔卓，张光耀，孙可，
申请(专利权)人：联合汽车电子有限公司，
类型：发明
国别省市：