[发明专利]一种基于MCU+CPLD架构的电机控制系统安全机制实现方法

说明书

本发明公开了一种基于MCU+CPLD架构的电机控制系统安全机制实现方法，电机三相定子绕组的三相电流、三相桥式电路各IGBT的故障FO信号、直流电源Udc的母线电压信号都连接输入到控制电路上，由控制电路处理后把信号输出给MCU和CPLD/FPGA处理器上，由MCU和CPLD/FPGA共同处理这些信号并进行相应故障处理和进入安全机制。使用本方案实现安全机制，由于MCU+CPLD/FPGA的联合冗余检测处理机制，在某一方出现硬件失效的时候，电机系统还是能够保证进入到安全机制保证整车和人身安全。由于CPLD/FPAG处理器的并行处理机制，保证故障检测到故障处理的响应时间在us级别的时间，而MCU的故障处理响应时间在ms级别，进入安全机制的时间大大缩短，使得电机系统在最短的时间内确保整车和人身安全。

技术领域

本发明涉及电机控制系统，特别涉及一种基于MCU+CPLD架构的电机控制系统安全机制实现方法。

背景技术

电动汽车行驶过程中，如果突发整车上任何部分发生突发故障需要整车进入安全机制，安全机制的实现必须要非常的可靠，否则会威胁到整车和人身安全。在系统架构中，采用MCU+CPLD/FPGA联合运行的方式双重保证安全机制的实现，MCU通过检测外部信号进行故障检测，并输出6路PWM到CPLD上，并且MCU有相关严重错误信号直接到驱动电路上保证安全机制的运行；CPLD接收外部输入故障信号快速处理并根据故障的严重性判断是否进入安全机制，即进入主动短路状态或者关闭PWM状态，而且CPLD从接收到故障输入信号到进入安全机制处理在us级别的时间内，时间非常短，保证了安全机制运行的实时性和可靠性。另外在MCU出现硬件失效不工作时，CPLD还可以持续工作，保证系统进入安全机制运行。

现有技术关于主动短路保护的专利一般都是在三相桥式电路外围添加硬件逻辑电路来实现主动短路保护方式。专利文献1（CN 105262059 A）公开了一种电动汽车的主动短路保护电路。这篇专利采用添加外置的逻辑电路实现主动短路保护，如图1所示，从硬件电路上进入主动短路状态，而且只是安全机制当中的一种，安全机制包含不全面，并且逻辑简单不能实现复杂的检测和处理安全机制的能力。

发明内容

本发明目的是：提供一种基于MCU+CPLD架构的电机控制系统安全机制实现方法。本方案是在MCU+CPLD/FPGA新架构联合作用保证下，双重保证了安全机制实现的可靠性，安全机制根绝故障的种类和严重性进行不同的操作：主动短路状态，关闭PWM以及断开母线电压等操作。

本发明的技术方案是：

一种基于MCU+CPLD架构的电机控制系统安全机制实现方法，所述电机控制系统包括依次级联的直流电源Udc、三相桥式电路和电机三相定子绕组，所述三相桥式电路包括三相上桥T1、T3、T5和三相下桥T2、T4、T6一共六个功率开关IGBT，其中T1、T2连接A相绕组上称为U相桥式电路；T3、T4连接B相绕组上称为V相桥式电路；T5、T6连接C相绕组上称为W相桥式电路；六个功率开关IGBT的控制端分别连接控制电路，其特征在于：

所述电机三相定子绕组的三相电流、三相桥式电路各IGBT的故障FO信号、直流电源Udc的母线电压信号都连接输入到控制电路上，由控制电路处理后把信号输出给MCU和CPLD/FPGA处理器上，由MCU和CPLD/FPGA共同处理这些信号并进行相应故障处理和进入安全机制。

优选的，所述直流电源Udc的母线电压信号经过MCU电压采样转化为实际电压值，然后做范围检测，如果出现过压故障则PWM输出信号进入安全机制中一种工况：控制PWM进入主动短路；

同时CPLD/FPGA处理器在接收到控制电路输出的Udc母线电压是否过压的硬件电平信号做出滤波并判断是否输出PWM信号使得三相桥式电路进入安全机制中一种工况：控制PWM进入主动短路并断开Udc母线电压。