一种电机控制器的电气隔离电路
阅读说明：本技术 一种电机控制器的电气隔离电路 (Electric isolation circuit of motor controller ) 是由 杨啸风 王六闰 马宇 张俊 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电机控制器的电气隔离电路,其包括隔离电源、隔离CAN芯片、数字信号隔离光耦、主控芯片、电源开关以及电机、隔离前CAN信号、隔离后CAN信号、隔离前数字信号和隔离后数字信号,其中,隔离前CAN信号连接所述隔离CAN芯片和隔离电源的一次侧,隔离后CAN信号连接所述隔离CAN芯片和隔离电源的二次侧；隔离前数字信号连接所述隔离电源的一次侧和数字信号隔离光耦,隔离后数字信号连接所述隔离电源的二次侧和数字信号隔离光耦；隔离电源的二次侧均与主控芯片和电源开关连接。本发明通过将输入端电源、CAN芯片、数字信号光耦进行电气隔离,隔离后的数字信号光耦、主控芯片、功率地/动力地以及模拟信号的地均与隔离电源的二次侧共地。(The invention provides a galvanic isolation circuit of a motor controller, which comprises an isolation power supply, an isolation CAN chip, a digital signal isolation optocoupler, a main control chip, a power switch, a motor, a pre-isolation CAN signal, a post-isolation CAN signal, a pre-isolation digital signal and a post-isolation digital signal, wherein the pre-isolation CAN signal is connected with the isolation CAN chip and the primary side of the isolation power supply, and the post-isolation CAN signal is connected with the isolation CAN chip and the secondary side of the isolation power supply; the digital signal before isolation is connected with the primary side of the isolation power supply and the digital signal isolation optocoupler, and the digital signal after isolation is connected with the secondary side of the isolation power supply and the digital signal isolation optocoupler; the secondary side of the isolation power supply is connected with the main control chip and the power switch. The input end power supply, the CAN chip and the digital signal optical coupler are electrically isolated, and the isolated digital signal optical coupler, the main control chip, the power ground/power ground and the ground of the analog signal are all grounded with the secondary side of the isolation power supply.)
技术领域
本发明涉及电机控制器的技术领域，具体涉及一种电机控制器的电气隔离电路。
背景技术
随着当前国家能源政策的明确，摩托车电动化率必然会有较大的提升。当前国内的低速小功率电动车大多是控制地与动力地是共地方案。随着电动摩托车对电机功率要求的提升，势必要提高动力电池的电压平台。以往的共地方案就不再适用于电动摩托的电机/控制器。传统的高压电机控制器方案大部分均采用驱动芯片来实现控制地与功率地的隔离，也就造成了隔离驱动的成本难以降低。在此前提下，设计了一种新型的电气架构方案，使得隔离成本有较大的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低隔离成本的电机控制器的电气隔离电路。
本发明提供一种电机控制器的电气隔离电路，其包括隔离电源、隔离CAN芯片、数字信号隔离光耦、主控芯片、与所述主控芯片连接的电源开关以及与所述电源开关连接的电机、隔离前CAN信号、隔离后CAN信号、隔离前数字信号和隔离后数字信号，其中，隔离前CAN信号连接所述隔离CAN芯片和隔离电源的一次侧，隔离后CAN信号连接所述隔离CAN芯片和隔离电源的二次侧；隔离前数字信号连接所述隔离电源的一次侧和数字信号隔离光耦，隔离后数字信号连接所述隔离电源的二次侧和数字信号隔离光耦；隔离电源的二次侧均与主控芯片和电源开关连接。
优选地，所述主控芯片通过转子与所述电机连接。
优选地，还包括车控制器，所述车控制器与所述隔离CAN芯片连接。
优选地，所述隔离电源包括开关电源芯片、与开关电源芯片连接的电源调节反馈信号、变压器、驱动供电电路、模拟采样电路和芯片供电电路，所述变压器设有一次侧和二次侧，所述开关电源芯片和电源调节反馈信号均与所述变压器的一次侧连接，所述驱动供电电路、模拟采样电路和芯片供电电路均与所述变压器的二次侧连接。
优选地，所述变压器包括位于其一次侧且上下排列三个绕组、位于其二次侧且上下排列两个绕组和位于三个绕组和两个绕组之间铁芯，三个绕组分别为一次侧上绕组、一次侧中绕组和一次侧下绕组，两个绕组分别为二次侧上绕组和二次侧下绕组。
本发明通过将输入端电源、CAN芯片、数字信号光耦进行电气隔离，隔离后的数字信号光耦、主控芯片、功率地/动力地以及模拟信号的地均与隔离电源的二次侧共地，从而实现了功率低与车身的信号地的电气隔离；由于控制单片机与功率共地，因此无需使用昂贵的隔离驱动芯片，从而整理上降低了隔离方案的成本。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本发明一实施例的电机控制器的电气隔离电路的电路示意图；
图2是本发明一实施例的隔离电源的电路示意图。
图3和图4是本发明一实施例的隔离电源的局部放大图。
具体实施方式
本发明电机控制器的电气隔离电路，如图1所示，其包括隔离电源(Fly-back)、隔离CAN芯片(隔离工业现场总线芯片，Iso-CAN)、数字信号隔离光耦(Iso-optocoupler)、主控芯片(MCU/DSP)、与主控芯片(MCU/DSP)连接的电源开关(POWER SWITCH)以及与电源开关(POWER SWITCH)连接的电机(motor)，其中主控芯片(MCU/DSP)也通过转子(rotorposition)与电机(motor)连接。
电机控制器的电气隔离电路还设有隔离前CAN信号、隔离后CAN信号、隔离前数字信号和隔离后数字信号，其中，隔离前CAN信号连接隔离CAN芯片和隔离电源(Fly-back)的一次侧，隔离后CAN信号连接隔离CAN芯片和隔离电源的二次侧；隔离前数字信号连接隔离电源的一次侧和数字信号隔离光耦(Iso-optocoupler)，隔离后数字信号连接隔离电源的二次侧和数字信号隔离光耦(Iso-optocoupler)；隔离电源的二次侧均与主控芯片(MCU/DSP)和电源开关(POWER SWITCH)连接。
对于电机控制器，如果没有设置外部车控制器(VCU)的应用场景中，在电机控制器中设有一片低成本的芯片来进行简单的车控制器(VCU)的功能处理；对于整车中带有车控制器(VCU)的应用时，则直接使用隔离CAN芯片作为通道进行电机控制器的控制，即车控制器与隔离CAN芯片连接。
主控芯片通过输出相应的信号控制图1中电源开关(POWER SWITCH)，实现电源开关(POWER SWITCH)的功率开关并相应开通/关断，从而将直流电转成3相交流电来控制电机转动。
如图2至图4所示为隔离电源(Fly-back)的结构示意图，隔离电源(Fly-back)包括开关电源芯片10、与开关电源芯片10连接的电源调节反馈信号20、变压器T、驱动供电电路30、模拟采样电路40和芯片供电电路50。其中变压器设有一次侧和二次侧，开关电源芯片10和电源调节反馈信号20均与变压器的一次侧连接，驱动供电电路30、模拟采样电路40和芯片供电电路50均与变压器的二次侧连接。
电源调节反馈信号20、驱动供电电路30、模拟采样电路40和芯片供电电路50的具体电路结构请具体如图2至图4所示，在此就不进行详细描述了。
变压器T包括位于其一次侧且上下排列三个绕组、位于其二次侧且上下排列两个绕组和位于三个绕组和两个绕组之间铁芯，三个绕组分别为一次侧上绕组、一次侧中绕组和一次侧下绕组，两个绕组分别为二次侧上绕组和二次侧下绕组。
隔离电源(Fly-back)作为开关电源功能，其一次侧作为电源输入绕组兼容8-32V电压输入，另外有一组5V的输出作为开关电源芯片10供电以及电压反馈，同时也作为隔离CAN芯片(隔离工业现场总线芯片，Iso-CAN)和数字信号隔离光耦(Iso-optocoupler)的供电电源。隔离电源(Fly-back)的二次侧设计3路输出，分别为11V左右作为功率MOSFET的驱动电源的驱动供电电路30，一组5V输出作为模拟量采样的模拟采样电路40以及部分5V电源芯片供电，另外一路3.3V左右主控芯片(MCU/DSP)的芯片供电电路50以及一些外围电路的供电。
开关电源芯片10通过控制变压器T的一次侧的三个绕组的电流通断，通过电磁耦合效应，将能量传递到二次侧，变压器T的一次侧和二次侧之间是没有电气连接的，也就是说他们之间不通过电线连接。这就实现了一次侧与二次侧的电气隔离。
带有电气隔离功能的CAN芯片的输入输出分别采用隔离电源的一次侧以及二次侧的电源进行供电，这样就实现了CAN通信信号的隔离。
使用光耦或者数字隔离芯片将数字信号隔离光耦进行电气隔离，
本发明隔离式的隔离电源用以实现电源供电的隔离、隔离型的CAN芯片以及数字信号隔离光耦对通信信号以及低速数字信号进行隔离。
根据上述描述，综合不同的主控芯片以及后端的驱动器件选择合适设计的隔离电源，根据不同的CAN通信速率要求选择合适的隔离CAN芯片以及相应的外围电路，根据不同的数字信号类型设计相应的数字信号隔离器件。
本发明通过简单的、低成本的电路设计以及低成本的隔离器件实现信号地与高压动力地的电气隔离；通过将电源以及数字信号/通信信号进行前段隔离，以较低成本实现信号地与功率地的隔离。
本发明通过将输入端电源、CAN芯片、数字信号光耦进行电气隔离，隔离后的数字信号光耦、主控芯片、功率地/动力地以及模拟信号的地均与隔离电源的二次侧共地，从而实现了功率低与车身的信号地的电气隔离；由于控制单片机与功率共地，因此无需使用昂贵的隔离驱动芯片，从而整理上降低了隔离方案的成本。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
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