專利名稱：：一種汽車電動助力轉向電動機h橋驅動裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種具有MOS管漏極電流保護、電動機欠壓保護和電動機電流反饋等功能的汽車電動助力轉向電動機H橋驅動裝置，適用于汽車電動助力轉向系統直流電動機的功率驅動。
背景技術：
：隨著微電子技術的發展及人們對車輛操縱穩定性和安全、環保、節能要求的日益提高，汽車電動助力轉向系統己成為世界汽車零部件行業開發研制的重點，是現代汽車轉向系統的發展方向。汽車電動助力轉向系統是在機械轉向系統的基礎上，根據作用在方向盤上的轉矩信號和車速信號，通過電子控制裝置使電動機產生相應大小和方向的輔助力，協助駕駛員進行轉向操作，并獲得最佳轉向特性的伺服系統。其中，助力電動機的H橋驅動、控制以及保護是汽車電動助力轉向系統開發的核心，其性能的好壞不僅影響轉向系統以及整車性能的好壞，而且影響轉向系統甚至整車行使的安全。目前，集成化的電動機H橋驅動芯片由于額定工作電流不足、最大峰值電流低，只能適應小功率電動機的驅動需要；由于汽車電動助力轉向系統中電動機的電樞電流高達30A以上，輸出功率高達200W以上，因此現有的集成化的電動機H橋驅動芯片無法滿足汽車電動助力轉向電動機的H橋驅動需要。電動機的H橋驅動電路主要存在兩種方式一種是H橋的上橋采用兩個P溝道MOS管，下橋采用兩個N溝道MOS管的方式；另一種是上橋和下橋都采用N溝道MOS管的方式。對于方式一，存在不需要上橋升壓電路、驅動方便、簡單的優點，但是由于P溝道MOS管的導通電阻大、EPS電動機電樞電流大，導致了MOS管導通電阻分配電壓過大、H橋驅動電壓不足、MOS管發熱嚴重等缺陷，同時具有制造工藝復雜、價格高等缺點，在汽車電動助力轉向系統的電動機驅動中一般不采用該種方式。對于方式二，目前通常采用分立的模擬元器件來組成H橋驅動電路，并且H橋的每臂只是采用一個MOS管的方式，該種方式的缺陷是分立元器件的組合增加了控制器電路板的面積、占用了安裝空間、提高了控制器成本，更為嚴重的是降低了控制器的抗干擾能力；由于H橋的每臂只是采用一個MOS管，當某個MOS擊穿或發生其他故障而失效時，勢必導致整個控制器功能的失效，而MOS管的更換又是復雜暫時性修補行為。
發明內容本發明的目的是為克服現有技術的不足，提供了一種集成度高、可靠性好、具有監控與保護功能的汽車電動助力轉向電動機H橋驅動裝置。本發明采用的技術方案是包括H橋驅動模塊、H橋模塊、欠壓保護模塊、電動機電樞電流反饋模塊、MOS管上橋漏極電流監控保護模塊和MOS管下橋漏極電流監控保護模塊組成，所述H橋模塊的每臂采用3個N溝道MOS管并聯結構，這3個N溝道MOS管的漏極連接在一起、源極連接在一起、柵極各串聯一個電阻后連接在一起。所述MOS管上橋漏極電流監控保護模塊和MOS管下橋漏極電流監控保護模塊的電流經過或運算邏輯門后進入微處理器模數轉換寄存器ADC。本發明的有益效果是本發明H橋模塊的每臂采用3個N溝道MOS管并聯的結構可以降低MOS管的功耗損失、提高H橋的驅動效率、提高系統的可靠性。包含的MOS管漏極電流保護模塊結構可以有效地防止電動助力轉向系統因為緊急大轉彎等特殊工況而造成的電動機緊急換向、MOS管脈沖電流陡增、電動機電樞電流突變等對轉向系統的影響。與傳統的采用分立的模擬元件組成的電動助力轉向電動機H橋驅動電路相比，本發明將H橋的驅動、控制和保護功能集成化，可以同時完成H橋的驅動、電動機電樞電流檢測、MOS管漏極電流監控與保護、電動機欠電壓保護等功能，集成度和可靠性高、功耗損失小、使用方便，同時降低了系統開發的周期和復雜性，適應汽車工業安全、節能、環保的要求。圖l為本發明H橋驅動裝置與微處理器連接的示意圖；圖2為本發明內部功能模塊結構框圖；圖3為圖2中H橋模塊2的每臂采用3個N溝道MOS管并聯方式的結構示意圖；圖4為本發明H橋驅動裝置的死區產生功能及其延時示意圖；圖5為圖1中EN端子對H橋驅動的關斷保護功能示意圖。圖中l.H橋驅動模塊；2.H橋模塊；3.欠壓保護模塊；4.電動機電樞電流反饋模塊；5.MOS管上橋漏極電流監控保護模塊；6.MOS管下橋漏極電流監控保護模塊；7.微處理器脈寬調制PWM寄存器和通用輸入輸出口GPIO;8.微處理器模數轉換寄存器ADC;9.H橋驅動模塊1的控制端子組；10.H橋驅動模塊1的監控保護端子組；11.H橋驅動模塊1的供電端子組；12.H橋驅動模塊l的電動機連接端子組；13.12V電源輸入端子；14.數字地；15.模擬地；16.與供電電源38并聯的去高頻電容；17.微處理器的供電電源；18、19、21、22.微處理器的脈寬調制寄存器；20、23.微處理器的通用輸入輸出口；24、25、26、27.微處理器的A/D轉換器；28.H橋驅動模塊1的上橋左臂驅動信號；29.H橋驅動模塊1的下橋左臂驅動信號；30.H橋驅動模塊l的左橋監控關斷信號；31.H橋驅動模塊l的上橋右臂驅動信號；32.H橋驅動模塊1的下橋右臂驅動信號；33.H橋驅動模塊1的右橋監控關斷信號；34.H橋驅動模塊1的上橋漏極電流保護信號；35.H橋驅動模塊1的下橋漏極電流保護信號；36.電動機電樞電流反饋信號；37.電動機欠壓保護信號；38.12V供電電源；39、40.電動機連接端；41.電動機；42.N溝道MOS管；43.電阻；44.H橋模塊2的上橋驅動信號；45.H橋模塊2的下橋驅動信號；46.H橋模塊2的關斷信號；47.H橋模塊2的輸出信號；Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7.N溝道MOS管；IR2110.半橋驅動集成芯片。具體實施方式如圖l、2所示，將H橋驅動模塊1連接H橋模塊2，欠壓保護模塊3連接H橋模塊2，H橋模塊2包括有電動機電樞電流反饋模塊4、MOS管上橋漏極電流監控保護模塊5和MOS管下橋漏極電流監控保護模塊6。微處理器脈寬調制PWM寄存器和通用輸入輸出口GPIO7以及微處理器模數轉換寄存器ADC8分別連接H橋驅動模塊1的控制端子組9和監控保護端子組10。本發明還包括H橋驅動模塊1的供電端子組11和電動機連接端子組12。上述微處理器通過自身集成的脈寬調制接口PWM分別驅動H橋的四個橋臂，即脈寬調制寄存器18的信號驅動上橋左臂驅動信號28、脈寬調制寄存器19的信號驅動下橋左臂驅動信號29、脈寬調制寄存器21的信號驅動.H橋驅動模塊1的上橋右臂驅動信號31、脈寬調制寄存器22的信號驅動H橋驅動模塊1的下橋右臂驅動信號32。同時，為了保證H橋驅動及電動機控制的安全性，微處理器的通用輸入輸出口20引腳GPIO可以輸出控制信號關斷H橋的左橋監控關斷信號30，微處理器的通用輸入輸出口23引腳GPIO可以輸出控制信號關斷H橋的右橋監控關斷信號33。微處理器的A/D轉換器24接收從H橋驅動模塊1中傳來的H橋的上橋漏極電流保護信號34,A/D轉換器25接收從H橋驅動模塊1中傳來的H橋的下橋漏極電流保護信號35，A/D轉換器26接收從電動機電樞電流信號36，A/D轉換器27接收電動機欠壓保護信號37。電動機41可直接接入到H橋的電動機連接端子39和電動機連接端子40。本發明還安裝有微處理器的供電電路17、H橋驅動模塊1的供電組11和并聯在電源兩邊的去高頻電容16，其中H橋驅動模塊的供電端子組11由12V電源輸入端子13、數字地14和模擬地15組成，由12V供電電源38向H橋驅動模塊的供電端子組11供電。在圖2的H橋模塊中，H橋的每臂均采用3個N溝道M0S管Q1、Q2、Q3、Q4，每個N溝道MOS管分別并聯，該并聯結構如圖3所示，將3個N溝道MOS管42，也即N溝道MOS管Q5、Q6、Q7的漏極連接在一起，源極連接在一起，柵極各串聯一個電阻43，即分別串聯電阻R5、R6、R7后再連接在一起，柵源間并接20V的齊納二極管，以保護由于柵源間的阻抗很高、漏源間電壓突變而產生的電壓過沖，避免引起柵源間氧化層的永久性破壞和誤導通；漏源間采用RC過電壓抑制保護電路。該結構可以降低MOS管的功耗損失、提高H橋的驅動效率、提高系統的可靠性。在圖2的兩個升壓泵電路中，采用了自舉電容和自舉二極管的方式，自舉電容采用一個低ESR的電容提供就近耦合，即使用一個鋁電解電容并聯一個陶瓷電容，或者采用一個瓷電容或鉭電容，最佳方案是使用一個0.1uF的陶瓷圓片電容。自舉二極管的耐壓能力必須大于高壓母線的峰值電壓，二極管的電流額定值是柵極電荷與頻率之積，同時為了防止自舉電容兩端電壓的放電，二極管選用超快恢復二極管。同時，在供電電壓和電源地之間，使用一個低ESR的O.luF的陶瓷圓片電容并聯一個luF的鉅電解電容作為供電電壓的旁路電容。本發明H橋模塊的驅動采用兩片IR2110電路，即半橋驅動集成芯片，每片芯片都設計相應的升壓泵電路。H橋模塊2的上臂和下臂分別設計了漏極電流保護裝置，即將MOS管上橋漏極電流監控保護模塊5的電流經過一個或運算邏輯門后進入微處理器模數轉換寄存器ADC8，MOS管下橋漏極電流監控保護模塊6的電流經過一個或運算邏輯門后進入微處理器模數轉換寄存器ADC8。電動機41的電樞電流經過霍爾電流傳感器采集后也傳送給微處理器模數轉換寄存器ADC8;同時，還設計有電動機欠壓保護信號，可隨時監控電動機的供電電壓以保證助力的可靠性。如圖4所示，為了防止H橋的上下橋驅動過程中發生直通現象，對于H橋模塊2的上橋驅動信號44和H橋模塊2的下橋驅動信號45設計了死區產生及延時功能。如圖5所示，本發明具有H橋驅動裝置的控制端子中EN端子對H橋模塊2的關斷信號46和H橋模塊2的輸出信號47的關斷保護功能。微處理器的脈寬調制寄存器18、19、21、22可以輸出不同組合的脈寬調制信號，通過驅動H橋驅動模塊1的引腳可以產生不同的電動機輸出形式。由于電動助力轉向系統電動機的工作特性，電動機41要根據駕駛員的不同轉向情況提高不同方向和大小的轉向助力，因此，微處理器的脈寬調制寄存器18、19、21、22應該控制電動機41的轉動方向和輸出轉矩的大小，即要設置不同的占空比以獲得合適的轉向助力。下表1所示為采用H橋驅動時，不同占空比對應的相應的電動機41輸出形式，該種方式可以保證電動機41電流的連續、克服電動機負載的靜摩擦、提高電動機41的動態性能，從而消除轉向盤振蕩、提高駕駛員的操縱手感。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>上表1中，輸入信號的"0"表示邏輯低電平，"1"表示邏輯高電平，"X"表示邏輯低電平或邏輯高電平，"PWM"表示脈寬調制信號，""表示脈寬調制信號的導通時間，"r"表示脈寬調制信號的周期，"《=丄"表示脈寬調制的占空比。權利要求1、一種汽車電動助力轉向電動機H橋驅動裝置，包括H橋驅動模塊(1)、H橋模塊(2)、欠壓保護模塊(3)、電動機電樞電流反饋模塊(4)、MOS管上橋漏極電流監控保護模塊(5)和MOS管下橋漏極電流監控保護模塊(6)組成，其特征在于所述H橋模塊(2)的每臂采用3個N溝道MOS管(Q5、Q6、Q7)并聯結構，這3個N溝道MOS管(Q5、Q6、Q7)的漏極連接在一起、源極連接在一起、柵極各串聯一個電阻(R5、R6、R7)后連接在一起。2、根據權利要求1所述的一種汽車電動助力轉向電動機H橋驅動裝置，其特征在于所述MOS管上橋漏極電流監控保護模塊(5)和MOS管下橋漏極電流監控保護模塊(6)的電流經過或運算邏輯門后進入微處理器模數轉換寄存器ADC(8)。全文摘要本發明公開了一種汽車電動助力轉向電動機H橋驅動裝置，包括H橋驅動模塊、H橋模塊、欠壓保護模塊、電動機電樞電流反饋模塊、MOS管上橋漏極電流監控保護模塊和MOS管下橋漏極電流監控保護模塊組成，H橋模塊的每臂采用3個N溝道MOS管并聯結構，這3個N溝道MOS管的漏極連接在一起、源極連接在一起、柵極各串聯一個電阻后連接在一起，本發明降低MOS管的功耗損失、提高H橋的驅動效率、提高系統的可靠性，可以有效防止電動助力轉向系統因緊急大轉彎等特殊工況而造成的電動機緊急換向、MOS管脈沖電流陡增、電動機電樞電流突變等對轉向系統的影響，集成度高、可靠性好、使用方便，適應汽車工業安全、節能、環保的要求。文檔編號H02P1/22GK101335493SQ20081002270公開日2008年12月31日申請日期2008年7月24日優先權日2008年7月24日發明者劉海妹,江浩斌,趙景波,龍陳申請人:江蘇大學