反极性保护电路及其控制方法、电动油泵和车辆设备

技术领域

本申请涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种反极性保护电路及其控制方法、电动油泵和车辆设备。

背景技术

新能源车辆的动力和传动系统中通常需要配置电动油泵。电动油泵是包含油泵、电机、电机控制器及其嵌入式软件的组合，电机控制器控制电机，作为动力源驱动油泵提供液压油，用于冷却、润滑、驱动换挡执行机构，以及为离合器建立压力，以用来传递扭矩。

在整车生产或者售后维修过程中，有时会出现由于错误操作将汽车电源线接反的问题(即正极线连接到负极端、负极线连接到正极端的问题)，此时车辆的电力系统会承受反向的电压，容易导致内部元器件的损坏，并可能会由此引发车辆故障和安全问题。

发明内容

本申请提供了一种反极性保护电路及其控制方法、电机控制器和电动油泵，能够为电动油泵、车辆和相关产品提供低功耗的反极性保护功能。

根据本申请，提供一种电动油泵的反极性保护电路，所述电动油泵包括电机和电机控制器，所述反极性保护电路包括：

熔断器，所述熔断器的第一端连接所述电动油泵的正极电源接入端，所述熔断器的第二端连接所述电机的正电源端；

单向导通模块，所述单向导通模块的第一端连接所述熔断器的第二端，所述单向导通模块的第二端分别连接所述电动油泵的负极电源接入端和所述电机的负电源端，所述单向导通模块被配置为：阻止从所述单向导通模块的第一端流向所述单向导通模块的第二端的电流，并容许从所述单向导通模块的第二端流向所述单向导通模块的第一端的电流；

开关模块，所述开关模块的第一端连接所述电动油泵的正极电源接入端，所述开关模块的第二端连接所述电机的正电源端，所述开关模块的控制端连接所述电机控制器的信号输出端，所述开关模块被配置为：

当所述电机控制器工作在正常工作模式时，通过所述控制端接收来自所述电机控制器的第一电平，以阻止从所述开关模块的第一端流向所述开关模块的第二端的电流，使得所述电机的工作电流经过所述熔断器的第一端和第二端供应给所述电机；

当所述电机控制器工作在熔断应急工作模式时，通过所述控制端接收来自所述电机控制器的第二电平，以容许从所述开关模块的第一端流向第二端的电流，使得所述电机的工作电流经过所述开关模块的第一端和第二端供应给所述电机。

在一些可能的实现方式中，所述反极性保护电路还包括设置在所述开关模块附近的温度传感器，所述温度传感器连接所述电机控制器的信号输入端，所述开关模块还被配置为：当所述电机控制器工作在熔断应急工作模式，并且所述电机控制器基于通过所述温度传感器接收到的温度传感信号确定所述开关模块附近的温度达到温度阈值时，通过所述控制端接收来自所述电机控制器的第一电平，以切断供应给所述电机的工作电流。

在一些可能的实现方式中，所述开关模块包括第一晶体管，所述第一晶体管为p沟道金属氧化物半导体场效应管，所述第一晶体管的栅极连接所述开关模块的控制端，所述第一晶体管的漏极连接所述开关模块的第一端，所述第一晶体管的源极连接所述开关模块的第二端，所述第一晶体管的体二极管的门槛电压大于所述电机的最大工作电流与所述熔断器的电阻之间的乘积。

在一些可能的实现方式中，所述反极性保护电路还包括运算放大器，所述电机控制器的所述信号输出端进一步经过所述运算放大器的输入端和输出端连接至所述开关模块的控制端。

在一些可能的实现方式中，单向导通模块包括瞬态电压抑制二极管和第一电容；其中，所述单向导通模块的第一端分别连接所述瞬态电压抑制二极管的负极和所述第一电容的第一端，所述单向导通模块的第二端分别连接所述瞬态电压抑制二极管的正极和所述第一电容的第二端。

根据本申请，还提供一种反极性保护电路的控制方法，所述方法由上述任意一种的电机控制器执行，所述方法包括：

当所述电机控制器工作在正常工作模式时，所述电机控制器通过所述信号输出端向所述开关模块提供所述第一电平，以使所述开关模块阻止从所述开关模块的第一端流向所述开关模块的第二端的电流，使得所述电机的工作电流经过所述熔断器的第一端和第二端供应给所述电机；

当所述电机控制器在检测到所述熔断器发生熔断且所述电动油泵的正极电源接入端与负极电源接入端之间的电源电压供应正常时，所述电机控制器通过所述信号输出端向所述开关模块提供所述第二电平，以使所述开关模块容许从所述开关模块的第一端流向第二端的电流，使得所述电机的工作电流经过所述开关模块的第一端和第二端供应给所述电机。

在一些可能的实现方式中，所述反极性保护电路还包括设置在所述开关模块附近的温度传感器，所述温度传感器连接所述电机控制器的信号输入端，所述方法还包括：当所述电机控制器工作在熔断应急工作模式，并且所述电机控制器基于通过所述温度传感器接收到的温度传感信号确定所述开关模块附近的温度达到温度阈值时，所述电机控制器通过所述信号输出端向所述开关模块提供所述第一电平，以使所述开关模块切断供应给所述电机的工作电流。

根据本申请，还提供一种电机控制器，所述电机控制器包括：处理器；用于存储所述处理器的可执行指令的存储器；其中，所述处理器用于执行所述可执行指令，以实现上述任意一种反极性保护电路的控制方法。

根据本申请，还提供一种电动油泵，所述电动油泵包括电机、电机控制器以及上述任意一种反极性保护电路。

根据本申请，还提供一种车辆设备，所述车辆设备包括上述任意一种电动油泵。

本申请的反极性保护电路在电源线连接正确时能够利用处于“关闭”(无电流通过)状态的单向导通模块和开关模块来使工作电流仅经过熔断器提供给电机，因而能够在正常工作状态下几乎不产生任何功耗；在电源线反接时，反极性保护电路能够利用处于“开启”(有电流经过)状态的单向导通模块和处于“关闭”状态的开关模块形成熔断器两端直接连接在两根电源线之间的熔断回路，使得熔断器快速发生熔断，起到反极性保护的作用；而在熔断器发生熔断后电源线又连接正确时，反极性保护电路能够在电机控制器的控制下，利用处于“开启”状态的开关模块临时替代熔断器，为电机提供应急情况下的工作电流供应。由此，本申请的反极性保护电路能够基于相对简单的电路结构实现双重的反极性保护功能，并能在正常工作状态下几乎不产生任何功耗，有助于提升电动油泵、车辆及相关产品的安全性和可靠性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请实施例提供的一种反极性保护电路的应用场景示意图；

图2是本申请实施例提供的一种反极性保护电路在电动油泵正常工作时的应用场景示意图；

图3是本申请实施例提供的一种反极性保护电路在电动油泵的电源线被反接时的应用场景示意图；

图4是本申请实施例提供的一种反极性保护电路在电动油泵处于熔断应急工作模式时的应用场景示意图；

图5是本申请实施例提供的一种电动油泵的电路结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种反极性保护电路的控制方法的步骤流程示意图；

图7是本申请实施例提供的一种电机控制器的结构框图；

图8是本申请实施例提供的一种车辆设备的结构框图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

本公开的实施方式部分使用的术语仅用于对本公开的实施例进行解释，而非旨在限定本公开。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

图1是本申请实施例提供的一种反极性保护电路的应用场景示意图。该反极性保护电路应用于车辆设备的电动油泵。参见图1，该电动油泵包括电机10、电机控制器20、电机驱动电路30和反极性保护电路40，其中反极性保护电路40包括熔断器41、单向导通模块42和开关模块43。

参见图1，电动油泵具有正极电源接入端V1和负极电源接入端V0，分别用于连接正极电源线和负极电源线。反极性保护电路40中，熔断器41的第一端(图1中的左端)连接电动油泵的正极电源接入端V1，熔断器41的第二端(图1中的右端)用于连接电机10的正电源端Q1。单向导通模块42的第一端(图1中的右端)连接熔断器的第二端，单向导通模块42的第二端(图1中的左端)连接电动油泵的负极电源接入端V0，且单向导通模块42的第二端用于连接电机10的负电源端Q0。该单向导通模块42被配置为：阻止从单向导通模块42的第一端流向第二端的电流，并容许从单向导通模块42的第二端流向第一端的电流。开关模块43的第一端(图1中的左端)连接电动油泵的正极电源接入端V1，开关模块43的第二端(图1中的右端)用于连接电机的正电源端Q1，开关模块43的控制端(图1中的上端)连接电机控制器20的信号输出端S1。该开关模块43被配置为：当电机控制器20工作在正常工作模式时，通过控制端接收来自电机控制器20的第一电平，以阻止从开关模块43的第一端流向开关模块43的第二端的电流，使得电机10的工作电流经过熔断器41的第一端和第二端供应给电机10；当电机控制器20工作在熔断应急工作模式时，通过控制端接收来自电机控制器20的第二电平，以容许从开关模块43的第一端流向第二端的电流，使得电机10的工作电流经过开关模块43的第一端和第二端供应给电机10。

图2是本申请实施例提供的一种反极性保护电路在电动油泵正常工作时的应用场景示意图。参见图1和图2，在电动油泵正常工作时，连接有正极电源线的正极电源接入端V1依次经过熔断器41的两端、电机驱动电路30的正极输入端(图1中的左上端)和电机驱动电路30的正极输出端(图1中的右上端)连接到电机10的正电源端Q1，连接有负极电源线的负极电源接入端V0经过电机驱动电路30的负极输入端(图1中的左下端)和电机驱动电路30的负极输出端(图1中的右下端)连接到电机10的负电源端Q0。此外，电机驱动电路30的控制端连接电机控制器的电机控制端S2，使得电机驱动电路30能够在电机控制器的控制下利用正极电源接入端V1与负极电源接入端V0之间的电源电压对电机10进行驱动。此时，电机控制器20通过信号输出端S1向开关模块43的控制端提供第一电平，以使反极性保护电路40中的开关模块43处于“关闭”状态(没有电流通过的状态，没有电流通过的线路部分在附图中以虚线表示)，而且反极性保护电路40中的单向导通模块42也处于“关闭”状态(因为其第一端的电位高于其第二端的电位，从第一端流向第二端的电流被单向导通模块42所阻止)，因此反极性保护电路40中只有熔断器41的两端之间有电机10的工作电流经过(电机10的工作电流的导通路径以加粗实线表示，其电流方向以箭头表示)，整个反极性保护电路40等效于电机10的工作电流回路中的一根导线，因而不会影响其他电路部件的工作，同时反极性保护电路40所产生的功率损耗可以忽略不计。

图3是本申请实施例提供的一种反极性保护电路在电动油泵的电源线被反接时的应用场景示意图。参见图3，在电动油泵的电源线接反时，由于单向导通模块42的第一端处的电压为正极电源接入端V1处的负极电源电压，单向导通模块42的第二端处的电压为负极电源接入端V0处的正极电源电压，单向导通模块42的第一端的电位低于其第二端的电位，单向导通模块42由“关闭”状态转为“开启”状态(有电流通过的状态)，使得电阻值极小的熔断器41和单向导通模块42将正极电源接入端V1与负极电源接入端V0短接在了一起，从而形成短路电流(图3中以加粗实线和箭头表示)，触发熔断器41的熔断保护，在电源线被接反的极短时间内就使得熔断器41的第一端与第二端之间断开，使得电机10的工作电流的通路被切断，电机10处于不工作的状态。

图4是本申请实施例提供的一种反极性保护电路在电动油泵处于熔断应急工作模式时的应用场景示意图。参见图4，当熔断器41发生熔断之后，用户又正确连接了电动油泵的电源线，此时电机控制器20能够检测到熔断器41发生熔断并且正极电源接入端V1与负极电源接入端V0之间的电源电压供应正常，从而通过信号输出端S1向开关模块43提供第二电平，以控制开关模块43容许第一端流向第二端的电流通过，使得电机10的工作电流能够经由开关模块43的第一端和第二端绕过熔断器41提供给电机10(电机10的工作电流的导通路径以加粗实线表示，其电流方向以箭头表示)，从而在熔断发生之后以临时应急的方式实现电机10的驱动。

可以看出，上述反极性保护电路在电源线连接正确时能够利用处于“关闭”状态的单向导通模块和开关模块来使工作电流仅经过熔断器提供给电机，因而能够在正常工作状态下几乎不产生任何功耗；在电源线反接时，反极性保护电路能够利用处于“开启”状态的单向导通模块和处于“关闭”状态的开关模块形成熔断器两端直接连接在两根电源线之间的熔断回路，使得熔断器快速发生熔断，起到反极性保护的作用；而在熔断器发生熔断后电源线又连接正确时，反极性保护电路能够在电机控制器的控制下，利用处于“开启”状态的开关模块临时替代熔断器，为电机提供应急情况下的工作电流供应。由此，本申请的反极性保护电路能够基于相对简单的电路结构实现双重的反极性保护功能，并能在正常工作状态下几乎不产生任何功耗，有助于提升电动油泵、车辆及相关产品的安全性和可靠性。

需要说明的是，由于电机控制器20的电源可能同样是由正极电源接入端V1与负极电源接入端V0之间的电源电压来进行供应的，也就是说在断电状态下电机控制器20可能会处于断电状态，无法为开关模块43的控制端提供第一电平。因此，开关模块43可以被配置为在控制端处没有接收到任何电信号或电平(悬空状态)时阻止第一端与第二端之间的电流通过，以避免开关模块43在控制端处接收不到第一电平时意外开启。其可以例如通过常闭式继电器或者类似器件或电路结构来实现，或者第一电平被配置为高电平(悬空状态下电压端口会被视作高电平)，本申请实施例对此不做限制。

图5是本申请实施例提供的一种电动油泵的电路结构示意图。参见图5，该电动油泵中，上述熔断模块41包括保险丝，上述向导通模块包括瞬态电压抑制二极管D2和第一电容C1，开关模块43包括第一晶体管T1，电机驱动电路30包括以晶体管为基本元件的三相H桥；此外，电动油泵还包括温度传感器50和接口电路60。可以看出，本实施例中电机控制器20的电机控制端S2包括6个输出端，其分别连接电机驱动电路30中三相H桥每个晶体管的栅极。如此，电机控制器20能够通过向三相H桥提供电机控制信号来控制电机M1的转向和速度，实现电动油泵的基本功能。

图5中，开关模块43包括第一晶体管T1，该第一晶体管T1为p沟道金属氧化物半导体场效应管，其栅极连接开关模块43的控制端，漏极连接开关模块43的第一端，源极连接开关模块43的第二端，从而能够在栅极处的电平为高电平时工作在截止区，并在栅极处的电平为低电平时工作在线性区或饱和区，由此实现上述开关模块43的功能。图5中还示出了第一晶体管T1的体二极管D1。在一个示例中，第一晶体管T1的体二极管D1的门槛电压大于电机10的最大工作电流与熔断器41的电阻之间的乘积；由此，当电机10在最大工作电流下工作时，体二极管D1两端电压达不到其门槛电压因而仍处于截止状态，如此可以帮助进一步降低功率损耗。

图5中，温度传感器50连接电机控制器20的信号输入端S3，且该温度传感器50设置在第一晶体管T1和电机驱动电路30中三相H桥的安装区域附近，以实时感测该安装区域的温度，并生成相应的温度传感信号，由电机控制器20通过信号输入端S3实时采集。上述开关模块43进一步被配置为：当电机控制器20工作在熔断应急工作模式，并且电机控制器20基于通过温度传感器30接收到的温度传感信号确定开关模块43附近的温度达到温度阈值时，开关模块43通过控制端接收来自电机控制器20的第一电平，以切断供应给电机10的工作电流。在一个示例中，电机控制器20通过温度传感器30接收到温度传感信号，并利用预先通过温度采样建立的过温检测模型，判断第一晶体管T1和电机驱动电路30中三相H桥的安装区域的温度是否达到温度阈值；在确定温度达到温度阈值时，电机控制器20通过向第一晶体管T1的栅极提供高电平电压，来切断电机10的工作电流通路，由此避免因负载过大或发生短路而造成器件过热导致器件损坏或安全问题的情况发生。

图5中，电机控制器20的信号输出端S1与开关模块43之间还设置有接口电路60，该接口电路60用于将电机控制器20的电信号输出端S1输出的电信号转换为适于控制开关模块43切换开启和关闭状态的电信号。在一些示例中，接口电路60包括滤波器、运算放大器、反相器、整流电路、分压电路、光电耦合器中的一个或多个。例如，电机控制器20的信号输出端S1可以经过运算放大器的输入端和输出端连接至开关模块43的控制端，如此生成放大后的电信号来提供给开关模块43的控制端，并起到隔离电机控制器20和开关模块43以避免两者相互影响的作用。

图5中，单向导通模块42包括瞬态电压抑制二极管D2和第一电容C1，其中单向导通模块42的第一端分别连接瞬态电压抑制二极管D2的负极和第一电容C1的第一端，单向导通模块42的第二端分别连接瞬态电压抑制二极管D2的正极和第一电容C1的第二端。如此，单向导通模块42能够实现如前文所述的控制电流导通方向的功能，并且还能起到吸收浪涌功率和降低叠加在电源电压上的高频噪声的作用。

需要说明的是，图5所示出的电路结构仅仅是一种示例，其中任何一个或多个部分的电路结构都可以被同样功能的其他电路结构所替换。此外，该电路还可以根据应用需求包括其他未示出的电路结构，本申请实施例对此不进行限制。

图6是本申请实施例提供的反极性保护电路的控制方法的步骤流程示意图。参见图6，所述方法由上述任意一种的电机控制器执行，并包括以下步骤。

在步骤601中，当电机控制器工作在正常工作模式时，电机控制器通过信号输出端向开关模块提供第一电平，以使开关模块阻止从开关模块的第一端流向开关模块的第二端的电流，使得电机的工作电流经过熔断器的第一端和第二端供应给电机。

在步骤602中，当电机控制器在检测到熔断器发生熔断且电动油泵的正极电源接入端与负极电源接入端之间的电源电压供应正常时，电机控制器通过信号输出端向开关模块提供第二电平，以使开关模块容许从开关模块的第一端流向第二端的电流，使得电机的工作电流经过开关模块的第一端和第二端供应给电机。

在一些可能的实现方式中，反极性保护电路还包括设置在开关模块附近的温度传感器，温度传感器连接电机控制器的信号输入端，方法还包括：当电机控制器工作在熔断应急工作模式，并且电机控制器基于通过温度传感器接收到的温度传感信号确定开关模块附近的温度达到温度阈值时，电机控制器通过信号输出端向开关模块提供第一电平，以使开关模块切断供应给电机的工作电流。

本申请实施例提供的反极性保护电路的控制方法，其实现过程与前文所述的反极性保护电路的工作原理和功能一致，所能达到的效果也与前文所述的反极性保护电路相同，在此不再赘述。

图7是本申请实施例提供的一种电机控制器的结构框图。参见图7，该电机控制器包括：处理器71；用于存储所述处理器的可执行指令的存储器72；其中，所述处理器71用于执行所述可执行指令，以实现上述任意一种反极性保护电路的控制方法。图7的结构可以应用于上述任意一种电机控制器中，并且该处理器71可以例如是一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件；该存储器72为非易失性的存储介质。

图8是本申请实施例提供的一种车辆设备的结构框图。参见图8，该车辆设备包括发动机81，该发动机81包括上述任意一种配置有上述任意一种反极性保护电路的电动油泵811(图8中仅示出电机10、电机控制器20和电机驱动电路30)。除了图8中所示的结构之外，发动机50可以例如还包括变速箱、活塞、连杆、曲轴、气门、进气道、排气道、点火系统、燃油系统、其他类型的传感器及机械控制电路中的一个或多个，汽车设备可以例如包括底盘、车身和电气设备中的一个或多个，本发明实施例对此不做限制。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。