[发明专利]一种可防止高压继电器误动作的硬件防抖自锁电路

说明书

本发明涉及新能源汽车电控技术领域，针对目前用于高压继电器线圈驱动电路的逻辑控制电路所存在的缺陷，公开了一种可防止高压继电器误动作的硬件防抖自锁电路，该电路将控制器CPU中的复位(RESET)管脚和引导加载程序(BOOTLOADER)管脚纳入到控制时序逻辑之中，总线驱动芯片的使能管脚不直接由CPU的I/O管脚控制，而是由CPU中的复位管脚、引导加载程序管脚以及控制使能管脚三者共同输出控制，通过建立真值表，列出有效控制信号的逻辑表达式，设计逻辑门电路，彻底消除了CPU在初始上电、复位和引导加载程序期间因其I/O管脚电平的不确定随机状态而可能导致继电器误动作的安全隐患，使高压继电器在任何情况下都能严格按照预定设想和指令完成规定的动作。

技术领域

本发明涉及新能源汽车电控技术领域和电力系统自动化领域，特别涉及一种可防止高压继电器误动作的硬件防抖自锁电路。

背景技术

现阶段，高压继电器已广泛应用于电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、光伏发电、风力发电、云端服务器电源、电池充放电系统、直流电压电源控制及重工机械设备等高压直流领域。高压继电器的工作原理是由小电压小电流去控制大电压大电流，内部分为线圈控制端和负载端，当控制器对线圈控制端施加一个驱动电压时，负载端就能发生闭合或者断开的动作，高压继电器负载端一般需要承受高电压和大电流，在电气系统中起到分断电路和贯通电路的作用，属于重要安全器件。

高压继电器能否按照预定设想完成指定动作主要取决于控制器的控制逻辑以及继电器线圈的驱动电路。目前，在新能源电动汽车领域，高压继电器一般是由专用IC来驱动，这种IC分为高边开关和低边开关两种类型，高边开关位于电源和负载之间，属于控“正”，低边开关位于负载和地之间，属于控“负”，当对驱动IC的控制管脚施加“高”、“低”电平时，就能驱动高压继电器吸合和断开，如图1所示；在电力系统自动化领域，高压继电器一般是由光电耦合器和功率继电器来驱动，这种驱动电路带载能力强，可实现电气隔离，通过在外部将输出端A、输出端B、输出端C和输出端D进行不同连接组合亦可实现高边开关和低边开关的驱动电路形式，如图2所示。

然而，无论是高边开关和低边开关驱动IC，还是光电耦合器和功率继电器的线圈驱动电路，都需要控制器发出控制指令和“高”、“低”逻辑电平，图3采用意法半导体(ST)的CPU芯片STM32F107VCT6和德州仪器(TI)的总线驱动芯片SN74HC245NSR示意了一种目前常用的逻辑控制电路，总线驱动芯片SN74HC245NSR的作用是为了提高CPU的I/O管脚及线路的驱动能力，控制电平信号传输的方向由“DIR”管脚决定，当“DIR”管脚连接高电平时，控制电平信号传输的方向是由“A0～A7”到“B0～B7”，芯片上的使能管脚“OE”可以控制电平信号传输路径，低电平有效时电平信号才能通过，高电平时芯片输出呈“高阻态”。

CPU芯片STM32F107VCT6的控制管脚“GP-YK0”～“GP-YK7”分别连接到总线驱动芯片SN74HC245NSR的输入端“A0～A7”，总线驱动芯片SN74HC245NSR的输出电平信号“TO-YK0”～“TO-YK7”直接控制图1和图2所示线圈驱动电路的输入级，同时总线驱动芯片SN74HC245NSR的使能管脚“OE”直接受控于CPU芯片STM32F107VCT6的控制管脚“GP-EN”，当需要控制某路高压继电器时，一般先将“GP-EN”管脚电平置低，使能总线驱动芯片，再输出该继电器线圈驱动电路对应的I/O管脚电平信号，CPU输出8路逻辑电平信号“GP-YK0”～“GP-YK7”可以控制8路高压继电器。

但这种逻辑控制电路在实际应用中却存在着一个重大的安全隐患：在初始上电(POWER ON RESET)、复位(RESET)和引导加载程序(BOOTLOADER)期间，因为CPU的I/O管脚电平是不确定状态，可随机呈现出“高”、“低”、“高阻”及其多种组合电平时序，这样的随机电平时序信号就会导致高压继电器失控而误动作，高压继电器在这几种状态下会随机发出“啪嗒啪嗒”的衔铁不断吸合、断开的声音，严重情况下可导致电力电气安全事故。

发明内容