CN101330251A

CN101330251A - 对永磁电动机控制电路的保护

Info

Publication number: CN101330251A
Application number: CNA2008101096133A
Authority: CN
Inventors: D·唐; B·A·维尔奇科; S·希蒂; M·L·塞洛吉
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: CN101330251B; DE102008026549A1; US20080304189A1; DE102008026549B4; US7652858B2

Abstract

对永磁电动机控制电路的保护。提供保护永磁电动机系统中的电动机控制电路的方法和设备。永磁电动机系统，包括永磁电动机，具有与永磁电动机的相位对应的预定数量的绕组；和直流(DC)总线，耦合到电源并向电动机系统提供工作功率。电动机控制电路连接到直流总线以从它接收工作功率并连接到永磁电动机的绕组以控制永磁电动机。保护电路连接到直流总线以从它接收电压从而操作保护电路并用于根据直流总线上感测的电压来检测预定的电动机控制电路故障条件，并且响应于此而为电动机控制电路提供保护。

Description

对永磁电动机控制电路的保护

技术领域

本发明总的涉及永磁电动机系统，并且更特别地涉及在永磁电动机系统中对诸如逆变器的永磁电动机控制电路的保护。

背景技术

永磁电动机系统通常包括永磁电动机控制电路，比如逆变器。这种电动机控制电路中的故障可由大量潜在的问题引起。例如，逆变器偏置功率损失、微处理器故障、电源开关故障或传感器故障可以引起逆变器的故障。为了防止这种故障，需要提供故障处理策略。但是，许多这种故障处理策略提供多个故障模式，这些故障模式要求外部信息来应用一个或多个策略或者在使用各种测量之间进行切换。

由此所期望的是，提供一种不要求外部信息的电动机控制电路保护方案。此外，期望的是，提供一种可作为逆变器的初级保护或逆变器的冗余备份保护利用的电动机控制保护方案。而且，从随后的详细描述和所附权利要求并结合附图和前面的技术领域和背景技术，本发明的其它所期望的特征和特性将变得清楚。

发明内容

提供了一种逆变器保护电路，用于保护逆变器，该逆变器通过直流(DC)总线提供的电压来操作用于控制同步电动机。该逆变器保护电路包括保护控制器和电源。保护控制器耦合到电动机控制电路并检测预定的电动机控制电路故障条件。该电源耦合到直流总线和保护控制器，以便利用从直流总线提供的电压来给保护控制器供电。

提供了一种用于保护电动机系统中的电动机控制电路的方法。该方法包括感测直流总线上预定电动机控制电路故障条件的方法，该直流总线通过由直流总线供电的保护电路来向电动机控制电路供电。

附图说明

随后结合以下附图描述本发明，其中相同的标记表示相同的元素，并且

图1描绘了根据本发明的实施例的永磁电动机系统的方框图；

图2描绘了根据本发明的实施例的图1的电动机系统的保护电路的操作的流程图；和

图3描绘了根据本发明的实施例的图1的电动机系统的保护电路的操作的时序图。

具体实施方式

随后的详细描述实际上仅仅是示例性并且不试图限制本发明或者本发明的应用和用途。此外，不试图用在之前技术领域、背景技术、发明内容和附图说明中给出的任何明确或暗示的原理来进行界定。

参考图1，永磁电动机系统100，比如用于混合动力汽车的电驱动系统，包括永磁电动机105，比如具有三相的内部永磁(IPM)同步电动机。诸如逆变器110的电动机控制电路经由具有高电压节点117和低电压节点119的直流总线115来接收来自电源(未示出)，比如电池或燃料电池的功率，并耦合到其控制的电动机105。逆变器110例如是三相电压源逆变器，比如如图1所描绘的三桥臂逆变器110，其包括开关元件120、121、122、123、124、125和反并联二极管130、131、132、133、134、135。

尽管三桥臂逆变器110在图1中被描绘为电动机控制电路，本发明不限于该类型的逆变器。根据本发明的实施例，电动机控制电路可以是任何类型的逆变器110或利用一个或多个开关元件来控制电动机105相位两端的电压的其它电压源控制电路。三相电压源逆变器，比如三桥臂逆变器110，通常被应用来控制混合动力汽车车辆的电动机系统100中的电动机相电流的大小和频率，混合动力汽车车辆包括电池供电的和燃料电池供电的车辆。当在这种电动机系统100中的电动机105是IPM电动机时，电动机系统100对基于各种逆变器110的故障的反应是所关心的。

例如，三相永磁电动机105包括转子和三个绕组138并固有地利用转子的机械旋转而产生反电动势(反EMF)。反EMF的电压电平取决于电动机105的速度。在足够高的电动机速度，所产生的反EMF超过了直流总线115上向逆变器110供电的电压，并且反EMF电压的不受控生成(UCG)跟着发生。在普通逆变器110操作期间借助由逆变器110生成的磁场削弱而防止UCG。磁场削弱降低了反EMF电压以使它保持在低于直流总线115电压以下的电平，使得反EMF电压的UCG不会发生。

如果在电动机105处于高速时发生逆变器110故障，但是逆变器110操作停止并且逆变器生成的磁场削弱将会丢失，导致了反EMF电压的UCG。在UCG期间，逆变器110运转得像作为负载的具有直流链路(即直流总线115)的全桥整流器。车辆的动能被转换成电功率并且转储到直流链路中。由电动机生成的电流和转矩的量不是可控制的，并且为了防止电流从反EMF电压的UCG流动到连接到直流链路的电池中，典型的当然动作是打开电池和逆变器110之间直流总线115的高电压触点(未示出)。在电池不用作为负载的情况下，直流总线115电压快速增加并且可以损坏逆变器110。

根据本发明的实施例，保护电路140包括电源145、例如高压保护(HVP)控制器的保护控制器150、和门驱动电路170。电源145连接到直流总线115以便生成偏置功率并将偏置功率提供给保护控制器150和门驱动电路170，以作为其工作电压。为了保护电动机控制电路110和电动机105，必须将直流总线115的电压限制在安全工作电平内。因此，根据该实施例利用直流总线115电压来给保护电路140供电有利地为保护控制器150和门驱动电路170提供了可靠电源。用于保护电路140的任何其它电源将把潜在故障机制引入到保护电路140。

保护控制器150具有连接到电源140的偏置功率输入端152，用于接收从直流总线115电压生成的偏置功率，以及具有连接到直流总线115的高电压节点117和低电压节点119的故障检测输入端154，比如电压感测输入端。保护控制器150利用故障检测输入154来响应于在故障检测输入端154处直流总线115两端感测的电压而确定预定的电动机控制故障条件。

电动机控制处理器(未示出)将高频脉宽调制(PWM)信号提供给保护控制器150的PWM输入端156。以本领域技术人员已知的方式，电动机控制处理器以预定方式生成PWM信号来控制开关元件120、121、122、123、124、125去把电动机相电压的基波分量调节到想要的幅度、相位和频率。响应于在故障检测输入端154感测的电压，保护控制器150将使PWM直通模块158将PWM信号传到门信号输出端159，或者响应于指明预定电动机控制故障条件的所感测的电压，信号通知PWM直通模块158以阻塞PWM信号，并且使第一故障响应分量160或第二故障响应分量164生成门保护信号并将门保护信号提供给输出端159。

门驱动电路170具有偏置功率输入端172，连接到电源145以从中接收工作功率。门驱动电路170是本领域技术人员已知的常规电路，其在偏置功率输入端172处接收偏置功率，并且响应于PWM信号或在连接到保护控制器150的输出端159的门信号输入端174接收的门保护信号，经由输出端176将门信号提供给开关元件120、121、122、123、124、125以用于其门控制操作。因此，在正常操作期间，门驱动电路170将把高频PWM信号作为PWM门控制信号提供给开关元件120、121、122、123、124、125，以便调节电动机105相电压的基波分量到想要的幅度、相位和频率。但是当由保护控制器150检测到预定的电动机控制故障条件时，门驱动电路170将响应于故障条件生成的门保护信号而提供所生成的故障驱动信号。

根据本发明的实施例，保护控制器150利用两个故障模式来处理预定的电动机控制故障条件。第一故障模式是“对称三相短路响应”，并且由第一故障响应部件160完成，该部件通过由“上接通”模块161生成的第一门保护信号来接通三相逆变器110的所有上面的开关元件120、122、124，或者通过由“下接通”模块162生成的第二门保护信号来接通三相逆变器110的所有下面的开关元件121、123、125。通过门保护信号接通三相逆变器110的所有上面的开关元件120、122、124或接通所有下面的开关元件121、123、125直接将电动机105的绕组138分别连接到直流总线115的高电压节点117或直流总线115的低电压节点119。当机器在阈值速度之上时，对称短路故障响应使后故障制动转矩最小。

第二故障模式，“不受控生成响应”，当系统速度下降到阈值速度以下时最小化感应的制动转矩值并且通过第二故障响应部件164生成第三门保护信号以断开所有六个开关元件120、121、122、123、124、125来完成。断开所有的开关元件120、121、122、123、124、125打开了开关元件120、121、122、123、124、125，以将直流总线115通过反并联二极管130、131、132、133、134、135连接到电动机105的绕组138，由此允许反EMF电压的UCG。

响应于接收第一门保护信号，门驱动电路170生成第一故障驱动信号并将它们提供给上面的三个开关元件120、122、124以便将直流总线115的高电压节点117直接连接到电动机105的每个绕组138。类似地，响应于接收第二门保护信号，门驱动电路170生成第二故障驱动信号并将它们提供给下面的三个开关元件121、123、125以便将直流总线115的低电压节点119直接连接到电动机105的每个绕组138。响应于接收第三门保护信号，门驱动电路170生成第三故障驱动信号，这些第三故障驱动信号被提供给六个开关元件120、121、122、123、124、125以打开这些开关元件。

因此可以看出，根据本发明电路的实施例的保护电路140监控连接到逆变器110的直流总线115电压并在机器特定的阈值电压处激活预定的故障模式，以保护逆变器110。此外，直流总线115电压不只提供用于检测预定的逆变器故障条件的控制参数，而且还经由电源145为保护电路150和门驱动电路170提供工作电压，而不需要附加的偏置功率电源。

根据本发明的实施例，保护电路140还合并了附加的特征，这些特征改进了包括离饱和故障监控的功能。当逆变器110响应于开关元件120、121、122、123、124、125之一的硬故障而关闭时，保护控制器150将所关闭的逆变器110解释为故障并通过接通所有上面的开关元件120、122、124或所有下面的开关元件121、123、125而施加三相短路。但是，三相短路可引入另一个故障，该故障再次禁用逆变器，因此使保护电路140的保护方案不能工作。

根据本发明的实施例，门驱动电路170监控逆变器110以确定所激活的开关元件之一是否已经失败并且离饱和故障是否已经发生。响应于检测离饱和故障，门驱动电路170将故障信号提供给离饱和故障输出端178以提供给保护控制器150。响应于在离饱和故障输入端168处的故障信号的检测，保护控制器150可以通过接通未激活的上面或下面的开关元件组以激活三相短路来校正离饱和问题。

例如，如果下面的开关元件121、123、125之一失败并且引起其两端的短路，并且所试图的三相短路要接通所有上面的开关元件120、122、124，则离饱和故障由于过多的电流而将发生。一旦保护控制器150检测离饱和故障输入端168的故障信号，则保护控制器150可以将适当的门信号提供给门驱动电路170，以替代地断开所有上面的开关元件120、122、124并接通所有下面的开关元件121、123、125。以这样的方式，避免了离饱和故障并且三相短路成功地施加到电动机105。

参考图2，描绘了根据本发明的实施例的保护控制器150的操作的流程图200，初始地激活202PWM直通模块156，使得PWM信号穿过它并作为门信号提供给门驱动电路160。保护控制器接着在电压感测输入端154监控204直流总线115上的电压，以确定感测的电压是否大于预定的直流总线115电压电平206。如果感测的电压不大于预定的电压电平206，则保护控制器150继续提供作为门信号的PWM信号202，同时监控204直流总线115。

当感测的电压大于预定的电压电平时，预定的逆变器110故障条件已经被检测到206。预定的逆变器110故障条件例如包括由于严重的故障引起的逆变器110的损坏，严重的故障比如是绝缘栅双极晶体管(IGBT)离饱和故障、偏置功率的损失、微控制器故障、或直流总线过电压或过电流条件。在这样严重的逆变器110故障条件期间，逆变器110的操作可能停止。

为了及时响应这样的故障条件，保护控制器150在电压感测输入端154不断监控204直流总线115的电压，以检测直流总线115电压电平何时变得大于预定的电压电平。预定的电压电平是三相短路激活阈值电压。当直流总线115电压达到三相短路激活阈值时，保护控制器发信号通知PWM直通模块158以阻塞210作为门信号提供给门驱动电路170的正常PWM信号。

系统100故障响应的两个主要类别可以分为开路型响应和短路型响应。对于逆变器110驱动的IPM电动机105，一个开路型故障响应造成到所有逆变器110开关元件120、121、122、123、124、125的驱动信号何时被断开或关断(即，所有开关元件120、121、122、123、124、125打开)。在该响应期间，电动机105经由与开关元件120、121、122、123、124、125关联的反并联二极管130、131、132、133、134、135连接到直流总线115。反并联二极管130、131、132、133、134、135创建电流流动的潜在通路，这取决于电动机105和直流总线115的工作条件。

在比如三相短路响应的短路型故障响应期间，通过闭合所有上面的开关元件120、122、124或所有下面的开关元件121、123、125，使电动机105的所有绕组138短路到直流总线115的节点117、119之一，以在到电动机105的逆变器110输入端处产生三相短路。短路转矩独立于直流总线115条件并且只是电动机105特性的函数，因为在这种故障响应期间从系统100有效地移除直流总线115。

驱动信号已经被断开或关断的故障响应也被称为不受控发生器(UCG)模式操作，因为电动器105在该故障期间作为发生器操作。与短路模式操作形成对比，UCG模式操作将感应电流(并由此产生转矩)以开始流动，使得由电动机105产生的基于磁性的反EMF电压超过通过逆变器110反并联二极管130、131、132、133、134、135的直流总线115电压。结果，电流导通开始的速度取决于电动机105参数(比如电动机105的速度)和直流总线115工作条件。如果在逆变器110故障时电动机105处于足够高的速度，则UCG模式跟着发生并且直流总线115电压增加。

为了根据本发明的实施例响应故障条件，保护控制器150通过感测电压感测输入端154处的电压来监控直流总线115电压电平211，并且响应于感测的电压电平来确定是提供短路型响应(即，三相短路)还是提供开路型响应(即，UCG)。根据本实施例，短路型响应是对称三相短路，其通过命令逆变器110的三个上面的开关元件120、122、124或三个下面的开关元件121、123、125闭合来应用于电动机端子。当机器在阈值速度之上时，对称的短路故障响应使后故障制动转矩最小化。根据本发明的实施例，利用直流总线115电压电平而不是电动机105的速度，来确定是否提供短路故障响应。当基于直流总线115上感测的电压电平大于阈值三相短路电压电平来确定212短路响应是合适时，保护控制器150发信号通知“上接通”部件161或“下接通部件”162来生成门信号214并将门信号提供215给门驱动电路170。门驱动电路170接着将驱动信号提供给所有上面的开关元件120、122、124或所有下面的开关元件121、123、125，以在到电动机105的逆变器110输入端处产生三相短路。

开路型响应是通过断开(即打开)所有六个逆变器开关所产生的UCG模式操作。当系统速度下降到阈值速度以下时，UCG模式使所感应的制动转矩值最小。根据本发明的实施例，也利用直流总线115电压电平来确定是否提供开路故障响应。因此，当基于直流总线115上感测的电压电平小于阈值UCG电压电平来确定212开路响应是合适时，保护控制器150发信号通知UCG模块164生成适当的信号216(比如门信号)，以打开所有的开关元件120、121、122、123、124、125，并将适当的信号218提供给门驱动电路170。门驱动电路170接着将适当的信号提供给所有的开关元件120、121、122、123、124、125，以产生UCG模式操作。在将门信号218提供给门驱动电路170之后，保护控制器150的处理返回到步骤211以监控直流总线115电压电平并确定212是提供短路型响应(即，三相短路)还是提供开路型响应(即，UCG)。

在三相短路模式期间，离饱和故障可能发生。如前所述，当驱动电路170检测到离饱和故障时，离饱和故障信号被提供给保护控制器150的离饱和故障输入端168。因此，在三相短路门信号被提供215给门驱动电路170时，保护控制器150的处理确定219在输入端168是否检测到离饱和故障信号。当在输入端168检测219到离饱和故障信号时，该离饱和故障信号指明通过门驱动电路170对直流总线115上电流的离饱和故障监控已经检测到过多的电流，保护控制器150试图通过断开(即打开)激活的上面或下面的开关元件组并接通(即闭合)未激活的上面或下面的开关元件组来激活三相短路以校正离饱和故障。由此，当在提供三相短路期间检测到219离饱和故障时，处理确定是激活220“上接通”部件161还是“下接通部件”162。

如果激活220“上接通”部件161，则“上接通”部件161被断开222，“下接通部件”162被激活224并且门信号被提供226给门控制电路170，以提供适当的驱动信号来打开上面的开关元件120、122、124且闭合下面的开关元件121、123、125。以这样的方式，当下面的开关元件121、123、125之一失败并引起其两端的短路，并且所试图的三相短路要接通所有上面的开关元件120、122、124时，检测到过多的电流指明离饱和故障并且保护控制器150可以将适当的门信号提供给门驱动电路170，以断开所有上面的开关元件120、122、124并接通所有下面的开关元件121、123、125，由此避免了离饱和故障同时将三相短路成功地施加到电动机105。

另一方面，如果未激活220“上接通”部件161，则“下接通部件”162被断开228，“上接通”部件161被激活230并且门信号被提供232给门控制电路170，以提供适当的驱动信号来打开下面的开关元件121、123、125且闭合上面的开关元件120、122、124。在适当的门信号被提供226、232给门驱动电路170之后，处理返回到确定离饱和故障是否已经被校正(即电流是否已经降低到可接受的水平)。

因此，根据本发明的实施例的保护控制器的操作实现了响应于检测特定于机器的阈值电压而在电动机系统100中激活三相短路或UCG模式操作，特定于机器的阈值电压如在监控204施加到逆变器110的直流总线115电压时被检测。因此，根据本发明的实施例利用了两个故障模式(对称的三相短路响应和三相不受控生成(UCG)模式故障响应)。对称的短路故障响应使电动机系统100在阈值速度以上操作时的后故障制动转矩最小。当系统速度降低到阈值速度以下时，系统100断开六个逆变器110开关元件120、121、122、123、124、125以感应三相UCG模式故障响应，以便使感应的制动转矩值最小。因为在一些故障条件期间，电动机速度可能不可得，根据本发明的实施例的操作只允许用直流总线电压，而不依赖于外部电源、传感器信息、或反馈。因此，根据本发明的实施例的操作有利地将直流总线115电压用作为预定故障条件检测206的控制参数以及将直流总线115电压用作为用于保护电路150的单独的偏置电源，而不要求附加的偏置电源。

参考图3，时序图300从上到下示出了电动机105的速度320、上面的三相短路激活阈值电压电平306和下面的UCG激活阈值电压电平308之间直流总线115上的电压电平304、在保护控制器150内提供给“上接通”部件161和“下接通部件”162的三相短路命令和UCG命令信号310、如提供给保护控制器150的门信号输出159的PWM门信号312。

在正常的逆变器110操作期间，电动机控制处理器将PWM信号发送给保护控制器150的PWM输入端156。如时序图300的左手边所示，当不处于故障条件下，保护控制器150将PWM信号312传到门驱动电路170。但是在时间314，逆变器110由严重故障禁用，比如IGBT离饱和故障、偏置功率的损失、微控制器故障、直流总线115过电压或过电流，并且逆变器110操作停止。如果在逆变器故障的时间314，电动机105处于足够高的速度302，则UCG模式跟着发生并且直流总线电压304增加。

保护控制器150不断监控直流总线115电压(步骤204、211)。当直流总线115电压电平304在时间316达到三相短路激活阈值电压电平306，保护控制器断开到门驱动电路170的正常PWM信号312(步骤210)。保护控制器150接着提供三相短路信号310以为所有上面的开关或所有下面的开关生成门信号(步骤214)以在电动机105输入端产生三相短路。

在三相短路310的激活后，电动机系统100的反EMF不再对直流总线115充电。因此，电压电平304因为来自连接到直流总线115的部件的负载效应而降低。当直流总线115电压电平304在时间318下降到第二个更低的阈值308时，三相短路命令310被断开，这允许电动机系统100再次进入UCG模式。取决于在去激活三相短路时(例如在时间318)的机器速度302，直流总线115电压电平可再次上升到激活阈值306之上，此时，可以再次应用三相短路命令310。通过以这样的方式激活和去激活三相短路命令310，直流总线115电压电平可以被限制在两个阈值电平308、306之间，直到电动机105足够减慢(例如低于电动机速度320)，使得直流总线115电压电平对于触发三相短路命令不是足够高。因此，在时间322后，UCG模式是安全的且不再需要三相短路命令310。

因此可以看出，保护电路150连接到用于偏置功率和电压感测控制参数的直流总线115以激活保护模式，并且由此防止由于大量潜在问题引起的逆变器110故障，包括逆变器的偏置功率的损失、处理器故障、功率开关故障、或传感器故障，同时不需要外部的偏置电源。此外，在初级保护方法存在的电动机系统100中，根据本发明的实施例的保护电路130可以用作为逆变器110的冗余备份保护。

尽管在前面详细说明中给出了至少一个示例实施例，但是应当理解，存在大量的变型。还应当理解，一个或多个实施例仅仅是例子，而不是要以任何方式限制本发明的范围、应用和配置。相反，前面的详细描述将为本领域技术人员提供方便的路标来实现一个或多个示例实施例。应当理解，可以对元件的功能和布置做出各种变化而不会偏离所附权利要求中所述的本发明的范围以及其法律等同体。

Claims

1.一种逆变器保护电路，用于保护永磁电动机系统中的逆变器，该永磁电动机系统包括用于向逆变器提供工作电压的直流总线(DC)，该逆变器保护电路包括：

保护控制器，耦合到直流总线并根据由它提供的电压来检测预定的逆变器故障条件；和

电源，耦合到直流总线和保护控制器，用于利用从直流总线提供的电压来给保护控制器供电。

2.根据权利要求1的逆变器保护电路，还包括耦合到保护控制器并从中接收门信号的门驱动电路，该门信号包括脉宽调制(PWM)门控制信号和门保护信号，其中门保护信号是由保护控制器响应于预定逆变器故障条件的检测而生成的。

3.根据权利要求2的逆变器保护电路，其中逆变器包括开关元件，每个开关元件可操作地响应于来自门驱动电路的驱动信号，以将来自直流总线的电压重新路由到在逆变器控制之下操作的电动机，驱动信号是由门驱动电路响应于门信号而生成的。

4.根据权利要求3的逆变器保护电路，其中电动机具有用于产生其相位的预定数量的绕组，开关元件第一部分中的每一个连接在直流总线的高电压节点和预定数量的绕组之一之间，并且开关元件第二部分中的每一个连接在预定数量的绕组之一和直流总线的低电压节点之间。

5.根据权利要求4的逆变器保护电路，其中驱动信号包括PWM驱动信号、第一故障驱动信号、第二故障驱动信号、和第三故障驱动信号，该PWM驱动信号响应于PWM门控制信号而生成且提供给开关元件以便对其进行控制，该第一故障驱动信号响应于门保护信号中的第一个信号而生成并提供给开关元件的第一部分以便将直流总线的高电压节点连接到预定数量的绕组中的每个绕组，该第二故障驱动信号响应于门保护信号中的第二个信号而生成并提供给开关元件的第二部分以便将直流总线的低电压节点连接到预定数量的绕组中的每个绕组，并且该第三故障驱动信号响应于门保护信号中的第三个信号而生成并提供给开关元件的第一部分和第二部分以用于将开关元件的第一部分和第二部分打开。

6.根据权利要求4的逆变器保护电路，其中电动机是具有三个绕组的同步三相电动机，并且其中开关元件的第一部分包括三个开关元件，并且其中开关元件的第二部分包括三个开关元件。

7.根据权利要求1的逆变器保护电路，其中保护控制器包括耦合到直流总线的故障检测输入端，以感测预定的电动机控制故障条件。

8.根据权利要求7的逆变器保护电路，其中故障检测输入端是连接在直流总线两端的电压感测输入端，并且其中预定的电动机控制故障条件包括比预定电压电平高的反电动势(反EMF)电压的不受控生成(UCG)。

9.根据权利要求4的逆变器保护电路，其中保护控制器包括：

偏置功率输入端，耦合到电源以从它接收偏置功率输入；

故障检测输入端，连接到直流总线的高电压节点和直流总线的低电压节点，保护控制器响应于电压感测输入端处在直流总线两端感测的电压来检测预定的电动机控制故障条件，包括第一预定故障条件和第二预定故障条件；

脉宽调制(PWM)输入端，用于接收来自电动机控制处理器的PWM信号；

门信号输出端，用于将门信号提供到门驱动电路，其中门保护信号包括第一门保护信号和第二门保护信号；

PWM直通部件，耦合到PWM输入端和门信号输出端，用于当保护控制器没有检测到任何预定的逆变器故障条件时，将PWM信号提供给门信号输出端以作为PWM门控制信号，并且用于当保护控制器检测到任何预定的逆变器故障条件时，不将PWM信号提供给门信号输出端；

第一故障响应部件，用于响应于检测到预定逆变器故障条件中的第一个条件而生成第一或第二门保护信号并将它们提供给门信号输出端；和

第二故障响应部件，用于响应于检测到预定逆变器故障条件中的第二个条件而生成第三门保护信号并将它提供给门信号输出端。

10.根据权利要求9的逆变器保护电路，其中驱动信号包括响应于PWM门控制信号而生成的PWM驱动信号、响应于第一门保护信号而生成的第一故障驱动信号、响应于第二门保护信号而生成的第二故障驱动信号、和响应于第三门保护信号而生成的第三故障驱动信号，并且

其中门驱动电路将PWM驱动信号和第三故障驱动信号提供给开关元件的第一和第二部分以便对其进行控制，将第一故障驱动信号提供给开关元件的第一部分以便将直流总线的高压节点连接到预定数量的绕组中的每个绕组从而为逆变器提供保护，并且将第二故障驱动信号提供给开关元件的第二部分以便将直流总线的低压节点连接到预定数量的绕组中的每个绕组从而为逆变器提供保护。

11.一种用于保护永磁电动机系统中的电动机控制电路的方法，该方法包括步骤：在给电动机控制电路供电的直流(DC)总线上感测预定的电动机控制电路故障条件，该预定的电动机控制电路故障条件通过由直流总线供电的保护电路来感测。

12.根据权利要求11的方法，还包括步骤：响应于在直流总线上感测的预定电动机控制电路故障条件而启动预定的故障条件响应。

13.根据权利要求12的方法，其中启动预定的故障条件响应的步骤包括步骤：

响应于在直流总线上感测的预定电动机控制电路故障条件而生成故障驱动信号；和

将故障驱动信号提供给电动机控制电路的开关元件以便为电动机控制电路提供保护。

14.根据权利要求13的方法，其中启动预定的故障条件响应的步骤还包括步骤：开关元件响应于故障驱动信号而重新路由电动机控制电路中的电流，以便为电动机控制电路提供保护。

15.根据权利要求14的方法，其中故障驱动信号至少包括第一驱动信号和第二驱动信号，并且其中电动机控制电路是逆变器，包括耦合在直流总线和电动机系统的永磁电动机之间的开关元件，这些开关元件的第一部分连接在直流总线的高电压节点和电动机绕组之间，并且这些开关元件的第二部分连接在直流总线的低电压节点和电动机绕组之间，并且其中重新路由电动机控制电路中的电压的步骤包括步骤：

开关元件的第一部分响应于第一驱动信号而将直流总线的高电压节点直接连接到同步电动机的每个绕组；和

开关元件的第二部分响应于第二驱动信号而将直流总线的低电压节点直接连接到同步电动机的每个绕组。

16.根据权利要求15的方法，还包括步骤：

监控在直流总线上流过的电流；

响应于比预定电流大的在直流总线上流过的电流而检测离饱和故障；

在第一驱动信号正被提供给电动机控制电路的同时，响应于检测到离饱和故障而从提供第一驱动信号切换到提供第二驱动信号；和

在第二驱动信号正被提供给电动机控制电路的同时，响应于检测到离饱和故障而从提供第二驱动信号切换到提供第一驱动信号。

17.根据权利要求11的方法，其中感测预定的电动机控制电路故障条件的步骤包括步骤：感测直流总线上的电压.

18.根据权利要求17的方法，其中感测直流总线上电压的步骤包括步骤：响应于感测到比反电动势(反EMF)电压的预定不受控生成(UCG)高的直流总线上的电压，检测预定的电动机控制电路故障条件。

19.一种电动机系统，包括：

永磁电动机，具有与永磁电动机的相位对应的预定数量的绕组；

直流(DC)总线，耦合到电源并向电动机系统提供工作电压；

电动机控制电路，连接到直流总线以从它接收工作功率从而操作电动机控制电路，电动机控制电路还连接到永磁电动机的绕组以控制永磁电动机；和

保护电路，连接到直流总线以从它接收电压从而操作保护电路，其中保护电路还连接到直流总线以检测预定的电动机控制电路故障条件，并且响应于此而为电动机控制电路提供保护。

20.根据权利要求19的电动机系统，其中保护电路包括：

保护控制器，耦合到电动机控制电路，保护控制器检测预定的电动机控制电路故障条件并响应于预定的电动机控制电路故障条件而为电动机控制电路提供保护；和

电源，耦合到直流总线和保护控制器，用于利用从直流总线提供的电压来给保护控制器供电，

其中电动机控制电路是逆变器，包括连接在直流总线和永磁电动机的预定数量绕组之间的开关元件，并且其中每个开关元件响应于来自电动机控制处理器的脉宽调制(PWM)信号或从保护电路提供的故障驱动信号而将直流总线的高电压节点或低电压节点连接到永磁电动机的预定数量绕组之一，故障驱动信号是保护电路响应于由保护控制器生成的用于保护电动机控制电路的门保护信号而提供的。