CN104298221B - 三相全桥开关电路故障检测方法和装置 - Google Patents

三相全桥开关电路故障检测方法和装置 Download PDF

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    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults

Abstract

本发明涉及一种三相全桥开关电路故障检测方法和装置，本发明的方法需要分别对某相单个桥臂进行检测，在检测首先时开关电路工作于该相一侧桥臂导通，另两相对侧桥臂导通的状态；然后测量该相电流，根据该相电流值判断是否出现故障，以及出现何种故障。本发明的方法无需拆开控制器就可以判断IGBT故障，省时省力，提高效率。

Description

三相全桥开关电路故障检测方法和装置
技术领域
本发明涉及一种三相全桥开关电路故障检测方法，用于对电机控制器驱动电路的自检。
背景技术
新能源汽车通过能源多元化、动力电气化、排放洁净化并且噪音低等优势，推动我国新能源汽车的迅速发展。新能源汽车动力系统主要包括电机、电机控制器两大核心部件，而电机控制器又分为控制电路和驱动电路，驱动电路是由6个IGBT或者MOS管组成，如图1所示。V1到V6为IGBT功率开关管，V1、V3、V5为A、B、C三相的上桥，V2、V4、V6为A、B、C三相的下桥。同一时间只有三个IGBT导通，同一相上下桥不可能同时导通，否则就会造成短路发生，损坏器件。
当电机控制器驱动电路失效的情况，也即功率开关管损坏，功率开关管损坏分为2种：1)短路，当某一相IGBT短路的时候电流很大，此时控制器会报过电流故障，并不会报IGBT故障，无法直观的定位问题的根源。2)断路，当某一相IGBT断路的时候，此时控制器不会任何故障，只能人为的通过拆开控制器，通过万用表测试IGBT才能判断是否故障，耗时费力，效率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种三相全桥开关电路故障检测方法，用以解决采用三相全桥电路的电机控制器驱动电路故障检测效率低下的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
三相全桥开关电路故障检测方法，分别对任一相的一侧桥臂进行检测，步骤如下：
使开关电路工作，并使待检测桥臂以设定占空比导通，另两相同侧桥臂截止；测量待测桥臂所在相电流；若测量电流值大于设定的过流保护值，则判断待测桥臂开关管短路；若测量电流值小于设定的零电流值，则判断待测桥臂开关管断路或者另两相对侧桥臂同时断路；若测量电流值小于所述设定占空比对应的电流值，则检测另两相电流，判断这两相中一相电流为零的桥臂开关管断路。
所述设定占空比为20％。
所述三相全桥开关电路为电机控制器驱动电路。
测量三相电流时，测量两相电流，通过三相电流和为零推算另一相电流。
三相全桥开关电路故障检测装置，分别对任一相的一侧桥臂进行检测，包括：初始模块：使开关电路工作，并使待检测桥臂以设定占空比导通，另两相同侧桥臂截止的模块；测量模块：测量待测桥臂所在相电流；判断模块：若测量电流值大于设定的过流保护值，则判断待测桥臂开关管短路；若测量电流值小于设定的零电流值，则判断待测桥臂开关管断路或者另两相对侧桥臂同时断路；若测量电流值小于所述设定占空比对应的电流值，则检测另两相电流，判断这两相中一相电流为零的桥臂开关管断路。
所述设定占空比为20％。
所述三相全桥开关电路为电机控制器驱动电路。
测量三相电流时，测量两相电流，通过三相电流和为零推算另一相电流。
本发明的方法需要分别对某相单个桥臂进行检测，在检测首先时开关电路工作于该相一侧桥臂导通，另两相对侧桥臂导通的状态；然后测量该相电流，根据该相电流值判断是否出现故障，以及出现何种故障。
将本发明的方法用于电机控制器驱动电路，通过上电之后短时间内就可以检测电机控制器驱动电路具体某一相的开关管(IGBT)功率开关管损坏，无需拆开控制器就可以判断IGBT故障，省时省力，提高效率。检测出IGBT故障时候，就关波，防止更多的电路元器件损坏。
附图说明
图1是驱动电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
对于电机控制器驱动电路，在整车上电之后的500ms时间段内，通过控制各个开关管导通与关断，检测A、B、C三相电流是否异常，进而判断哪个IGBT损坏。由于当某一相上桥臂开关管“开”状态时(此时该相下桥臂开关管必然是“关”状态)，开关状态为1；当某一相上桥臂开关管“关”状态时(此时该相下桥臂开关管必然是“开”状态)，开关状态为0；3个桥臂只有1或0两种状态；因此A、B、C任一侧桥臂(如上侧桥臂或者下侧桥臂)形成000,111，001,010,011,100,101,110共8种开关模式。其中000、111两种状态逆变器输出电压为0，此时不会有电流产生。图1中电流采样是采A、C相两相，B相电流可以根据IA+IB+IC＝0推出来。
以下具体给出对所有桥臂的检测过程：
1)检测A相上桥V1管是否故障
当开关管处于100状态时，也即给定A相一定量的占空比(20％)，B、C相给定0％占空比，代表V1、V4、V6导通，电流由A相上桥流入，B相和C相下桥流回到电源负极。此时通过检测三相电流相电流值。
如果此时A相电流IA大于设定的过流保护值，可知V1管处于短路状态。
如果此时A相电流很小接近于0A，说明A相上桥损坏，或者B、C相下桥同时损坏。
如果此时A相电流处于设定占空比下应有电流值范围下，在检测B、C相的电流，如果这两相中某一相没有电流，说明这两相中某一相下桥开关管损坏。
2)检测A相下桥V2管是否故障
当开关管处于011状态时，也即给定B、C相一定量的占空比(20％)，A相给定0％占空比，代表V2、V3、V5导通，电流由B、C相上桥流入，A相下桥流回到电源负极。此时通过检测三相电流相电流值。
如果此时A相电流IA大于设定的过流保护值，可知V2管处于短路状态。
如果此时A相电流很小接近于0A，说明A相下桥损坏，或者B、C相上桥同时损坏。
如果此时A相电流处于设定占空比下应有电流值范围下，在检测B、C相的电流，如果这两相中某一相没有电流，说明这两相中某一相上桥开关管损坏。
3)检测B相上桥V3管是否故障
当开关管处于010状态时，也即给定B相一定量的占空比(20％)，A、C相给定0％占空比，代表V2、V3、V6导通，电流由B相上桥流入，A相和C相下桥流回到电源负极。此时通过检测三相电流相电流值。
如果此时B相电流IB大于设定的过流保护值，可知V3管处于短路状态。
如果此时B相电流很小接近于0A，说明B相上桥损坏，或者A、C相下桥同时损坏。
如果此时B相电流处于设定占空比下应有电流值范围下，在检测A、C相的电流，如果这两相中某一相没有电流，说明这两相中某一相下桥开关管损坏。
4)检测B相下桥V4管是否故障
当开关管处于101状态时，也即给定A、C相一定量的占空比(20％)，B相给定0％占空比，代表V1、V4、V5导通，电流由A、C相上桥流入，B相下桥流回到电源负极。此时通过检测三相电流相电流值。
如果此时B相电流IB大于设定的过流保护值，可知V4管处于短路状态。
如果此时B相电流很小接近于0A，说明B相下桥损坏，或者A、C相上桥同时损坏。
如果此时B相电流处于设定占空比下应有电流值范围下，在检测A、C相的电流，如果这两相中某一相没有电流，说明这两相中某一相上桥开关管损坏。
5)检测C相上桥V5管是否故障
当开关管处于001状态时，也即给定C相一定量的占空比(20％)，A、B相给定0％占空比，代表V2、V4、V5导通，电流由C相上桥流入，A相和B相下桥流回到电源负极。此时通过检测三相电流相电流值。
如果此时C相电流IC大于设定的过流保护值，可知V5管处于短路状态。
如果此时C相电流很小接近于0A，说明C相上桥损坏，或者A、B相下桥同时损坏。
如果此时C相电流处于设定占空比下应有电流值范围下，在检测A、B相的电流，如果这两相中某一相没有电流，说明这两相中某一相下桥开关管损坏。
6)检测C相下桥V6管是否故障
当开关管处于110状态时，也即给定A、B相一定量的占空比(20％)，C相给定0％占空比，代表V1、V3、V6导通，电流由A、B相上桥流入，C相下桥流回到电源负极。此时通过检测三相电流相电流值。
如果此时C相电流IC大于设定的过流保护值，可知V6管处于短路状态。
如果此时C相电流很小接近于0A，说明C相下桥损坏，或者A、B相上桥同时损坏。
如果此时C相电流处于设定占空比下应有电流值范围下，在检测A、B相的电流，如果这两相中某一相没有电流，说明这两相中某一相上桥开关管损坏。
以上给出一种具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.三相全桥开关电路故障检测方法，其特征在于，分别对任一相的一侧桥臂进行检测，步骤如下：
使开关电路工作，并使待检测桥臂以设定占空比导通，另两相同侧桥臂截止，另两相对侧桥臂导通；
测量待测桥臂所在相电流；
若测量电流值大于设定的过流保护值，则判断待测桥臂开关管短路；若测量电流值小于设定的零电流值，则判断待测桥臂开关管断路或者另两相对侧桥臂同时断路；若测量电流值小于所述设定占空比对应的电流值，则检测另两相电流，判断这两相中一相电流为零的桥臂开关管断路。
2.根据权利要求1所述的三相全桥开关电路故障检测方法，其特征在于，所述设定占空比为20％。
3.根据权利要求1所述的三相全桥开关电路故障检测方法，其特征在于，所述三相全桥开关电路为电机控制器驱动电路。
4.根据权利要求1所述的三相全桥开关电路故障检测方法，其特征在于，测量三相电流时，测量两相电流，通过三相电流和为零推算另一相电流。
5.三相全桥开关电路故障检测装置，其特征在于，分别对任一相的一侧桥臂进行检测，包括：
初始模块：使开关电路工作，并使待检测桥臂以设定占空比导通，另两相同侧桥臂截止，另两相对侧桥臂导通的模块；
测量模块：测量待测桥臂所在相电流；
判断模块：若测量电流值大于设定的过流保护值，则判断待测桥臂开关管短路；若测量电流值小于设定的零电流值，则判断待测桥臂开关管断路或者另两相对侧桥臂同时断路；若测量电流值小于所述设定占空比对应的电流值，则检测另两相电流，判断这两相中一相电流为零的桥臂开关管断路。
6.根据权利要求5所述的三相全桥开关电路故障检测装置，其特征在于，所述设定占空比为20％。
7.根据权利要求5所述的三相全桥开关电路故障检测装置，其特征在于，所述三相全桥开关电路为电机控制器驱动电路。
8.根据权利要求5所述的三相全桥开关电路故障检测装置，其特征在于，测量三相电流时，测量两相电流，通过三相电流和为零推算另一相电流。
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