CN108667392B - 电机控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机控制器及其控制方法，所述电机控制器包括控制模块、驱动模块、测量模块和电机控制器PCB板，其中：所述测量模块测量所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数，并将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给所述控制模块；所述控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，所述控制模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度控制所述驱动模块的关闭和开启。本发明实现了软件动态调整电机电流阈值实现对系统的保护，灵活性好。

Description

电机控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车动力控制技术领域，特别涉及一种电机控制器及其控制方法。

背景技术

无刷直流电机(BLDC)以其体积小，转矩特性优异及控制系统方案成熟等特点，越来越广泛的应用在自动变速器控制系统(TCU)当中，包括离合器、选换档执行机构及油泵等系统，受到各个整车厂商及变速器供应商的青睐。

而无刷直流电机的驱动电路的过流和过温故障是影响自动变速器控制单元(TCU)性能的主要原因之一，因此对驱动电路过温过流故障的有效保护能够极大提升TCU系统的稳定性与安全性，而其保护的关键在于驱动模块中的MOSFET等器件结温和表面温度的精确获得，现有技术中对驱动电路的保护是在TCU设计之初，对驱动模块中的器件进行仿真，对驱动模块中的器件的工作状态进行事先的评估来确保TCU的设计符合安全要求，但这种方法在仿真中搭建精确的热阻网络模型需要复杂的热仿真及热测试过程，另外热阻网络会受PCB布置方式以及散热外壳的材料和机械结构的变化而变化，然而实际中不同的项目其PCB形状及外壳散热方式不尽相同，采用这种方式效率低，通用性很差，灵活性差，仿真精度低，对TCU投入使用后的工作环境和载荷也不确定，从而会导致系统的不确定性和稳定性差，目前利用软件实现对于无刷直流电机的驱动级产热精确预估并实现保护策略研究并不多。

因此，需要设计一种灵活性好、对驱动模块工作性能进行实时模拟和保护的电机控制器及其控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机控制器及其控制方法，以解决现有的电机控制器及其控制方法灵活性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电机控制器，所述电机控制器控制一电机，所述电机控制器包括控制模块、驱动模块、测量模块和电机控制器PCB板，其中：

所述控制模块、驱动模块和测量模块设置在所述电机控制器PCB板上；

所述驱动模块用于驱动所述电机；

所述测量模块测量所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数，并将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给所述控制模块；

所述控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，所述控制模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度控制所述驱动模块的关闭和开启。

可选的，在所述的电机控制器中，所述控制模块包括温度计算模块和电机保护模块，其中：

所述温度计算模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，并将所述驱动模块的表面温度和结点温度发送给所述电机保护模块；

所述电机保护模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度对所述驱动模块进行过温保护和过流保护，判断所述驱动模块是否发生过温或过流故障，来关闭或开启所述驱动模块。

可选的，在所述的电机控制器中，所述温度计算模块包括功耗计算模块、结点温度计算模块和表面温度计算模块，其中：

所述测量模块将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给所述功耗计算模块，并将所述驱动模块的基础温度提供给所述结点温度计算模块和所述表面温度计算模块；

所述功耗计算模块通过所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度、所述驱动模块的基础温度和运行参数以及所述驱动模块的结点温度计算所述驱动模块的功耗；

所述结点温度计算模块根据所述驱动模块的功耗计算所述驱动模块的结点温升，并结合所述驱动模块的基础温度和所述驱动模块的结点温升得到所述驱动模块的结点温度，所述结点温度计算模块将所述驱动模块的结点温度实时提供给所述功耗计算模块；

所述表面温度计算模块根据所述驱动模块的功耗计算所述驱动模块的表面温升，并结合所述驱动模块的基础温度和所述驱动模块的表面温升得到所述驱动模块的表面温度。

可选的，在所述的电机控制器中，所述驱动模块包括若干个驱动器件，所述功耗计算模块还包括误差计算模块，所述误差计算模块用于计算驱动模块中各驱动器件之间的热辐射造成的功耗误差，所述功耗误差的计算如下：

ΔPv_err1＝k*{[T_case1-ΔT_tempcase2-ΔT_tempcase3-...-ΔT_tempcasen]-T_PCB}

其中：ΔPv_err1为驱动模块中第一个驱动器件的功耗误差，k为误差系数， T_case1为驱动模块中第一个驱动器件的基础温度，ΔT_tempcasen为驱动模块中第n 个器件的热辐射，T_PCB为电机控制器PCB板的温度。

可选的，在所述的电机控制器中，所述驱动模块中第n个器件的热辐射与其基础温度的传递函数如下：

其中：K和T为辐射系数。

可选的，在所述的电机控制器中，所述控制模块对电机运行情况进行判断，其中：

若电机正常运行，则所述驱动模块的功耗由第一高边功耗、第二高边功耗、第三高边功耗、第四高边功耗、第一低边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗决定；

若电机堵转运行，则所述驱动模块的功耗由第一高边功耗、第四高边功耗、第一低边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗决定；

其中，所述第一高边功耗和第一低边功耗由电机的电流有效值和所述驱动模块的结点温度决定的；所述第二高边功耗、第三高边功耗、第四高边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗由所述驱动模块中的驱动器件的特性决定的。

可选的，在所述的电机控制器中，所述驱动模块的结点温升与驱动模块的功耗的传递函数如下：

其中：K₁、T₁、K₂和T₂为结点温升系数。

可选的，在所述的电机控制器中，所述驱动模块的表面温升与驱动模块的功耗的传递函数如下：

其中：K₃、T₃、K₄和T₄为表面温升系数。

可选的，在所述的电机控制器中，所述电机保护模块包括过温保护模块，其中：

所述过温保护模块根据所述驱动模块的结点温度和表面温度得到所述驱动模块的温度系数；

若所述驱动模块的温度系数大于过温阈值，则关闭所述驱动模块并进行报警；

若所述驱动模块的温度系数小于过温恢复阈值，则开启所述驱动模块并解除报警。

可选的，在所述的电机控制器中，所述电机保护模块还包括过流保护模块，其中：

所述过流保护模块根据所述驱动模块的表面温度得到所述电机的允通电流以及所述允通电流的时间系数；

所述过流保护模块将电机的当前电流的平方值与所述允通电流的平方值进行相除得到一个电流比值；

所述过流保护模块根据所述电流比值和所述允通电流的时间系数，得到电机的电流系数；

若所述电机的电流系数大于过流阈值，则关闭所述驱动模块并进行报警；

若所述电机的电流系数小于过流恢复阈值，则开启所述驱动模块并解除报警。

本发明还提供一种电机控制方法，所述电机控制方法包括：

驱动模块驱动电机；

测量模块测量所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数，并将所述电机的运行参数、电机控制器 PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给所述控制模块；

控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，所述控制模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度控制所述驱动模块的关闭和开启。

可选的，在所述的电机控制方法中，所述控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，所述控制模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度控制所述驱动模块的关闭和开启包括：

所述温度计算模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，并将所述驱动模块的表面温度和结点温度发送给所述电机保护模块；

所述电机保护模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度对所述驱动模块进行过温保护和过流保护，判断所述驱动模块是否发生过温或过流故障，来关闭或开启所述驱动模块。

可选的，在所述的电机控制方法中，所述温度计算模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的各驱动器件的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的各驱动器件的表面温度和结点温度包括：

所述测量模块将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给所述功耗计算模块，并将所述驱动模块的基础温度提供给所述结点温度计算模块和所述表面温度计算模块；

所述功耗计算模块通过所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度、所述驱动模块的基础温度和运行参数以及所述驱动模块的结点温度计算所述驱动模块的功耗；

所述结点温度计算模块根据所述驱动模块的功耗计算所述驱动模块的结点温升，并结合所述驱动模块的基础温度和所述驱动模块的结点温升得到所述驱动模块的结点温度，所述结点温度计算模块将所述驱动模块的结点温度实时提供给所述功耗计算模块；

所述表面温度计算模块根据所述驱动模块的功耗计算所述驱动模块的表面温升，并结合所述驱动模块的基础温度和所述驱动模块的表面温升得到所述驱动模块的表面温度。

可选的，在所述的电机控制方法中，所述电机保护模块根据所述驱动模块各驱动器件的表面温度和结点温度对电机进行过温保护包括：

所述过温保护模块根据所述驱动模块的结点温度和表面温度得到所述驱动模块的温度系数；

若所述驱动模块的温度系数大于过温阈值，则关闭所述驱动模块并进行报警；

若所述驱动模块的温度系数小于过温恢复阈值，则开启所述驱动模块并解除报警。

可选的，在所述的电机控制方法中，所述电机保护模块根据所述驱动模块各驱动器件的表面温度对电机进行过流保护包括：

所述过流保护模块根据所述驱动模块的表面温度得到所述电机的允通电流以及所述允通电流的时间系数；

所述过流保护模块将电机的当前电流的平方值与所述允通电流的平方值进行相除得到一个电流比值；

所述过流保护模块根据所述电流比值和所述允通电流的时间系数，得到电机的电流系数；

若所述电机的电流系数大于过流阈值，则关闭所述驱动模块并进行报警；

若所述电机的电流系数小于过流恢复阈值，则开启所述驱动模块并解除报警。

在本发明提供的电机控制器及其控制方法中，通过所述控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，所述控制模块再根据所述驱动模块的表面温度和结点温度控制驱动模块运行，从而实现软件动态调整电机电流阈值实现对系统的保护，灵活性好。另外，通过软件模型方式估算驱动模块的温度，可以使用无硬件过温关断功能的驱动器件，有效降低驱动模块中的MOSFET等器件的选型成本，本发明的电机控制器的硬件成本和开发成本大大减少。

进一步的，本发明中的电机控制器建立热模型的测试匹配环境，温度模型的实时动态性能也得以监控，有效地降低了由于通用热模型匹配参数多带来的匹配困难；实际项目应用中热模型算法估算温度误差均小于5℃，甚至超过了带有内部温度传感器器件的测量精度，应用效果良好；

更进一步的，由于热模型能够较准确的估算驱动模块的结点温度，从而使得后续的过温、过流保护策略起到了很好的效果，提高了系统的安全性能。

总之，本发明通过软件方式建立一个通用的简化热阻网络数学模型应用于驱动级温度计算，并实现软件过温过流保护策略。不同的电机控制器只需要通过试验比对重新匹配热模型的各个传递函数参数，即可使得这些问题得到有效的解决，本方案可应用于其他使用BLDC电机的功率驱动场合。

附图说明

图1是本发明实施例中的电机控制器及其控制方法原理结构示意图；

图2是本发明实施例中的温度计算模块原理结构及控制方法示意图；

图3是本发明实施例中的功耗计算模块原理结构及控制方法示意图；

图4是本发明实施例中的电机保护模块原理结构及控制方法示意图；

图5是本发明实施例中的过温保护模块原理结构及控制方法示意图；

图6是本发明实施例中的过流保护模块原理结构及控制方法示意图；

图中所示：1-测量模块；2-驱动模块；3-控制模块；31-温度计算模块； 311-功耗计算模块；3111-误差计算模块；312-结点温度计算模块；313-表面温度计算模块；32-电机保护模块；321-过温保护模块；322-过流保护模块； 4-电机。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电机控制器及其控制方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种灵活性好、对驱动模块工作性能进行实时模拟和保护的电机控制器及其控制方法。

为实现上述思想，本发明提供了一种电机控制器，所述电机控制器控制一电机，所述电机控制器包括控制模块、驱动模块、测量模块和电机控制器PCB板，其中：所述控制模块、驱动模块和测量模块设置在所述电机控制器PCB板上；所述驱动模块用于驱动所述电机；所述测量模块测量所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数，并将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给所述控制模块；所述控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，所述控制模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度控制所述驱动模块的关闭和开启。

<实施例一>

本实施例提供一种电机控制器，如图1所示，所述电机控制器控制一电机4，所述电机控制器包括控制模块3、驱动模块2和测量模块1和电机控制器PCB板，其中：所述控制模块3、驱动模块2和测量模块1设置在所述电机控制器PCB板上；所述驱动模块2用于驱动所述电机4；所述测量模块1测量所述电机4的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块2的基础温度和运行参数，并将所述电机4的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块2的基础温度和运行参数提供给所述控制模块3；所述控制模块3根据电机4的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块2的基础温度和运行参数计算所述驱动模块2的表面温度和结点温度，所述控制模块3根据所述驱动模块2的表面温度和结点温度控制所述驱动模块2的关闭和开启，从而进一步控制电机4的运行。其中，电机的运行参数包括电机相电流有效值，电机的输入电压(由供电电池的电压决定)，电机转速，占空比，反向电动势，死区时间等；电机控制器PCB板的温度由温度传感器、温度测量芯片或电机控制器内部集成的温度传感模块测量，所述驱动模块2的基础温度由温度传感器或温度测量芯片测量，可能包括但不限于驱动模块周围环境温度，驱动模块中的驱动器件的温度等。驱动模块的运行参数包括但不限于导通电流、导通电压、导通电阻和导通功耗等。

进一步的，所述控制模块3包括温度计算模块31和电机保护模块32，其中：所述温度计算模块31根据电机4的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块2的基础温度和运行参数计算所述驱动模块2的表面温度和结点温度，并将所述驱动模块2的表面温度和结点温度发送给所述电机保护模块32；所述电机保护模块32根据所述驱动模块2的表面温度和结点温度对所述驱动模块2进行过温保护和过流保护，判断所述驱动模块2是否发生过温或过流故障，来关闭或开启所述驱动模块2。

更进一步的，如图2所示，所述温度计算模块31包括功耗计算模块 311、结点温度计算模块312和表面温度计算模块313，其中：所述测量模块1将所述电机4的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块 2的基础温度和运行参数提供给所述功耗计算模块311，并将所述驱动模块2的基础温度提供给所述结点温度计算模块312和所述表面温度计算模块 313；所述功耗计算模块311通过所述电机4的运行参数、电机控制器PCB 板的温度、所述驱动模块2的基础温度和运行参数以及所述驱动模块2的结点温度计算所述驱动模块2的功耗；所述结点温度计算模块312根据所述驱动模块2的功耗计算所述驱动模块2的结点温升，并结合所述驱动模块2的基础温度得到所述驱动模块2的结点温度，所述结点温度计算模块 312将所述驱动模块2的结点温度实时提供给所述功耗计算模块311；再将结点温度反馈给功耗计算模块来进行功耗的迭代运算，由于计算功耗涉及到驱动模块中器件的导通功耗，而导通功耗是由导通电阻和电机电流有效值决定的，导通电阻又由结点温度决定，所以在计算功耗和结点温度时，需要二者进行迭代和反馈，在计算之初，结点温度可将基础温度作为初始值提供给功耗计算模块；所述表面温度计算模块313根据所述驱动模块2 的功耗计算所述驱动模块2的表面温升，并结合所述驱动模块2的基础温度得到所述驱动模块2的表面温度。

其中，所述驱动模块2包括若干个驱动器件，所述功耗计算模块311 还包括误差计算模块3111，所述误差计算模块3111用于计算驱动模块2中各驱动器件之间的热辐射造成的功耗误差，所述功耗误差的计算如下：

ΔPv_err1＝k*{[T_case1-ΔT_tempcase2-ΔT_tempcase3-...-ΔT_tempcasen]-T_PCB}

其中：ΔPv_err1为驱动模块2中第一个驱动器件的功耗误差，k为误差系数，由电机控制器PCB板的结构决定，在电机控制器的研发过程中，可由试验测试或仿真计算获得，一旦得到该系数，相同结构的电机控制器即可使用该系数进行计算。T_case1为驱动模块2中第一个驱动器件的基础温度，ΔT_tempcasen为驱动模块2中第n个器件的热辐射，T_PCB为电机控制器PCB板的温度。

另外，所述驱动模块2中第n个器件的热辐射与其基础温度的传递函数如下：

其中：K和T为辐射系数，由电机控制器PCB板的结构决定，在电机控制器的研发过程中，可由试验测试或仿真计算获得，一旦得到该系数，相同结构的电机控制器即可使用该系数进行计算。

具体的，如图3所示，所述控制模块3对电机4运行情况进行判断，其中：若电机4正常运行，则所述驱动模块2的功耗由第一高边功耗、第二高边功耗、第三高边功耗、第四高边功耗、第一低边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗决定；若电机4堵转运行，则所述驱动模块2的功耗由第一高边功耗、第四高边功耗、第一低边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗决定。所述第一高边功耗和第一低边功耗由电机的电流有效值和所述驱动模块的结点温度决定的，所述第二高边功耗、第三高边功耗、第四高边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗由所述驱动模块中的驱动器件的特性决定的。

其中，第一高边功耗为驱动模块中高边MOS管的导通功耗，第二高边功耗为高边体二极管差分电阻损失功耗，第三高边功耗为高边体二极管阈值电压损失功耗，第四高边功耗为驱动模块高边MOS管的开关功耗。第一低边功耗为驱动模块中低边MOS管的导通功耗，第二低边功耗为低边体二极管差分电阻损失功耗，第三低边功耗为低边体二极管阈值电压损失功耗，第四低边功耗为驱动模块低边MOS管的开关功耗。

最后，所述驱动模块的结点温升与驱动模块的功耗的传递函数如下：

其中：K₁、T₁、K₂和T₂为结点温升系数，由驱动模块的器件特性和电机控制器PCB板的结构决定。

所述驱动模块的表面温升与驱动模块的功耗的传递函数如下：

其中：K₃、T₃、K₄和T₄为表面温升系数，由驱动模块的驱动器件的特性和电机控制器PCB板的结构决定。

图4是本发明实施例一中的电机保护模块原理结构示意图，如图4所示，所述电机保护模块32包括过温保护模块321，其中：图5是本发明实施例中的过温保护模块原理结构及控制方法示意图，所述过温保护模块321 根据所述驱动模块的结点温度和表面温度得到所述驱动模块的温度系数；若所述驱动模块的温度系数大于过温阈值，则关闭驱动模块2并进行报警；若所述驱动模块的温度系数小于过温恢复阈值，则开启驱动模块2并解除报警。通过驱动模块2的热模型可以计算得到结点温度和表面温度，通过查表得到驱动模块2的温度系数，如果温度系数大于过温阈值，则关闭驱动模块并报电机过温故障；发生电机过温时，驱动模块关闭，驱动模块降温到温度系数小于恢复阈值时，驱动模块重新打开。由于输出驱动模块降温需要一定时间，当发生过温时，驱动模块需要关闭一段时间才能重新开启，从而实现了对电机控制器的保护。

图6是本发明实施例中的过流保护模块原理结构及控制方法示意图，所述过流保护模块322根据所述驱动模块的表面温度得到所述电机的允通电流，所述允通电流通过一阶低通滤波器，得到所述允通电流的时间系数；所述过流保护模块将电机的当前电流的平方值与所述允通电流的平方值进行相除得到一个电流比值；所述过流保护模块根据所述电流比值和所述允通电流的时间系数，得到电机的电流系数，即所述电流比值和允通电流的时间系数一起输入到一阶低通滤波器中，滤波器输出的即为电流系数；若所述电机的电流系数大于过流阈值，则关闭所述驱动模块2并进行报警；若所述电机的电流系数小于过流恢复阈值，则开启所述驱动模块2并解除报警。

过流分为两种情况：一种是驱动模块电流大于电机及电机控制器PCB 板的线束承载能力；一种是电机电流产生较大功耗造成电机控制器PCB板或驱动模块过温。另外在设计电机软件过流保护策略时，需要充分考虑客户提供的变速箱电机工作电流的最严重故障情况。为了提高保护策略的鲁棒性，本实施例提出的保护策略中允通电流及持续的过流最大允许时间，即允通时间能够根据驱动模块的温度进行动态调节，通过合理匹配，可使当温度接近过温阈值时，允通电流随着温度发生改变调节，电流被限制，同时产生标志位通知应用层软件当前电流已被限制，应用层应对根据当前情况作出处理，限制电机请求输出占空比，从而避免车辆正常行驶受到电机过温过流关断影响。当当前电流超过允通电流运行时，由于一阶低通滤波器作用，电流负荷系数平缓上升，当电流负荷系数超过允通电流时，电机关闭过流DRV_OL标志位置1，电机负荷系数平缓下降至恢复滞回阈值之后电流标志位重新置为0，电机恢复正常工作模式，等待应用层请求占空比输出。

<实施例二>

本实施例提供了一种电机控制方法，所述电机控制方法包括：驱动模块驱动电机；测量模块测量所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数，并将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给所述控制模块；控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，所述控制模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度控制驱动模块的关闭和开启。

具体的，所述控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度包括：所述温度计算模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB 板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，并将所述驱动模块的表面温度和结点温度发送给所述电机保护模块；所述电机保护模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度对所述驱动模块进行过温保护和过流保护，判断所述驱动模块是否发生过温或过流故障，来关闭或开启所述驱动模块。

进一步的，所述温度计算模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB 板的温度及所述驱动模块的各驱动器件的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的各驱动器件的表面温度和结点温度包括：所述测量模块将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给所述功耗计算模块，并将所述驱动模块的基础温度提供给所述结点温度计算模块和所述表面温度计算模块；所述功耗计算模块通过所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度、所述驱动模块的基础温度和运行参数以及所述驱动模块的结点温度计算所述驱动模块的功耗；所述结点温度计算模块根据所述驱动模块的功耗计算所述驱动模块的结点温升，并结合所述驱动模块的基础温度得到所述驱动模块的结点温度；所述结点温度计算模块将所述驱动模块的结点温度实时提供给所述功耗计算模块；所述表面温度计算模块根据所述驱动模块的功耗计算所述驱动模块的表面温升，并结合所述驱动模块的基础温度得到所述驱动模块的表面温度。

更进一步的，所述电机保护模块根据所述驱动模块各驱动器件的表面温度和结点温度对电机进行过温保护包括：所述过温保护模块根据所述驱动模块的结点温度和表面温度得到所述驱动模块的温度系数；若所述驱动模块的温度系数大于过温阈值，则关闭驱动模块并进行报警；若所述驱动模块的温度系数小于过温恢复阈值，则开启驱动模块并解除报警。

另外，所述电机保护模块根据所述驱动模块各驱动器件的表面温度对电机进行过流保护包括：所述过流保护模块322根据所述驱动模块的表面温度得到所述电机的允通电流，所述允通电流通过一阶低通滤波器，得到所述允通电流的时间系数；所述过流保护模块将电机的当前电流的平方值与所述允通电流的平方值进行相除得到一个电流比值；所述过流保护模块根据所述电流比值和所述允通电流的时间系数，得到电机的电流系数，即所述电流比值和允通电流的时间系数一起输入到一阶低通滤波器中，滤波器输出的即为电流系数；若所述电机的电流系数大于过流阈值，则关闭所述驱动模块2并进行报警；若所述电机的电流系数小于过流恢复阈值，则开启所述驱动模块2并解除报警。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (14)

1.一种电机控制器，所述电机控制器控制一电机，其特征在于，所述电机控制器包括控制模块、驱动模块、测量模块和电机控制器PCB板，其中：

所述控制模块、驱动模块和测量模块设置在所述电机控制器PCB板上；

所述驱动模块用于驱动所述电机；

所述测量模块测量所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数，并将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给所述控制模块；

所述控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，所述控制模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度控制所述驱动模块的关闭和开启；

所述控制模块对电机运行情况进行判断，其中：

若电机正常运行，则所述驱动模块的功耗由第一高边功耗、第二高边功耗、第三高边功耗、第四高边功耗、第一低边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗决定；

若电机堵转运行，则所述驱动模块的功耗由第一高边功耗、第四高边功耗、第一低边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗决定；

所述第一高边功耗和第一低边功耗由电机的电流有效值和所述驱动模块的结点温度决定的；所述第二高边功耗、第三高边功耗、第四高边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗由所述驱动模块中的驱动器件的特性决定的；

其中，第一高边功耗为驱动模块中高边MOS管的导通功耗，第二高边功耗为高边体二极管差分电阻损失功耗，第三高边功耗为高边体二极管阈值电压损失功耗，第四高边功耗为驱动模块高边MOS管的开关功耗，第一低边功耗为驱动模块中低边MOS管的导通功耗，第二低边功耗为低边体二极管差分电阻损失功耗，第三低边功耗为低边体二极管阈值电压损失功耗，第四低边功耗为驱动模块低边MOS管的开关功耗。

2.如权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述控制模块包括温度计算模块和电机保护模块，其中：

所述温度计算模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，并将所述驱动模块的表面温度和结点温度发送给所述电机保护模块；

所述电机保护模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度对所述驱动模块进行过温保护和过流保护，判断所述驱动模块是否发生过温或过流故障，来关闭或开启所述驱动模块。

3.如权利要求2所述的电机控制器，其特征在于，所述温度计算模块包括功耗计算模块、结点温度计算模块和表面温度计算模块，其中：

所述测量模块将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给所述功耗计算模块，并将所述驱动模块的基础温度提供给所述结点温度计算模块和所述表面温度计算模块；

所述功耗计算模块通过所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度、所述驱动模块的基础温度和运行参数以及所述驱动模块的结点温度计算所述驱动模块的功耗；

所述结点温度计算模块根据所述驱动模块的功耗计算所述驱动模块的结点温升，并结合所述驱动模块的基础温度和所述驱动模块的结点温升得到所述驱动模块的结点温度，所述结点温度计算模块将所述驱动模块的结点温度实时提供给所述功耗计算模块；

所述表面温度计算模块根据所述驱动模块的功耗计算所述驱动模块的表面温升，并结合所述驱动模块的基础温度和所述驱动模块的表面温升得到所述驱动模块的表面温度。

4.如权利要求3所述的电机控制器，其特征在于，所述驱动模块包括若干个驱动器件，所述功耗计算模块还包括误差计算模块，所述误差计算模块用于计算驱动模块中各驱动器件之间的热辐射造成的功耗误差，所述功耗误差的计算如下：

ΔPv_err1＝k*{[T_case1-ΔT_tempcase2-ΔT_tempcase3-...-ΔT_tempcasen]-T_PCB}

其中：ΔPv_err1为驱动模块中第一个驱动器件的功耗误差，k为误差系数，T_case1为驱动模块中第一个驱动器件的基础温度，ΔT_tempcasen为驱动模块中第n个器件的热辐射，T_PCB为电机控制器PCB板的温度。

5.如权利要求4所述的电机控制器，其特征在于，所述驱动模块中第n个器件的热辐射与其基础温度的传递函数如下：

其中：K和T为辐射系数。

6.如权利要求3所述的电机控制器，其特征在于，所述驱动模块的结点温升与驱动模块的功耗的传递函数如下：

其中：K₁、T₁、K₂和T₂为结点温升系数。

7.如权利要求3所述的电机控制器，其特征在于，所述驱动模块的表面温升与驱动模块的功耗的传递函数如下：

其中：K₃、T₃、K₄和T₄为表面温升系数。

8.如权利要求2所述的电机控制器，其特征在于，所述电机保护模块包括过温保护模块，其中：

所述过温保护模块根据所述驱动模块的结点温度和表面温度得到所述驱动模块的温度系数；

若所述驱动模块的温度系数大于过温阈值，则关闭所述驱动模块并进行报警；

若所述驱动模块的温度系数小于过温恢复阈值，则开启所述驱动模块并解除报警。

9.如权利要求2所述的电机控制器，其特征在于，所述电机保护模块还包括过流保护模块，其中：

所述过流保护模块根据所述驱动模块的表面温度得到所述电机的允通电流以及所述允通电流的时间系数；

所述过流保护模块将电机的当前电流的平方值与所述允通电流的平方值进行相除得到一个电流比值；

所述过流保护模块根据所述电流比值和所述允通电流的时间系数，得到电机的电流系数；

若所述电机的电流系数大于过流阈值，则关闭所述驱动模块并进行报警；

若所述电机的电流系数小于过流恢复阈值，则开启所述驱动模块并解除报警。

10.一种电机控制方法，其特征在于，所述电机控制方法包括：

驱动模块驱动电机；

测量模块测量所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数，并将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给控制模块；

控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，所述控制模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度控制所述驱动模块的关闭和开启；

所述控制模块对电机运行情况进行判断，其中：

若电机正常运行，则所述驱动模块的功耗由第一高边功耗、第二高边功耗、第三高边功耗、第四高边功耗、第一低边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗决定；

若电机堵转运行，则所述驱动模块的功耗由第一高边功耗、第四高边功耗、第一低边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗决定；

所述第一高边功耗和第一低边功耗由电机的电流有效值和所述驱动模块的结点温度决定的；所述第二高边功耗、第三高边功耗、第四高边功耗、第二低边功耗、第三低边功耗和第四低边功耗由所述驱动模块中的驱动器件的特性决定的；

其中，第一高边功耗为驱动模块中高边MOS管的导通功耗，第二高边功耗为高边体二极管差分电阻损失功耗，第三高边功耗为高边体二极管阈值电压损失功耗，第四高边功耗为驱动模块高边MOS管的开关功耗，第一低边功耗为驱动模块中低边MOS管的导通功耗，第二低边功耗为低边体二极管差分电阻损失功耗，第三低边功耗为低边体二极管阈值电压损失功耗，第四低边功耗为驱动模块低边MOS管的开关功耗。

11.如权利要求10所述的电机控制方法，其特征在于，所述控制模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，所述控制模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度控制所述驱动模块的关闭和开启包括：

温度计算模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的表面温度和结点温度，并将所述驱动模块的表面温度和结点温度发送给电机保护模块；

所述电机保护模块根据所述驱动模块的表面温度和结点温度对所述驱动模块进行过温保护和过流保护，判断所述驱动模块是否发生过温或过流故障，来关闭或开启所述驱动模块。

12.如权利要求11所述的电机控制方法，其特征在于，所述温度计算模块根据电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的各驱动器件的基础温度和运行参数计算所述驱动模块的各驱动器件的表面温度和结点温度包括：

所述测量模块将所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度及所述驱动模块的基础温度和运行参数提供给功耗计算模块，并将所述驱动模块的基础温度提供给结点温度计算模块和表面温度计算模块；

所述功耗计算模块通过所述电机的运行参数、电机控制器PCB板的温度、所述驱动模块的基础温度和运行参数以及所述驱动模块的结点温度计算所述驱动模块的功耗；

所述结点温度计算模块根据所述驱动模块的功耗计算所述驱动模块的结点温升，并结合所述驱动模块的基础温度和所述驱动模块的结点温升得到所述驱动模块的结点温度，所述结点温度计算模块将所述驱动模块的结点温度实时提供给所述功耗计算模块；

所述表面温度计算模块根据所述驱动模块的功耗计算所述驱动模块的表面温升，并结合所述驱动模块的基础温度和所述驱动模块的表面温升得到所述驱动模块的表面温度。

13.如权利要求11所述的电机控制方法，其特征在于，所述电机保护模块根据所述驱动模块各驱动器件的表面温度和结点温度对电机进行过温保护包括：

过温保护模块根据所述驱动模块的结点温度和表面温度得到所述驱动模块的温度系数；

若所述驱动模块的温度系数大于过温阈值，则关闭所述驱动模块并进行报警；

若所述驱动模块的温度系数小于过温恢复阈值，则开启所述驱动模块并解除报警。

14.如权利要求11所述的电机控制方法，其特征在于，所述电机保护模块根据所述驱动模块各驱动器件的表面温度对电机进行过流保护包括：

过流保护模块根据所述驱动模块的表面温度得到所述电机的允通电流以及所述允通电流的时间系数；

所述过流保护模块将电机的当前电流的平方值与所述允通电流的平方值进行相除得到一个电流比值；

所述过流保护模块根据所述电流比值和所述允通电流的时间系数，得到电机的电流系数；

若所述电机的电流系数大于过流阈值，则关闭所述驱动模块并进行报警；

若所述电机的电流系数小于过流恢复阈值，则开启所述驱动模块并解除报警。

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