CN110957701A - 电机控制器保护电路、方法、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种电机控制器保护电路、方法、设备及计算机可读存储介质，所述保护电路包括连接到供电电源的直流母线、连接到所述直流母线的逆变器单元、控制单元，采样单元和连接在正直流母线和负直流母线之间的电容组；所述采样单元连接所述电容组中至少一个电容的两端以采集所述至少一个电容的两端的电压，并将采集的电压传递至所述控制单元，所述控制单元依据采集的电压以及预设条件输出相对机壳短路信号。本发明实施例可实现电机控制器对机壳短路的全工况保护。
Description
技术领域
本发明涉及电子电力领域，尤其涉及一种电机控制器保护电路、方法、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
随着环境的恶化、石油能源的枯竭，新能源汽车已经成为未来汽车行业发展的趋势。有别于传统以内燃机为动力的燃油车，新能源汽车的驱动部分大都采用电压型逆变器匹配永磁同步电机，其特点是功率密度大、效率高、启动转矩大、调速性能好，正在成为大众化的交通工具。
在新能源汽车中，电机控制器的安全状态尤为重要。新能源汽车在长期运行过程中，电机线缆会存在退针、绝缘破损等情况，并导致发生相对机壳短路的异常工况。为了保障电机控制器的安全，通常采用三相电流之和不为零作为特征量，来判断电机控制器是否发生相对电机机壳短路的情况。
如图1所示，在采用传统的三相电流和不为零来判断输出对机壳短路时，需通过霍尔单元11对电机控制器的三相电流采样，且只能保护霍尔(HALL)单元11与电机12之间的区域，并不能完全保护到电机控制器。并且上述以三相电流之和不为零的策略，受限于当前霍尔(HALL)电流传感器带宽技术，无法将短路时产生的高频电流完整采集，导致保护无法覆盖全部工况，当电流频率较高时存在失效风险。
发明内容
本发明实施例针对上述判断逆变器三相输出是否对机壳短路时，将三相电流之和不为零作为特征量，无法将短路时产生的高频电流完整采集，而导致对逆变器的保护无法覆盖全部工况，提供一种电机控制器保护电路、方法、设备及计算机可读存储介质。
本发明实施例解决上述技术问题采用的技术方案是：提供一种电机控制器保护电路，包括连接到供电电源的直流母线以及连接到所述直流母线的逆变器单元，还包括控制单元，采样单元和连接在正直流母线和负直流母线之间的电容组；所述采样单元连接所述电容组中至少一个电容的两端以采集所述至少一个电容的两端的电压，并将采集的电压传递至所述控制单元，所述控制单元依据采集的电压以及预设条件输出相对机壳短路信号。
优选地，所述电容组包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述第一电容和所述第二电容的连接点接地，所述采样单元连接到所述第一电容或者所述第二电容的两端。
优选地，所述电容组包括第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电容的一端与正直流母线连接，所述第一电容的另一端与所述第二电容、所述第三电容的一端相接，且该连接点接地，所述第二电容、所述第三电容的另一端共同或者分别与负直流母线连接；所述采样单元连接到所述第三电容的两端。
优选地，所述预设条件为：所述采样单元采集的电压的幅值超过第一预设幅值或小于第二预设幅值，且所述第一预设幅值大于或等于第二预设幅值。
优选地，所述第一预设幅值大于或等于所述供电电源的电压值的二分之一，所述第二预设幅值小于或等于所述供电电源的电压值的二分之一。
优选地，所述预设条件为所述采样单元采集的电压按预设频率变化。
本发明实施例还提供一种电机控制器保护方法，所述电机控制器包括连接到供电电源的直流母线以及连接到所述直流母线的逆变器单元，所述电机控制器还包括连接在正直流母线和负直流母线之间的电容组，所述方法包括：
采集所述电容组中任一电容两端的电压；
根据采集的电压以及预设条件输出相对机壳短路信号。
优选地，所述电容组包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述第一电容和所述第二电容的连接点接地；所述采集所述电容组中任一电容两端的电压，包括：
采集所述第一电容或者所述第二电容两端的电压。
优选地，所述电容组包括第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电容的一端与正直流母线连接，所述第一电容的另一端与所述第二电容、所述第三电容的一端相接，且该连接点接地，所述第二电容、所述第三电容的另一端共同或者分别与负直流母线连接；所述采集所述电容组中任一电容两端的电压，包括：
采集所述第三电容两端的电压。
优选地，所述预设条件为：采集的电压的幅值超过第一预设幅值或小于第二预设幅值，且所述第一预设幅值大于或等于第二预设幅值。
优选地，所述预设条件为：所述第一预设幅值大于或等于所述供电电源的电压值的二分之一，所述第二预设幅值小于或等于所述供电电源的电压值的二分之一。
本发明实施例还提供一种电机控制器保护设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述电机控制器保护方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述电机控制器保护方法的步骤。
本发明实施例所提供的电机控制器保护电路、方法、设备及计算机可读存储介质，通过实时采样正直流母线和负直流母线之间的电容组中至少一个电容两端的电压，并在采样的电压符合预设条件时，输出相对机壳短路信号，以便实施相应的保护措施，可实现电机控制器对机壳短路的全工况保护。本发明实施例摒弃了传统的判断三相电流不为零的方法来识别电机机壳是否短路，可以通过采样电压的方法来采集高频电流，并且能降低电流频率较高是存在的失效风险，弥补了传统方法中不能全工况保护的不足，器件少，成本低，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有电机控制器的系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的电机控制器保护电路的示意图；
图3是本发明实施例提供的电机控制器保护电路中，正常理想状态下，第二电容两端的电压波形图；
图4是本发明实施例提供的电机控制器保护电路中，第一开关管开通时，电机控制器保护电路的电流流向示意图；
图5是本发明实施例提供的电机控制器保护电路中，第一开关管开通时，第二电容两端的电压波形图；
图6是本发明实施例提供的电机控制器保护电路中，第四开关管开通时，电机控制器保护电路的电流流向示意图；
图7是本发明实施例提供的电机控制器保护电路中，第四开关管开通时，第二电容两端的电压波形图；
图8是本发明实施例提供的电机控制器保护电路中，第一开关管和第四开关管交替互补导通时，第二电容两端的电压波形图；
图9是本发明另一实施例提供的电机控制器保护电路的示意图；
图10是本发明实施例提供的电机控制器保护方法的示意图；
图11是本发明实施例提供的电机控制器保护设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明实施例提出一种电机控制器保护电路，用以在电机控制器出现相对机壳短路时对电机控制器进行保护，其中，电机控制器包括连接到供电电源的直流母线以及连接到直流母线的逆变器单元22，上述电机控制器在供电电源输出直流电时，经过EMC单元(Electromagnetic compatibility filterunit，电磁兼容性滤波单元)21的滤波之后，将直流电输出到逆变器单元22，使得逆变器单元22将直流电逆变为交流电输出给电机23，以使电机23运行。上述电机控制器可以为新能源汽车的控制器，相应地，逆变器单元22则可为动力电机逆变器、助力转向电机逆变器等，电机23可为动力电机、助力转向电机等。
本实施例的电机控制器保护电路包括控制单元、采样单元24以及连接在正直流母线和负直流母线之间的电容组，采样单元24连接到电容组中至少一个电容的两端，以采集该至少一个电容的两端的电压，并将采集的电压传送到控制单元；控制单元根据上述电压以及预设条件输出相对机壳短路信号，即控制单元在采样单元24采集的电压符合预设条件时确认电机控制器发生输出相线相对机壳短路的情况，并输出相对机壳短路信号，以便采取相应的安全措施。
具体地，上述正直流母线和负直流母线之间的电容组可包括第一电容C1和第二电容C2，且第一电容C1和第二电容C2的连接点接地(即第一电容C1的两端分别连接正直流母线和参考地，第二电容C2的两端分别连接参考地和负直流母线)；采样单元24连接到第二电容C2的两端，并实时采集第二电容C2两端的电压；控制单元连接到采样单元24的输出端，并在第二电容C2两端的电压符合预设条件时，输出相对机壳短路信号。此外，采样单元24也可连接到第一电容C1的两端，并采样第一电容C1两端的电压，相应地，控制单元根据第一电容C1两端的电压判断电机控制器是否发生输出相线相对机壳短路的情况。
在上述电路中，第一电容C1和第二电容C2可以是EMC单元21中的滤波电容，也可以为在直流母线上额外增加的电容。
在上述电机控制器保护电路中，当处于正常理想状态时(即机壳未发生短路的情况下)，第二电容C2两端电压为恒定值，其电压波形如图3所示，其中，UBUS为供电电源两端的电压。当电机控制器的任意一相发生相对机壳短路(即电机控制器的任一输出相线直接连接参考地)时，第二电容C2两端的电压发生跳变。
以下以动力控制器(即逆变器单元22)的U相在T0时刻发生相对机壳短路为例进行说明。若逆变器单元22中与U相连接的第一开关管G1开通(第四开关管G4断开)，第二电容C2的一端直接连接到供电电源的负极，且该第二电容C2的另一端经机壳、第一开关管G1以及正直流母线连接到供电电源的正极，如图4所示，其电压的波形如图5所示，此时第二电容C2两端电压跳变为UBUS。若第四开关管G4开通(第一开关管G1断开)，第二电容C2的一端经机壳和第四开关管G4连接到该第二电容C2的另一端，具体如图6所示，其电压的波形如图7所示，此时，第二电容C2两端电压跳变为0。由于此时电机23正在运行，逆变器单元22正在工作，因此，当第一开关管G1和第四开关管G4交替互补导通时，第二电容C2两端的电压会不断跳变，第二电容C2两端的电压随时间变化的波形如图8所示。在理想状况下，采样单元24在一段时间内采样到的第二电容C2两端的电压也为0V和UBUS。
上述电机控制器保护电路，通过采样单元24来实时采集第二电容C2两端的电压，并将采集到的电压数据传输给控制单元，控制单元对这些电压数据进行分析，判断这些采样单元传输的电压数据的变化规律是否符合预设条件(该预设条件为电机机壳发生短路时，第二电容C2两端电压的变化规律)，并在符合预设条件时，输出相对机壳短路信号，并实施相应的保护措施(例如，通过控制单元来断开电源，或者控制逆变器单元22处于断开状态等)。本发明实施例摒弃了传统的判断三相电流不为零的方法来识别电机控制器的输出相线是否相对机壳短路，可以通过采样电压的方法来采集高频电流，并且能降低电流频率较高时存在的失效风险，弥补了传统方法中不能全工况保护的不足，器件少，成本低，易于实现。
在本发明的一个实施例中，控制单元具体可包括比较器，其通过将采样单元24采样的电压与基准电压比较，确认采样单元24采样的电压符合预设条件。相应地，上述预设条件可以为：第二电容两端的电压的幅值超过第一预设幅值或小于第二预设幅值，且第一预设幅值大于或等于第二预设幅值。由于上述电路中，电机控制器未发生输出相线相对机壳短路时，第二电容C2两端电压为恒定值，一旦发生短路，第二电容C2两端的电压就会发生跳变。通过采样单元24实时采样第二电容C2两端的电压，并送入控制单元进行分析对比，只要分析对比得到第二电容C2两端的电压大于第一预设幅值或者小于第二预设幅值，则可证明第二电容C2两端的电压发生跳变，即确定电机控制器相对机壳短路。
具体地，上述第一预设幅值可大于或等于供电电源的电压值的二分之一，第二预设幅值小于或等于供电电源的电压值的二分之一(即
)。由于机壳未发生短路的情况下，第二电容C2两端电压恒定为
通过判断第二电容C2两端的电压是否一直为
(或在
附近)，即可判断出第二电容C2两端的电压是否发生跳变。若是，则第二电容C2两端的电压未发生跳变，即电机控制器的输出相线未发生相对机壳短路；若否，则第二电容C2两端的电压发生跳变，即电机控制器的输出相线相对机壳短路。
在本发明实施例中，控制单元还可包括至少一个计数器，该计数器在采样单元24采样的信号的上升沿(或下降沿)触发一次计数，此时，相应的预设条件还可以为：第二电容C2两端的电压按预设频率变化。本实施例根据第二电容C2两端的电压频率的变化规律来判断第二电容C2两端的电压是否发生跳变，即电机控制器是否发生输出相线相对机壳短路。具体地讲，由于第一开关管G1和第四开关管G4交替互补导通时，第二电容C2两端的电压会不断跳变，只要采样得到第二电容C2两端的电压按照图8的变化规律变化(例如，第二电容C2两端的电压不断发生上下跳变，且变化频率为控制单元发出PWM控制信号的频率)，则可确定机壳发生短路，从而发出电机控制器相对机壳短路信号。
另外，如图9所示，在本发明的一个实施例中，采样单元24可以包括第一电阻R1、第二电阻R2以及电压检测装置V，且第一电阻R1和第二电阻R2串联连接后与第二电容C2并联，电压检测装置V并联连接到第二电阻R2的两端；控制单元的输入端连接到电压检测装置V的输出端，并根据电压检测装置V的检测值计算获得第二电容C2两端的电压。
在本发明的另一实施例中，上述正直流母线和负直流母线之间的电容组可包括第一电容、第二电容和第三电容，上述第一电容的一端与正直流母线连接，该第一电容的另一端与第二电容、第三电容的一端相接，且该连接点接地，第二电容、第三电容的另一端共同或者分别与负直流母线连接；采样单元24连接到第三电容的两端，并采集第三电容两端电压传送给控制单元，相应地，控制单元根据第三电容两端的电压判断电机控制器是否发生输出相线相对机壳短路的情况。
在本发明的一个实施例中，如图10所示，提供了一种电机控制器保护方法，用于在电机控制器出现相对机壳短路时对电机控制器进行保护，电机控制器包括连接到供电电源的直流母线以及连接到所述直流母线的逆变器单元、依次串联连接在正直流母线和负直流母线之间的电容组，且所述第一电容和所述第二电容的连接点接地，该方法包括以下步骤：
S10：采集电容组中至少一个电阻两端的电压。
S20：根据采集的电压以及预设条件输出电机控制器相对机壳短路信号。
具体地，上述电容组可包括第一电容和第二电容，上述第一电容和所述第二电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间，且第一电容和第二电容的连接点接地；上述步骤S10包括：采集第二电容两端的电压。当然，在实际应用中，步骤S10中也可采用第一电容两端的电压。
其中，预设条件可以为：第二电容两端的电压的幅值超过第一预设幅值或小于第二预设幅值，且第一预设幅值大于或等于第二预设幅值。
或者，预设条件还可以为第一电容两端的电压按预设频率变化。
示例性地，第一预设幅值可以大于或等于供电电源的电压值的二分之一，第二预设幅值可以小于或等于供电电源的电压值的二分之一。
此外，上述电容组也可包括第一电容、第二电容和第三电容，第一电容的一端与正直流母线连接，第一电容的另一端与第二电容、第三电容的一端相接，且该连接点接地，第二电容、第三电容的另一端共同或者分别与负直流母线连接；上述步骤S10包括：采集第三电容两端的电压。
在一个实施例中，如图11所示，提供了一种电机控制器保护设备，包括存储器111、处理器112及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述电机控制器保护方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述电机控制器保护方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种电机控制器保护电路，包括连接到供电电源的直流母线以及连接到所述直流母线的逆变器单元，其特征在于，还包括控制单元，采样单元和连接在正直流母线和负直流母线之间的电容组；所述采样单元连接所述电容组中至少一个电容的两端以采集所述至少一个电容的两端的电压，并将采集的电压传递至所述控制单元，所述控制单元依据采集的电压以及预设条件输出相对机壳短路信号。
2.根据权利要求1所述的一种电机控制器保护电路，其特征在于，所述电容组包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述第一电容和所述第二电容的连接点接地，所述采样单元连接到所述第一电容或者所述第二电容的两端。
3.根据权利要求1所述的一种电机控制器保护电路，其特征在于，所述电容组包括第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电容的一端与正直流母线连接，所述第一电容的另一端与所述第二电容、所述第三电容的一端相接，且该连接点接地，所述第二电容、所述第三电容的另一端共同或者分别与负直流母线连接；所述采样单元连接到所述第三电容的两端。
4.根据权利要求1所述的一种电机控制器保护电路，其特征在于，所述预设条件为：所述采样单元采集的电压的幅值超过第一预设幅值或小于第二预设幅值，且所述第一预设幅值大于或等于第二预设幅值。
5.根据权利要求4所述的一种电机控制器保护电路，其特征在于，所述第一预设幅值大于或等于所述供电电源的电压值的二分之一，所述第二预设幅值小于或等于所述供电电源的电压值的二分之一。
6.根据权利要求4所述的一种电机控制器保护电路，其特征在于，所述预设条件为所述采样单元采集的电压按预设频率变化。
7.一种电机控制器保护方法，所述电机控制器包括连接到供电电源的直流母线以及连接到所述直流母线的逆变器单元，其特征在于，所述电机控制器还包括连接在正直流母线和负直流母线之间的电容组，所述方法包括：
采集所述电容组中任一电容两端的电压；
根据采集的电压以及预设条件输出相对机壳短路信号。
8.根据权利要求7所述的一种电机控制器保护方法，其特征在于，所述电容组包括第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容串联连接在所述正直流母线和负直流母线之间；所述第一电容和所述第二电容的连接点接地；所述采集所述电容组中任一电容两端的电压，包括：
采集所述第一电容或者所述第二电容两端的电压。
9.根据权利要求7所述的一种电机控制器保护方法，其特征在于，所述电容组包括第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电容的一端与正直流母线连接，所述第一电容的另一端与所述第二电容、所述第三电容的一端相接，且该连接点接地，所述第二电容、所述第三电容的另一端共同或者分别与负直流母线连接；所述采集所述电容组中任一电容两端的电压，包括：
采集所述第三电容两端的电压。
10.根据权利要求7所述的一种电机控制器保护方法，其特征在于，所述预设条件为：采集的电压的幅值超过第一预设幅值或小于第二预设幅值，且所述第一预设幅值大于或等于第二预设幅值。
11.根据权利要求8所述的一种电机控制器保护方法，其特征在于，所述预设条件为：所述第一预设幅值大于或等于所述供电电源的电压值的二分之一，所述第二预设幅值小于或等于所述供电电源的电压值的二分之一。
12.一种电机控制器保护设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7至11中任一项所述电机控制器保护方法的步骤。
13.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7至11中任一项所述电机控制器保护方法的步骤。
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- 2019-12-17 CN CN201911304570.9A patent/CN110957701A/zh active Pending
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Effective date of registration: 20221111 Address after: 215000 52 tianedang Road, Yuexi, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant after: SUZHOU HUICHUAN UNITED POWER SYSTEM Co.,Ltd. Address before: No.16, Youxiang Road, Yuexi, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant before: SUZHOU INOVANCE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 215000 52 tianedang Road, Yuexi, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant after: Suzhou Huichuan United Power System Co.,Ltd. Address before: 215000 52 tianedang Road, Yuexi, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province Applicant before: SUZHOU HUICHUAN UNITED POWER SYSTEM Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information |