CN111009881B - 一种igbt保护方法及电机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种IGBT保护方法及电机系统，所述IGBT保护方法包括：获取母线电压VDC和逆变模块的FO故障信号，比较所述母线电压VDC和母线阈值电压VREF1的大小获取第一比较结果，并同时比较所述FO故障信号和参考电压VREF2的大小获取第二比较结果，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果控制IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1。本发明通过获取母线电压和逆变模块的FO故障信号，根据母线电压和逆变模块的FO故障信号控制IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号，通过IGBT驱动信号控制IGBT的关断和导通，从而实现对IGBT的保护，相较于通过控制芯片算法对IGBT进行保护的方法而言，本发明IGBT保护方法通过硬件电路实现，响应速度更快，安全性更高。

Description

一种IGBT保护方法及电机系统
技术领域
本发明涉及电机保护领域，具体涉及一种IGBT保护方法及电机系统。
背景技术
新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车和太阳能电池汽车等，电动汽车是解决能源危机和大气污染的有效途径，是未来的主要交通工具之一，也是各国竞相研究、开发和推广应用的热点前沿项目，目前大部分新能源汽车的主电机都是永磁电机。
永磁电机在运行时存在反电动势，转速越高，反电动势就越高，当电机在高速运转过程中控制器出现故障时，如果直接关断IGBT,会存在IGBT由于电压过高被击穿的风险。目前新能源汽车常用的主驱IGBT驱动器中的IGBT保护主要是通过软件算法进行保护，该种方法响应速度慢，安全性、可靠性不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种IGBT保护方法及电机系统，能有效保护IGBT，且解决了常规通过软件算法保护的响应速度慢，可靠性低的问题。
本发明的目的通过以下两个方面的技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种IGBT保护方法，包括：获取母线电压VDC和逆变模块的FO故障信号，比较所述母线电压VDC和母线阈值电压VREF1的大小，并同时比较所述FO故障信号和参考电压VREF2的大小，根据所述母线电压VDC和所述FO故障信号的比较结果控制IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1。
进一步地，所述逆变模块下桥臂的三个IGBT任意一个IGBT故障时，所述逆变模块输出所述FO故障信号。
进一步地，所述根据所述第一比较结果和所述第二比较结果控制IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1具体为：当所述母线电压VDC＜所述母线阈值电压VREF1，且所述FO故障信号＜所述参考电压VREF2时，所述IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1与输入所述IGBT驱动器的驱动信号PWM0同步。
进一步地，所述根据所述第一比较结果和所述第二比较结果控制IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1具体为：当所述母线电压VDC＞所述母线阈值电压VREF1，且所述FO故障信号＜所述参考电压VREF2时，所述IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1控制所述IPM模块的下桥臂的三个IGBT导通，同时控制所述IPM模块的上桥臂的三个IGBT关断。
进一步地，所述根据所述第一比较结果和所述第二比较结果控制IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1具体为：当所述母线电压VDC＜所述母线阈值电压VREF1时，且所述FO故障信号＞所述参考电压VREF2时，所述IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1控制所述IPM模块所有的IGBT都关断。
进一步地，所述根据所述第一比较结果和所述第二比较结果控制IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1具体为：当所述母线电压VDC＞所述母线阈值电压VREF1时，且所述FO故障信号＞所述参考电压VREF2时，所述IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1控制所述IPM模块的上桥臂的三个IGBT导通，同时控制所述IPM模块的下桥臂的三个IGBT关断。
进一步地，所述母线电压VDC和母线阈值电压VREF1通过比较器U2进行比较，所述FO故障信号和参考电压VREF2通过比较器U1进行比较。
进一步地，所述IGBT驱动器具体为CPLD。
第二方面，本发明还提供一种电机系统，所述电机系统用于实现第一方面所述的IGBT保护方法。
进一步地，所述电机系统包括比较器U1、比较器U2、控制器、IGBT驱动器、逆变模块、电机M、参考电压VREF2产生电路、母线阈值电压VREF1产生电路和母线电压采集电路，所述控制器连接所述IGBT驱动器的输入端，所述IGBT驱动器的输出端连接所述逆变模块的控制端，所述IGBT驱动器的第一控制端P0连接比较器U1的输出端，所述IGBT驱动器的第二控制端P1连接比较器U2的输出端，所述逆变模块的输出端连接电机M，所述比较器U1的同相输入端连接所述逆变模块的FO故障信号输出端，所述比较器U1的反相输入端连接参考电压VREF2产生电路的输出端，所述比较器U2的同相输入端连接所述母线电压采集电路的输出端，所述比较器U2的反相输入端连接母线阈值电压VREF1产生电路的输出端。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种IGBT保护方法及电机系统，通过获取母线电压和逆变模块的FO故障信号，根据母线电压和逆变模块的FO故障信号控制IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号，通过IGBT驱动信号控制IGBT的关断和导通，从而实现对IGBT的保护，相较于通过控制芯片算法对IGBT进行保护的方法而言，本发明IGBT保护方法通过硬件电路实现，响应速度更快，安全性更高。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的一个实施例的电机系统的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在数字电路中，把电压的高低用逻辑电平来表示，逻辑电平包括高电平和低电平这两种。不同的元器件形成的数字电路，电压对应的逻辑电平也不同。逻辑电平通过阈值电平来定义，例如，在在TTL门电路中，把大于3 .5伏(阈值高电平)的电压定义为逻辑高电平，用数字1表示；把小于0.3伏(阈值低电平)的电压定义为逻辑低电平，用数字0表示。
实施例1，一种IGBT保护方法。
本实施例的一种IGBT保护方法，应用于如附图1所示的电机系统，所述IGBT保护方法包括以下步骤：
步骤1：通过母线电压采集电路对DC+ 、DC-进行母线电压的采集，得到母线电压VDC。
步骤2：对三相全桥逆变模块下桥臂的T2、T4、T6进行驱动故障信号FO采集，当下桥臂的T2、T4、T6任一IGBT的驱动故障时，逆变模块的FO故障信号输出端口输出高电平的FO故障信号，当下桥臂的T2、T4、T6三个IGBT的驱动全部正常时，FO故障信号为低电平。
步骤3：将母线电压VDC通过比较器U2与母线阈值电压VREF1进行比较，当母线电压VDC＞母线阈值电压VREF1时，比较器U2输出高电平，IGBT驱动器的第二控制端P1得到值为1，当母线电压VDC≤母线阈值电压VREF1时，比较器U2输出低电平，IGBT驱动器的第二控制端P1得到值为0，本实施例的母线阈值电压VREF1以750V为例进行说明；将FO故障信号与参考电压VREF2通过比较器U1进行比较，当FO故障信号＞参考电压VREF2时，比较器U2输出高电平，IGBT驱动器的第一控制端P0得到值为1，当FO故障信号≤参考电压VREF2时，比较器U2输出低电平，IGBT驱动器的第一控制端P0得到值为0，本实施例的参考电压VREF2以3V为例进行说明。
步骤4：通过IGBT驱动器对第一控制端P0和第二控制端P1的值进行判断，IGBT驱动器可以为CPLD、FPGA等可编程逻辑器件，本实施例以CPLD为例进行说明，本实施例的CPLD的具体真值表如表1：
Figure 223278DEST_PATH_IMAGE002
表1 CPLD真值表。
电机在工作时，可能出现以下四种情况中的任意一种：
（1）当VDC＜750V，且FO故障信号＜3V时，P0P1的值为00，可判断出三相全桥逆变模块下桥臂的三个IGBT未出现故障，且母线电压VDC不超过750V，CPLD出的IGBT驱动信号PWM1与输入CPLD的驱动信号PWM0同步；
（2）当VDC＞750V，且FO故障信号＜3V时，P0P1的值为01，可判断出三相全桥逆变模块下桥臂的三个IGBT未出现故障，但母线电压VDC超过750V，则CPLD控制输出PWM1-1、PWM1-3、 PWM1-5为低电平，PWM1-2、PWM1-4、 PWM1-6为高电平，将三相全桥逆变模块下桥臂的三个IGBT全部开通，上桥臂的三个IGBT全部关断；
（3）当VDC＜750V，且FO故障信号＞3V时，P0P1的值为10，可以判断三相全桥逆变模块下桥臂的三个IGBT出现故障，且此时母线电压VDC未超过750V，因此CPLD控制输出IGBT驱动信号PWM1全部为低电平，将三相全桥逆变模块所有IGBT都关断。
（4）当VDC＞750V，且FO故障信号＞3V时，P0P1的值为11，可判断出三相全桥逆变模块下桥臂的三个IGBT发生故障，且母线电压VDC超过750V，则CPLD控制输出的PWM1-1、PWM1-3、PWM1-5为高电平，PWM1-2、PWM1-4、PWM1-6为低电平，将三相全桥逆变模块上桥臂的三个IGBT全部开通，下桥臂的三个IGBT全部关断。
当电机系统中的控制器发生故障时且电机高速运行中，若此时直接关断控制器不进行控制，由于高速运行电机产生的反电动势，容易导致IGBT被击穿。如需进行三相短路控制，需判断是上桥臂IGBT驱动故障还是下桥臂IGBT故障，需据此进行上桥臂三个IGBT全部开通还是下桥臂三个IGBT全部开通。当上桥臂三个IGBT或下桥臂三个IGBT全部开通，则会让电机三相绕组输入端全部短路，使电机产生的反电动势不会影响到控制器，通过电机内部的绕组消耗掉馈电能量，从而降低转速，安全停机。
本实施例提供的一种IGBT保护方法，通过获取母线电压和逆变模块的FO故障信号，根据母线电压和逆变模块的FO故障信号控制IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号，当电机系统中的控制器发生故障且电机高速运行时，通过IGBT驱动信号控制IGBT的关断和导通，从而实现对IGBT的保护，相较于通过控制芯片算法对IGBT进行保护的方法而言，本发明IGBT保护方法通过硬件电路实现，响应速度更快，安全性更高。
实施例2，一种电机系统。
如附图1所示，本实施例提供了一种电机系统，所述电机系统用于实现实施例1所述的IGBT保护方法。
电机系统包括比较器U1、比较器U2、控制器、IGBT驱动器、逆变模块、电机M、参考电压VREF2产生电路、母线阈值电压VREF1产生电路和母线电压采集电路，控制器连接IGBT驱动器的输入端，IGBT驱动器的输出端连接逆变模块的控制端，IGBT驱动器的第一控制端P0连接比较器U1的输出端，IGBT驱动器的第二控制端P1连接比较器U2的输出端，逆变模块的输出端连接电机M，比较器U1的同相输入端连接逆变模块的FO故障信号输出端，比较器U1的反相输入端连接参考电压VREF2产生电路的输出端，比较器U2的同相输入端连接母线电压采集电路的输出端，比较器U2的反相输入端连接母线阈值电压VREF1产生电路的输出端。
本实施例的母线阈值电压VREF1产生电路用于产生一个750V的母线阈值电压VREF1输出至比较器U2的反相输入端，参考电压VREF2产生电路用于产生一个3V的电压输出至比较器U1的反相输入端，母线电压采集电路用于采集母线DC+和DC-的电压并输出至比较器U2的同相输入端，逆变模块的FO故障信号输出端在逆变模块下桥臂的IGBT故障时输出高电平信号至比较器U1的同相输入端，控制器中包括有控制芯片，本实施例的控制芯片具体为MCU，MCU用于产生IGBT驱动信号PWM0至CPLD，CPLD根据比较器U1和比较器U2输入的信号，输出IGBT驱动信号PWM1至逆变模块的6个IGBT，逆变模块输出三相交流电至电机M，驱动电机M工作。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种IGBT保护方法，其特征在于，包括：获取母线电压VDC和逆变模块的FO故障信号，当所述逆变模块下桥臂的三个IGBT任意一个IGBT故障时，所述逆变模块输出所述FO故障信号；通过比较所述母线电压VDC和母线阈值电压VREF1的大小获取第一比较结果，并同时比较所述FO故障信号和参考电压VREF2的大小获取第二比较结果，根据所述第一比较结果和所述第二比较结果控制IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1；其步骤为：
当所述母线电压VDC＜所述母线阈值电压VREF1，且所述FO故障信号＜所述参考电压VREF2时，所述IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1与输入所述IGBT驱动器的驱动信号PWM0同步；
当所述母线电压VDC＞所述母线阈值电压VREF1，且所述FO故障信号＜所述参考电压VREF2时，所述IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1控制IPM模块的下桥臂的三个IGBT导通，同时控制所述IPM模块的上桥臂的三个IGBT关断；
当所述母线电压VDC＜所述母线阈值电压VREF1时，且所述FO故障信号＞所述参考电压VREF2时，所述IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1控制所述IPM模块所有的IGBT都关断；
当所述母线电压VDC＞所述母线阈值电压VREF1时，且所述FO故障信号＞所述参考电压VREF2时，所述IGBT驱动器输出的IGBT驱动信号PWM1控制所述IPM模块的上桥臂的三个IGBT导通，同时控制所述IPM模块的下桥臂的三个IGBT关断。
2.如权利要求1所述的一种IGBT保护方法，其特征在于，所述母线电压VDC和母线阈值电压VREF1通过比较器U2进行比较，所述FO故障信号和参考电压VREF2通过比较器U1进行比较。
3.如权利要求1所述的一种IGBT保护方法，其特征在于，所述IGBT驱动器具体为CPLD。
4.一种电机系统，其特征在于，所述电机系统用于实现权利要求1至3任意一项所述的IGBT保护方法。
5.如权利要求4所述的一种电机系统，其特征在于，所述电机系统包括比较器U1、比较器U2、控制器、IGBT驱动器、逆变模块、电机M、参考电压VREF2产生电路、母线阈值电压VREF1产生电路和母线电压采集电路，所述控制器连接所述IGBT驱动器的输入端，所述IGBT驱动器的输出端连接所述逆变模块的控制端，所述IGBT驱动器的第一控制端P0连接比较器U1的输出端，所述IGBT驱动器的第二控制端P1连接比较器U2的输出端，所述逆变模块的输出端连接电机M，所述比较器U1的同相输入端连接所述逆变模块的FO故障信号输出端，所述比较器U1的反相输入端连接参考电压VREF2产生电路的输出端，所述比较器U2的同相输入端连接所述母线电压采集电路的输出端，所述比较器U2的反相输入端连接母线阈值电压VREF1产生电路的输出端。
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