CN111707918A - 一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测装置,包括:MCU芯片和自集成驱动及检测单元;所述MCU芯片与自集成驱动及检测单元电性连接,且自集成驱动及检测单元分别与上桥IGBT和下桥IGBT双向电信连接。本发明中,实现时时监测IGBT工作状态,工作异常时能从硬件层关断下桥IGBT,适用热基板非隔离驱动方案,驱动回路总体成本比采用专用驱动光耦的系统要低,未使用光耦进行信号传输,没有光耦光衰现象,使用寿命更长,可靠性更高,同时IGBT保护阈值电压可以根据实际情况进行调整,短路保护响应迅速,能在极短时间内关断IGBT并封锁驱动信号,能更有效的保护IGBT,防止系统发生致命损坏。
Description
技术领域
本发明涉及中大功率空调风机电机控制技术领域,尤其涉及一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法及装置。
背景技术
目前在中大功率空调风机电机驱动系统中,IGBT驱动以及短路保护很难找到可靠性较高的方法,驱动及短路保护主要采用专用带保护的集成驱动芯片,如PC929,HCPL-316J,FOD8316等,此类芯片都是集成光耦器件,含有IGBT集电极电压检测引脚DESAT,用于检测VCEsat,正常情况下IGBT正常工作时,通态导通压降VCEsat为2-3V,一般含集电极电压检测引脚的集成光耦,引脚检测电压阈值为6-7V,在门极驱动电压存在的情况下,发生IGBT过流,VCEsat会急剧上升,一般当时间超过10us左右,IGBT就会损坏,所以当检测到IGBT的VCEsat电压大于7V时,认为IBGT发生短路,输出短路保护信号。
但是此类型的集成光耦一般不适合热基板方案,并且由于阈值电压不可设置,存在很多局限性;此类型的检测电路输出电流很小,一般只有250uA左右,极易受到IGBT器件开关影响,抗干扰作用不强,易误报警;此种电路极其复杂,批量一致性难以把握。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法及装置,以适应热基板方案,提供高可靠性,长寿命,保护响应及时,易于批量。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测装置,包括:MCU芯片和自集成驱动及检测单元;
所述MCU芯片与自集成驱动及检测单元电性连接,且自集成驱动及检测单元分别与上桥IGBT和下桥IGBT双向电信连接;
所述自集成驱动及检测单元由自集成驱动单元和自集成检测单元组成,所述自集成检测单元用于检测到IGBT工作状态,所述自集成驱动单元用于控制IGBT开关。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述自集成检测单元由自集成IGBT保护单元和自集成IGBT检测单元组成,且自集成IGBT保护单元和自集成IGBT检测单元电性连接,所述自集成检测单元用于智能检测IGBT工作状态,能根据不同IGBT器件智能适应阈值范围。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述自集成驱动单元由半桥驱动单元、上桥IGBT驱动单元、下桥IGBT驱动单元、下桥使能单元组成;
所述下桥使能单元与半桥驱动单元电性连接,且半桥驱动单元分别与上桥IGBT驱动单元和下桥IGBT驱动单元双向电信连接。
一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法,包括以下步骤:
步骤一:MCU芯片产生ZS下桥驱动PWM信号和WS上桥驱动PWM信号传输至自集成驱动及检测单元;
步骤二:自集成驱动及检测单元驱动上桥IGBTQ2导通或者下桥IGBTQ6导通,并且采集Q6导通时动力输出信号W与GND的电压关系,同时自集成驱动及检测单元反馈一路FO信号给MCU芯片;
步骤三:自集成驱动及检测单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号分别驱动上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述步骤二中自集成驱动及检测单元采集上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6动力输出的信号的采集方法包括以下步骤:
S2.1:通过自集成驱动及检测单元中的自集成IGBT检测单元采集IGBTQ6导通时动力输出信号W与GND的电压关系;
S2.2:自集成IGBT检测单元将信号传输至自集成IGBT保护单元,由自集成IGBT保护单元生成IGBT保护信号传输至MCU芯片,并且同步关断下桥IGBTQ6。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述步骤三中自集成驱动及检测单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号分别驱动上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6包括以下步骤:
S3.1:MCU芯片产生ZS下桥驱动PWM信号和WS上桥驱动PWM信号传输至自集成驱动及检测单元中的自集成驱动单元;
S3.2:自集成驱动单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号分别驱动上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6。
作为上述技术方案的进一步描述:
所述自集成驱动单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号的方法为通过下桥使能单元接收下桥驱动PWM信号并传输至半桥驱动单元,同时半桥驱动单元接收上桥驱动PWM信号并输出控制信号到上桥IGBT驱动单元和下桥IGBT驱动单元,通过上桥IGBT驱动单元和下桥IGBT驱动单元分别输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号。
本发明提供了一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法及装置。具备以下有益效果:
该空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法及装置实现时时监测IGBT工作状态,工作异常时能从硬件层关断下桥IGBT,适用热基板非隔离驱动方案,驱动回路总体成本比采用专用驱动光耦的系统要低,未使用光耦进行信号传输,没有光耦光衰现象,使用寿命更长,可靠性更高,同时IGBT保护阈值电压可以根据实际情况进行调整,短路保护响应迅速,能在极短时间内关断IGBT并封锁驱动信号,能更有效的保护IGBT,防止系统发生致命损坏。
附图说明
图1为本发明提出的一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测装置的整体结构示意图;
图2为本发明中自集成检测单元的示意图;
图3为本发明中自集成驱动单元的示意图;
图4为本发明中自集成IGBT状态检测单元的示意图;
图5为本发明中自集成IGBT保护单元的示意图;
图6为本发明中半桥驱动单元的示意图;
图7为本发明中上桥IGBT驱动单元和上桥IGBTQ2的示意图;
图8为本发明中下桥IGBT驱动单元和下桥IGBTQ6的示意图;
图9为本发明中下桥使能单元的示意图。
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,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
参照图1-3,一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测装置,包括:MCU芯片和自集成驱动及检测单元;
MCU芯片与自集成驱动及检测单元电性连接,且自集成驱动及检测单元分别与上桥IGBT和下桥IGBT双向电信连接;
自集成驱动及检测单元由自集成驱动单元和自集成检测单元组成,自集成检测单元用于检测到IGBT工作状态,自集成驱动单元用于控制IGBT开关。
自集成检测单元由自集成IGBT保护单元和自集成IGBT检测单元组成,且自集成IGBT保护单元和自集成IGBT检测单元电性连接,自集成检测单元用于智能检测IGBT工作状态,能根据不同IGBT器件智能适应阈值范围。
自集成驱动单元由半桥驱动单元、上桥IGBT驱动单元、下桥IGBT驱动单元、下桥使能单元组成;
下桥使能单元与半桥驱动单元电性连接,且半桥驱动单元分别与上桥IGBT驱动单元和下桥IGBT驱动单元双向电信连接。
一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法,包括以下步骤:
步骤一:MCU芯片产生ZS下桥驱动PWM信号和WS上桥驱动PWM信号传输至自集成驱动及检测单元;
步骤二:自集成驱动及检测单元驱动上桥IGBTQ2导通或者下桥IGBTQ6导通,并且采集Q6导通时动力输出信号W与GND的电压关系,同时自集成驱动及检测单元反馈一路FO信号给MCU芯片;
步骤三:自集成驱动及检测单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号分别驱动上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6。
步骤二中自集成驱动及检测单元采集上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6动力输出的信号的采集方法包括以下步骤:
S2.1:通过自集成驱动及检测单元中的自集成IGBT检测单元采集IGBTQ6导通时动力输出信号W与GND的电压关系;
S2.2:自集成IGBT检测单元将信号传输至自集成IGBT保护单元,由自集成IGBT保护单元生成IGBT保护信号传输至MCU芯片,并且同步关断下桥IGBTQ6;
步骤三中自集成驱动及检测单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号分别驱动上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6包括以下步骤:
S3.1:MCU芯片产生ZS下桥驱动PWM信号和WS上桥驱动PWM信号传输至自集成驱动及检测单元中的自集成驱动单元;
S3.2:自集成驱动单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号分别驱动上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6。
自集成驱动单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号的方法为通过下桥使能单元接收下桥驱动PWM信号并传输至半桥驱动单元,同时半桥驱动单元接收上桥驱动PWM信号并输出控制信号到上桥IGBT驱动单元和下桥IGBT驱动单元,通过上桥IGBT驱动单元和下桥IGBT驱动单元分别输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号。
参照图7-9,当ZSI高电平WS低电平,则LVG输出高电平,WHG输出低电平;ZL通过R9获得高电平,Q5导通Q7截止,ZLO通过R12获得高电平,Q6导通,W被拉低,同时C4,C2,C1通过R2和D2形成回路,进行自举充电;同时WH通过D1、R1与R3并联获得低电平,Q3导通Q1截止,WHO通过R4获得低电平,Q2截止;
当ZSI低电平WS高电平,则LVG输出低电平,WHG输出高电平;ZL通过D4、R10与R9并联获得低电平,Q7导通Q5截止,LZO通过R12获得低电平,Q6为截止;同时WH通过R3获得高电平,Q1导通Q3截止,WHO通过R4获得高电平,Q2导通,W被拉高。
参照图9,当U2A的FO为低电平时,ZSI输出始终为低;当U2A的FO为高电平时,ZSI的信号高低由ZS信号决定,所以U2A构成下桥使能单元,达到封锁下桥PWM信号ZS的目的。
参照图7和图8,D1,R1和R3,D4,R10和R9分别形成IGBT驱动模块推挽电路的死区电路,用于控制后端推挽电路电平;
Q1和Q3,Q5和Q7分别形成上桥IGBT驱动单元和下桥IGBT驱动单元,分别用于放大WH和ZL信号来驱动大电流的IGBT。
参照图4,R7和R14形成分压电路,用于检测VCE检测电容C8两端电压,此电压进行一定比例的分压,送入比较器U3A正端VSAT;由图6、图8可知,当ZS高电平,Q6导通,C8两端的电压为VCEsat加上D3管压降;R8和R11为VCC电压形成分压,输入比较器U3A负端VREF;正常状态下,VSAT电压低于VREF电压,FOINT为低;同时Q4导通,C8经过Q4和R5充电,当C8电压大于IGBT管压降VCE加D3正向管压降时,VCEDIE电压被D3,Q6泄放,此时C8两端电压控制在一个稳定范围内,一般为3V-4V;当Q6发生短路时VCEsat电压会急剧上升,C8两端电压也因为VCEsat电压的增加而被抬升,U3A的7脚电压VAST也被同步抬升,当VSAT电压大于VREF时,U3A的1脚电平发生翻转,此时FOINT为高电平,C8两端电压阈值一般取6V;当ZS为低电平,ZL为低,则Q4截止;ZS低电平,Q11截止,Q9导通,C8电容通过R23,Q9形成放电回路,C8内的电被放完,为下一个周期做准备,保护电压阈值可以通过R8,R11,R7,R14调整。
参照图5,当FOINT为低电平,Q8和Q10门集为低,Q8和Q10截止,FO1和FO3分别被R17和R13上拉为高,FO输出高,系统正常;当FOINT为高电平,Q8和Q10门集变高,Q8和Q10导通,FO3和FO1分别变低,U2B的6脚FO输出低,产生IGBT短路保护信号传输入MCU进行相应处理;同时,下桥使能单元封锁下桥PWM信号ZS,ZSI为低,使Q6处于关断状态。
参照图4、图6和图8,当ZSI为低,ZL为低,Q4截止,C8两端电压远低于6V,VSAT电压远低于VREF电压,FOINT为低;参照图5,Q8和Q10门集为低,Q8和Q10截止,C15,C17分别通过上拉电阻R13,R17充电,利用标准COMS输入高电平门限电压0.7*Vcc的特点,C15电容较小,FO3先恢复为高电平;C17电容较大,充到3.5V需要一定时间,此时间一般取值20us,U2B在5脚FO1电平低于3.5V时,6脚FO输出始终为低电平,下桥使能单元封锁下桥PWM信号ZS,ZSI为低,使Q6处于关断状态;调整R17和C17关系,则可以调整硬件封锁时间。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测装置,其特征在于,包括:MCU芯片和自集成驱动及检测单元;
所述MCU芯片与自集成驱动及检测单元电性连接,且自集成驱动及检测单元分别与上桥IGBT和下桥IGBT双向电信连接;
所述自集成驱动及检测单元由自集成驱动单元和自集成检测单元组成,所述自集成检测单元用于检测到IGBT工作状态,所述自集成驱动单元用于控制IGBT开关。
2.根据权利要求1所述的一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测装置,其特征在于,所述自集成检测单元由自集成IGBT保护单元和自集成IGBT检测单元组成,且自集成IGBT保护单元和自集成IGBT检测单元电性连接,所述自集成检测单元用于智能检测IGBT工作状态,能根据不同IGBT器件智能适应阈值范围。
3.根据权利要求1所述的一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测装置,其特征在于,所述自集成驱动单元由半桥驱动单元、上桥IGBT驱动单元、下桥IGBT驱动单元、下桥使能单元组成;
所述下桥使能单元与半桥驱动单元电性连接,且半桥驱动单元分别与上桥IGBT驱动单元和下桥IGBT驱动单元双向电信连接。
4.一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:MCU芯片产生ZS下桥驱动PWM信号和WS上桥驱动PWM信号传输至自集成驱动及检测单元;
步骤二:自集成驱动及检测单元驱动上桥IGBTQ2导通或者下桥IGBTQ6导通,并且采集Q6导通时动力输出信号W与GND的电压关系,同时自集成驱动及检测单元反馈一路FO信号给MCU芯片;
步骤三:自集成驱动及检测单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号分别驱动上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6。
5.根据权利要求4所述的一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法,其特征在于,所述步骤二中自集成驱动及检测单元采集上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6动力输出的信号的采集方法包括以下步骤:
S2.1:通过自集成驱动及检测单元中的自集成IGBT检测单元采集IGBTQ6导通时动力输出信号W与GND的电压关系;
S2.2:自集成IGBT检测单元将信号传输至自集成IGBT保护单元,由自集成IGBT保护单元生成IGBT保护信号传输至MCU芯片,并且同步关断下桥IGBTQ6。
6.根据权利要求4所述的一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法,其特征在于,所述步骤三中自集成驱动及检测单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号分别驱动上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6包括以下步骤:
S3.1:MCU芯片产生ZS下桥驱动PWM信号和WS上桥驱动PWM信号传输至自集成驱动及检测单元中的自集成驱动单元;
S3.2:自集成驱动单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号分别驱动上桥IGBTQ2与下桥IGBTQ6。
7.根据权利要求6所述的一种空调风机用电机控制系统自集成驱动检测方法,其特征在于,所述自集成驱动单元输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号的方法为通过下桥使能单元接收下桥驱动PWM信号并传输至半桥驱动单元,同时半桥驱动单元接收上桥驱动PWM信号并输出控制信号到上桥IGBT驱动单元和下桥IGBT驱动单元,通过上桥IGBT驱动单元和下桥IGBT驱动单元分别输出WHO上桥IGBT门集信号和ZLO下桥IGBT门集信号。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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