CN112462301B - 一种eps上使用的电机相开路及短路的检测系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统及其方法，包括PWM输出模块、PWM采集模块、VDS采集模块和诊断算法模块；所述PWM输出模块在电机一相上的两个MOSFET同时输出PWM波形，其波形互补；所述PWM采集模块实时采集电机U、V、W三相上的占空比信号并将其传输给诊断算法模块；所述VDS采集模块通过传感器监控MOSFET漏极和源极之间的电压并将其传输给诊断算法模块；所述诊断算法模块通过接收到的占空比信号和VDS电压来诊断电机开路及短路的情况。本发明的优点为：诊断快速、准确，在电机转动时也能准确诊断。
Description
技术领域
本发明涉及EPS技术领域，具体涉及一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统及其方法。
背景技术
电动助力转向技术已日渐成熟，有取代液压动力转向的趋势，是未来动力转向技术发展的方向之一。电动助力转向采用电动机直接提供助力，助力大小由电控单元控制，不仅能节约能量，提高安全性，还有利于环保，是一项紧扣现代汽车发展主题的高新技术。因此，电动助力转向系统（EPS）成为目前国内转向技术的研究热点。
由于EPS采用电动机直接提供助力，若电动机存在开路或短路，不仅会导致助力异常，还会严重影响EPS的性能，甚至会造成控制器不可逆转的损害。因此，在EPS工作前，检查电动机与控制器的连接是否正常十分重要。
目前，常见的EPS开路及短路的诊断策略为：在EPS工作前，给电机通电，回采EPS电机的相电流，然后将采集回来的相电流与诊断阈值进行比较，若超出阈值，则认为电机与控制器存在开路或短路。该策略虽然能达到一定的检测效果，但若此时电机在转动，可能出现误诊断 。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于EPS、通过回采相电压及MOSFET漏极源极的VDS电压来判断是否存在电机开路或短路的检测系统及其方法。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统，包括PWM输出模块、PWM采集模块、VDS采集模块和诊断算法模块；
通过6个同样的MOSFET组成一个三相逆变结构，每个所述MOSFET的漏极和源极与一个传感器并联，所述MOSFET组成的三相逆变结构每相的中点分别连接于所述电机的三相中的一相，所述PWM输出模块与所述MOSFET相连，所述PWM采集模块与电机的三相相连，述VDS采集模块与所述MOSFET相连，所述诊断算法模块与所述PWM输出模块、PWM采集模块、VDS采集模块相连；
所述PWM输出模块在电机一相上的两个MOSFET同时输出PWM波形，其波形互补；
所述PWM采集模块实时采集电机U、V、W三相上的占空比信号并将其传输给诊断算法模块；
所述VDS采集模块通过传感器监控MOSFET漏极和源极之间的电压并将其传输给诊断算法模块；
所述诊断算法模块通过接收到的占空比信号和VDS电压来诊断电机开路及短路的情况。
进一步地，所述PWM输出模块通过在MOSFET门极输出高、低电平来实现MOSFET的开关。
进一步地，所述电机同一相上的MOSFET包括GH和GL；GH上是高电平时，GL上是低电平，此时，高边MOSFET打开，低边MOSFET关闭；GH上是低电平时，GL上是高电平，此时，高边MOSFET关闭，低边MOSFET打开。
进一步地，所述PWM采集模块采用定时器来记录高低电平的维持时间。
进一步地，所述VDS采集模块通过监控MOSFET漏极和源极的电压来间接判断电流是否超标。
进一步地，所述诊断算法模块通过接收PWM采集模块传输的三相上的占空比信号来判断电机的三相与控制器的连接是否存在异常；通过接收VDS采集模块传输的VDS电压来判断电机三相是否存在短路情况。
一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测方法，包括如下步骤：
S1）向U相输出占空比为50%的PWM，判断U相上下MOS的VDS是否超标，若是则电机相开路或短路，否则判断三相上PWM的占空比是否都为50%，若否，则电机相开路或短路；
S2）若三相上PWM的占空比都为50%，则向V相输出占空比为50%的PWM，判断V相上下MOS的VDS是否超标，若是则电机相开路或短路，否则判断三相上PWM的占空比是否都为50%，若否，则电机相开路或短路；
S3）若三相上PWM的占空比都为50%，则向W相输出占空比为50%的PWM，判断W相上下MOS的VDS是否超标，若是则电机相开路或短路，否则判断三相上PWM的占空比是否都为50%，若否，则电机相开路或短路，若是则电机相连接正常。
进一步地，所述U相、V相、W相分别设有MOSFET和传感器，所述MOSFET用来接收PWM波形，所述传感器用来监控MOSFET漏极和源极之间的电压。
进一步地，所述PWM的占空比计算公式为：
；其中，Duty为电机
相上PWM的占空比，Thigh为PWM的高电平时间，Tlow为PWM的低电平时间。
进一步地，通过监控MOSFET漏极和源极的电压，间接判断电流是否超标，即是否存
在短路，其计算公式为：
；其中，I为通过MOSFET的电流，U为VDS，即MOSFET栅极和源
极的电压，R为MOSFET打开时栅极和源极之间的内阻。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统及其方法，当软件系统进入开路及短路检测时，诊断算法模块会选择一相输出PWM，PWM输出模块根据要求产生PWM波形，打开对应相的MOSFET；同时，PWM采集模块会将三相上的PWM采集回来，反馈给诊断算法模块；而VDS采集模块也会将PWM输出模块打开的MOSFET的VDS电压采集回来，反馈给诊断算法模块；最后，诊断算法模块根据PWM采集模块和VDS采集模块反馈数据，判断是否超出给定范围，若超出，则存在短路或开路，诊断结束，否则，继续诊断另一相，直至电机的三相都诊断完毕。
本发明的优点为：诊断快速、准确，在电机转动时也能准确诊断。
附图说明
图1是本发明一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统的模块整体框图。
图2是本发明的检测系统同一相上MOSFET门极的PWM驱动波形图。
图3是本发明的检测系统电机相上的PWM波形图。
图4是本发明一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作进一步详细的描述。
本发明一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统，如图1所示，当软件系统进入开路及短路检测时，诊断算法模块会选择一相输出PWM，PWM输出模块根据要求产生PWM波形，打开对应相的MOSFET；同时，PWM采集模块会将三相上的PWM采集回来，反馈给诊断算法模块；而VDS采集模块也会将PWM输出模块打开的MOSFET的VDS电压采集回来，反馈给诊断算法模块；最后，诊断算法模块根据PWM采集模块和VDS采集模块反馈数据，判断是否超出给定范围，若超出，则存在短路或开路，诊断结束，否则，继续诊断另一相，直至电机的三相都诊断完毕。
PWM输出模块通过在MOSFET的门极输出高电平，来实现MOSFET的开关，从而将电机相接电源或接地，如图2所示，PWM输出模块在一相上的两个MOSFET同时输出PWM波形，其波形互补。具体地，GH上是高电平时，GL上是低电平，此时，高边MOSFET打开，低边MOSFET关闭，相上的电压等于电源电压；GH上是低电平时，GL上是高电平，此时，高边MOSFET关闭，低边MOSFET打开，相上的电压为0。最后，相上的PWM波形如图3所示。
所述PWM采集模块实时采集电机相上的占空比信号，该模块使用定时器，通过监控
电机相上的电平由低到高以及由高到低来记录高低平的维持时间，最后计算出占空比，其
计算公式为：
；其中，Duty为电机相上PWM的占空比，Thigh为PWM的
高电平时间，Tlow为PWM的低电平时间。所述PWM采集模块计算出占空比后，将数据传给诊断
算法模块，以进行下一步处理。
所述VDS采集模块通过一个传感器监控MOSFET漏极和源极之间的电压。MOSFET打
开时，漏极和源极之间内阻虽然很小，但仍然存在，通过监控MOSFET漏极和源极的电压，可
以间接判断电流是否超标，即是否存在短路，其计算公式为：
；其中，I为通过
MOSFET的电流，U为VDS，即MOSFET栅极和源极的电压，R为MOSFET打开时栅极和源极之间的
内阻。所述VDS采集模块采集到VDS后，将数据传给诊断算法模块，以进行下一步处理。
所述诊断算法模块通过PWM输出模块往电机一相上输出占空比为50%的PWM，并通过PWM采集模块将三相上的PWM采集回来，若发现三相上的PWM占空比与输出的PWM占空比存在很大误差，则说明电机的三相与控制器的连接存在异常。同时，所述诊断算法模块通过VDS采集模块获取VDS电压，若VDS电压过高，就说明电机的三相存在短电源或短地的情况。
如图4所示，一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测方法，包括如下步骤：
S1）U相输出占空比为50%的PWM，判断U相上下MOS的VDS是否超标，若是则电机相开路或短路，否则判断三相上PWM的占空比是否都为50%，若否，则电机相开路或短路；
S2）V相输出占空比为50%的PWM，判断V相上下MOS的VDS是否超标，若是则电机相开路或短路，否则判断三相上PWM的占空比是否都为50%，若否，则电机相开路或短路；
S3）W相输出占空比为50%的PWM，判断W相上下MOS的VDS是否超标，若是则电机相开路或短路，否则判断三相上PWM的占空比是否都为50%，若否，则电机相开路或短路，若是则电机相连接正常。
以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (10)
1.一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统，其特征在于：包括PWM输出模块、PWM采集模块、VDS采集模块、诊断算法模块、MOSFET、传感器和电机；
通过6个同样的MOSFET组成一个三相逆变结构，每个所述MOSFET的漏极和源极与一个传感器并联，所述MOSFET组成的三相逆变结构每相的中点分别连接于所述电机的三相中的一相，所述PWM输出模块与所述MOSFET相连，所述PWM采集模块与电机的三相相连，所述VDS采集模块与所述MOSFET相连，所述诊断算法模块与所述PWM输出模块、PWM采集模块、VDS采集模块相连；
所述PWM输出模块在电机一相上的两个MOSFET同时输出PWM波形，其波形互补；
所述PWM采集模块实时采集电机U、V、W三相上的占空比信号并将其传输给诊断算法模块；
所述VDS采集模块通过传感器监控MOSFET漏极和源极之间的电压并将其传输给诊断算法模块；
所述诊断算法模块通过接收到的占空比信号和VDS电压来诊断电机开路及短路的状态。
2.根据权利要求1所述的一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统，其特征在于：所述PWM输出模块通过在MOSFET门极输出高、低电平来实现MOSFET的开关。
3.根据权利要求2所述的一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统，其特征在于：所述电机同一相上的MOSFET包括GH和GL；GH上是高电平时，GL上是低电平，此时，高边MOSFET打开，低边MOSFET关闭；GH上是低电平时，GL上是高电平，此时，高边MOSFET关闭，低边MOSFET打开。
4.根据权利要求1所述的一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统，其特征在于：所述PWM采集模块采用定时器来记录高低电平的维持时间。
5.根据权利要求1所述的一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统，其特征在于：所述VDS采集模块通过监控MOSFET漏极和源极的电压来间接判断电流是否超标。
6.根据权利要求1所述的一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测系统，其特征在于：所述诊断算法模块通过接收PWM采集模块传输的三相上的占空比信号来判断电机的三相与控制器的连接是否存在异常；通过接收VDS采集模块传输的VDS电压来判断电机三相是否存在短路情况。
7.一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测方法，其特征在于包括如下步骤：
S1）向U相输出占空比为50%的PWM，判断U相上下MOS的VDS是否超标，若是则电机相开路或短路，否则判断三相上PWM的占空比是否都为50%，若否，则电机相开路或短路；
S2）若三相上PWM的占空比都为50%，则向V相输出占空比为50%的PWM，判断V相上下MOS的VDS是否超标，若是则电机相开路或短路，否则判断三相上PWM的占空比是否都为50%，若否，则电机相开路或短路；
S3）若三相上PWM的占空比都为50%，则向W相输出占空比为50%的PWM，判断W相上下MOS的VDS是否超标，若是则电机相开路或短路，否则判断三相上PWM的占空比是否都为50%，若否，则电机相开路或短路，若是则电机相连接正常。
8.根据权利要求7所述的一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测方法，其特征在于：所述U相、V相、W相分别设有MOSFET和传感器，所述MOSFET用来接收PWM波形，所述传感器用来监控MOSFET漏极和源极之间的电压。
9.根据权利要求7所述的一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测方法，其特征在
于：所述PWM的占空比计算公式为：
；其中，Duty为电机相上PWM的占空
比，Thigh为PWM的高电平时间，Tlow为PWM的低电平时间。
10.根据权利要求7所述的一种EPS上使用的电机相开路及短路的检测方法，其特征在
于：通过监控MOSFET漏极和源极的电压，间接判断电流是否超标，即是否存在短路，其计算
公式为：
；其中，I为通过MOSFET的电流，U为VDS，即MOSFET栅极和源极的电压，R为
MOSFET打开时栅极和源极之间的内阻。
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