CN113708344B - 一种逆变器直流母线的过压保护方法、电路和电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆变器直流母线的过压保护方法、电路和电机控制器。其中，过压保护方法包括：检测逆变器直流母线上的电压值和电机的转速值；分别比较电压值和转速值与预设电压值或预设转速值的大小，根据比较结果输出控制指令；根据控制指令，控制逆变器的三相全桥实现过压保护。本发明的过压保护方法中，根据逆变器直流母线上的电压值和电机的转速值对逆变器进行控制，实现对直流母线的过压保护，可以有效防止电机转速过快导致的短路电流过大，避免对电机的损伤；以及，避免在电机高转速下执行三相短路使电机突然产生很大的制动扭矩，使电机急剧减速引发的安全事故。

Description

一种逆变器直流母线的过压保护方法、电路和电机控制器

技术领域

本发明属于逆变器控制技术领域，特别涉及一种逆变器直流母线的过压保护方法、电路和电机控制器。

背景技术

永磁同步电机具有高功率密度、低转动惯量、高效率等优点，被广泛应用于电动/混合动力汽车领域。作为将直流电转换为驱动电机用的三相交流电的装置，电机控制器既要保证电机系统的输出性能，同时也要保证在电机控制器发生故障时对电机系统进行有效的保护。在众多故障中，逆变器直流母线过压故障对于电机控制器来说非常致命，可以导致IGBT模块以及母线电容烧毁。为了避免母线过压故障，通常的做法是让电机控制器执行三相短路保护机制，抑制电机产生感应电动势，即使逆变器三相全桥的三个下桥臂或上桥臂同时导通，使电机的三相线短路。

永磁电机在高转速下执行三相短路，会产生极大的短路电流，导致定子的永磁体退磁，对电机造成永久性损坏。如果永磁电机是车用电机，在高转速下执行三相短路还会使电机突然产生很大的制动扭矩，使电机急剧减速，可能会造成车辆失控，引发安全事故。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种逆变器直流母线的过压保护方法、电路和电机控制器，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面公开一种逆变器直流母线的过压保护方法，所述过压保护方法包括：

检测逆变器直流母线上的电压值和电机的转速值；

分别比较所述电压值和所述转速值与预设电压值和预设转速值的大小，根据比较结果输出控制指令；

根据所述控制指令，控制逆变器的三相全桥实现过压保护。

进一步地，分别比较所述电压值和所述转速值与电压预设值和转速预设值的大小，根据比较结果输出控制指令包括：

当所述电压值不大于所述预设电压值时，所述电机正常工作；

当所述电压值大于所述预设电压值，且所述转速值不大于所述预设转速值时，发出第一控制指令。

进一步地，所述第一控制指令为阻断三相PWM信号，控制三相全桥的三个下桥臂或上桥臂同时导通，使得电机的三相线短路。

进一步地，分别比较所述电压值和所述转速值与电压预设值和转速预设值的大小，根据比较结果输出控制指令还包括：

当所述电压值大于预设电压值时，且所述电机转速大于预设转速时，发出第二控制指令。

进一步地，所述第二控制指令为阻断三相PWM信号，控制所述三相全桥的三个下桥臂和三个上桥臂同时断开，使得三相全桥中的MOS管或IGBT处于开路的状态。

本发明另一方面公开一种逆变器直流母线的过压保护电路，所述过压保护电路包括：过压检测电路、速度检测电路、逻辑判断单元、三相短路缓冲器和六桥开路缓冲器；所述三相短路缓冲器和所述六桥开路缓冲器依次连接在逆变器的三相全桥的三相PWM信号输出端；

所述过压检测电路，用于检测逆变器直流母线上的电压值；

所述速度检测电路，用于检测电机的转速值；

所述逻辑判断单元，用于接收所述电压值和所述转速值，比较所述电压值和所述转速值与预设电压值和预设转速值的大小，根据比较结果输出控制指令；

所述三相短路缓冲器和所述六桥开路缓冲器，用于根据所述控制指令，控制逆变器的三相全桥实现过压保护。

进一步地，所述逻辑判断单元为逻辑判断电路或可编程芯片，包括比较模块和判断输出模块；其中，

所述比较模块用于比较所述电压值和所述转速值与预设电压值和预设转速值的大小；

所述判断输出模块根据所述比较模块的结果，执行如下的操作：

若所述电压值不大于预设电压值时，不输出控制指令，所述电机正常工作；

若所述电压值大于预设电压值，且所述转速值不大于预设转速值时，向所述三相短路缓冲器输出第一控制指令；

若所述电压值大于预设电压值，且所述转速值大于预设转速值时，向所述六桥开路缓冲器输出第二控制指令。

进一步地，所述三相短路缓冲器接收到所述第一控制指令时，阻断三相PWM信号，控制三相全桥的三个下桥臂或上桥臂同时导通，使得电机的三相线短路；

所述六桥开路缓冲器接收到所述第二控制指令时，阻断三相PWM信号，控制所述三相全桥的三个下桥臂和三个上桥臂同时断开，使得所述三相全桥中的MOS管或IGBT处于开路的状态。

进一步地，所述逻辑判断单元包括IN1引脚、IN2引脚、OUT1引脚和OUT2引脚，所述IN1引脚和IN2引脚分别与所述过压检测电路和所述速度检测电路连接，所述OUT1引脚和OUT2引脚分别与所述三相短路缓冲器和所述六桥开路缓冲器连接。

本发明再一方面公开一种新能源车的电机控制器，所述电机控制器包括上述任一项所述的过压保护电路。

本发明的优点及有益效果是：

本发明的过压保护方法中，根据逆变器直流母线上的电压值和电机的转速值对逆变器进行控制，实现直流母线的过压保护，可以有效防止电机转速过快导致的短路电流过大，避免对电机的损伤；以及，避免在电机高转速下执行三相短路使电机突然产生很大的制动扭矩，使电机急剧减速引发的安全事故。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的一个实施例中逆变器直流母线的过压保护方法的实施步骤图；

图2为本发明的一个实施例中过压保护方法的逻辑判断图；

图3为本发明的一个实施例中逆变器直流母线的过压保护电路的连接结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅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做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。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

本发明一个实施例中公开一种逆变器直流母线的过压保护方法，如图1所示，该过压保护方法包括：

步骤1，检测逆变器直流母线上的电压值和电机的转速值。

步骤2，分别比较电压值和转速值与预设电压值和预设转速值的大小，根据比较结果输出相应的控制指令。

步骤3根据控制指令，控制逆变器的三相全桥实现过压保护。

综上，本实施例的过压保护方法中，根据逆变器直流母线上的电压值和电机的转速值对逆变器进行控制，实现直流母线的过压保护，可以有效防止电机转速过快导致的短路电流过大，避免对电机的损伤。当永磁电机为车用电机时，通过上述方法来进行过压保护，电机不会产生很大的制动扭矩，保证了车辆的正常行驶。

在一个实施例中，如图2所示，分别比较电压值和转速值与电压预设值和转速预设值的大小，根据比较结果输出控制指令包括：

当电压值不大于预设电压值时，无需进行过压保护，控制逆变器的三相全桥正常输出PWM信号，电机正常工作。

当电压值大于预设电压值，且转速值不大于预设转速值时，发出第一控制指令。

进一步地，第一控制指令为阻断三相PWM信号，控制三相全桥的三个下桥臂或上桥臂同时导通，使得电机的三相线短路，实现逆变器直流母线的过压保护。此时由于电机的转速值比较小，不会产生过大的短路电流，不会对电机产生损伤。

在一个实施例中，如图2所示，分别比较电压值和转速值与电压预设值和转速预设值的大小，根据比较结果输出控制指令还包括：

当电压值大于预设电压值时，且电机转速大于预设转速时，发出第二控制指令。在电机转速大于预设转速时，如果通过电机的三相短路来实现过压保护的话，电机会产生过大的短路电流，导致电机定子的永磁体退磁。本实施例的过压保护方法在电机转速能产生过大电流/扭矩时，避免进入电机三相短路机制，进而避免对电机的损坏和对人身安全造成影响。

进一步地，第二控制指令为阻断三相PWM信号，控制三相全桥的三个下桥臂和三个上桥臂同时断开，使得三相全桥中的MOS管或IGBT处于开路的状态，实现直流母线的过压保护，避免电机产生短路电流。

本发明一个实施例中公开一种逆变器直流母线的过压保护电路，如图3所示，过压保护电路包括：过压检测电路、速度检测电路、逻辑判断单元、三相短路缓冲器和六桥开路缓冲器；三相短路缓冲器和六桥开路缓冲器依次连接在逆变器的三相全桥的三相PWM信号输出端。逻辑判断单元的信号输入端分别连接过压检测电路和速度检测电路，逻辑判断单元的信号输出端分别连接三相短路缓冲器和六桥开路缓冲器。

过压检测电路，用于检测逆变器直流母线上的电压值。

速度检测电路，用于检测电机的转速值。

逻辑判断单元，用于接收电压值和转速值，比较电压值和转速值与预设电压值和预设转速值的大小，根据比较结果输出控制指令。

三相短路缓冲器和六桥开路缓冲器，用于根据控制指令，控制逆变器的三相全桥实现过压保护。

在一个实施例中，逻辑判断单元为逻辑判断电路或可编程芯片，包括比较模块和判断输出模块。

比较模块用于比较电压值和转速值与预设电压值和预设转速值的大小。

判断输出模块根据比较模块的结果，执行如下的操作：

若电压值不大于预设电压值时，不输出控制指令，电机正常工作。

若电压值大于预设电压值，且转速值不大于预设转速值时，向三相短路缓冲器输出第一控制指令。

若电压值大于预设电压值，且转速值大于预设转速值时，向六桥开路缓冲器输出第二控制指令。

进一步地，三相短路缓冲器接收到第一控制指令时，阻断三相PWM信号，控制三相全桥的三个下桥臂或上桥臂同时导通，使得电机的三相线短路。

六桥开路缓冲器接收到第二控制指令时，阻断三相PWM信号，控制三相全桥的三个下桥臂和三个上桥臂同时断开，使得三相全桥中的MOS管或IGBT处于开路的状态。

在一个实施例中，如图3所示，逻辑判断单元包括IN1引脚、IN2引脚、OUT1引脚和OUT2引脚，IN1引脚和IN2引脚分别与过压检测电路和速度检测电路连接，OUT1引脚和OUT2引脚分别与三相短路缓冲器和六桥开路缓冲器连接。

本发明一个实施例中公开一种新能源车的电机控制器，电机控制器包括上述任一实施例的过压保护电路，该电机控制器可有效地实现直流母线的过压保护，避免电机转速过大时进入三相短路保护机制，防止造成电机损坏和车辆事故。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种逆变器直流母线的过压保护方法，其特征在于，所述过压保护方法包括：

检测逆变器直流母线上的电压值和电机的转速值；

分别比较所述电压值和所述转速值与预设电压值和预设转速值的大小，根据比较结果输出控制指令；

根据所述控制指令，控制逆变器的三相全桥实现过压保护；

分别比较所述电压值和所述转速值与电压预设值和转速预设值的大小，根据比较结果输出控制指令包括：

当所述电压值不大于所述预设电压值时，所述电机正常工作；

当所述电压值大于所述预设电压值，且所述转速值不大于所述预设转速值时，发出第一控制指令；

分别比较所述电压值和所述转速值与电压预设值和转速预设值的大小，根据比较结果输出控制指令还包括：

当所述电压值大于预设电压值时，且所述电机转速大于预设转速时，发出第二控制指令；

所述第一控制指令为阻断三相PWM信号，控制三相全桥的三个下桥臂或上桥臂同时导通，使得电机的三相线短路；

所述第二控制指令为阻断三相PWM信号，控制所述三相全桥的三个下桥臂和三个上桥臂同时断开，使得三相全桥中的MOS管或IGBT处于开路的状态。

2.一种逆变器直流母线的过压保护电路，其特征在于，所述过压保护电路包括：过压检测电路、速度检测电路、逻辑判断单元、三相短路缓冲器和六桥开路缓冲器；所述三相短路缓冲器和所述六桥开路缓冲器依次连接在逆变器的三相全桥的三相PWM信号输出端；

所述过压检测电路，用于检测逆变器直流母线上的电压值；

所述速度检测电路，用于检测电机的转速值；

所述逻辑判断单元，用于接收所述电压值和所述转速值，比较所述电压值和所述转速值与预设电压值和预设转速值的大小，根据比较结果输出控制指令；

所述三相短路缓冲器和所述六桥开路缓冲器，用于根据所述控制指令，控制逆变器的三相全桥实现过压保护；

所述逻辑判断单元为逻辑判断电路或可编程芯片，包括比较模块和判断输出模块；其中，

所述比较模块用于比较所述电压值和所述转速值与预设电压值和预设转速值的大小；

所述判断输出模块根据所述比较模块的结果，执行如下的操作：

若所述电压值不大于预设电压值时，不输出控制指令，所述电机正常工作；

若所述电压值大于预设电压值，且所述转速值不大于预设转速值时，向所述三相短路缓冲器输出第一控制指令；

若所述电压值大于预设电压值，且所述转速值大于预设转速值时，向所述六桥开路缓冲器输出第二控制指令；

所述三相短路缓冲器接收到所述第一控制指令时，阻断三相PWM信号，控制三相全桥的三个下桥臂或上桥臂同时导通，使得电机的三相线短路；

所述六桥开路缓冲器接收到所述第二控制指令时，阻断三相PWM信号，控制所述三相全桥的三个下桥臂和三个上桥臂同时断开，使得所述三相全桥中的MOS管或IGBT处于开路的状态。

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述逻辑判断单元包括IN1引脚、IN2引脚、OUT1引脚和OUT2引脚，所述IN1引脚和IN2引脚分别与所述过压检测电路和所述速度检测电路连接，所述OUT1引脚和OUT2引脚分别与所述三相短路缓冲器和所述六桥开路缓冲器连接。

4.一种新能源车的电机控制器，其特征在于，所述电机控制器包括权利要求2-3任一项所述的过压保护电路。