CN114006353A - Igbt结温识别方法及空调机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IGBT结温识别方法及空调机组，所述IGBT结温识别方法包括：判断待测机组是否存在开机指令，若是则进入IGBT结温识别；计算驱动所述待测机组运行的PWM信号在单个周期内的参考电压有效值；计算所述待测机组的逆变器对母线电压负极的实际电压有效值；根据所述参考电压有效值和所述实际电压有效值获取IGBT结温值。与现有技术相比，本发明能够实时识别IGBT结温，并执行相应的保护动作，提高了驱动器的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及空调领域，特别是一种IGBT结温识别方法及空调机组。
背景技术
目前变频空调机组越来越广泛使用，逆变器也随之大规模应用，在变频空调机组运行在高温重负载工况时，持续有大电流流过逆变器中IGBT，从而导致IGBT结温升高，当IGBT结温升高到一定程度时，会导致逆变器输出电压异常，使得变频机组运行异常，由于逆变器中未有IGBT结温检测传感器，因此，有必要设计一种实时检测IGBT结温的方法。
现有技术中公开了一种用于测量晶体管在工作时的结温的系统及方法，该方法采用晶体管开通与关断时，电压转换斜率来辨识结温，由于晶体管开通与关断时间通常很短，使得计算电压转换斜率所需的电压值采样次数有限，导致电压转换斜率计算精度不高，这样辨识晶体管结温精度有限。
因此，如何设计一种能实时识别逆变器的IGBT结温识别方法及空调机组是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中，无法实时识别IGBT结温的问题，本发明提出了一种IGBT结温识别方法及空调机组。
本发明的技术方案为，提出了一种IGBT结温识别方法，包括：
判断待测机组是否存在开机指令，若是则进入IGBT结温识别；
计算驱动所述待测机组运行的PWM信号在单个周期内的参考电压有效值；
计算所述待测机组的逆变器对母线电压负极的实际电压有效值；
根据所述参考电压有效值和所述实际电压有效值获取IGBT结温值。
进一步，所述参考电压有效值的计算公式为：Vrefavg=Vpn*Ton/Tp；
其中，Vrefavg为所述参考电压有效值、Vpn为所述母线电压的P、N极之间电压值、Ton为所述PWM信号控制IGBT开通时间值、Tp为所述PWM信号的周期值。
进一步，计算所述待测机组的逆变器对母线电压负极的实际电压有效值，包括：
按预设间隔时间采集逆变器对母线电压负极的输出电压值，并累计采集次数；
判断所述采集次数是否大于预设采集次数，若是，则停止采集；
根据采集到的输出电压值计算所述实际电压有效值。
进一步，所述实际电压有效值的计算公式为：
Vrealavg=（VnADCBuf[1]+VnADCBuf[2]+……+VnADCBuf[VnCntTH]）*Tv/Tp；
其中，Vrealavg为所述实际电压有效值、VnADCBuf[ ]为所述输出电压值、VnCntTH为预设采集次数、Tv为所述预设间隔时间、Tp为所述PWM信号的周期值。
进一步，根据所述参考电压有效值和所述实际电压有效值获取IGBT结温值，包括：
将所述实际电压有效值与所述参考电压有效值做差得出输出电压损耗值；
根据所述输出电压损耗值从预设的输出电压损耗值与IGBT结温值的对照关系表中获取对应的IGBT结温值。
进一步，所述输出电压损耗值的计算公式为：Vlossavg=Vrefavg - Vrealavg；
其中，Vlossavg为所述输出电压损耗值、Vrefavg为所述参考电压有效值、Vrealavg为所述实际电压有效值。
进一步，所述输出电压值通过采集分压电阻的电压获得。
进一步，获取所述IGBT结温值后，根据所述IGBT结温值的大小执行限频保护动作。
进一步，所述限频保护动作包括：
当所述IGBT结温值高于IGBT结温保护阈值时，对所述待测机组的驱动器执行停机处理；
和/或当所述IGBT结温值高于IGBT结温降频阈值且低于IGBT结温保护阈值时，对所述待测机组的驱动器执行降频处理；
和/或当所述IGBT结温值高于IGBT结温限频阈值且低于IGBT结温降频阈值时，对所述待测机组的驱动器执行限频处理；
其中，所述IGBT结温保护阈值大于所述IGBT结温降频阈值，所述IGBT结温降频阈值大于IGBT结温限频阈值。
本发明还提出了一种空调机组，所述空调机组采用上述IGBT结温识别方法识别逆变器中IGBT结温值，并根据所述IGBT结温值调节所述空调机组中驱动器的工作频率。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
提出了一种基于逆变器的输出电压损耗值实时识别IGBT结温值的方法，并结合相应的限频保护动作，提高了待测机组的驱动器的运行可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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为逆变器中IGBT结温识别原理示意图；
图2为逆变器中IGBT结温识别控制流程图；
图3为逆变器的输出电压损耗值与IGBT结温值对应表。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
现有技术中提出的IGBT结温识别的方法，采用晶体管开关与通断时，电压转换斜率来识别IGBT结温值，由于晶体管开通与关断时间通常很短，使得计算电压转换斜率所需的电压值采样次数有限，IGBT结温值计算的精度识别有限。本发明的思路在于，通过逆变器的输出电压损耗来实时识别IGBT结温值，并结合有相应的限频保护动作，提高驱动器工作的可靠性。
请参见图1，其为逆变器中IGBT结温识别原理示意图，其通过变频驱动器的主芯片输出PWM信号给IGBT，并采集逆变器对母线电压负极的输出电压值获取逆变器输出电压损耗值，从而得出IGBT结温值。
其中，电阻R1和电阻R2作为分压电阻，主芯片用于采集电阻R1与电阻R2之间电压，从而获取输出电压值。电阻R1和电阻R2之间电压为V0，则逆变器对母线电压负极的输出电压值为V0*(R1+R2)/R2。通过分压电阻的设置，能够避免高电压输入到主芯片，损坏主芯片的问题（逆变器的输出电压往往可以达到几百伏，过高的电压输入容易对主芯片造成损坏）。
具体的，逆变器中有6个IGBT，由于每个IGBT结温值的识别原理相同，图1仅绘制其中1个IGBT结温识别原理示意图，其原理为：变频驱动器主芯片输出PWM驱动控制信号至逆变器G端，控制IGBT进行开关动作，同时通过分压电阻R1、R2实时采样，并计算Vn（输出电压），这里在每个Tp（PWM信号周期）内检测多次Vn电压。当IGBT结温值越高时，IGBT执行开关动作过程所需时间越长，即在Tsum（Vn电压采集时间）内逆变器输出电压损耗值越大，因此，可通过计算每个Tp内逆变器输出电压损耗值来实时识别IGBT结温值。在变频驱动器外部，可由示波器通过电压探头实时检测Vn电压波形，以验证本方案。
请参见图2，本发明提出的IGBT结温识别方法，包括：
判断待测机组是否存在开机指令，若是则进入IGBT结温识别；
计算驱动所述待测机组运行的PWM信号在单个周期内的参考电压有效值；
计算所述待测机组的逆变器对母线电压负极的实际电压有效值；
根据所述参考电压有效值和所述实际电压有效值获取IGBT结温值。
具体的，参考电压有效值根据变频驱动控制算法计算得出，其计算公式为：
Vrefavg=Ton/Tp，其中，Vrefavg为参考电压有效值，Vpn为母线电压的P、N极之间电压值、Ton为PWM信号控制IGBT开通时间值、Tp为PWM信号的周期值。参考电压有效值为输出给IGBT的有效电压，在理想情况下（不考虑损耗）时，参考电压有效值与输出的实际电压有效值相同。而随着IGBT结温值的升高，IGBT的损耗越大，导致参考电压有效值与实际电压有效值之间的差越大，因此，可以通过计算两者之间的差值，即计算输出电压损耗值，可以确定得出IGBT结温值。
进一步的，为提高测量的精度，输出电压需要经过多次测量来确定实际电压有效值，其包括：
按预设间隔时间采集逆变器对母线电压负极的输出电压值，并累计采集次数；
判断所述采集次数是否大于预设采集次数，若是，则停止采集；
根据采集到的输出电压值计算所述实际电压有效值。
需要说明的是，由于主芯片本身采样特性及正在执行负载控制，实际上是无法获取连续电压信号的，因此需要将其离散化，即通过多次测量确定实际电压有效值。这里设置间隔时间Tv，其时间单位为us级别，该方式计算出来的实际电压有效值与真实的输出电压有效值的误差较小，对方案影响不大。
实际电压有效值的计算公式为：
Vrealavg=（VnADCBuf[1]+VnADCBuf[2]+……+VnADCBuf[VnCntTH]）*Tv/Tp；
其中，Vrealavg为实际电压有效值、VnADCBuf[ ]为输出电压值、VnCntTH为预设采集次数、Tv为预设间隔时间、Tp为PWM信号周期值。这里，主芯片中由VnADCBuf[ ]存储采集的输出电压值，VnADCBuf[1]为第一次采集的输出电压值，VnADCBuf[2]为第二次采集的输出电压值，VnCntTH为预设采集次数，VnADCBuf[VnCntTH]为该预设次数下的采集的输出电压值。其预设次数可以根据实际需要进行设置，理论上在Tsum内，采集输出电压值的预设次数越多，其计算得出得实际电压有效值得精度越高。
在计算得出实际电压有效值后，将其与参考电压有效值做差即可计算得出输出电压损耗值，其计算公式为：Vlossavg=Vrefavg - Vrealavg；
其中，Vlossavg为输出电压损耗值、Vrefavg为参考电压有效值、Vrealavg为实际电压有效值。
由于输出电压损耗值随着IGBT结温值变化，因此，每个IGBT结温值均对应一个输出电压损耗值。请参见图3，其为输出电压损耗值与IGBT结温值之间的对应表，可以看出，每个IGBT结温值（Tigbt值）有且只有一个与之对应的输出电压损耗值。因此，在计算得出输出电压损耗值后，可以根据图3直接查表获得相应的IGBT结温值。
本发明中，在获取IGBT结温值时，只需要采集输出电压值（用来计算实际电压有效值)和母线电压的P、N极之间电压值（用来计算参考电压有效值）等两个数据即可，其在PWM信号的每个周期内均可进行正常采集，无需根据晶体管在开通与关断时的电压转换斜率获取，IGBT结温值测量的精度高，且能实现实时检测识别。
在获取IGBT结温值后，为提高变频驱动器的可靠性，本发明提出的IGBT结温识别方法还包括有相应的限频保护动作，其包括：
设置预设的IGBT结温限频阈值、IGBT结温降频阈值和IGBT结温保护阈值，然后将获取的IGBT结温值与设置的IGBT结温限频阈值、IGBT结温降频阈值和IGBT结温保护阈值进行比较，并对驱动器执行相应的动作。其中，IGBT结温保护阈值高于IGBT结温降频阈值，IGBT结温降频阈值高于IGBT结温限频阈值。
限频保护动作还包括有：当所述IGBT结温值高于IGBT结温保护阈值时，对所述待测机组的驱动器执行停机处理；
和/或当所述IGBT结温值高于IGBT结温降频阈值且低于IGBT结温保护阈值时，对所述待测机组的驱动器执行降频处理；
和/或当所述IGBT结温值高于IGBT结温限频阈值且低于IGBT结温降频阈值时，对所述待测机组的驱动器执行限频处理；
本发明通过提出相应的限频保护动作，使IGBT结温值能够维持在安全的范围内，提高了变频驱动器工作的可靠性。
本发明还提出了一种空调机组，所述空调机组采用上述IGBT结温识别方法识别逆变器中IGBT结温值，并根据IGBT结温值调节空调机组中驱动器的工作频率，以保证空调机组运行的可靠性。
上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.IGBT结温识别方法，其特征在于，包括：
判断待测机组是否存在开机指令，若是则进入IGBT结温识别；
计算驱动所述待测机组运行的PWM信号在单个周期内的参考电压有效值；
计算所述待测机组的逆变器对母线电压负极的实际电压有效值；
根据所述参考电压有效值和所述实际电压有效值获取IGBT结温值。
2.根据权利要求1所述的IGBT结温识别方法，其特征在于，所述参考电压有效值的计算公式为：Vrefavg=Vpn*Ton/Tp；
其中，Vrefavg为所述参考电压有效值、Vpn为所述母线电压的P、N极之间电压值、Ton为所述PWM信号控制IGBT开通时间值、Tp为所述PWM信号的周期值。
3.根据权利要求1所述的IGBT结温识别方法，其特征在于，计算所述待测机组的逆变器对母线电压负极的实际电压有效值，包括：
按预设间隔时间采集逆变器对母线电压负极的输出电压值，并累计采集次数；
判断所述采集次数是否大于预设采集次数，若是，则停止采集；
根据采集到的输出电压值计算所述实际电压有效值。
4.根据权利要求3所述的IGBT结温识别方法，其特征在于，所述实际电压有效值的计算公式为：
Vrealavg=（VnADCBuf[1]+VnADCBuf[2]+……+VnADCBuf[VnCntTH]）*Tv/Tp；
其中，Vrealavg为所述实际电压有效值、VnADCBuf[ ]为所述输出电压值、VnCntTH为预设采集次数、Tv为所述预设间隔时间、Tp为所述PWM信号的周期值。
5.根据权利要求1所述的IGBT结温识别方法，其特征在于，根据所述参考电压有效值和所述实际电压有效值获取IGBT结温值，包括：
将所述实际电压有效值与所述参考电压有效值做差得出输出电压损耗值；
根据所述输出电压损耗值从预设的输出电压损耗值与IGBT结温值的对照关系表中获取对应的IGBT结温值。
6.根据权利要求5所述的IGBT结温识别方法，其特征在于，所述输出电压损耗值的计算公式为：Vlossavg=Vrefavg - Vrealavg；
其中，Vlossavg为所述输出电压损耗值、Vrefavg为所述参考电压有效值、Vrealavg为所述实际电压有效值。
7.根据权利要求3所述的IGBT结温识别方法，其特征在于，所述输出电压值通过采集分压电阻的电压获得。
8.根据权利要求1所述的IGBT结温识别方法，其特征在于，获取所述IGBT结温值后，根据所述IGBT结温值的大小执行限频保护动作。
9.根据权利要求8所述的IGBT结温识别方法，其特征在于，所述限频保护动作包括：
当所述IGBT结温值高于IGBT结温保护阈值时，对所述待测机组的驱动器执行停机处理；
和/或当所述IGBT结温值高于IGBT结温降频阈值且低于IGBT结温保护阈值时，对所述待测机组的驱动器执行降频处理；
和/或当所述IGBT结温值高于IGBT结温限频阈值且低于IGBT结温降频阈值时，对所述待测机组的驱动器执行限频处理；
其中，所述IGBT结温保护阈值大于所述IGBT结温降频阈值，所述IGBT结温降频阈值大于IGBT结温限频阈值。
10.空调机组，其特征在于，所述空调机组采用如权利要求1至9任意一项权利要求所述的IGBT结温识别方法识别逆变器中IGBT结温值，并根据所述IGBT结温值调节所述空调机组中驱动器的工作频率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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