CN109975648A - 一种电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法，包括以下步骤：打开所有上桥臂开关管并关断所有下桥臂开关管，经过预设延时时间后采样主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值则进行下桥臂开关管短路报警，并关闭所有上下桥臂开关管且停止检测程序，若主回路电流值小于电流门槛值则继续向下执行，再关断所有上桥臂开关管并打开所有下桥臂开关管，按照前述下桥臂开关管短路相同的检测判断方法完成对上桥臂有关管短路的检测判断。本检测方法简单快捷又具备较高可靠性，能对桥式电路功率开关管短路故障实现有效在线检测。

Description

一种电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法

技术领域

本发明涉及电路控制检测技术领域，具体涉及一种电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法。

背景技术

本发明的发明人经过研究发现，现有电路控制检测技术对于电动机桥式电路功率开关管短路故障的检测大多采用离线方式进行，而在线检测方法较少且大多较为复杂，缺乏便捷性和可靠性，因而亟需对这一问题进行解决。

发明内容

针对现有电路控制检测技术对于电动机桥式电路功率开关管短路故障的检测大多采用离线方式进行，而在线检测方法较少且大多较为复杂，缺乏便捷性和可靠性的技术问题，本发明提供一种电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法，所述自检方法中采用了一种三相桥式驱动控制电路，所述驱动控制电路包括直流电源、桥式电路、微处理器、与微处理器输入端相连的电流传感器及与微处理器输出端相连的驱动电路，所述桥式电路包括有上桥臂开关管和下桥臂开关管，所述上桥臂开关管的第一主电极与直流电源的正极连接，所述上桥臂开关管的第二主电极和下桥臂开关管的第一主电极与电动机的绕组连接，所述下桥臂开关管的第二主电极经电流传感器与直流电源的负极连接，所述上桥臂开关管和下桥臂开关管的控制极由驱动电路驱动控制，所述检测方法包括以下步骤：

S1、打开所有上桥臂开关管并关断所有下桥臂开关管，经过预设延时时间后由电流传感器采样此时主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值，则判断下桥臂开关管短路并进行报警提示，且关闭所有上下桥臂开关管，检测程序停止；若主回路电流值小于电流门槛值，则继续向下执行步骤S2；

S2、然后关断所有上桥臂开关管并打开所有下桥臂开关管，经过预设延时时间后由电流传感器采样此时主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值，则判断上桥臂开关管短路并进行报警提示，且关闭所有上下桥臂开关管，检测程序停止；若主回路电流值小于电流门槛值，则退出检测程序。

与现有技术相比，本发明提供的电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法，首先打开所有上桥臂开关管并关断所有下桥臂开关管，经过预设延时时间后采样主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值则进行下桥臂开关管短路报警，即说明下桥臂有开关管短路导致主回路电流值已经上升到电流门槛值，此时需要关闭所有上下桥臂开关管并停止检测程序且进行报警提示，禁止电动机进入运行程序，避免故障扩大，进一步等待用户进行处理，若主回路电流值小于电流门槛值则继续向下执行；然后再关断所有上桥臂开关管并打开所有下桥臂开关管，按照前述下桥臂开关管短路的检测判断方法完成对上桥臂开关管短路的检测判断。由此可知，本申请实质按照的是〝先打开上臂并关断下臂采样判断，然后上下臂开关切换并再次采样判断〞的步骤进行检测的，因而检测方法简单快捷又具备较高可靠性，能对电动机桥式电路功率开关管短路故障实现有效在线检测。

进一步，所述电动机为三相桥式驱动星型接法电动机，所述桥式电路包括上桥臂开关管Q1、Q3和Q5及下桥臂开关管Q2、Q4和Q6，所述开关管Q1、Q3和Q5的第一主电极与直流电源的正极连接，所述开关管Q1的第二主电极和开关管Q2的第一主电极与电动机的第一绕组的一端连接，所述开关管Q3的第二主电极和开关管Q4的第一主电极与电动机的第二绕组的一端连接，所述开关管Q5的第二主电极和开关管Q6的第一主电极与电动机的第三绕组的一端连接，所述电动机的第一绕组、第二绕组和第三绕组的另一端相互连接构成一个节点，所述开关管Q2、Q4和Q6的第二主电极经电流传感器与直流电源的负极连接，所述上桥臂开关管Q1、Q3和Q5和下桥臂开关管Q2、Q4和Q6的控制极由驱动电路驱动控制。

进一步，所述步骤S1～S2中预设延时时间采用如下公式进行计算：

其中，T为预设延时时间，G为主回路的总电感，I_m为经过预设延时时间T后主回路理论电流值，U为直流电源电压。

进一步，所述步骤S1～S2中预设延时时间为312μs。

进一步，所述步骤S1～S2中电流门槛值采用如下公式进行计算：

其中，T为预设延时时间，U为直流电源电压，G为主回路的总电感，I_m为经过预设延时时间T后主回路理论电流值，I₀为关闭所有上下桥臂开关管后主回路的静态电流值，I为电流门槛值。

附图说明

图1是本发明提供的一种三相桥式驱动星型接法电动机的驱动控制结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1所示，本发明提供一种电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法，所述自检方法中采用了一种三相桥式驱动控制电路，所述驱动控制电路包括直流电源、桥式电路、微处理器、与微处理器输入端相连的电流传感器及与微处理器输出端相连的驱动电路，所述桥式电路包括有上桥臂开关管和下桥臂开关管，所述上桥臂开关管的第一主电极与直流电源的正极连接，所述上桥臂开关管的第二主电极和下桥臂开关管的第一主电极与电动机的绕组连接，所述下桥臂开关管的第二主电极经电流传感器与直流电源的负极连接，所述上桥臂开关管和下桥臂开关管的控制极由驱动电路驱动控制，即所述上下桥臂开关管的控制极与驱动电路相连接，所述检测方法包括以下步骤：

S1、打开所有上桥臂开关管并关断所有下桥臂开关管，经过预设延时时间后由电流传感器采样此时主回路电流值，具体可以通过电流传感器R1上的电压来计算出此时主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值，则判断下桥臂开关管短路并进行报警提示，且关闭所有上下桥臂开关管，检测程序停止；若主回路电流值小于电流门槛值，则继续向下执行步骤S2；

S2、然后关断所有上桥臂开关管并打开所有下桥臂开关管，经过预设延时时间后由电流传感器采样此时主回路电流值，同理具体可以通过电流传感器R1上的电压来计算出此时主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值，则判断上桥臂开关管短路并进行报警提示，且关闭所有上下桥臂开关管，检测程序停止；若主回路电流值小于电流门槛值，则退出检测程序。

与现有技术相比，本发明提供的电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法，首先打开所有上桥臂开关管并关断所有下桥臂开关管，经过预设延时时间后采样主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值则进行下桥臂开关管短路报警，即说明下桥臂有开关管短路导致主回路电流值已经上升到电流门槛值，此时需要关闭所有上下桥臂开关管并停止检测程序且进行报警提示，禁止电动机进入运行程序，避免故障扩大，进一步等待用户进行处理，若主回路电流值小于电流门槛值则继续向下执行；然后再关断所有上桥臂开关管并打开所有下桥臂开关管，按照前述下桥臂开关管短路的检测判断方法完成对上桥臂开关管短路的检测判断。由此可知，本申请实质按照的是〝先打开上臂并关断下臂采样判断，然后上下臂开关切换并再次采样判断〞的步骤进行检测的，因而检测方法简单快捷又具备较高可靠性，能对电动机桥式电路功率开关管短路故障实现有效在线检测。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述电动机为三相桥式驱动星型接法电动机，所述桥式电路包括上桥臂开关管Q1、Q3和Q5及下桥臂开关管Q2、Q4和Q6，所述开关管Q1、Q3和Q5的第一主电极与直流电源的正极连接，所述开关管Q1的第二主电极和开关管Q2的第一主电极与电动机的第一绕组L1的一端连接，所述开关管Q3的第二主电极和开关管Q4的第一主电极与电动机的第二绕组L2的一端连接，所述开关管Q5的第二主电极和开关管Q6的第一主电极与电动机的第三绕组L3的一端连接，所述电动机的第一绕组L1、第二绕组L2和第三绕组L3的另一端相互连接构成一个节点，所述开关管Q2、Q4和Q6的第二主电极经电流传感器R1与直流电源的负极连接，所述上桥臂开关管Q1、Q3和Q5和下桥臂开关管Q2、Q4和Q6的控制极由驱动电路驱动控制，即所述上下桥臂开关管Q1～Q6的控制极与驱动电路相连接。而本实施例中三相桥式驱动星型接法电动机桥式电路功率开关管短路的检测方法具体包括以下步骤：

S1、打开所有上桥臂开关管Q1、Q3和Q5并关断所有下桥臂开关管Q2、Q4和Q6，经过预设延时时间后由电流传感器采样此时主回路电流值，具体可以通过电流传感器R1上的电压来计算出此时主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值，则判断下桥臂中开关管Q2、Q4和Q6有短路的并进行报警提示，且关闭所有上下桥臂开关管Q1、Q3和Q5及Q2、Q4和Q6，检测程序停止；若主回路电流值小于电流门槛值，则继续向下执行步骤S2；

S2、然后关断所有上桥臂开关管Q1、Q3和Q5并打开所有下桥臂开关管Q2、Q4和Q6，经过预设延时时间后由电流传感器采样此时主回路电流值，同理具体可以通过电流传感器R1上的电压来计算出此时主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值，则判断上桥臂中开关管Q1、Q3和Q5有短路的并进行报警提示，且关闭所有上下桥臂开关管Q1、Q3和Q5及Q2、Q4和Q6，检测程序停止；若主回路电流值小于电流门槛值，则退出检测程序。

当然，本领域技术人员在前述三相桥式驱动星型接法电动机桥式电路功率开关管短路的检测方法基础上，还可以按照前述的〝先打开上臂并关断下臂采样判断，然后上下臂开关切换并再次采样判断〞的步骤，对其他桥式驱动型如三角型接法电动机的桥式电路功率开关管进行短路检测。

作为具体实施例，所述微处理器采用型号为STM32F051R6T6的单片机，所述驱动电路为本领域技术人员熟知的现有电路，所述开关管Q1～Q6为NMOS功率开关管；当然，本领域技术人员在此基础上，还可以采用其他的开关管如三极管、可控硅、IGBT管等来实现。

作为具体实施例，所述步骤S1～S2中预设延时时间采用如下公式进行计算：

其中，T为预设延时时间，G为主回路的总电感，I_m为经过预设延时时间T后主回路理论电流值，U为直流电源电压。

作为具体实施例，所述步骤S1～S2中电流门槛值采用如下公式进行计算：

其中，T为预设延时时间，U为直流电源电压，G为主回路的总电感，即为电动机运行绕组电感与主回路电感的合计，具体可以通过计算或实测获得，I_m为经过预设延时时间T后主回路理论电流值，I₀为关闭所有上下桥臂开关管后主回路的静态电流值，I为电流门槛值。

其中，经过预设延时时间T后主回路理论电流值I_m的取值必须同时满足以下原则：

第一、I_m值要明显超过关闭所有上下桥臂开关管后主回路的静态电流值I₀，且超过幅度足够电流采样系统分辨；

第二、I_m取值以不使电机出现抖动和运行冲击为上限；

第三、I_m取值以桥式驱动开关器件允许的最大功率为上限。

作为一种实施方式，假如某三相桥式驱动星型直流电动机主回路的总电感实测为5mH，控制系统主回路的静态电流值(关闭所有开关管后)为0.1A，所用开关管的功率上限电流为200A，直流电源的电压为48V，经反复试验确认：短时对电动机加3A的电流不会造成电动机明显抖动和运行冲击，则可取I_m＝3A

预设延时时间：

电流门槛值：

当然，本领域技术人员也可以根据实际需要，将前述实施方式中的预设延时时间T取值为312μs，电流门槛值取值1A左右。

作为优选实施例，所述步骤S1～S2中预设延时时间为312μs，如果预设延时时间过长，可能会使得电流上升值过大造成系统运行冲击；如果预设延时时间过短，可能会使得电流上升值过小造成主回路电流值还未上升至电流门槛值。因而，将预设延时时间设为312μs，在保证电机绕组能够连通的基础上又不会对电动机系统造成冲击，且假如上下桥臂中有开关管短路则主回路电流值有足够时间上升到电流门槛值来被采样，因而能够对桥式电路功率开关管短路进行准确检测，有效保证了检测方法的可靠性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法，其特征在于，所述自检方法中采用了一种三相桥式驱动控制电路，所述驱动控制电路包括直流电源、桥式电路、微处理器、与微处理器输入端相连的电流传感器及与微处理器输出端相连的驱动电路，所述桥式电路包括有上桥臂开关管和下桥臂开关管，所述上桥臂开关管的第一主电极与直流电源的正极连接，所述上桥臂开关管的第二主电极和下桥臂开关管的第一主电极与电动机的绕组连接，所述下桥臂开关管的第二主电极经电流传感器与直流电源的负极连接，所述上桥臂开关管和下桥臂开关管的控制极由驱动电路驱动控制，所述检测方法包括以下步骤：

S1、打开所有上桥臂开关管并关断所有下桥臂开关管，经过预设延时时间后由电流传感器采样此时主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值，则判断下桥臂开关管短路并进行报警提示，且关闭所有上下桥臂开关管，检测程序停止；若主回路电流值小于电流门槛值，则继续向下执行步骤S2；

S2、然后关断所有上桥臂开关管并打开所有下桥臂开关管，经过预设延时时间后由电流传感器采样此时主回路电流值，若主回路电流值大于等于电流门槛值，则判断上桥臂开关管短路并进行报警提示，且关闭所有上下桥臂开关管，检测程序停止；若主回路电流值小于电流门槛值，则退出检测程序。

2.根据权利要求1所述的电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法，其特征在于，所述电动机为三相桥式驱动星型接法电动机，所述桥式电路包括上桥臂开关管Q1、Q3和Q5及下桥臂开关管Q2、Q4和Q6，所述开关管Q1、Q3和Q5的第一主电极与直流电源的正极连接，所述开关管Q1的第二主电极和开关管Q2的第一主电极与电动机的第一绕组的一端连接，所述开关管Q3的第二主电极和开关管Q4的第一主电极与电动机的第二绕组的一端连接，所述开关管Q5的第二主电极和开关管Q6的第一主电极与电动机的第三绕组的一端连接，所述电动机的第一绕组、第二绕组和第三绕组的另一端相互连接构成一个节点，所述开关管Q2、Q4和Q6的第二主电极经电流传感器与直流电源的负极连接，所述上桥臂开关管Q1、Q3和Q5和下桥臂开关管Q2、Q4和Q6的控制极由驱动电路驱动控制。

3.根据权利要求1所述的电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1～S2中预设延时时间采用如下公式进行计算：

其中，T为预设延时时间，G为主回路的总电感，I_m为经过预设延时时间T后主回路理论电流值，U为直流电源电压。

4.根据权利要求1所述的电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1～S2中预设延时时间为312μs。

5.根据权利要求1所述的电动机桥式电路功率开关管短路在线检测方法，其特征在于，所述步骤S1～S2中电流门槛值采用如下公式进行计算：

其中，T为预设延时时间，U为直流电源电压，G为主回路的总电感，I_m为经过预设延时时间T后主回路理论电流值，I₀为关闭所有上下桥臂开关管后主回路的静态电流值，I为电流门槛值。