PMSM驱动器开关开路故障电流的采样方法技术

本发明专利技术涉及一种PMSM驱动器开关开路故障电流的采样方法，实现了通过驱动器探测到功率开关开路后通过续流二极管导通的故障电流。首先，分析了功率开关开路故障后的等效电路，得到了故障后续流二极管导通的条件；之后，分析了可以实现上述导通条件的电压矢量，并指出在上述电压矢量作用时间的末尾，故障电流达到在当前开关周期的峰值；在矢量作用时间末尾的基础上，进一步考虑了模数转换电路要求的采样保持时间，确定了电流采样时机；最终以控制器中PWM计数器的计数值为参考，当计数值到达采样时机时触发电流采样。该方法拓展了驱动器的电流采样能力，使其可以探测到独属于开关开路故障的故障电流，从而为将这一类故障与其他开路故障区分打下基础。故障区分打下基础。故障区分打下基础。

【技术实现步骤摘要】
PMSM驱动器开关开路故障电流的采样方法


[0001]本专利技术属于PMSM驱动系统故障诊断领域，涉及一种PMSM驱动器开关开路故障电流的采样方法。

技术介绍

[0002]在各工业领域中，永磁同步电机及其驱动系统因其响应快、功率密度高、效率高等优点得到了广泛的应用。随着其应用场景愈发关键以及额定功率和电压等级的提高，其可靠性与可维护性成为了产品设计的重要指标，提高可靠性与可维护性成为了其研究领域的重要方向。
[0003]发生在不同部位的失效可以引起相似的故障现象，最典型的如开路故障，也是电机驱动器中最典型的故障现象。开路现象可以由连接失效引起，如接插件连接失效，相绕组损毁等原因，此类故障称之为断相故障。此外，驱动器中功率开关的失效也会引起开路现象，如驱动芯片失效，功率开关键合线失效等引起的开路现象称之为开关开路故障。断相故障发生后，故障相电流失去导通路径，而开关开路故障后，由于功率开关并联续流二极管的存在，故障相电流并不为零。
[0004]然而，开关开路故障与断相故障在目前仍被归类为一类故障，无法将其有效区分开，这造成无法定位开路发生在逆变器侧还是在电机侧。将开关开路故障与断相故障归为一类的原因在于电机驱动器无法探测到开关开路故障后的故障电流，导致开关开路故障与断相故障呈现出相同的故障现象，即故障相电流为零。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种PMSM驱动器开关开路故障电流的采样方法，使电机驱动器能够探测到开关开路故障发生后不为零的故障电流，本专利技术基于其故障机理提出了一种采样方法，使得电机驱动器可以自行感应到开关开路故障电流，为区分开关开路故障与断相故障提供诊断依据。
[0007]技术方案
[0008]一种PMSM驱动器开关开路故障电流的采样方法，其特征在于步骤如下：
[0009]步骤1：以功率开关开路故障后的等效电路，得到了故障后续流二极管导通的条件；
[0010]故障状态1：故障相上半桥臂的续流二极管的故障后导通条件为：
[0011]u
XP
＝u
XN
‑
u
PN
＝V
bemfX
‑
u
PN
＞u
D
；
[0012]其中：u
XP
为上半桥臂的续流二极管两端的电压，V
bemfX
为故障相反电势等于开关开路后故障相电压u
XN
，u
PN
为直流母线正极到中性点的电压差，u
D
为二极管的正向导通电压；
[0013]故障状态2：故障相下半桥臂的续流二极管的故障后导通条件为：
[0014]u
OX
＝u
ON
‑
u
XN
＝u
ON
‑
V
bemfX
＞u
D
[0015]其中：u
OX
为下半桥臂的续流二极管两端的电压，u
ON
为直流母线负极到中性点的电压差；
[0016]步骤2：求取导通条件的电压矢量即激活矢量，以及电压矢量作用时间的末尾，故障电流达到在当前开关周期的峰值；
[0017]当出现故障状态1时，将未发生故障的相绕组连接到母线正极，在V
bemfX
>0时，实现故障相上桥臂续流二极管导通的电压矢量即激活矢量
[0018]当出现故障状态2时，将未发生故障的相绕组连接到母线负极，在V
bemfX
<0时，实现故障相上桥臂二极管导通的电压矢量即激活矢量
[0019]步骤3：将激活矢量作用时间的末尾减去模数转换电路的采样保持时间CNT
delay
，得到触发采样时机的计数值，分别为在上桥臂续流二极管导通时的计数值CNT
v7samp
，与下桥臂续流二极管导通时的计数值CNT
v0samp
；
[0020]所述作用时间的末尾是：在PWM计算中找到当前控制周期各相中最大的占空比DR
max
与最小的占空比DR
min
，则DR
max
与开关周期的总计数值CNT
ts
的乘积为作用时间的末尾；
[0021]所述作用时间的末尾是：DR
min
*CNT
ts
为作用时间的末尾；
[0022]则：采样故障电流的时机为CNT
v7samp
＝DR
min
*CNT
ts
+CNT
delay
；
[0023]采样故障后电流的时机为CNT
v0samp
＝DR
max
*CNT
ts
‑
CNT
delay
；
[0024]步骤4：在V
bemfX
>0时，即故障状态1时，当PWM时基计数器与CNT
v7samp
相同时触发采样；
[0025]在V
bemfX
<0时，即故障状态2时，当PWM时基计数器与CNT
v0samp
相同时触发采样。
[0026]所述步骤4中提到通过PWM时基计数器与CNT
v7samp
与CNT
v0samp
比较来触发电流采样适用于所有用于电机控制的数字芯片。
[0027]有益效果
[0028]本专利技术提出的一种PMSM驱动器开关开路故障电流的采样方法，实现了通过驱动器探测到功率开关开路后通过续流二极管导通的故障电流。首先，分析了功率开关开路故障后的等效电路，得到了故障后续流二极管导通的条件；之后，分析了可以实现上述导通条件的电压矢量，并指出在上述电压矢量作用时间的末尾，故障电流达到在当前开关周期的峰值；在矢量作用时间末尾的基础上，进一步考虑了模数转换电路要求的采样保持时间，确定了电流采样时机；最终以控制器中PWM计数器的计数值为参考，当计数值到达采样时机时触发电流采样。该方法拓展了驱动器的电流采样能力，使其可以探测到独属于开关开路故障的故障电流，从而为将这一类故障与其他开路故障区分打下基础。
[0029]本专利技术首次使电机驱动可以自行探测到开关开路后的故障电流，为区分开关开路故障与断相故障提供诊断依据；
[0030]本专利技术不但适用于开关开路故障，也可以探测到健康电流与断相故障电流，因此采用所提采样方法可以替代普通的采样方法。
附图说明
[0031]图1为本专利技术中的PMS驱动器开关开路故障电流的采样方法示意图；
[0032]图2为本专利技术中所提故障后的故障相等效电路图；
[0033]图3传统采样方法实验结果波形图；图4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PMSM驱动器开关开路故障电流的采样方法，其特征在于步骤如下：步骤1：以功率开关开路故障后的等效电路，得到了故障后续流二极管导通的条件；故障状态1：故障相上半桥臂的续流二极管的故障后导通条件为：u
XP
＝u
XN
‑
u
PN
＝V
bemfX
‑
u
PN
>u
D
；其中：u
XP
为上半桥臂的续流二极管两端的电压，V
bemfX
为故障相反电势等于开关开路后故障相电压u
XN
，u
PN
为直流母线正极到中性点的电压差，u
D
为二极管的正向导通电压；故障状态2：故障相下半桥臂的续流二极管的故障后导通条件为：u
OX
＝u
ON
‑
u
XN
＝u
ON
‑
V
bemfX
>u
D
其中：u
OX
为下半桥臂的续流二极管两端的电压，u
ON
为直流母线负极到中性点的电压差；步骤2：求取导通条件的电压矢量即激活矢量，以及电压矢量作用时间的末尾，故障电流达到在当前开关周期的峰值；当出现故障状态1时，将未发生故障的相绕组连接到母线正极，在V
bemfX
>0时，实现故障相上桥臂续流二极管导通的电压矢量即激活矢量当出现故障状态2时，将未发生故障的相绕组连接到母线负极，在V
bemfX
<0时，实现故障相上桥臂二极管导通的电压矢量即激活矢量步骤3：将激活矢量作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆光照，张泽良，刘春强，陈哲，李寅，刘鑫，
申请(专利权)人：西北工业大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：