用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统及方法技术方案

本发明专利技术属于电机控制器领域，提供了一种用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统及方法。本发明专利技术由电流模块获得三相电流，电压模块获得三相下桥臂导通电压，第一CLARKE/PARK变换单元获取d轴电流和q轴电流，第二CLARKE/PARK变换单元获取d轴电压和q轴电压，控制模块根据q轴电流和q轴电压获取功率器件的内阻，并得到功率器件的最大漏源电流驱动矢量控制单元相应地控制功率器件的工作状态。从而实现功率器件在常规工作温度以下，随温度降低而增大输出功率，以充分利用其通流能力，提升电机控制器转矩输出；在常规工作温度以上，随温度升高而降低输出功率，防止长期高温运行损坏功率器件，降低其损坏的概率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电机控制器
，尤其涉及一种用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统及方法。
技术介绍
目前，电机控制器被广泛应用于各种需要采用电机进行驱动的设备，电机控制器中常用的功率器件主要有MOSFET和IGBT两种。通常而言，电动自行车、平衡车、滑板车等低压系统在电机控制器中采用MOSFET，高速电动汽车、高铁、空调等高压系统采用IGBT。功率器件是电机控制器对电机实现变频控制的核心元件。在使用功率器件时需要关注的参数较多，其中，最大漏源电流是限制电机控制器和电机性能的一个重要参数。所谓最大漏源电流是指场效应管正常工作时，漏极和源极间所允许通过的最大电流，厂家针对功率器件所发布的规格书对该值有明确的限制，最大漏源电流在功率器件的温度处于常规工作温度以下时是固定值，而最大漏源电流在功率器件的温度处于常规工作温度以上时则呈现为一条随温度升高而减小的曲线。由于功率器件的工作温度很难准确获取，通常是通过在功率器件的封装外表面布置温度传感器来近似采集，但这存在温度采集不准确、不可靠且增加成本的问题。所以现有技术在实际使用功率器件时，通常是恒定地取该曲线中最大值的80％作为最大漏源电流。然而，该种做法却存在以下弊端：一是没有充分利用功率器件在常规工作温度以下的通流能力，二是功率器件在长期高温工作时容易损坏。综上所述，现有技术在电机控制器工作时将功率器件的最大漏源电流确定为固定值，从而导致在常规工作温度以下无法充分利用功率器件的通流能力以实现更大的输出功率，且在常规工作温度以上使功率器件因继续以原功率输出且长期高温运行而易受损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统及方法，旨在解决现有技术所存在的在电机控制器工作时将功率器件的最大漏源电流确定为固定值，从而导致在常规工作温度以下无法充分利用功率器件的通流能力以实现更大的输出功率，且在常规工作温度以上使功率器件因继续以原功率输出且长期高温运行而易受损坏的问题。本专利技术是这样实现的，提供一种用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统，所述电机控制器包括两电平逆变器、母线电压采集单元、矢量控制单元和霍尔传感器，所述母线电压采集单元采集所述两电平逆变器的母线电压并输出母线电压信号给所述矢量控制单元，所述霍尔传感器采集电机的转子磁场角度并输出转子磁场角度信号给所述矢量控制单元，所述矢量控制单元用于对所述两电平逆变器中每相桥臂上的开关管进行控制；其特征在于，所述功率器件控制与过温保护系统包括：电流模块，输入端连接所述两电平逆变器的母线电流输出端和所述矢量控制单元的开关管状态信号输出端，用于根据所述两电平逆变器的母线电流和所述矢量控制单元输出的开关管状态信号获取相应的三相电流；第一CLARKE/PARK变换单元，输入端连接所述电流模块的三相电流输出端和所述霍尔传感器的转子磁场角度输出端，用于根据所述三相电流和所述转子磁场角度信号获取d轴电流和q轴电流；电压模块，输入端连接所述两电平逆变器的三相电压输出端和所述矢量控制单元的开关管状态信号输出端，用于根据所述两电平逆变器的三相电压获取相应的三相下桥臂导通电压；第二CLARKE/PARK变换单元，输入端连接所述电压模块的三相下桥臂导通电压输出端和所述霍尔传感器的转子磁场角度输出端，用于根据所述三相下桥臂导通电压和所述转子磁场角度信号获取d轴电压和q轴电压；控制模块，输入端连接所述第一CLARKE/PARK变换单元的q轴电流输出端和所述第二CLARKE/PARK变换单元的q轴电压输出端，输出端连接所述矢量控制单元的输入端，用于根据所述q轴电流和所述q轴电压获取所述功率器件的内阻，并根据所述功率器件的内阻得到所述功率器件的最大漏源电流，且输出所述最大漏源电流信号驱动所述矢量控制单元相应地控制功率器件的工作状态；所述功率器件的内阻与所述功率器件的工作温度正相关，所述功率器件的最大漏源电流与所述功率器件的工作温度负相关。本专利技术的另一目的还在于提供一种用于电机控制器的功率器件控制与过温保护方法，其包括以下步骤：电流模块根据两电平逆变器的母线电流和矢量控制单元输出的开关管状态信号获取相应的三相电流；第一CLARKE/PARK变换单元根据所述三相电流和转子磁场角度信号获取d轴电流和q轴电流；电压模块根据所述两电平逆变器的三相电压获取相应的三相下桥臂导通电压；第二CLARKE/PARK变换单元根据所述三相下桥臂导通电压和所述转子磁场角度信号获取d轴电压和q轴电压；控制模块根据所述q轴电流和所述q轴电压获取所述功率器件的内阻，并根据所述功率器件的内阻得到所述功率器件的最大漏源电流，且输出最大漏源电流信号驱动所述矢量控制单元相应地控制功率器件的工作状态；所述功率器件的内阻与所述功率器件的工作温度正相关，所述功率器件的最大漏源电流与所述功率器件的工作温度负相关。本专利技术通过功率器件导通电压及导通时流经的真实电流获取功率器件的内阻，再得到最大漏源电流驱动矢量控制单元相应地控制功率器件的工作状态，最大漏源电流与功率器件的工作温度负相关。实现了电机控制器功率器件在常规工作温度以下，随温度降低加大最大漏源电流限制，以充分利用MOSFET等功率器件的通流能力，提升控制器转矩输出；在常规工作温度以上，随温度升高减小最大漏源电流限制，降低输出功率，防止长期高温运行损坏功率器件，降低其损坏的概率。本专利技术适用于电动自行车、平衡车及低速电动汽车等低压系统电机控制器装置，可充分利用功率器件特性，提升电机控制器运行范围，提高产品的可靠性和性能。附图说明图1是本专利技术实施例所提供的用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统的模块结构图；图2是本专利技术实施例所提供的用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统的模块结构图；图3是本专利技术实施例所提供的母线电流采集单元的电路结构图；图4是本专利技术实施例所提供的三相下桥臂电压采样单元的电路结构图；图5是本专利技术实施例所提供的功率器件工作温度与内阻的分段线性拟合曲线图；图6是本专利技术实施例所提供的功率器件工作温度与最大漏源电流的分段温升降流曲线图；图7是本专利技术实施例提供的用于电机控制器的功率器件控制与过温保护方法的实现流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。图1示出了本专利技术实施例提供的用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本专利技术实施例相关的部分，详述如下：本专利技术实施例提供的用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统，其中，电机控制器包括两电平逆变器100、母线电压采集单元200、矢量控制单元300和霍尔传感器400，母线电压采集单元200采集两电平逆变器100的母线电压并输出母线电压信号给矢量控制单元300，霍尔传感器400采集电机的转子磁场角度并输出转子磁场角度信号给矢量控制单元300，矢量控制单元300用于对两电平逆变器100中每相桥臂上的开关管进行控制。功率器件控制与过温保护系统包括：电流模块500，输入端连接两电平逆变器100的母线电流输出端和矢量控制单元300的开关管状态信号输出端，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统，所述电机控制器包括两电平逆变器、母线电压采集单元、矢量控制单元和霍尔传感器，所述母线电压采集单元采集所述两电平逆变器的母线电压并输出母线电压信号给所述矢量控制单元，所述霍尔传感器采集电机的转子磁场角度并输出转子磁场角度信号给所述矢量控制单元，所述矢量控制单元用于对所述两电平逆变器中每相桥臂上的开关管进行控制；其特征在于，所述功率器件控制与过温保护系统包括：电流模块，输入端连接所述两电平逆变器的母线电流输出端和所述矢量控制单元的开关管状态信号输出端，用于根据所述两电平逆变器的母线电流和所述矢量控制单元输出的开关管状态信号获取相应的三相电流；第一CLARKE/PARK变换单元，输入端连接所述电流模块的三相电流输出端和所述霍尔传感器的转子磁场角度输出端，用于根据所述三相电流和所述转子磁场角度信号获取d轴电流和q轴电流；电压模块，输入端连接所述两电平逆变器的三相电压输出端和所述矢量控制单元的开关管状态信号输出端，用于根据所述两电平逆变器的三相电压获取相应的三相下桥臂导通电压；第二CLARKE/PARK变换单元，输入端连接所述电压模块的三相下桥臂导通电压输出端和所述霍尔传感器的转子磁场角度输出端，用于根据所述三相下桥臂导通电压和所述转子磁场角度信号获取d轴电压和q轴电压；控制模块，输入端连接所述第一CLARKE/PARK变换单元的q轴电流输出端和所述第二CLARKE/PARK变换单元的q轴电压输出端，输出端连接所述矢量控制单元的输入端，用于根据所述q轴电流和所述q轴电压获取所述功率器件的内阻，并根据所述功率器件的内阻得到所述功率器件的最大漏源电流，且输出所述最大漏源电流信号驱动所述矢量控制单元相应地控制功率器件的工作状态；所述功率器件的内阻与所述功率器件的工作温度正相关，所述功率器件的最大漏源电流与所述功率器件的工作温度负相关。...

【技术特征摘要】
1.用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统，所述电机控制器包括两电平逆变器、母线电压采集单元、矢量控制单元和霍尔传感器，所述母线电压采集单元采集所述两电平逆变器的母线电压并输出母线电压信号给所述矢量控制单元，所述霍尔传感器采集电机的转子磁场角度并输出转子磁场角度信号给所述矢量控制单元，所述矢量控制单元用于对所述两电平逆变器中每相桥臂上的开关管进行控制；其特征在于，所述功率器件控制与过温保护系统包括：电流模块，输入端连接所述两电平逆变器的母线电流输出端和所述矢量控制单元的开关管状态信号输出端，用于根据所述两电平逆变器的母线电流和所述矢量控制单元输出的开关管状态信号获取相应的三相电流；第一CLARKE/PARK变换单元，输入端连接所述电流模块的三相电流输出端和所述霍尔传感器的转子磁场角度输出端，用于根据所述三相电流和所述转子磁场角度信号获取d轴电流和q轴电流；电压模块，输入端连接所述两电平逆变器的三相电压输出端和所述矢量控制单元的开关管状态信号输出端，用于根据所述两电平逆变器的三相电压获取相应的三相下桥臂导通电压；第二CLARKE/PARK变换单元，输入端连接所述电压模块的三相下桥臂导通电压输出端和所述霍尔传感器的转子磁场角度输出端，用于根据所述三相下桥臂导通电压和所述转子磁场角度信号获取d轴电压和q轴电压；控制模块，输入端连接所述第一CLARKE/PARK变换单元的q轴电流输出端和所述第二CLARKE/PARK变换单元的q轴电压输出端，输出端连接所述矢量控制单元的输入端，用于根据所述q轴电流和所述q轴电压获取所述功率器件的内阻，并根据所述功率器件的内阻得到所述功率器件的最大漏源电流，且输出所述最大漏源电流信号驱动所述矢量控制单元相应地控制功率器件的工作状态；所述功率器件的内阻与所述功率器件的工作温度正相关，所述功率器件的最大漏源电流与所述功率器件的工作温度负相关。2.根据权利要求1所述的用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统，其特征在于：所述电流模块包括母线电流采集单元和三相电流重构单元；所述母线电流采集单元的输入端并联在所述两电平逆变器的三相下桥臂公共端与地线之间的电阻两端；所述母线电流采集单元用于采集所述两电平逆变器的母线电流；所述三相电流重构单元的输入端连接所述母线电流采集单元的输出端和所述矢量控制单元的开关管状态信号输出端；所述三相电流重构单元用于根据所述两电平逆变器的母线电流和所述矢量控制单元输出的开关管状态信号之间的预设逻辑状态对应关系，采用相电流重构算法获取所述两电平逆变器的三相电流。3.根据权利要求1所述的用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统，其特征在于：所述电压模块包括三相下桥臂电压采集单元和导通电压计算单元；所述三相下桥臂电压采集单元的输入端为所述电压模块的输入端；所述三相下桥臂电压采集单元用于采集所述两电平逆变器的三相下桥臂电压；所述导通电压计算单元的输入端连接所述三相下桥臂电压采集单元的输出端和所述矢量控制单元的开关管状态信号输出端，所述导通电压计算单元的输出端为所述电压模块的输出端；所述导通电压计算单元用于根据所述两电平逆变器的三相下桥臂电压和所述开关管状态信号之间的预设逻辑状态对应关系获取三相下桥臂导通电压。4.根据权利要求1所述的用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统，其特征在于：所述控制模块根据所述q轴电流和所述q轴电压，按照以下算式获取所述功率器件的内阻：Rmos=Uq_ONIq]]>其中，Rmos为所述功率器件的内阻，Uq_ON为所述q轴电压，Iq为所述q轴电流。5.根据权利要求1所述的用于电机控制器的功率器件控制与过温保护系统，其特征在于：所述控制模块根据所述功率器件的内阻，按照以下算式获取所述功率器件的最大漏源电流：Imax=k...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛爽，郑量，
申请(专利权)人：广东高标电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44