一种汽车电动压缩机中永磁同步电机的电流检测方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车电动压缩机中永磁同步电机的电流检测方法，属于汽车电动压缩机领域。包括控制永磁同步电机M的上桥路和下桥路，其所述的下桥路IGBT Q4、Q5、Q6其中两个与直流母线负端之间串联有两个采样电阻R1和R2，PWM波形中心对齐，设置足够大的死区时间tdead，在死区时间tdead内，上桥臂的三个IGBT Q1，Q2，Q3处于全关状态，通过采集采样电阻R1和R2的电流i1和i2，及ia+ib+ic＝0得到三相电流ia、ib、ic，ia、ib、ic为通过三相定子绕组的相电流。本发明专利技术只用两个精密采样电阻，使PWM波形中心对齐，设置足够大的死区时间tdead，合理利用死区时间和续流二极管的续流作用，为实现闭环控制。

A current detection method of permanent magnet synchronous motor in automobile electric compressor

【技术实现步骤摘要】
一种汽车电动压缩机中永磁同步电机的电流检测方法
本专利技术涉及汽车电动压缩机领域，尤其涉及一种汽车电动压缩机中永磁同步电机的电流检测方法。技术背景永磁同步电机(简称PMSM)具有功率密度高、定位精准、调速范围宽、低速运行稳定、转矩脉动小等突出优点，使其在新能源汽车领域得到广泛应用。永磁同步电机主要控制技术有变压变频控制(VVVF)、矢量控制又叫磁场定向控制(FOC)、直接转矩控制等(DTC)。VVVF控制是改变电压和频率来调速，其本质是开环控制，结构简单，调速性能较差。FOC控制是模拟直流电机进行控制的一种算法，实现电流闭环控制，稳态性能优异，调速范围广。DTC控制是选择空间电压矢量直接对转矩和磁链进行控制，也是闭环控制，鲁棒性强，但是脉动较大。VVVF由于是开环控制，不需要检测电流，FOC和DTC都需要检测电流。在汽车电动压缩机中，为了获得优异稳态性能和调速范围，通常采用矢量控制(FOC)对永磁同步电机进行控制，这就涉及到电流检测问题。电流检测方法有：(1)利用交流互感器检测；(2)利用霍尔传感器检测；(3)利用精密采样电阻检测。交流互感器使强弱电隔离，抗干扰能力强，受温度影响小，但体积比较大。霍尔传感器也具有强弱电隔离作用，抗干扰能力强，但受温度影响比较大，体积也比较大。精密采样电阻没有隔离作用，抗干扰能力差，对控制器的设计和布线有很高的要求，但尺寸比较小，适合于控制器安装尺寸受限的情况。汽车对每个零部件的尺寸都有严格要求，任何零部件尺寸的增大都对整车的尺寸和布局有影响。为了减小控制器尺寸，采用精密采样电阻检测电流比较合适。为了减小尺寸，控制通道和检测通道都不带隔离措施。这样强弱电必须共地，在设计和布线时必须要考虑抗干扰问题。另一方面在强弱电共地的情况下，电流检测也是一个难题，理论分析表明，在IGBT正常开关情况下，只用两个采样电阻无法正确检测定子绕阻的相电流。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种汽车电动压缩机中永磁同步电机的电流检测方法，特别是当控制器电子线路板尺寸受限时，电动压缩机中永磁同步电机定子绕阻的相电流的检测方法。通过相电流检测可实现永磁同步电机的闭环控制。本专利技术在深入分析IGBT各种工作状态的的基础上，通过合理利用死区时间和续流二极管的续流作用，给出一种只用两个精密采样电阻的相电流检测方法，可有效减小控制器电子线路板尺寸。一种汽车电动压缩机中永磁同步电机的电流检测方法，包括控制永磁同步电机M的上桥路和下桥路，所述的下桥路IGBTQ4、Q5、Q6其中两个与直流母线负端之间串联有两个采样电阻R1和R2，PWM波形中心对齐，设置足够大的死区时间tdead，在死区时间tdead内，上桥臂的三个IGBTQ1，Q2，Q3处于全关状态，通过采集采样电阻R1和R2的电流i1和i2，及ia+ib+ic＝0得到三相电流ia、ib、ic，ia、ib、ic为通过三相定子绕组的相电流。进一步的，所述电流检测方法具体包括以下步骤：S1：利用带有PWM波形发生器的微控制器，每隔PWM周期TPWM，产生一次PWM中断；S2：设置PWM周期的死区时间为tdead，该死区时间应同时大于电流采样周期和确保上下桥臂不直通的安全时间；S3：一进入PWM中断服务后，通过微控制器的模数转换模块，利用精密采样电阻R1和R2，立即采样电流i1和i2；S4：通过采样电流求得i1和i2，求得ia，ib，ic；ia，ib，ic为通过三相定子绕组的相电流。进一步的，所述采样电阻R1和R2分别串联在IGBTQ4、Q5与直流母线负端之间，IGBTQ6直接与直流母线负端连接，求得ia＝i1，ib＝i2，ic＝-(ia+ib)。在控制器尺寸受限的汽车电动压缩机应用场合，可采用精密采样电阻检测永磁同步电机定子绕阻的相电流。由于在IGBT正常开关状态下，只用两个精密采样电阻无法实现相电流的正确检测，本专利技术通过使PWM波形中心对齐，设置合理的死区时间，使其同时大于电流采样周期和确保上下桥臂不直通的安全时间，就可只用两个精密采样电阻正确检测定子绕阻的相电流，为永磁同步电机的闭环控制提供依据。本专利技术只用两个精密采样电阻，使PWM波形中心对齐，设置足够大的死区时间tdead，合理利用死区时间和续流二极管的续流作用，为实现闭环控制，检测永磁同步电机定子绕阻的相电流，能够有效克服IGBT正常开关状态下，只两用两个精密采样电阻无法正确检测相电流的局限性，以减小控制器电子线路板尺寸。检测元件体积小，成本低，特别适用于对安装尺寸有严格要求的汽车电动压缩机控制器应用场合。死区时间应同时大小电流采样周期和确保上下桥臂不直通的安全时间。附图说明图1为电机逆变驱动电路原理图；图2为并联续流二极管的IGBT电机逆变驱动电路原理图；图3为具有死区的中心对齐的PWM波型。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。永磁同步电机逆变驱动电路如图1所示。P为直流母线正极，N为直流母线负极。Q1，Q2，Q3分别为上桥臂的三个IGBT，Q4，Q5，Q6分别为下桥臂的三个IGBT。M为永磁同步电机。ia，ib，ic为通过三相定子绕组的相电流。为了避免直流母线正负极直通短路，要求三对IGBT管Q1与Q4，Q2与Q5，Q3与Q6的开关状态具有互补必性，例如，Q1开时，Q4为关，反之Q4开时，Q1为关。其余两对也有类似的互补开关状态。R1，R2，R3为精密采样电阻，R1，R2分别用于检测相电流ia,ib。R3用于检测直流母线电流，实现短路保护。流过R1，R2和R3的电流分别为i1，i2，i3。根据柯希霍夫电流节点定律，ia+ib+ic＝0,可求得ic＝-(ia+ib)，这样就不需要检测相电流ic,可少用一个采样电阻，节省成本，减小尺寸。图1给出了三相电流ia，ib，ic的参考方向，根据实际方向，分为下面八种情况，编号分别为0，1，…，7，如表1所示。序号0表示Q1，Q2，Q3全关断，Q4，Q5，Q6全导通的情况。这时，除非ia＝ib＝ic＝0，否则不满足柯希霍夫电流节点定律，即ia+ib+ic≠0。因此，这种情况相当于关断母线电流的情况，因此，IGBT正常开关状态下不会出现这种情况。序号7与序号0表示的情况相类似，也属于IGBT非正常开关状态的情况，正常开关状态下也不会出现这种情况。下面分析序号1到序号6所表示的情况。第1种情况：下桥臂Q4，Q5开，上桥臂Q3开，其余IGBT全部关断。这时可根据表1求得相电流ia，ib，ic。第2种情况：下桥臂Q4，Q6开，上桥臂Q2开，其余IGBT全部关断。这时可根据表1求得相电流ia，ib，ic。第3种情况：下桥臂Q4开，上桥臂Q2，Q3，开，其余IGBT全部关断。这时只能根据表1求得相电流ia，而相电流ib，ic无法确定。第4种情况：下桥臂Q5，Q6开，上桥臂Q1开，其余IGBT全部关断。这时可根据表1求得相电流ia，ib，ic。第5种情况：下桥臂Q5开，上桥臂Q1，Q3，开，其余IGBT全部关断。这时只能根据表1求得相电流ib，而相电流ia，ic无法确定。第6种情况：下桥臂Q6开，上桥臂Q1，Q2，开，其余IGBT全部关断。这时只能根据表1求得相电流ic，而相电流ia，ib无法确定。由此可见，在IGBT正常开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽车电动压缩机中永磁同步电机的电流检测方法，包括控制永磁同步电机M的上桥路和下桥路，其特征在于所述的下桥路IGBT Q4、Q5、Q6其中两个与直流母线负端之间串联有两个采样电阻R1和R2，PWM波形中心对齐，设置足够大的死区时间tdead，在死区时间tdead内，上桥臂的三个IGBT Q1，Q2，Q3处于全关状态，通过采集采样电阻R1和R2的电流i1和i2，及ia+ib+ic＝0得到三相电流ia、ib、ic，ia、ib、ic为通过三相定子绕组的相电流。

【技术特征摘要】
1.一种汽车电动压缩机中永磁同步电机的电流检测方法，包括控制永磁同步电机M的上桥路和下桥路，其特征在于所述的下桥路IGBTQ4、Q5、Q6其中两个与直流母线负端之间串联有两个采样电阻R1和R2，PWM波形中心对齐，设置足够大的死区时间tdead，在死区时间tdead内，上桥臂的三个IGBTQ1，Q2，Q3处于全关状态，通过采集采样电阻R1和R2的电流i1和i2，及ia+ib+ic＝0得到三相电流ia、ib、ic，ia、ib、ic为通过三相定子绕组的相电流。2.根据权利要求1所述的一种汽车电动压缩机中永磁同步电机的电流检测方法，其特征在于具体包括以下步骤：S1：利用带有PWM波形发生器的微控制器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：余世明，何德峰，仇翔，吴根忠，宋秀兰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33