一种三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统及方法，所述检测系统包括输入电源、预驱动IC、MCU模块、逆变器、相继电器、电机、上拉电阻和分压电路；所述逆变器用于将输入电源转化为供电机工作的频率可变的交流电，驱动电机进行旋转；所述相继电器串联在电机的三相输入端，所述相继电器用于在逆变器发生故障时切断逆变器的输出电压及电流。本发明专利技术提供一种三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统及方法，使得系统在上电及初始化时能够检测出逆变器MOSFET的故障，同时还能检测相继电器MOSFET的相应故障，能够精准定位到单个故障的MOSFET，避免将故障流入至汽车行驶环节，保障驾驶员及乘客的人身安全。保障驾驶员及乘客的人身安全。保障驾驶员及乘客的人身安全。

【技术实现步骤摘要】
一种三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，绝大部分的直流无刷电机控制方案都是采用三相桥式逆变器输出频率可变的交流电控制电机旋转。作为逆变器的主要构成器件MOSFET，其工作条件为高速开关状态，一般可达到20KHz以上。开通和关断瞬间极高的电压过冲以及高速开关导致的发热量大使得MOSFET极易损坏，另外由于电机高速旋转产生的反向电动势也容易使MOSFET发生击穿现象。MOSFET击穿后会导致车辆直流电源直接加载到电机线圈，造成电机线圈电流过大从而发生短时间内发热量巨大甚至燃烧，容易造成重大交通事故。
[0003]现有的大部分对于MOSFET故障检测的技术方案为采用串联电流检测电阻进行电机三相电流检测，检测到某一相电流过大或过小时的处理方式为通过相继电器切断逆变器的输出，防止进一步造成电机卡死或线圈烧坏。但此种检测方法只适用于电机运行过程中，作为汽车上重要的安全部件电动助力转向器和电动助力刹车系统，在行驶过程逆变器关断会导致助力突然失效，造成驾驶员难以操控车辆，尤其在高速行驶状况下极易发生交通事故。
[0004]如图1所示的现有技术中，整个系统由电源输入、预驱动IC、逆变器、相继电器、电机、相电流监控六部分组成。其中逆变器由六个MOSFET构成桥式电路，相继电器由三个MOSFET分别串联在电机的三相输入。端子电压监控通过ADC采集电机端子电压提供给单片机。逆变器主要用于驱动直流无刷电机进行旋转，通过MOSFET高速开关将输入的直流12V电压转化为供电机工作的频率可变的交流电。预驱动IC通过接收MCU的PWM指令，控制逆变器的六个MOSFET按照一定的时序逻辑策略进行开关工作。相继电器主要用于在逆变器发生故障时切断其输出电压及电流，保证电机不发生误动作及电机线圈不被烧坏。相电流监控通过电流采样电阻检测逆变器U、V、W三相的电流，输入给MCU进行监控、判断逆变器及电机是否正常工作。
[0005]通常方案在系统上电初始化时，预驱动IC不工作，逆变器中所有MOSFET均处于OFF状态，系统初始化完毕后，根据MCUPWM指令，预驱动IC开始工作，控制MOSFET进行开关。所以在系统上电初始化时，若逆变器中上桥或下桥的单个MOSFET处于短路故障状态，或任一相继电器MOSFET处于短路故障状态，均无法通过电流采样电阻检测出故障。
[0006]因此，如何在车辆启动时即对逆变器的MOSFET故障进行检出，从而避免在行驶中发生助力丢失是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统及方法，使得系统在上电及初始化时能够检测出逆变器MOSFET的故障，同时还能检测相继电器MOSFET的相应故障，能够精准定位到单个故障的
MOSFET，避免将故障流入至汽车行驶环节，保障驾驶员及乘客的人身安全。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0009]本专利技术一方面提供一种三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统，它包括输入电源、预驱动IC、MCU模块、逆变器、相继电器、电机、上拉电阻和分压电路；
[0010]所述逆变器用于将输入电源转化为供电机工作的频率可变的交流电，驱动电机进行旋转；
[0011]所述相继电器串联在电机的三相输入端，所述相继电器用于在逆变器发生故障时切断逆变器的输出电压及电流；
[0012]所述MCU模块通过分压电路监测电机端子电压；
[0013]所述预驱动IC通过接收MCU的PWM指令，控制逆变器按照时序逻辑策略进行开关工作；
[0014]所述电机的单相通过上拉电阻连接输入电源。
[0015]进一步，所述逆变器为六个MOSFET构成的桥式电路，
[0016]进一步，所述相继电器包括三个分别串联在电机的三相输入端的MOSFET。
[0017]本专利技术另一方面提供一种三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统的检测方法，它包括：
[0018]步骤S1、在三相桥式逆变器上电并且MOSFET未出现故障时，通过MCU模块监测电机端子的正常状态电压；
[0019]步骤S2、在三相桥式逆变器上电后，MCU模块对电机端子的电压进行实时监测，将MCU模块监测到的实时监控电压与正常状态电压进行比对；
[0020]步骤S3、如果MCU模块监测到的实时监控电压与正常状态电压出现差异，则判定三相桥式逆变器电路的MOSFET出现短路故障。
[0021]进一步，所述步骤S3中三相桥式逆变器电路的MOSFET的短路故障包括逆变器上桥MOSFET及相继电器短路故障和逆变器下桥MOSFET短路故障。
[0022]进一步，所述相继电器短路故障的检测方法，具体包括如下步骤：
[0023]当上电后MOSFET未故障时，此时逆变器各MOSFET为OFF状态，相继电器为OFF状态，预驱动IC处于关闭状态，MCU模块监测到的电机端子电压与地相等，此时MCU模块监测到电机端子的实时监控电压为系统上电正常电压，所述系统上电正常电压X1为：
[0024][0025]其中，ΔADC为ADC读取误差，Vmcu为MCU供电电压，m为ADC采样位数，R1为上侧分压电阻，R2为下侧分压电阻，R3为上拉电阻；
[0026]当U相继电器短路时，电流通过上拉电阻流经分压电路到地，此时MCU模块监测到电机端子的实时监控电压为相继电器短路故障报警值，所述相继电器短路故障报警值Y1为：
[0027][0028]其中，ΔADC为ADC读取误差，Vmcu为MCU供电电压，m为ADC采样位数，R1为上侧分压
电阻，R2为下侧分压电阻，R3为上拉电阻，Vin为输入电源电压，ΔVmcu为MCU供电电压误差；
[0029]当V相继电器或W相继电器短路时，电流通过上拉电阻到电机线圈再经分压电路到地，此时MCU模块监测到电机端子的实时监控电压与所述相继电器短路故障报警值Y1相等。
[0030]进一步，所述逆变器上桥MOSFET短路故障的检测方法，具体包括如下步骤：
[0031]当逆变器上桥MOSFET短路时，电流通过短路的MOSFET经分压电路到地，此时MCU模块监测到电机端子的实时监控电压为逆变器上桥MOSFET短路故障报警值，所述逆变器上桥MOSFET短路故障报警值Y2为：
[0032][0033]Y2＞Y1；
[0034]其中，ΔADC为ADC读取误差，Vmcu为MCU供电电压，m为ADC采样位数，R1为上侧分压电阻，R2为下侧分压电阻，Vin为输入电源电压，ΔVmcu为MCU供电电压误差。
[0035]进一步，所述逆变器上桥MOSFET短路故障和相继电器短路故障的检测条件相同，设所述MCU模块监测到的电机端子的实时监控电压值为V0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统，其特征在于：它包括输入电源、预驱动IC、MCU模块、逆变器、相继电器、电机、上拉电阻和分压电路；所述逆变器用于将输入电源转化为供电机工作的频率可变的交流电，驱动电机进行旋转；所述相继电器串联在电机的三相输入端，所述相继电器用于在逆变器发生故障时切断逆变器的输出电压及电流；所述MCU模块通过分压电路监测电机端子电压；所述预驱动IC通过接收MCU的PWM指令，控制逆变器按照时序逻辑策略进行开关工作；所述电机的单相通过上拉电阻连接输入电源。2.根据权利要求1所述的三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统，其特征在于：所述逆变器为六个MOSFET构成的桥式电路。3.根据权利要求1所述的三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统，其特征在于：所述相继电器包括三个分别串联在电机的三相输入端的MOSFET。4.一种如权利要求1～3中任一项所述的三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测系统的检测方法，其特征在于，它包括：步骤S1、在三相桥式逆变器上电并且MOSFET未出现故障时，通过MCU模块监测电机端子的正常状态电压；步骤S2、在三相桥式逆变器上电后，MCU模块对电机端子的电压进行实时监测，将MCU模块监测到的实时监控电压与正常状态电压进行比对；步骤S3、如果MCU模块监测到的实时监控电压与正常状态电压出现差异，则判定三相桥式逆变器电路的MOSFET出现短路故障。5.根据权利要求4所述的三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测方法，其特征在于：所述步骤S3中三相桥式逆变器电路的MOSFET的短路故障包括逆变器上桥MOSFET及相继电器短路故障和逆变器下桥MOSFET短路故障。6.根据权利要求5所述的三相桥式逆变器电路的MOSFET短路故障检测方法，其特征在于，所述相继电器短路故障的检测方法，具体包括如下步骤：当上电后MOSFET未故障时，此时逆变器各MOSFET为OFF状态，相继电器为OFF状态，预驱动IC处于关闭状态，MCU模块监测到的电机端子电压与地相等，此时MCU模块监测到电机端子的实时监控电压为系统上电正常电压，所述系统上电正常电压X1为：其中，ΔADC为ADC读取误差，Vmcu为MCU供电电压，m为ADC采样位数，R1为上侧分压电阻，R2为下侧分压电阻，R3为上拉电阻；当U相继电器短路时，电流通过上拉电阻流经分压电路到地，此时MCU模块监测到电机端子的实时监控电压为相继电器短路故障报警值，所述相继电器短路故障报警值Y1为：
其中，ΔADC为ADC读取误差，Vmcu为MCU供电电压，m为ADC采样位数，R1为上侧分压电阻，R2为下侧分压电阻，R3为上拉电阻，Vin为输入电源电压，Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建锟，
申请(专利权)人：常州星宇车灯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：