電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器過(guò)電流保護(hù)方法

1、 微持電 棚 2 0 1 1 年 第 8 期驅(qū)動(dòng)制? 一 。 ? 。 一 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。 ? ? 。 一 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一 ? c’， ／ ／夠 ，磊? 一‘電動(dòng) 汽 車 用 電機(jī) 控 制 器 過(guò) 電流 保 護(hù) 方 法 王淑 旺， 郗世 洪， 孫 純哲 ， 周 政 ， 桂 星星 ( 合肥 工業(yè) 大學(xué) ， 安徽合肥 2 3 0 0 0 9 )摘 要

2、 ： 系統(tǒng)地分析 了電機(jī)控制器過(guò) 電流故 障產(chǎn)生 的原 因 ， 建 立 了基 于 T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 A的 電控平 臺(tái) ， 搭建 了 電流 的檢測(cè) 、 采樣 、 硬件 過(guò)流保護(hù) 電路和軟件 過(guò)流保護(hù)策略 ， 從而有效地解 決 了電機(jī)控制 器過(guò) 電流故障 的保 護(hù) 問(wèn)題 ， 并 且提 出了減少過(guò) 流故 障的幾點(diǎn)建議 。關(guān)鍵詞 ： 電動(dòng)汽車 ； 電機(jī)控制器 ； 過(guò)電流保護(hù) 中圖分 類號(hào) ： T M3 3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

3、 ： A 文 章編號(hào) ： 1 0 0 4 - 7 0 1 8 ( 2 0 1 1 ) 0 8 - 0 0 6 1 - 0 3Ov e r - Cu r r e n tPr o t e c t i o nM e t h o d so fEl e c t r i cVe h i c l eM o t o rCo n t r o i l e rWANG S h u-wa n g， XIS h i -h o n g， SUN C hu n

4、— z h e， zHoU Zh e n g， cUIXi n g— x i n g ( H e f e iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ， H e f e i2 3 0 0 0 9， C h i n a )Ab s t r a c t ： Th i sp a p e rs y s t e ma t i c a l l ya n a l y z e dt h ec a u s e

5、so fo v e r — c u r r e n ti nmo t o rc o n t r o l l e r ，b u i l tt h ep l a t f o r m o ft h ee —l e c t r o n i cc o n t r o lb a s e do nTMS 3 2 O L F 2 4 0 7 AD S P， a n de s t a b l i s h e dt h ec u r r e n td e

6、 t e c t i o n， s a mp l i n g ， o v e r —c u r r e n th a r d wa r ep r o t e c t i o nc i r c u i ta n do v e r - c u r r e n ts o f t wa r ep r o t e c t i o ns t r a t e g y ． W i t ht h e s e ． t h es y s t e m e f

7、 e c t i v e l ys o l v e st h ep r o b l e m o fo v e r- c u r e n ti nmo t o rc o n t r o l l e r ， a n dp r o p o s e ss o mes u g g e s t i o n so nh o w t or e d u c et h eo v e r — c u r r e n tf a u l to fmo t o

8、 rc o n t r o l l e r ．Ke ywo r d s ： e l e c t r i cv e h i c l e ； mo t o rc o n t r o l l e r ； o v e r — c u r r e n tp r o t e c t i o n0引 言 隨著能源危機(jī) 的 日益加劇 和環(huán)境壓力的增加 ，電動(dòng)汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油汽車已經(jīng)成為一個(gè)必然的 趨勢(shì) ?。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟 ， 是提高電 動(dòng)

9、汽車 的驅(qū)動(dòng)性 能、 行 駛 里程 及 可靠性 的根本保 證 J ， 電機(jī)控制器是 電驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng) 的關(guān)鍵部 件 ， 在 復(fù) 雜極 限路況下使 電機(jī)控制器 內(nèi)部的電流、 電壓值可 能達(dá)到所設(shè)定 的值 ， 內(nèi)部的元器件承受能力有限 ， 尤 其是對(duì)功率模塊 的損害巨大 ， 需要對(duì)其采取相應(yīng)的 措施 。其中過(guò)電流故障是電動(dòng)車電機(jī)控制器的常見(jiàn) 故障 ， 主要是突變性和峰值性 的電流值 ， 該故障的保 護(hù)在電機(jī)控制器 中極其重要 。目前電機(jī)控制器

10、過(guò)電流保護(hù)一般可通過(guò)延長(zhǎng)加 速時(shí)間和減速時(shí)間， 減少 負(fù)載突變 ， 加強(qiáng)絕緣水平 ，外加能耗制動(dòng)元件、 E M C濾波器 。下面從 電機(jī)控 制器產(chǎn)生過(guò)電流 的原 因、 電流值 的信號(hào)檢測(cè) 、 采樣 、硬件保護(hù)電路和軟件保護(hù)策略角度對(duì)該電機(jī)控制器 進(jìn)行過(guò)電流分析和保護(hù)。1電機(jī)控制器過(guò) 電流故障產(chǎn)生原 因 過(guò) 電流故障是 電動(dòng)車電機(jī)控制器的常見(jiàn)故 障，主要是突變性和峰值性 的電流值 ， 一般表現(xiàn)為 ：( 1 ) 電動(dòng)汽車電機(jī)控制器輸出端三相

11、線 出現(xiàn)短 收稿 日期 ： 2 0 1 l 一 0 2 — 1 5路 ， 導(dǎo)致過(guò) 電流；!( 2 ) 電動(dòng)車出現(xiàn) 沖擊負(fù)載或者 電動(dòng)車爬坡 出現(xiàn) ：驅(qū)動(dòng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí) ， 導(dǎo)致驅(qū)動(dòng) 電機(jī) 的兩相長(zhǎng)時(shí)間接通 ，相線電感飽和 ， 導(dǎo)致過(guò)電流 ；：( 3 ) 電動(dòng)車急加速 ( 急剎車 ) 時(shí)， 車子本身負(fù)載 i慣性較大 ， 升速 ( 降速 ) 時(shí)間設(shè) 定太短 ， 電機(jī)控制器 i的工作 頻率 上升太 快 ， 同步 電機(jī) 的轉(zhuǎn) 速迅 速上 升 ( 下

12、降) ， 同步電機(jī)原來(lái)處于轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)與定子 j產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 同步 ， 當(dāng)出現(xiàn)急加 速 ( 急剎車 ) 時(shí)， i電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速因慣性較大， 轉(zhuǎn)子速度仍處于高速 i旋轉(zhuǎn) ， 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)與定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 出現(xiàn)轉(zhuǎn)差 j過(guò)大 ， 導(dǎo) 致繞組 切 割磁 感線 太快 ， 產(chǎn) 生過(guò) 大 的感應(yīng) 電 動(dòng)勢(shì) ， 導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò) 電流 ；( 4 ) 電機(jī)控制器 電源側(cè)缺相 、 輸出側(cè)斷線 、 電動(dòng) 由機(jī)內(nèi)部故障引起過(guò)電流故障 ；i( 5 ) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)受

13、電磁干擾的影響， 漏電流變大，軍產(chǎn)生軸 電流、 軸 電壓 ， 引起電機(jī)控制器過(guò)電流 ；i( 6 ) 電 機(jī)控制器的 控制電路遭到電 磁干擾， 導(dǎo) i致控制信號(hào)錯(cuò)誤 ， 速度反饋信號(hào)丟失或非正常時(shí) ， 也 會(huì)引起過(guò)電流；疊( 7 ) 電 機(jī) 控 制 器 的 容 量 選 擇 與 負(fù) 載 特 性 不 匹 i配， 引起電 機(jī) 控制器 功能 和工 作異 常， 造 成過(guò)電 流；： 舔( 8 ) 電機(jī)控制器參數(shù)設(shè)定不正確和硬件 電路出問(wèn)題 ， 也導(dǎo)致

14、過(guò) 電流 ；i過(guò) 電 時(shí)I h 3I ~ I G B電 T鬟 I 鉗 G B Tl I過(guò) 電 流 ； 如 瞬 時(shí) 斷 電 ， 電 流 產(chǎn) 生 尖 峰 ， 導(dǎo) 致過(guò) l微持電 棚2 0 l 1 年 第 8 期驅(qū) 動(dòng) 壯 制? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一 c r ／ ／ 夠 ’蕩 ? ? !短 路 發(fā)生 時(shí)強(qiáng) 大 的電

15、流 流過(guò) I G B T， 若 不 及 時(shí) 采取 保 護(hù) ， 將 會(huì) 直 接 導(dǎo) 致 器 件 損 毀 。1 E D 0 2 0 1 1 2 一 F A 驅(qū) 動(dòng) 芯片采 用 了特 有 的無(wú) 芯 變 壓 器 隔 離 技 術(shù) ， 能 夠 驅(qū) 動(dòng) 耐壓 6 0 0V ／ 12 0 0V 的 I G B T或 I G B T模 塊 ， 該 驅(qū) 動(dòng) 器提供 了過(guò)流保護(hù) 功能 ， 通 過(guò)檢測(cè) 電壓來(lái) 實(shí)現(xiàn) I G B T 短路保護(hù)。1 E D 0

16、2 0 1 1 2 一 F A 的短路保護(hù)包 括兩部分 ： 一部 分 是 對(duì) I G B T集 電極 端進(jìn) 行 退 飽 和檢 測(cè) 以判 斷是 否 有短路過(guò)流故障 ； 另一部分 是在關(guān)斷 I G B T過(guò)程 中對(duì)柵極進(jìn)行短路箝 位。短路過(guò)流故障識(shí)別 ， 主要是 通過(guò)檢測(cè) I G B T集 電極端的飽和電壓來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。I G —B T正常工作時(shí)， 集 電極飽 和壓 降很低 ； 但 當(dāng)短路過(guò) 流故障產(chǎn)生時(shí) ，會(huì) 明顯增至高于正常導(dǎo)通時(shí)的飽 和

17、壓降水平 ， 一般為 7V以上 ， 產(chǎn)生退飽和現(xiàn)象。檢 測(cè) 電路如 圖 6所 示 ， 電路 中， 芯 片 D E S A T引腳 與 C B I aR 。A T 和 D D E S A T構(gòu) 成 了退 飽 和 檢 i 貝 4 電 路 ，D E S A T引腳端電壓變化可用下式表示 ：U D E s A T=2 5 0· R D E s A T+D D E s A T+。( 2 )圖 61E D 0 2 0 1 1 2 - F

18、A驅(qū)動(dòng)保 護(hù)電路 在退飽和檢測(cè)時(shí) ， 當(dāng) 。高于門(mén)限值 9V時(shí) ，即表 明 I G B T出現(xiàn)了短路或者過(guò)流 ， 此時(shí)芯片輸 出故障信號(hào) ， 同時(shí) O U T輸出低 電平來(lái)及 時(shí)關(guān) 閉 I G B T ，同時(shí)在延時(shí) 2s 后上傳故障信號(hào)。因?yàn)?I G B T導(dǎo)通 時(shí) 電壓下降有一定 的延遲 ， 通常退飽和檢測(cè)要設(shè) 定一定的保護(hù)盲區(qū)， 以防止退飽和誤判斷 J 。2 ． 2軟件策略及保護(hù) 軟件上實(shí)現(xiàn) 了對(duì)數(shù)據(jù) 的處理和分析 ， 對(duì)各工況

19、下的故障信號(hào)做出相應(yīng) 的處理。故障安全保護(hù)在電 機(jī)控制器 中采用分等級(jí)處理 ， 對(duì)不同的故 障信號(hào)采 用不 同級(jí)別的措施 ， 這樣更有效地保護(hù)電機(jī)控制器。在電機(jī)控制器保護(hù)后 ， 需要確保車輛的安全 ， 當(dāng) 關(guān)斷器件后 需要產(chǎn) 生一 個(gè)毫 秒級(jí) 的關(guān) 斷 時(shí) 間， 使 I G B T在電流下 降到安 全水平后再 次開(kāi)通 ， 在保護(hù) 器件的同時(shí) ， 也不影響電動(dòng)汽車退 出過(guò) 流狀態(tài)后 的 正常行駛 。如 圖 3所 示 ， 該 電路經(jīng) 過(guò)濾

20、波 、 跟 隨和差 分得 到 ，， 該信號(hào)采集后 通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸 入到 D S P中，經(jīng)過(guò)平滑處理 ， 轉(zhuǎn)換為實(shí)際值后進(jìn)行判斷故障 ， 圖 7為軟件保護(hù)流程。下面對(duì)幾種過(guò) 電流在軟件進(jìn)行保護(hù)處理 ：( 1 ) 電機(jī) 控 制 器 工 作 中 因 過(guò) 載 出 現(xiàn) 過(guò) 電 流 故 障， 根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和負(fù)載能力 的大小確定 電流限制 ， 。， 當(dāng) 電流值超 過(guò) 了 ] l i m 值時(shí)就采用降低 電 機(jī)控制器工作頻率^ 的方 法 處 理 ( 降

21、 功 率 處理 ) ， 當(dāng)電流值小 于 的值時(shí)再恢復(fù)到額 定值 。圖 8為 降 功 率 開(kāi)始 電壓信 號(hào) t蠢 羽 n 電壓信號(hào)]二一差分 lt瓦 ] 保護(hù) 策 略 。 6。 電動(dòng) 車 一出現(xiàn) 堵 轉(zhuǎn) 時(shí)， 也會(huì) 出圖7 軟件保護(hù)流程 現(xiàn)過(guò) 電 流 ， 此 時(shí) 可通過(guò) 該 方法進(jìn) 行 處理 。( 2 ) 對(duì) 電動(dòng)車急加 速或急剎車 的條件下 ， 可采 用延長(zhǎng)急加速和急減速的時(shí)間來(lái)降低電流值 。當(dāng)超 過(guò)所設(shè)置 的過(guò) 電流值 ， “

22、時(shí)就保持電機(jī)控制器工作 頻率 不變 ， 等到電流值小于 ，i時(shí)， 再增加電機(jī)控 制器 的工作頻率 ， 保證 電機(jī)控制器 的安全 。圖 9為延 長(zhǎng) 時(shí) 間保 護(hù) 策 略 。fo余 ii = ．： ： 一DL — ———+f圖 8 降功率保護(hù)策略 3結(jié) 語(yǔ) ， ▲￡￡，蘭，圖 9 延長(zhǎng) 時(shí)間保護(hù)策 略 通過(guò)對(duì) 電動(dòng)車用 電機(jī)控制器 的過(guò)電流保護(hù)分 析 ， 可見(jiàn) 電機(jī)控制器的過(guò)電流出現(xiàn)的原因很多 ， 必須 從數(shù)據(jù) 的檢測(cè) 、 采集和數(shù)據(jù)處理

23、， 再 到硬件電路和軟 件控 制 策略 等方 面 分 別進(jìn) 行 保 護(hù) ， 才 能達(dá) 到預(yù) 期 的 目的 。電動(dòng)汽 車用電機(jī)控制器 的過(guò) 電流保護(hù)非常重 要 ， 故障保護(hù)從電機(jī)控制器 的設(shè)計(jì)之初到最終 的產(chǎn) 品， 整個(gè)設(shè)計(jì) 、 研發(fā)、 采購(gòu) 、 加工、 調(diào)試都需要注意， 系 統(tǒng)地考慮故障問(wèn)題。參 考文 獻(xiàn) [ 1 ] 陳清泉 ， 孫逢 春 ， 祝嘉光 ． 現(xiàn)代 電動(dòng)汽 車技術(shù) [ M] ． 北 京 ： 北 京 理 工大學(xué) 出版社 ， 2

24、 0 0 2 ．[ 2 ] 陳清泉． 環(huán)境保 護(hù)和 電動(dòng) 車的開(kāi) 發(fā) [ J ] 江 蘇機(jī) 械制造 與 自動(dòng) 化 ， 2 0 0 0 ( 1 ) ： 3 — 7 ．[ 3 ]李銳 ． 變頻器過(guò) 流原 因分析 [ M] ． 印刷雜 志出版社 ， 2 0 0 6 ．[ 4 ]B o h o nHR ． I n v e s t i g a t i o ni n t oac l a s so fb r u s h l e s sD Cm o t

25、 o rw i t hq u a s i s q u a r ev o l t a g ea n dc u r r e n t [ J] ． I E EP R O C ， P t 2 B ， 1 9 8 6 ， 1 3 3( 2 ) ： 1 0 3 — 1 1 1 ．[ 5 ] 施 賢能 ， 吳庚 澤 ， 朱 元． 1 E D 0 2 0 1 1 2 一 F A在 驅(qū)動(dòng) 中大功率 I G B T中的應(yīng)用 [ J ] ． 企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā) (

26、 學(xué)術(shù)版) ， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 5 ) ： 4 — 6 ．[ 6 ] 張燕賓． S P WM 變頻 調(diào)速應(yīng) 用技術(shù) [ M] ． 北京 ： 機(jī)械工 業(yè) 出版 社 ． 2 0 0 1 ．作者簡(jiǎn)介 ： 王淑旺 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 博士 ， 副教 授 ， 碩士生導(dǎo)師 ， 研 究 ；方 向 為 電 動(dòng) 汽 車 電 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 和 汽 軸動(dòng) 化 裝 備 ?！?一～一一 } 一， ～r ●電動(dòng)汽車 用電機(jī)控制