CN101382585B - 一种电机中逆变器的测试方法、装置及电机 - Google Patents

Abstract

本发明适用于自动化测试领域，提供了一种电机中逆变器的测试方法、装置及电机，其中方法包括下述步骤：根据预先设定的逆变器的所有开关元件的开关机制控制开关元件；检测过流告警信号，根据检测到的过流告警信号确定短路的开关元件。本发明无需硬件检测IPM逆变器的短路元件，不改变原有电机的结构，而且采用数学方法控制开关原件，相对简单，适合添加到电机的主程序中，克服了硬件检测可能出现的一系列问题。

Description

一种电机中逆变器的测试方法、装置及电机

技术领域

本发明属于自动化测试领域，尤其涉及一种电机中逆变器的测试方法、装置及电机。

背景技术

在电机的控制领域，尤其是电动车辆及混合动力型车辆的控制策略领域，智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)逆变器有着举足轻重的作用。IPM逆变器是以高速、低功耗的功率器件绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)为主，同时把门极驱动电路和过流保护、短路保护、过热保护、欠压保护等多种保护电路集成在一起的混合集成电路模块。

如图1所示，普通的IPM逆变器1包括并联的电源11、电容12和IGBT开关元件13。电源11为直流电源。电容12中大容量的电解电容用于储能，滤除直流分量的纹波；小容量的吸收电容用于在IPM逆变器以很高的频率开断的过程中，吸收高频分量和噪声。

IGBT开关元件13包括六个IGBT T1至T6，每个IGBT均并联一个续流二极管D1至D6，用于对IGBT和整个电路续流保护。其中T1与T2串联，组成U相桥臂；T3与T4串联，组成V相桥臂；T5与T6串联，组成W相桥臂。并联的T1、T3和T5也称为上桥臂，并联的T2、T4和T6也称为下桥臂。

实际应用中，电机***中的IPM逆变器1通过光耦隔离单元7接收电机控制器8发出的各种命令，U、W两相桥臂分别通过第一电流传感器4和第二电流传感器5与永磁电机6三相绕组中的U、W两相绕组连接，IPM逆变器1的V相桥臂直接与永磁电机6的V相绕组连接。电流传感器4和5测量IPM逆变器1的直流电源逆变后的三相交流电信号，并输送给电机控制器8作为计算转矩的依据。

图1所示的电路中的电机控制器8通过控制脉宽调制占空比控制IPM逆变器1的每个开关元件的导通和关断时间实现变速，形成电流环。但是，三相桥臂中的六个IGBT中若有一个IGBT导通的电流值超过IPM逆变器1自身电流的限定值，根据硬件本身的设计，IPM逆变器1为了自我保护将通过光耦隔离单元7发送告警信号给电机控制器8，电机控制器8接收到告警信号后控制IGBT停止继续工作，这一过程称为IPM过流保护。

IPM逆变器的正常工作是电机的安全可靠的前提，因此需要保证IPM逆变器中开关元件不发生短路和断路。

在IPM逆变器的开关元件发生短路与断路时，需要从硬件上进行检测。一般从硬件上检测不但费时、费力，而且不能第一时间找出IPM逆变器出现故障的具体元件，增加了检测的复杂性。

因此，在过去的实践以及现在的实际电机控制过程中，通常对IPM逆变器的成品经过检测没有问题后便开始使用，只在IPM逆变器出现了问题的情况下才进行硬件检测，既浪费时间，又消耗人力和物力，给产品开发无形中增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机中逆变器的测试方法，旨在解决现有技术利用硬件检测逆变器导致的一系列问题。

本发明是这样实现的，一种电机中逆变器的测试方法，包括：根据预先设定的逆变器的所有开关元件的开关机制控制开关元件；检测过流告警信号，根据检测到的过流告警信号确定短路的开关元件；

所述开关机制包括：

关断所有开关元件；

轮流导通每个开关元件，当导通其中一个开关元件时，其余开关元件均关闭；

所述方法具体为：

关断所有开关元件，检测过流告警信号，当检测到过流告警信号时所述逆变器的上桥臂和下桥臂均至少有一个开关元件短路；

当未检测到过流告警信号时，轮流导通每个开关元件，当导通其中一个开关元件时，其余开关元件均关闭；

每个开关元件导通后均检测过流告警信号，根据检测结果确定与导通的开关元件同一相的另一开关元件是否短路。

本发明的又一目的在于提供一种电机中逆变器的测试装置，包括：开关元件控制模块，与逆变器连接，用于根据预先设定的逆变器所有开关元件的开关机制控制开关元件；以及短路检测模块，与逆变器连接，用于检测过流告警信号，并依照检测到的过流告警信号确定短路的开关元件；

所述短路检测模块包括：

第一过流告警信号检测模块，用于在接收到所述开关元件控制模块关断所有开关元件的通知后检测过流告警信号，当未检测到过流告警信号时，触发所述开关元件控制模块轮流导通每个开关元件，当导通其中一个开关元件时，其余开关元件均关闭；

第二过流告警信号检测模块，用于在每次接收到所述开关元件控制模块导通其中一个开关元件的通知后检测过流告警信号；以及

短路元件确定模块，用于根据所述第一和第二过流告警信号检测模块的检测结果确定短路元件。

本发明的再一目的在于提供一种电机，包括逆变器测试装置，逆变器测试装置包括：开关元件控制模块，与逆变器连接，用于根据预先设定的逆变器所有开关元件的开关机制控制开关元件；以及短路检测模块，与逆变器连接，用于检测过流告警信号，并依照检测到的过流告警信号确定短路的开关元件；

所述短路检测模块包括：

第一过流告警信号检测模块，用于在接收到所述开关元件控制模块关断所有开关元件的通知后检测过流告警信号，当未检测到过流告警信号时，触发所述开关元件控制模块轮流导通每个开关元件，当导通其中一个开关元件时，其余开关元件均关闭；

第二过流告警信号检测模块，用于在每次接收到所述开关元件控制模块导通其中一个开关元件的通知后检测过流告警信号；以及

短路元件确定模块，用于根据所述第一和第二过流告警信号检测模块的检测结果确定短路元件。

本发明提供的电机中逆变器的测试方法和装置以及电机中，采用开关机制控制开关元件，根据过流告警信号的检测结果确定短路元件，因此无需硬件检测，而且不改变电机原有的结构，克服了硬件检测可能出现的一系列问题。此外，开关机制采用数学方法，相对简单但严密，适合添加到电机的主程序中。

附图说明

图1是电机***的示意图；

图2本发明电机中逆变器的测试方法的流程图；

图3是本发明短路检测方法的流程图；

图4是本发明断路检测方法的流程图；以及

图5是本发明电机中逆变器的测试装置的方框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

本发明的电机中逆变器的测试方法可写进电机控制设备的主程序中，通过预先设定的开关机制控制逆变器的开关元件，根据开关元件开合过程中检测到的过流告警信号等确定故障元件。

请参考图1和图2，本发明的电机中逆变器的测试方法根据下述开关机制控制IPM逆变器实现测试，具体包括下述步骤：

在步骤S101中，IPM逆变器1的电源11和电机控制器8通电后，首先判断是否进入IPM检测程序，是则执行步骤S103，否则结束；

在步骤S103中，执行短路检测；

在步骤S105中，返回短路检测结果；

在步骤S107中，判断是是否有元件短路，是则结束，否则执行步骤S109；

在步骤S109中，执行断路检测，断路检测在短路检测结果的基础上进行，如果有元件短路，则无法执行断路检测；

在步骤S111中，返回断路检测结果。

如图3所示，以下将详细说明步骤S103中执行短路检测的方法：

在步骤S1031中，向所有开关元件T1至T6发送关断命令；

在步骤S1033中，判断是否接收到IPM过流告警信号，是则证明三相桥臂中的上、下桥臂各至少有一个开关元件同时短路，然后执行步骤S105，否则执行步骤S1035；

在步骤S1035中，分别对上桥臂开关元件T1、T3、T5进行短路检测，判断是否有开关元件短路，当检测到某一开关元件短路时，短路检测结束，执行步骤S105，当没有开关元件短路时执行步骤S1037，其中上桥臂开关元件的短路检测方法如下：

关断上桥臂开关元件T1、T3和T5，导通下桥臂开关元件T2，关断下桥臂开关元件T4和T6，判断是否接收到IPM过流告警信号，是则证明T1短路，测试结束，上报结果，否则证明T1未短路，清除IPM过流告警信号以便进行后续检测；

当T1未短路时，关断T1、T3和T5，导通T4，关断T2和T6，判断是否出现IPM过流告警信号，是则证明T3短路，测试结束，上报结果，否则证明T3未短路，清除IPM过流告警信号；

当T3未短路时，关断T1、T3和T5，导通T6，关断T2和T4，判断是否出现IPM过流告警信号，是则证明T5短路，测试结束，上报结果，否则证明T5未短路，清除IPM过流告警信号。

在步骤S1037中，当上桥臂开关元件T1、T3、T5均未短路时，检测下桥臂开关元件T2、T4、T6是否短路，当检测到某一开关元件短路时，短路检测结束，并上报检测结果，检测方法如下：

关断T2、T4和T6，导通T1，关断T3和T5，判断是否出现IPM过流告警信号，是则证明T2短路，测试结束，上报结果，否则证明T2未短路，清除IPM过流告警信号；

当T2未短路时，关断T2、T4和T6，导通T3，关断T1和T5，判断是否出现IPM过流告警信号，是则证明T4短路，测试结束，上报结果，否则证明T4未短路，清除IPM过流告警信号；

当T4未短路时，关断T2、T4和T6，导通T5，关断T1和T3，判断是否出现IPM过流告警信号，是则证明T6短路，清除IPM过流告警信号，否则证明T6未短路，清除IPM过流告警信号以便进行断路检测。

步骤S109中的断路检测是在步骤S103中进行的短路检测的基础上进行，没有元件短路时才能够进行断路测试。电机控制器8、电机6和IPM逆变器1通电后，上桥臂或下桥臂的开关元件全与地线发生断路，电机6的三相电流都近似等于“0”，因此三相电流的和也近似等于“0”，IPM逆变器通电后无法正常工作，所以本发明的方法只对能够工作的IPM逆变器进行检测，即本实施例中需保证有至少有两个IGBT没有断路，能够同时工作。如图4所示，在步骤S109的检测过程中，具体包括：

在步骤S1091中，分别瞬间导通三相桥臂的每一相桥臂；

在步骤S1093中，判断每一相桥臂在瞬间导通时是否接收到IPM过流告警信号，是则证明此桥臂的两个开关元件都没有出现断路的情况，可直接返回检验结果(执行步骤S111)，否则证明此相桥臂至少有一个开关元件发生断路，执行步骤S1093；

在步骤S1095中，为了找出断路的开关元件，组合上桥臂与下桥臂非同相的两个开关元件，并分别控制每个组合导通，根据每组组合导通后检测到的相电流的值是否为零判断组合中的开关元件是否断路，其中组合如下：

1、上桥臂开关元件T1导通，关断T3和T5，下桥臂开关元件T2和T6关断，导通T4，控制器8判断接收到的电流传感器4和5发送的电机相电流是否为“0”，是则证明开关元件T1或T4断路；

2、上桥臂开关元件T1导通，关断T3和T5，下桥臂开关元件T2和T4关断，导通T6，判断接收到的电机相电流是否为“0”，是则证明开关元件T1或T6断路；

3、上桥臂开关元件T3导通，关断T1和T5，下桥臂开关元件T4和T6关断，导通T2，判断接收到的电机相电流是否为“0”，是则证明开关元件T3或T2断路；

4、上桥臂开关元件T3导通，关断T1和T5，下桥臂开关元件T4和T2关断，导通T6，判断接收到的电机相电流是否为“0”，是则证明开关元件T3或T6断路；

5、上桥臂开关元件T5导通，关断T1和T3，下桥臂开关元件T6和T4关断，导通T2，判断接收到的电机相电流是否为“0”，是则证明开关元件T5或T2断路；

6、上桥臂开关元件T5导通，关断T1和T3，下桥臂开关元件T6和T2关断，导通T4，判断接收到的电机相电流是否为“0”，是则证明开关元件T5或T4断路；

在步骤S1097中，通过电机相电流为0的几种情况结合起来确定出一个或几个开关元件发生断路，具体方法为：

如果检测出一组组合相电流为非“0”值，那么除检测到相电流为非“0”值的组合中的2个开关元件没有断路外，其它4个开关元件断路。如上桥臂中的T1，T5，下桥臂中的T4，T6发生断路，通过检测的6个步骤，得出3中组合得到相电流不为“0”值。由此证明T2和T3没有断路，其它几个开关元件断路；

如果检测出两组相电流值为非“0”值，那么这两组组合中包含同一开关元件，因此除检测到相电流为非“0”值的两组组合中的3个开关元件没有断路外，其它3个开关元件断路；

如果检测出三组相电流值为非“0”值，那么这三组组合中包含相同的2个开关元件，因此除检测到相电流为非“0”值的三组组合中的4个开关元件没有断路外，其它2个开关元件断路；

如果检测出四组相电流值为非“0”值，那么相电流值为“0”的两组组合包含相同的一个开关元件，则此开关元件断路，其余没有断路。

本发明提供的电机中逆变器的测试装置可以是内置于计算机中的软件模块、硬件模块或者软硬件结合的模块。

如图5所示，本发明电机中逆变器的测试装置的开关元件控制模块100用于根据预先设定的逆变器所有开关元件的开关机制控制开关元件。开关元件控制模块100的关断模块101用于关断所有开关元件，短路检测模块300的第一过流告警信号检测模块301检测此时是否接收到过流告警信号，并将检测结果通知短路元件确定模块305。

当短路元件确定模块305接收到第一过流告警信号检测模块301发送的检测结果为接收到过流告警信号时，确定逆变器的上桥臂和下桥臂均至少有一个开关元件短路；当接收到的检测结果为没有过流告警信号时，通知第一导通模块103轮流导通每个开关元件进行进一步的判断。

第一导通模块103每次导通一个开关元件，并在每次导通后，通知第二过流告警信号检测模块303检测过流告警信号，第二过流告警信号检测模块303将检测结果通知短路元件确定模块305，短路元件确定模块305根据接收到的检测结果和存储的判断机制确定短路元件，例如，当短路元件确定模块305接收到第二过流告警信号检测模块303发送检测结果为：开关元件T1导通时检测到过流告警信号，则确定与T1同相的开关元件T2短路，当检测结果为：开关元件T3导通时检测到过流告警信号，确定与T3同相的开关元件T4短路。

短路元件确定模块305每次确定完毕后，通知第一导通模块103继续导通下一个开关元件，第二过流告警信号检测模块303和短路元件确定模块305也都依次循环操作直至六个开关元件都判断完毕。

需要指出的是，在第二过流告警信号检测模块303每次检测到过流告警信号后，还将过流告警信号清除，以便电机能够继续工作，各个模块也能够继续执行检测。

在短路元件确定模块305确定所有开关元件都未短路时，通知第一断路检测控制模块105依次瞬间导通每相桥臂，第一断路检测控制模块105每导通一相桥臂都通知断路检测模块500，断路检测模块500检测此时是否接收到过流告警信号，并保存检测结果，然后通知第一断路检测控制模块105继续导通下一相桥臂，如此循环直至获得所有相的断路检测结果。

如果断路检测模块500检测到其中一相开关元件导通时出现过流告警信号，证明这一相的两个开关元件均未断路。

当断路检测模块500的检测结果中包含其中一相开关元件导通后没有出现过流告警信号的情况时，证明这一相至少有一个开关元件断路，此时触发第二断路检测控制模块107分别组合上下桥臂不同相的两个开关元件，并分别导通每个组合。其中组合包括：

1、上桥臂开关元件T1和下桥臂开关元件T4；

2、上桥臂开关元件T1和下桥臂开关元件T6；

3、上桥臂开关元件T3和下桥臂开关元件T2；

4、上桥臂开关元件T3和下桥臂开关元件T6；

5、上桥臂开关元件T5和下桥臂开关元件T2；以及

6、上桥臂开关元件T5和下桥臂开关元件T4。

第二断路检测控制模块107同时导通一个组合的两个开关元件后，通知断路检测模块500检测电机的相电流，并保存检测结果，然后断路检测模块500通知第二断路检测控制模块107导通下一组合，直至所有组合均循环导通一次。

断路检测模块500将每个检测结果与存储的下述机制比对，确定断路的开关元件：

当检测结果为其中一组的相电流为非零时，这组组合中的两个开关元件未断路，其余开关元件断路；

当检测结果为其中两组的相电流为非零值时，两组组合中的三个开关元件未断路，其余开关元件断路；

当检测结果为其中三组的相电流为非零值时，三组组合中的四个开关元件未断路，其余开关元件断路；以及

当检测结果为其中四组的相电流为非零值时，相电流为零值的两组组合中的同一开关元件断路，其余开关元件未断路。

本发明还提供一种电机，其控制器中包括前一实施例提供的逆变器测试装置，因此本发明实施实例提供的电机还具有检测IPM逆变器断路与短路的功能。电机控制器可采用具有强大运算处理功能的单片机或者数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)。本发明可采用DSP芯片作为测试装置的核心部件。

本发明提供的电机中逆变器的测试方法和装置以及电机中，无需硬件检测IPM逆变器的短路与断路，不改变原有电机的结构，而且采用数学排列组合方法检测，相对简单，适合添加到电机的主程序中，可以完整的检测出IPM逆变器是否短路与断路的各种情况。既为程序调试员节省了大量时间，又提高了程序的使用效率，不但从另一条途径上达到了安全可靠的电机控制策略，而且在一定程度上降低了产品开发的成本，解决了电机的前期控制策略不完善问题，同时也克服了硬件检测可能出现的一系列问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电机中逆变器的测试方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

根据预先设定的逆变器的所有开关元件的开关机制控制所述开关元件；

检测过流告警信号，根据检测到的过流告警信号确定短路的开关元件；

所述开关机制包括：

关断所有开关元件；

轮流导通每个开关元件，当导通其中一个开关元件时，其余开关元件均关闭；

所述方法具体为：

关断所有开关元件，检测过流告警信号，当检测到过流告警信号时所述逆变器的上桥臂和下桥臂均至少有一个开关元件短路；

当未检测到过流告警信号时，轮流导通每个开关元件，当导通其中一个开关元件时，其余开关元件均关闭；

每个开关元件导通后均检测过流告警信号，根据检测结果确定与导通的开关元件同一相的另一开关元件是否短路。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当未检测到有开关元件短路时，依次瞬间导通每一相的开关元件，当检测到过流告警信号时所述相的开关元件均未断路；

当未检测到过流告警信号时，分别组合上下桥臂不同相的两个开关元件；

分别导通每个组合；

检测每个组合导通后的相电流；

根据检测到的相电流为零的组合，确定断路的开关元件；

所述根据检测到的电流为零的组合，确定断路的开关元件的方法为：

当检测到一组组合导通后的相电流为非零时，所述一组组合中的两个开关元件未断路，其余开关元件断路；

当检测到两组组合导通后的相电流为非零时，所述两组组合中的三个开关元件未断路，其余开关元件断路；

当检测到三组组合导通后的相电流为非零时，所述三组组合中的四个开关元件未断路，其余开关元件断路；

当检测到四组组合导通后的相电流为非零时，相电流为零的两组组合中的同一开关元件断路，其余开关元件未断路。

3.一种电机中逆变器测试装置，其特征在于，所述装置包括：

开关元件控制模块，与所述逆变器连接，用于根据预先设定的逆变器所有开关元件的开关机制控制所述开关元件；以及

短路检测模块，与所述逆变器连接，用于检测过流告警信号，并依照检测到的过流告警信号确定短路的开关元件；

所述短路检测模块包括：

第一过流告警信号检测模块，用于在接收到所述开关元件控制模块关断所有开关元件的通知后检测过流告警信号，当未检测到过流告警信号时，触发所述开关元件控制模块轮流导通每个开关元件，当导通其中一个开关元件时，其余开关元件均关闭；

第二过流告警信号检测模块，用于在每次接收到所述开关元件控制模块导通其中一个开关元件的通知后检测过流告警信号；以及

短路元件确定模块，用于根据所述第一和第二过流告警信号检测模块的检测结果确定短路元件。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述开关元件控制模块进一步包括第一断路检测控制模块，用于瞬间导通每一相的开关元件；

所述装置进一步包括断路检测模块，用于在接收到所述第一断路检测控制模块导通每一相的开关元件的通知后检测过流告警信号，当检测到过流告警信号时确定所述相的开关元件均未断路。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述开关元件控制模块进一步包括第二断路检测控制模块，用于在接收到所述断路检测模块输出的未检测到过流告警信号的通知后，分别组合上下桥臂不同相的两个开关元件，并分别导通每个组合；

所述断路检测模块进一步用于检测每个组合导通后的相电流，并根据检测到的相电流为零的组合确定断路的开关元件。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述断路检测模块将检测到的相电流为零的组合与存储的断路元件判断机制比对，确定断路的开关元件，所述机制具体为：

当检测到一组组合导通后的相电流为非零时，所述断路检测模块确定所述一组组合中的两个开关元件未断路，其余开关元件断路；

当检测到两组组合导通后的相电流为非零时，所述断路检测模块确定所述两组组合中的三个开关元件未断路，其余开关元件断路；

当检测到三组组合导通后的相电流为非零时，所述断路检测模块确定所述三组组合中的四个开关元件未断路，其余开关元件断路；

当检测到四组组合导通后的相电流为非零时，所述断路检测模块确定相电流为零的两组组合中的同一开关元件断路，其余开关元件未断路。

7.一种电机，其特征在于，所述电机包括逆变器测试装置，所述装置包括：

开关元件控制模块，与所述逆变器连接，用于根据预先设定的逆变器所有开关元件的开关机制控制所述开关元件；以及

短路检测模块，与所述逆变器连接，用于检测过流告警信号，并依照检测到的过流告警信号确定短路的开关元件；

所述短路检测模块包括：

第一过流告警信号检测模块，用于在接收到所述开关元件控制模块关断所有开关元件的通知后检测过流告警信号，当未检测到过流告警信号时，触发所述开关元件控制模块轮流导通每个开关元件，当导通其中一个开关元件时，其余开关元件均关闭；

第二过流告警信号检测模块，用于在每次接收到所述开关元件控制模块导通其中一个开关元件的通知后检测过流告警信号；以及

短路元件确定模块，用于根据所述第一和第二过流告警信号检测模块的检测结果确定短路元件。

Images