CN110829952B - 一种永磁同步电机的igbt的过温保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及IGBT的过温保护技术领域，公开一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法及装置。其中永磁同步电机的IGBT的过温保护方法包括以下步骤：S11、确定永磁同步电机的预设截止温度为T_e、预设起始温度为T_s及预设退出温度为T_q；S12、永磁同步电机在同一时刻IGBT的最高温度为T₁；S13、若T₁上升且在T_s至T_e之间，扭矩输出系数为

S14、随着T₁上升，扭矩输出系数逐渐下降，当T₁升高至T_c后开始下降，且T₁在T_d至T_c之间，扭矩输出系数为

其中，T_d为

S15、随着T₁的下降，若T₁在T_q至T_d之间，扭矩输出系数为

本发明公开的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法可以保证T₁在T_d至T_c之间波动时，永磁同步电机对外输出的扭矩不变，保证永磁同步电机对外输出的稳定性，防止车辆的抖动。

Description

一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法及装置

技术领域

本发明涉及IGBT的过温保护技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法及装置。

背景技术

永磁同步电机控制器的主要功率输出单元及核心部件就是IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管，简称IGBT)，IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，IGBT属于现有技术，具体可通过外购获得，此处不再赘述。IGBT的损耗影响永磁同步电机的使用寿命及工作的可靠性，在永磁同步电机快速升扭过程中，会带来IGBT温度突变，极易引起IGBT模块的过温损坏。目前，在电动汽车领域中常用的IGBT过温保护方法主要有两种：

一种是在硬件电路上做设计，通过比较电路等搭建过温保护电路，当检测到IGBT温度超过保护阈值后，切断芯片PWM输出，强行将永磁同步电机停机来起到保护模块的作用，此方案在整车运行过程中，如果保护温度阈值设置较低，容易引起整车经常性动力失效，如果温度保护阈值设置较高，又起不到IGBT温度保护作用。总之，此方案实时性较差，比较适合作为IGBT温度保护的硬件冗余方案。

另外一种是通过软件来实现预设，当温度采样值大于设定预设值时，出发预设保护。当温度下降后迅速恢复扭矩，此方法在温度接近预设点波动时，IGBT扭矩会随之波动，进而引起整车抖动。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，解决了现有技术存在的由于改***件电路而造成的实时性差和温度保护效果不佳问题，同时还解决了现有技术通过软件设置造成IGBT的扭矩波动而造成的车辆抖动的现象。

本发明的另一个目的在于提供一种永磁同步电机的IGBT的过温保护装置，具有实施性好、温度保护效果好及扭矩变化平稳的优点。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，包括以下步骤：

S11、确定永磁同步电机的预设截止温度为T_e、预设起始温度为T_s及预设退出温度为T_q，其中，T_e、T_s及T_q依次减小；

S12、启动所述永磁同步电机，检测所述永磁同步电机的IGBT温度，在同一时刻所述IGBT的最高温度为T₁；

S13、若T₁上升且在T_s至T_e之间，扭矩输出系数为

其中所述扭矩输出系数不小于0且不大于1；

S14、当T₁升高至T_c后开始下降，且T₁在T_d至T_c之间，所述扭矩输出系数为

其中，T_c在T_s至T_e之间，T_d为

S15、随着T₁的下降，若T₁在T_q至T_d之间，所述扭矩输出系数为

作为一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法的优选方案，在步骤S14中，若T₁下降后又上升，且T₁在T_d至T_c之间，所述扭矩输出系数为

作为一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法的优选方案，在步骤S15后，若T₁继续下降，且T₁不大于T_q，所述扭矩输出系数为1。

作为一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法的优选方案，在步骤S15后，T₁下降至T_q后又继续上升，且T₁在T_q至T_s之间，所述扭矩输出系数为1。

作为一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法的优选方案，随着T₁的上升，T₁位于T_s至T_e之间，返回步骤S13。

作为一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法的优选方案，在步骤S15后，若T₁下降后又在温度值为T_m处开始上升，且T₁在T_q至T_d之间，所述扭矩输出系数为

其中，T_m位于T_q和T_d之间。

作为一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法的优选方案，在步骤S12后，若T₁不大于T_s，则所述扭矩输出系数为1。

作为一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法的优选方案，在步骤S12后，若T₁大于T_e，则所述扭矩输出系数为0，所述永磁同步电机停止转动。

一种永磁同步电机的IGBT的过温保护装置，以上任一方案所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，包括若干温度传感器，若干所述温度传感器设于所述永磁同步电机的IGBT上且被配置为检测所述IGBT的温度。

本发明的有益效果为：本发明公开的一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，启动永磁同步电机时，若T₁逐渐上升且位于T_s和T_e之间，设定扭矩输出系数随IGBT的温度的升高而降低，一旦T₁下降，扭矩输出系数停止下降，并保持不变，直至T₁达到T_d，扭矩输出系数逐渐增加，这种IGBT的过温保护方法可以保证T₁在T_d至T_c之间波动时，永磁同步电机对外输出的扭矩不随之波动，保证永磁同步电机对外输出的稳定性，防止车辆的抖动，延长了永磁同步电机的使用寿命。

本发明公开的一种永磁同步电机的IGBT的过温保护装置，由于采用前文所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，具有实施性好、温度保护效果好及扭矩变化平稳的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例提供的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法的流程图；

图2是本发明具体实施例提供的永磁同步电机的IGBT的温度与扭矩输出系数的关系图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，如图1所示，包括以下步骤：

S11、确定永磁同步电机的预设截止温度为T_e、预设起始温度为T_s及预设退出温度为T_q，其中，T_e、T_s及T_q依次减小；

S12、启动永磁同步电机，检测永磁同步电机的IGBT温度，在同一时刻IGBT的最高温度为T₁；

S13、若T₁上升且在T_s至T_e之间，扭矩输出系数为

其中扭矩输出系数不小于0且不大于1；

S14、当T₁升高至T_c后开始下降，且T₁在T_d至T_c之间，扭矩输出系数为

其中，T_c在T_s至T_e之间，T_d为

S15、随着T₁的下降，若T₁在T_q至T_d之间，扭矩输出系数为

本实施例提供的一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，启动永磁同步电机时，若T₁逐渐上升且位于T_s和T_e之间，设定扭矩输出系数随IGBT的温度的升高而降低，一旦T₁下降，扭矩输出系数停止下降，并保持不变，直至T₁达到T_d，扭矩输出系数逐渐增加，这种IGBT的过温保护方法可以保证T₁在T_d至T_c之间波动时，永磁同步电机对外输出的扭矩不随之波动，保证永磁同步电机对外输出的稳定性，防止车辆的抖动，延长了永磁同步电机的使用寿命。

具体地，上述预设截止温度为T_e、预设起始温度为T_s及预设退出温度为T_q与电驱***相关，电驱***包括永磁同步电机、IGBT及减速器，一般来讲，同一辆汽车的电驱***，由于永磁同步电机和IGBT均为确定的，预设截止温度T_e、预设起始温度T_s及预设退出温度T_q均是确定的，即每一辆安装好永磁同步电机的车辆的T_e、T_s及T_q均是固定不变的。

具体地，Te、Ts及Tq具体可根据实验确定，且均与永磁同步电机和IGBT的温度特性曲线相关。进一步地，预设起始温度为T_s为电驱***进入保护状态时的温度；预设退出温度T_q为电驱***退出保护状态时的温度，即一旦T₁低于预设截止温度为T_e，对外输出的扭矩输出系数为1；预设截止温度为T_e为电驱***截止进入保护状态时的温度，即一旦T₁超过预设截止温度为T_e，对外输出的扭矩输出系数为0。

需要说明的是，上述扭矩输出系数最小为0，最大为1，且该扭矩输出系数为永磁同步电机的最大扭矩输出系数。即永磁同步电机在实际运行时，与T₁对应的扭矩输出系数不会超过本实施例所计算得出的扭矩输出系数。

进一步地，如图2所示，A点所对应的IGBT的温度为T_q，扭矩输出系数为1，相应的，B点所对应的IGBT的温度为T_e，扭矩输出系数为1，C点对应的IGBT的温度为T_c，扭矩输出系数为

对于一辆汽车的永磁同步电机，C点对应的IGBT的温度为T_c的温度并不是一成不变的，每次启动永磁同步电机时IGBT的温度的转折点有可能是不同的，即T_c仅仅是转折点的温度值，并不是根据***固定不变的。

具体地，在上述步骤S13中，扭矩输出系数随T₁的变化方向沿由B至C的方向逐渐变化；在上述步骤S14中，扭矩输出系数随T₁的变化方向沿由C至D的方向逐渐变化，即T₁在T_d至T_c之间时，扭矩输出系数不发生变化，为C点的扭矩输出系数；在上述步骤S14中，扭矩输出系数随T₁的变化方向沿由D至A的方向逐渐变化。

在本发明的其他实施例中，在步骤S14中，若T₁下降后又上升，且T₁在T_d至T_c之间，扭矩输出系数维持在

不变，即扭矩输出系数随T₁的变化方向沿由D至C的方向逐渐变化。

在本发明的其他实施例中，在步骤S15后，若T₁下降后又在温度值为T_m处开始上升，且T₁在T_q至T_d之间，扭矩输出系数为

其中，T_m位于T_q和T_d之间。即随着T₁的上升，扭矩输出系数逐渐降低，即扭矩输出系数随T₁的变化方向沿由M至D的方向逐渐变化。其中，M点所对应的IGBT的温度为T_m，扭矩输出系数为

在本发明的其他实施例中，在步骤S15后，若T₁继续下降，当T₁不大于T_q时，扭矩输出系数为1，即永磁同步电机的对外输出扭矩的限制解除。

在本发明的其他实施例中，在步骤S15后，若T₁下降至T_q后又继续上升，且T₁在T_q至T_s之间，扭矩输出系数为1，随着T₁的上升，T₁位于T_s至T_e之间，返回步骤S13。即T₁在T_q至T_s之间上升时，扭矩输出系数随T₁的变化方向沿由A至B的方向逐渐变化。

在本发明的具体实施例中，ABCD组成的梯形形成滞环，其中与AB平行的CD的具***置与转折点C点的温度相关，对于同一车辆的永磁同步电机，启动永磁同步电机时，可形成多个滞环ABCD。但是每次启动永磁同步电机，只能形成一个滞环ABCD，且每次启动永磁同步电机所形成的滞环ABCD可能互不相同。

在本发明的其他实施例中，在步骤S12后，若T₁不大于T_s，则扭矩输出系数为1，即永磁同步电机的对外输出扭矩的限制解除。即开启永磁同步电机时，若是检测到的IGBT的温度低于或者等于T_s，不需要将对外输出扭矩进行限制，即此时永磁同步电机的温度在需用温度内工作。

在本发明的其他实施例中，在步骤S12后，若T₁大于T_e，则扭矩输出系数为0，永磁同步电机停止转动。即开启永磁同步电机时，若是检测到的IGBT的温度高于T_s，此时永磁同步电机由于超温而无法启动。

本实施例还提供一种永磁同步电机的IGBT的过温保护装置，采用本实施例所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，包括若干温度传感器，若干温度传感器设于永磁同步电机的IGBT上且被配置为检测IGBT的温度。

优选地，本实施例的永磁同步电机的IGBT的过温保护装置还包括控制器，控制器分别电连接于上述温度传感器和永磁同步电机，其中若干温度传感器能够将所检测到的永磁同步电机的IGBT的温度传送至控制器，控制器能够识别出同一时刻不同位置的永磁同步电机的IGBT的最高温度，该最高温度即为上述T₁。具体地，在本实施例中，控制器可以是集中式或分布式的控制器，比如，控制器可以是一个单独的单片机，也可以是分布的多块单片机构成，单片机中可以运行控制程序，进而控制永磁同步电机实现对永磁同步电机的IGBT的过温保护。

本实施例提供的一种永磁同步电机的IGBT的过温保护装置，由于采用前文的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，具有实施性好、温度保护效果好及扭矩变化平稳的优点。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11、确定永磁同步电机的预设截止温度为T_e、预设起始温度为T_s及预设退出温度为T_q，其中，T_e、T_s及T_q依次减小；

S12、启动所述永磁同步电机，检测所述永磁同步电机的IGBT温度，在同一时刻所述IGBT的最高温度为T₁；

S13、若T₁上升且在T_s至T_e之间，扭矩输出系数为

其中所述扭矩输出系数不小于0且不大于1；

S14、当T₁升高至T_c后开始下降，且T₁在T_d至T_c之间，所述扭矩输出系数为

其中，T_c在T_s至T_e之间，T_d为

S15、随着T₁的下降，若T₁在T_q至T_d之间，所述扭矩输出系数为

其中所述扭矩输出系数为0时，所述永磁同步电机停止转动；所述扭矩输出系数为1时，所述永磁同步电机对外输出扭矩的限制解除。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，其特征在于，在步骤S14中，若T₁下降后又上升，且T₁在T_d至T_c之间，所述扭矩输出系数为

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，其特征在于，在步骤S15后，若T₁继续下降，且T₁不大于T_q，所述扭矩输出系数为1。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，其特征在于，在步骤S15后，T₁下降至T_q后又继续上升，且T₁在T_q至T_s之间，所述扭矩输出系数为1。

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，其特征在于，随着T₁的上升，T₁位于T_s至T_e之间，返回步骤S13。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，其特征在于，在步骤S15后，若T₁下降后又在温度值为T_m处开始上升，且T₁在T_q至T_d之间，所述扭矩输出系数为

其中，T_m位于T_q和T_d之间。

7.根据权利要求1所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，其特征在于，在步骤S12后，若T₁不大于T_s，则所述扭矩输出系数为1。

8.根据权利要求1所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，其特征在于，在步骤S12后，若T₁大于T_e，则所述扭矩输出系数为0。

9.一种永磁同步电机的IGBT的过温保护装置，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的永磁同步电机的IGBT的过温保护方法，包括若干温度传感器，若干所述温度传感器设于所述永磁同步电机的IGBT上且被配置为检测所述IGBT的温度。

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