一種電機中逆變器的測試方法、裝置及電機的製作方法

2023-09-10 14:29:20

專利名稱：一種電機中逆變器的測試方法、裝置及電機的製作方法
技術領域：
本發明屬於自動化測試領域，尤其涉及一種電機中逆變器的測試方法、裝 置及電機。
背景技術：
在電機的控制領域，尤其是電動車輛及混合動力型車輛的控制策略領域，
智能功率模塊(Intelligent Power Module, IPM)逆變器有著舉足輕重的作用。 IPM逆變器是以高速、^氐功耗的功率器件絕緣柵雙才及電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)為主，同時把門極驅動電路和過流保護、短路保護、 過熱保護、欠壓保護等多種保護電路集成在一起的混合集成電路模塊。
如圖1所示，普通的IPM逆變器1包括並聯的電源11、電容12和IGBT 開關元件13。電源ll為直流電源。電容12中大容量的電解電容用於儲能，濾 除直流分量的紋波；小容量的吸收電容用於在IPM逆變器以很高的頻率開斷的 過程中，吸收高頻分量和噪聲。
IGBT開關元件13包括六個IGBT Tl至T6，每個IGBT均並聯一個續流二 極管D1至D6，用於對IGBT和整個電路續流保護。其中T1與T2串聯，組成 U相橋臂；T3與T4串聯，組成V相橋臂；T5與T6串聯，組成W相橋臂。 並聯的T1、 T3和T5也稱為上橋臂，並聯的T2、 T4和T6也稱為下橋臂。
實際應用中，電機系統中的IPM逆變器1通過光耦隔離單元7接收電機控 制器8發出的各種命令，U、 W兩相橋臂分別通過第一電流傳感器4和第二電 流傳感器5與永J茲電機6三相繞組中的U、 W兩相繞組連接，IPM逆變器1的 V相橋臂直接與永》茲電機6的V相繞組連接。電流傳感器4和5測量IPM逆變 器1的直流電源逆變後的三相交流電信號，並輸送給電機控制器8作為計算轉
矩的依據。
圖1所示的電路中的電機控制器8通過控制脈寬調製佔空比控制IPM逆變
器1的每個開關元件的導通和關斷時間實現變速，形成電流環。但是，三相橋
臂中的六個IGBT中若有一個IGBT導通的電流值超過IPM逆變器1自身電流 的限定值，根據硬體本身的設計，IPM逆變器1為了自我保護將通過光耦隔離 單元7發送告警信號給電機控制器8,電機控制器8接收到告警信號後控制 IGBT停止繼續工作，這一過程稱為IPM過流保護。
IPM逆變器的正常工作是電機的安全可靠的前提，因此需要保證IPM逆變 器中開關元件不發生短路和斷路。
在IPM逆變器的開關元件發生短路與斷路時，需要從硬體上進行檢測。一 般從硬體上檢測不但費時、費力，而且不能第一時間找出IPM逆變器出現故障 的具體元件，增加了^r測的複雜性。
因此，在過去的實踐以及現在的實際電機控制過程中，通常對IPM逆變器 的成品經過^r測沒有問題後便開始使用，只在IPM逆變器出現了問題的情況下 才進行硬體檢測，既浪費時間，又消耗人力和物力，給產品開發無形中增加了 成本。

發明內容
本發明的目的在於提供一種電機中逆變器的測試方法，旨在解決現有技術 利用硬體檢測逆變器導致的一系列問題。
本發明是這樣實現的， 一種電機中逆變器的測試方法，包括根據預先設 定的逆變器的所有開關元件的開關機制控制開關元件；檢測過流告警信號，根 據;險測到的過流告警信號確定短路的開關元件。
本發明的又一目的在於提供一種電機中逆變器的測試裝置，包括開關元 件控制才莫塊，與逆變器連4妄，用於衝艮據預先^:定的逆變器所有開關元件的開關 機制控制開關元件；以及短路檢測模塊，與逆變器連接，用於檢測過流告警信
號，並依照;險測到的過流告警信號確定短路的開關元件。
本發明的再一目的在於提供一種電機，包括逆變器測試裝置，逆變器測試
裝置包括開關元件控制模塊，與逆變器連接，用於根據預先"^殳定的逆變器所 有開關元件的開關機制控制開關元件；以及短路檢測;漠塊，與逆變器連接，用 於檢測過流告警信號，並依照檢測到的過流告警信號確定短路的開關元件。
本發明才是供的電機中逆變器的測試方法和裝置以及電機中，採用開關機制 控制開關元件，根據過流告警信號的檢測結果確定短路元件，因此無需硬體檢 測，而且不改變電機原有的結構，克服了硬體檢測可能出現的一系列問題。此 外，開關機制採用數學方法，相對簡單但嚴密，適合添加到電機的主程序中。


圖1是電機系統的示意圖2本發明電機中逆變器的測試方法的流程圖3是本發明短路檢測方法的流程圖4是本發明斷路檢測方法的流程圖；以及
圖5是本發明電機中逆變器的測試裝置的方框圖。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結貪附圖及實 施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
本發明的電機中逆變器的測試方法可寫進電機控制設備的主程序中，通過 預先設定的開關機制控制逆變器的開關元件，根據開關元件開合過程中檢測到 的過流告警信號等確定故障元件。
請參考圖1和圖2,本發明的電機中逆變器的測試方法根據下述開關機制 控制IPM逆變器實現測試，具體包括下述步驟
在步驟S101中，IPM逆變器1的電源11和電機控制器8通電後，首先判 斷是否進入IPM檢測程序，是則執行步驟S103，否則結束； 在步驟S103中，執行短路檢測； 在步驟S105中，返回短路檢測結果；
在步驟S107中，判斷是是否有元件短路，是則結束，否則執行步驟S109; 在步驟S109中，執行斷路檢測，斷路檢測在短路檢測結果的基礎上進行， 如果有元件短路，則無法執行斷路檢測； 在步驟S111中，返回斷路檢測結果。
如圖3所示，以下將詳細說明步驟S103中執行短路檢測的方法 在步驟S1031中，向所有開關元件T1至T6發送關斷命令； 在步驟S1033中，判斷是否接收到IPM過流告警信號，是則證明三相橋臂
中的上、下橋臂各至少有一個開關元件同時短路，然後執行步驟S105，否則執
行步驟S1035;
在步驟S1035中，分別對上橋臂開關元件T1、 T3、 T5進行短路檢測，判 斷是否有開關元件短路，當檢測到某一開關元件短路時，短路檢測結束，執行 步驟S105，當沒有開關元件短路時執行步驟S1037,其中上橋臂開關元件的短 路鬥企測方法如下
關斷上橋臂開關元件T1、 T3和T5，導通下橋臂開關元件T2，關斷下橋臂 開關元件T4和T6，判斷是否4妻收到IPM過流告警信號，是則證明Tl短路， 測試結束，上報結果，否則證明T1未短路，清除IPM過流告警信號以便進行 後續檢測；
當T1未短路時，關斷T1、 T3和T5，導通T4，關斷T2和T6，判斷是否 出現IPM過流告警信號，是則證明T3短路，測試結束，上才艮結果，否則證明 T3未短路，清除IPM過流告警信號；
當T3未短路時，關斷T1、 T3和T5，導通T6，關斷T2和T4,判斷是否 出現IPM過流告警信號，是則證明T5短路，測試結束，上報結果，否則證明
T5未短路，清除IPM過流告警信號。
在步驟S1037中，當上橋臂開關元件T1、 T3、 T5均未短路時，檢測下橋 臂開關元件T2、 T4、 T6是否短路，當檢測到某一開關元件短路時，短路檢測 結束，並上報檢測結果，檢測方法如下
關斷T2、 T4和T6，導通Tl,關斷T3和T5，判斷是否出現IPM過流告 警信號，是則證明T2短路，測試結束，上報結果，否則證明T2未短路，清除 IPM過流告警信號；
當T2未短路時，關斷T2、 T4和T6，導通T3，關、斷T1和T5，判斷是否 出現IPM過流告警信號，是則證明T4短路，測試結束，上報結果，否則證明 T4未短路，清除IPM過流告警信號；
當T4未短路時，關斷T2、 T4和T6，導通T5，關斷T1和T3，判斷是否 出現IPM過流告警信號，是則證明T6短路，清除IPM過流告警信號，否則證 明T6未短路，清除IPM過流告警信號以便進行斷路檢測。
'測是在步驟S103中進行的短路才盆測的丞別 沒有元件短路時才能夠進行斷路測試。電機控制器8、電機6和IPM逆變器1 通電後，上橋臂或下橋臂的開關元件全與地線發生斷路，電機6的三相電流都 近似等於"0"，因此三相電流的和也近似等於"0" ， IPM逆變器通電後無法 正常工作，所以本發明的方法只對能夠工作的IPM逆變器進4刊僉測，即本實施 例中需保證有至少有兩個IGBT沒有斷路，能夠同時工作。如圖4所示，在步 驟S109的檢測過程中，具體包括
在步驟S1091中，分別瞬間導通三相橋臂的每一相橋臂； 在步驟S1093中，判斷每一相橋臂在瞬間導通時是否接收到IPM過流告警 信號，是則證明此橋臂的兩個開關元件都沒有出現斷路的情況，可直接返回檢 驗結果(執行步驟Slll)，否則證明此相橋臂至少有一個開關元件發生斷路， 執行步驟S1093;
在步驟S1095中，為了找出斷路的開關元件，組合上橋臂與下橋臂非同相
的兩個開關元件，並分別控制每個組合導通，根據每組組合導通後檢測到的相
電流的值是否為零判斷組合中的開關元件是否斷路，其中組合如下
1、 上橋臂開關元件T1導通，關斷T3和T5，下橋臂開關元件T2和T6關 斷，導通T4，控制器8判斷接收到的電流傳感器4和5發送的電機相電流是否 為"0"，是則證明開關元件T1或T4斷路；
2、 上橋臂開關元件T1導通，關斷T3和T5，下橋臂開關元件T2和T4關 斷，導通T6，判斷接收到的電機相電流是否為"0",是則證明開關元件Tl 或T6斷^各；
3、 上橋臂開關元件T3導通，關斷T1和T5，下橋臂開關元件T4和T6關 斷，導通T2，判斷接收到的電機相電流是否為"0"，是則證明開關元件T3 或T2斷路；
4、 上橋臂開關元件T3導通，關斷T1和T5，下橋臂開關元件T4和T2關 斷，導通T6，判斷接收到的電機相電流是否為"0"，是則證明開關元件T3 或T6斷路；
5、 上橋臂開關元件T5導通，關斷T1和T3，下橋臂開關元件T6和T4關 斷，導通T2，判斷接收到的電機相電流是否為"0"，是則證明開關元件T5 或T2斷路；
6、 上橋臂開關元件T5導通，關斷T1和T3，下橋臂開關元件T6和T2關 斷，導通T4,判斷接收到的電機相電流是否為"0"，是則證明開關元件T5 或T4斷^各；
在步驟S1097中，通過電機相電流為0的幾種情況結合起來確定出一個或 幾個開關元件發生斷路，具體方法為
如果檢測出一組組合相電流為非"0"值，那麼除檢測到相電流為非"0" 值的組合中的2個開關元件沒有斷路外，其它4個開關元件斷路。如上橋臂中 的T1,T5，下橋臂中的T4，T6發生斷路，通過檢測的6個步驟，得出3中組合 得到相電流不為"0"值。由此證明T2和T3沒有斷路，其它幾個開關元件斷
路；
如果檢測出兩組相電流值為非"0"值，那麼這兩組組合中包含同一開關元 件，因此除檢測到相電流為非"O"值的兩組組合中的3個開關元件沒有斷路外， 其它3個開關元件斷路；
如果檢測出三組相電流值為非"0"值，那麼這三組組合中包含相同的2 個開關元件，因此除^r測到相電流為非"0"值的三組組合中的4個開關元件沒 有斷路外，其它2個開關元件斷路；
如果檢測出四組相電流值為非"0"值，那麼相電流值為"0"的兩組組合 包含相同的一個開關元件，則此開關元件斷路，其餘沒有斷路。
本發明提供的電機中逆變器的測試裝置可以是內置於計算機中的軟體模 塊、硬體^^莫塊或者軟硬體結合的模塊。
如圖5所示，本發明電機中逆變器的測試裝置的開關元件控制模塊100用 於根據預先設定的逆變器所有開關元件的開關機制控制開關元件。開關元件控 制模塊100的關斷模塊101用於關斷所有開關元件，短路檢測模塊300的第一 過流告警信號檢測模塊301檢測此時是否接收到過流告警信號，並將檢測結果 通知短路元件確定一莫塊305。
當短路元件確定模塊305接收到第一過流告警信號檢測模塊301發送的檢 測結果為接收到過流告警信號時，確定逆變器的上橋臂和下橋臂均至少有一個 開關元件短路；當接收到的檢測結果為沒有過流告警信號時，通知第一導通模 塊103輪流導通每個開關元件進行進一步的判斷。
第一導通模塊103每次導通一個開關元件，並在每次導通後，通知第二過 流告警信號檢測模塊303檢測過流告警信號，第二過流告警信號檢測模塊303 將才企測結果通知短路元件確定模塊305，短路元件確定模塊305根據接收到的 檢測結果和存儲的判斷機制確定短路元件，例如，當短路元件確定模塊305接 收到第二過流告警信號檢測模塊303發送檢測結果為開關元件Tl導通時檢 測到過流告警信號，則確定與Tl同相的開關元件T2短路，當檢測結果為開
關元件T3導通時檢測到過流告警信號，確定與T3同相的開關元件T4短路。 短路元件確定模塊305每次確定完畢後，通知第一導通模塊103繼續導通
下一個開關元件，第二過流告警信號檢測模塊303和短路元件確定模塊305也
都依次循環糹喿作直至六個開關元件都判斷完畢。
需要指出的是，在第二過流告警信號檢測模塊303每次檢測到過流告警信
號後，還將過流告警信號清除，以便電機能夠繼續工作，各個模塊也能夠繼續
執行檢測。
在短路元件確定^t塊305確定所有開關元件都未短路時，通知第一斷路檢 測控制模塊105依次瞬間導通每相橋臂，第一斷路檢測控制模塊105每導通一 相橋臂都通知斷路檢測模塊500，斷路檢測模塊500檢測此時是否接收到過流 告警信號，並保存檢測結果，然後通知第一斷路檢測控制模塊105繼續導通下 一相橋臂，如此循環直至獲得所有相的斷路檢測結果。
如果斷路檢測模塊500檢測到其中一相開關元件導通時出現過流告警信 號，證明這一相的兩個開關元件均未斷路。
當斷路檢測模塊500的檢測結果中包含其中一相開關元件導通後沒有出現 過流告警信號的情況時，證明這一相至少有一個開關元件斷路，此時觸發第二 斷路檢測控制模塊107分別組合上下橋臂不同相的兩個開關元件，並分別導通 每個組合。其中組合包括
1、 上橋臂開關元件T1和下橋臂開關元件T4;
2、 上橋臂開關元件Tl和下橋臂開關元件T6;
3、 上橋臂開關元件T3和下橋臂開關元件T2;
4、 上橋臂開關元件T3和下橋臂開關元件T6;
5、 上橋臂開關元件T5和下橋臂開關元件T2;以及
6、 上橋臂開關元件T5和下橋臂開關元件T4。
第二斷路檢測控制模塊107同時導通一個組合的兩個開關元件後，通知斷 路檢測模塊500檢測電機的相電流，並保存檢測結果，然後斷路檢測模塊500
通知第二斷路檢測控制才莫塊107導通下一組合，直至所有組合均循環導通一次。
斷路檢測模塊500將每個檢測結果與存儲的下述機制比對，確定斷路的開 關元件
當檢測結果為其中一組的相電流為非零時，這組組合中的兩個開關元件未 斷路，其餘開關元件斷路；
當檢測結果為其中兩組的相電流為非零值時，兩組組合中的三個開關元件 未斷路，其餘開關元件斷路；
當檢測結果為其中三組的相電流為非零值時，三組組合中的四個開關元件 未斷路，其餘開關元件斷路；以及
當檢測結果為其中四組的相電流為非零值時，相電流為零值的兩組組合中 的同一開關元件斷路，其餘開關元件未斷路。
本發明還提供一種電機，其控制器中包括前一實施例提供的逆變器測試裝 置，因此本發明實施實例提供的電機還具有檢測IPM逆變器斷路與短路的功負L 電機控制器可採用具有強大運算處理功能的單片機或者數位訊號處理器 (Digital Signal Processor, DSP)。本發明可採用DSP晶片作為測試裝置的核 心部件。
本發明提供的電機中逆變器的測試方法和裝置以及電機中，無需硬體檢測 IPM逆變器的短路與斷路，不改變原有電機的結構，而且採用數學排列組合方 法檢測，相對簡單，適合添加到電機的主程序中，可以完整的檢測出IPM逆變 器是否短路與斷路的各種情況。既為程序調試員節省了大量時間，又提高了程 序的使用效率，不但從另一條途徑上達到了安全可靠的電機控制策略，而且在 一定程度上降低了產品開發的成本，解決了電機的前期控制策略不完善問題， 同時也克服了硬體檢測可能出現的一系列問題。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發 明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包括在本發明 的保護範圍之內。
權利要求
1、一種電機中逆變器的測試方法，其特徵在於，所述方法包括下述步驟:根據預先設定的逆變器的所有開關元件的開關機制控制所述開關元件；檢測過流告警信號，根據檢測到的過流告警信號確定短路的開關元件。
2、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述開關機制包括 關斷所有開關元件；輪流導通每個開關元件，當導通其中一個開關元件時，其餘開關元件均關閉。
3、 如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述方法具體為 關斷所有開關元件，檢測過流告警信號，當檢測到過流告警信號時所述逆變器的上橋臂和下橋臂均至少有一個開關元件短路；當未^r測到過流告警信號時，輪流導通每個開關元件，當導通其中一個開 關元件時，其餘開關元件均關閉；每個開關元件導通後均檢測過流告警信號，根據檢測結果確定與導通的開 關元件同 一相的另 一開關元件是否短路。
4、 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，還包括 當未檢測到有開關元件短路時，依次瞬間導通每一相的開關元件，當檢測到過流告警信號時所述相的開關元件均未斷路；當未;f企測到過流告警信號時，分別組合上下橋臂不同相的兩個開關元件；分別導通每個組合；檢測每個組合導通後的相電流；根據檢測到的相電流為零的組合，確定斷路的開關元件。
5、 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述根據檢測到的電流為零的 組合，確定斷路的開關元件的方法為當檢測到 一組組合導通後的相電流為非零時，所述組合中的兩個開關元件 未斷路，其餘開關元件斷路； 當檢測到兩組組合導通後的相電流為非零時，所述兩組組合中的三個開關元件未斷路，其餘開關元件斷路；當檢測到三組組合導通後的相電流為非零時，所述三組組合中的四個開關 元件未斷路，其餘開關元件斷路；當檢測到四組組合導通後的相電流為非零時，相電流為零的兩組組合中的 同一開關元件斷路，其餘開關元件未斷路。
6、 一種電機中逆變器測試裝置，其特徵在於，所述裝置包括 開關元件控制模塊，與所述逆變器連接，用於根據預先設定的逆變器所有開關元件的開關機制控制所述開關元件；以及短路檢測模塊，與所述逆變器連接，用於檢測過流告警信號，並依照檢測 到的過流告警信號確定短路的開關元件。
7、 如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述短路檢測模塊包括 第一過流告警信號檢測模塊，用於在接收到所述開關元件控制模塊關斷所有開關元件的通知後檢測過流告警信號，當未檢測到過流告警信號時，觸發所 述開關元件控制模塊輪流導通每個開關元件，當導通其中一個開關元件時，其 餘開關元件均關閉；第二過流告警信號檢測模塊，用於在每次接收到所述開關元件控制模塊導 通其中一個開關元件的通知後檢測過流告警信號；以及短路元件確定模塊，用於根據所述第一和第二過流告警信號檢測模塊的檢 測結果確定短路元件。
8、 如權利要求7所述的裝置，其特徵在於所述開關元件控制模塊進一步包括第一斷路檢測控制模塊，用於瞬間導通 每一相的開關元件；所迷裝置進一步包括斷路檢測模塊，用於在接收到所述第一斷路檢測控制 模塊導通每一相的開關元件的通知後檢測過流告警信號，當檢測到過流告警信 號時確定所述相的開關元件均未斷路。
9、 如權利要求8所述的裝置，其特徵在於所述開關元件控制模塊進一步包括第二斷路檢測控制模塊，用於在接收到 所述斷路檢測模塊輸出的未檢測到過流告警信號的通知後，分別組合上下橋臂 不同相的兩個開關元件，並分別導通每個組合；所述斷路檢測模塊進一步用於檢測每個組合導通後的相電流，並根據檢測 到的相電流為零的組合確定斷路的開關元件。
10、 如權利要求9所述的裝置，其特徵在於，所述斷路4全測模塊將檢測到 的相電流為零的組合與存儲的斷路元件判斷機制比對，確定斷路的開關元件， 所述^)L制具體為當檢測到一組組合導通後的相電流為非零時，所述斷路檢測模塊確定所述 組合中的兩個開關元件未斷路，其餘開關元件斷路；當檢測到兩組組合導通後的相電流為非零時，所述斷路檢測模塊確定所述 兩組組合中的三個開關元件未斷路，其餘開關元件斷路；當檢測到三組組合導通後的相電流為非零時，所述斷路檢測模塊確定所述 三組組合中的四個開關元件未斷路，其餘開關元件斷路；當檢測到四組組合導通後的相電流為非零時，所述斷路檢測模塊確定相電 流為零的兩組組合中的同 一開關元件斷路，其餘開關元件未斷路。
11、 一種電機，其特徵在於，所述電機包括逆變器測試裝置，所述裝置包括開關元件控制模塊，與所述逆變器連接，用於根據預先設定的逆變器所有 開關元件的開關機制控制所述開關元件；以及短路檢測模塊，與所迷逆變器連接，用於檢測過流告警信號，並依照檢測 到的過流告警信號確定短路的開關元件。
全文摘要
本發明適用於自動化測試領域，提供了一種電機中逆變器的測試方法、裝置及電機，其中方法包括下述步驟根據預先設定的逆變器的所有開關元件的開關機制控制開關元件；檢測過流告警信號，根據檢測到的過流告警信號確定短路的開關元件。本發明無需硬體檢測IPM逆變器的短路元件，不改變原有電機的結構，而且採用數學方法控制開關原件，相對簡單，適合添加到電機的主程序中，克服了硬體檢測可能出現的一系列問題。
文檔編號G01R31/26GK101382585SQ20071007692
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月7日 優先權日2007年9月7日
發明者楠 劉, 周旭光, 楊廣明, 湯小華, 蔣縣宏, 劍 龔 申請人:比亞迪股份有限公司