專利名稱：用于檢測(cè)逆變器中切換設(shè)備故障的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及一種用于檢測(cè)逆變器中切換設(shè)備故障的裝置和方法。
背景技術(shù)：
此章節(jié)提供了涉及本公開(kāi)的非必要的現(xiàn)有技術(shù)的背景信息。通常，逆變器為用于電動(dòng)機(jī)控制的設(shè)備。圖1示出了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的逆變器的示例性視圖。參考圖1，用于控制電動(dòng)機(jī)200的常規(guī)逆變器100包括整流單元110，其將輸入的三相交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源；平滑單元120，其平滑處理從所述整流單元110輸出的直流電壓的脈沖分量；以及逆變器單元130，其將從所述平滑單元120輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，并且將該交流電壓提供給電動(dòng)機(jī)200。上述逆變器100為，整流單元110的二極管是由橋耦合形成的，平滑單元120由電容器構(gòu)成，并且逆變器單元130通過(guò)與多個(gè)切換元件連接而使用。近來(lái)，具有良好性能的IGBT(絕緣柵雙極晶體管insulated Gate BipolarTransistor)作為切換元件被廣泛使用。如上文所提到的，逆變器100復(fù)雜地由多個(gè)元件組成，這樣假如在逆變器100上發(fā)生任何情況，就沒(méi)有辦法可視地檢查問(wèn)題，使得檢測(cè)故障部分變得困難。特別地，在逆變器單元100中的切換元件為出現(xiàn)故障頻率最高的地方，并且為了檢查切換元件的故障，按照慣例采用多個(gè)測(cè)試器通過(guò)測(cè)量切換元件的每個(gè)電阻來(lái)判定故障，其不利之處在于要花費(fèi)很多時(shí)間來(lái)檢查或檢測(cè)故障。為了解決上述問(wèn)題，如圖2所示公開(kāi)了一種故障檢測(cè)設(shè)備，圖2為示出了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的切換元件(設(shè)備)中的故障檢測(cè)設(shè)備的示例性電路圖。參考圖2，常規(guī)的切換元件故障檢測(cè)設(shè)備300被連接到逆變器100以防止輸入電壓施加到逆變器100的輸入端，由此連接到輸出端，切斷與電動(dòng)機(jī)200的連接。如上文所提到的，常規(guī)的切換元件故障檢測(cè)設(shè)備300事實(shí)上被理解為:由于過(guò)電流而在作為切換元件的IGBT上發(fā)生故障的情況下，在IGBT的內(nèi)部電路提前發(fā)生短路，并且由于過(guò)電流產(chǎn)生開(kāi)路現(xiàn)象(open phenomenon),因此檢測(cè)到在IGBT中發(fā)生開(kāi)路現(xiàn)象。S卩，門(mén)脈沖生成單元320連續(xù)給每個(gè)IGBT元件施加門(mén)脈沖，并且在從相關(guān)的IGBT元件輸出的相位電壓不高的情況下，做出相關(guān)的IGBT發(fā)生故障的判定。然而，常規(guī)的切換元件故障檢測(cè)設(shè)備300具有的缺陷在于，逆變器100和電動(dòng)機(jī)200必須被停止以判定故障，其花費(fèi)額外的時(shí)間來(lái)檢測(cè)故障，并且需要單獨(dú)的用于切換元件的故障檢測(cè)的硬件從而增加系統(tǒng)的尺寸。為了解決這些缺陷，已經(jīng)做出了通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)切換元件的故障檢測(cè)的嘗試。盡管在圖1的逆變器100中沒(méi)有示出結(jié)構(gòu)，通過(guò)檢測(cè)輸出到電動(dòng)機(jī)200的輸出電流的電流傳感器周期性地測(cè)量輸出電流，獲取輸出電流的平均值，并且在平均值為零(O)的情況下，判定切換元件是正常的，在平均值不為零的情況下，判定切換元件異常。然而，上述現(xiàn)有技術(shù)還具有花費(fèi)許多時(shí)間來(lái)檢測(cè)故障的缺陷，這是由于輸出電流是從一周期中的的交流電流(正弦波形)的多個(gè)點(diǎn)檢測(cè)的，并且由此獲取平均值。

發(fā)明內(nèi)容
此部分提供了本公開(kāi)的的一般性總結(jié)，并且不是對(duì)其整個(gè)范圍或所有特征的全面公開(kāi)。與本公開(kāi)一致的方法和系統(tǒng)提供了一種用于在逆變器中檢測(cè)切換設(shè)備故障的裝置及其方法，該裝置配置為很容易檢測(cè)到在逆變器中的切換設(shè)備的故障。然而，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，本公開(kāi)不局限于上文闡述的特定的公開(kāi)。應(yīng)該解理的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)到此處沒(méi)有提及的其他技術(shù)主題。在本公開(kāi)的一個(gè)一般方案中，提出了一種在逆變器中用于檢測(cè)切換設(shè)備的故障的裝置，該裝置包括:角度傳感器，其被配置為測(cè)量電動(dòng)機(jī)的同步角度；電流傳感器，其被配置為通過(guò)在逆變器單元的預(yù)定臂(leg)的切換設(shè)備來(lái)測(cè)量輸入到電動(dòng)機(jī)的相位電流；以及控制器，其被配置為通過(guò)使用所述角度傳感器的同步角度信息判定所述相位電流的不對(duì)稱率來(lái)判定切換設(shè)備故障。在某些示例性的實(shí)施例中，所述控制器可使用同步角度來(lái)檢測(cè)相位電流的最大值和最小值。在某些示例性的實(shí)施例中，所述裝置可進(jìn)一步包括:存儲(chǔ)器，其被配置為存儲(chǔ)相位電流的最大值和最小值。在某些示例性的實(shí)施例中，在相位電流的最大值和最小值之間的差實(shí)質(zhì)上小于預(yù)定水平情況下，所述控制器可判定所述臂的切換設(shè)備的故障。在本發(fā)明的另一個(gè)一般方案中，提出了一種在逆變器中用于檢測(cè)切換設(shè)備的故障的方法，所述方法包括:從電動(dòng)機(jī)的同步角度信息檢測(cè)通過(guò)逆變器單元的預(yù)定臂中的切換設(shè)備輸入到電動(dòng)機(jī)的相位電流的最大值和最小值；以及通過(guò)相位電流的不對(duì)稱率檢測(cè)所述臂的切換設(shè)備的故障。在某些示例性實(shí)施例中，所述方法可進(jìn)一步包括:存儲(chǔ)相位電流的最大值和最小值。在某些示例性實(shí)施例中，所述檢測(cè)步驟可包括在所述相位電流的最大值和最小值之間的差值實(shí)質(zhì)上小于預(yù)定水平的情況下，判定所述臂的切換設(shè)備的故障。在某些示例性實(shí)施例中，所述方法可進(jìn)一步包括:對(duì)在所述逆變器單元中的切換設(shè)備的故障已經(jīng)被檢測(cè)到進(jìn)行顯示。依據(jù)本公開(kāi)的示例性的實(shí)施例的用于檢測(cè)逆變器中切換設(shè)備故障的裝置和方法具有以下有益效果:在逆變器單元的切換設(shè)備上產(chǎn)生故障的情況下，可以不借助硬件來(lái)進(jìn)行快速檢測(cè)。


為了說(shuō)明本公開(kāi)的原理，下面將提供與本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施例相關(guān)的一些附圖，它們僅用于說(shuō)明、例證和描述目的，而無(wú)意為窮盡性的。附圖僅以示例的方式而非限制性地描述了一個(gè)以上依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思的示例性實(shí)施例。在附圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相同或者類似的元件。。
因此，通過(guò)下述對(duì)特定示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，結(jié)合附圖，大量潛在實(shí)用和有用的實(shí)施例將變得非常容易理解，在附圖中:圖1為示出了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的逆變器的示例性視圖；圖2為示出了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的切換元件(設(shè)備)中故障檢測(cè)設(shè)備的示例性電路圖；圖3為示出了依據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的切換設(shè)備中用于檢測(cè)故障的裝置(縮寫(xiě)為故障檢測(cè)裝置或僅為裝置)的示例性方框圖；圖4a為示出了在逆變器中的切換設(shè)備處于正常情況下，輸入到電動(dòng)機(jī)的相位電流的不例性視圖；和圖4b為示出了在逆變器中的切換設(shè)備處于異常情況下，輸入到電動(dòng)機(jī)的相位電流的示例性視圖；以及圖5為示出了依據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的逆變器中用于檢測(cè)切換設(shè)備故障的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，經(jīng)考查以下附圖和詳細(xì)描述，本公開(kāi)的實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)或者將變得明顯。意圖將所有這種附加的特征和優(yōu)點(diǎn)包括在本公開(kāi)的實(shí)施例的范圍內(nèi)，并由附圖保護(hù)。此外，示出的附圖僅為示例性的并且無(wú)意主張或者暗示對(duì)于可實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)施例的環(huán)境、結(jié)構(gòu)或者過(guò)程的任何限制。因此，所描述的方案有意囊括落入本發(fā)明的范圍和新穎構(gòu)思內(nèi)的所有這種替代、改進(jìn)以及變化。與此同時(shí)，在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中存在許多故障原因。特別地，在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與例如電動(dòng)車中的其他部分一起操作的情況下，判定故障原因的過(guò)程被進(jìn)一步復(fù)雜化使得判定故障的精確原因變得困難。此外，逆變器單元中的切換設(shè)備位于逆變器內(nèi)部，并且故障不會(huì)偶然在表面顯示出來(lái)，就使得判定故障的原因變得更加困難。然而，本公開(kāi)能夠在切換設(shè)備中進(jìn)行容易且可選擇的故障判定。在下文中，依據(jù)本公開(kāi)的的示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)逆變器中切換設(shè)備的故障的裝置和方法將參考附圖被詳細(xì)描述。圖3為示出了依據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)逆變器中切換設(shè)備的故障的裝置(縮寫(xiě)為故障檢測(cè)裝置或僅為裝置)的示例性方框圖。參考圖3，依據(jù)本公開(kāi)的裝置包括電流傳感器40、角度傳感器50、控制器60和存儲(chǔ)器70。依據(jù)本公開(kāi)的裝置旨在檢測(cè)逆變器系統(tǒng)中逆變器單元30的切換設(shè)備的故障，該逆變器系統(tǒng)包括整流單元10、平滑單元20和逆變器單元30。整流單元10用來(lái)將輸入的三相交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，平滑單元20用來(lái)平滑直流電壓中的脈沖分量，以及逆變器單元30用來(lái)將從平滑單元20輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓，并且將轉(zhuǎn)換后的三相交流電壓提供給電動(dòng)機(jī)I。如之前所闡述的，逆變器單元30的切換設(shè)備通常包括IGBT。然而，應(yīng)用在本公開(kāi)中的切換設(shè)備不局限于此。電流傳感器40測(cè)量輸入到電動(dòng)機(jī)I的相位電流。由逆變器單元30施加到電動(dòng)機(jī)I的電壓為正弦波的交流電壓。因此，由電流傳感器40測(cè)量的相位電流可同樣為正弦波。此外，角度傳感器50測(cè)量電動(dòng)機(jī)I的同步角度。控制器60通過(guò)預(yù)定臂的切換設(shè)備接收從電流傳感器40輸入到電動(dòng)機(jī)I的相位電流，并且接收來(lái)自角度傳感器50的電動(dòng)機(jī)I的同步角度信息以判定通過(guò)相關(guān)臂的切換設(shè)備輸入的相位電流的不對(duì)稱率。S卩，控制器60檢測(cè)來(lái)自同步角度信息的相位電流的最大值并檢測(cè)來(lái)自同步角度信息的相位電流的最小值?？刂破?0可將最大值和最小值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器70中，這是因?yàn)橄辔浑娏鞯淖畲笾岛妥钚≈凳聦?shí)上不是同時(shí)檢測(cè)的。然后，存儲(chǔ)器70獲取最大值和最小值之間的差值，假如該差值大于或者等于預(yù)定水平，則判定相關(guān)臂的切換設(shè)備被完全操作。與此同時(shí)，假如該差值小于預(yù)定水平，則判定相關(guān)臂的切換設(shè)備沒(méi)有被完全操作以產(chǎn)生相位電流的不對(duì)稱性，在此檢測(cè)到相關(guān)臂的切換設(shè)備的故障。此時(shí)，預(yù)定水平為用于判定相位電流的不對(duì)稱性的值，并且可以基于電動(dòng)機(jī)I的類型和操作條件來(lái)選擇。圖4a為示出了在逆變器中切換設(shè)備正常的情況下，通過(guò)相關(guān)切換設(shè)備輸入到電動(dòng)機(jī)的相位電流的示例性視圖，以及圖4b為示出了在逆變器中切換設(shè)備異常的情況下，通過(guò)相關(guān)切換設(shè)備輸入到電動(dòng)機(jī)的相位電流的示例性視圖。通常，在切換設(shè)備處于如圖4a的正常狀態(tài)的情況下，通過(guò)切換設(shè)備輸入到電動(dòng)機(jī)I的相位電流為正弦波，使得在電動(dòng)機(jī)I的同步角度為90度的情況下，最大值“A”被輸出；，在電動(dòng)機(jī)I的同步角度為270度的情況下，最小值“B”被輸出，由此可以知道“A”和“B”是對(duì)稱的。然而，在切換設(shè)備處于如圖4b中的故障狀態(tài)的情況下，通過(guò)切換設(shè)備輸入到電動(dòng)機(jī)I的相位電流改變?yōu)椴粚?duì)稱的。通過(guò)非限制的示例，即使電動(dòng)機(jī)I的同步角度為270度，可能輸出比最小值“B”更大的值“C”。盡管未示出，相反的情況可被解釋，其中在同步角度為90度的情況下，可能輸出比最大值“A”更小的值。因而，如果最大值和最小值之間的差值小于預(yù)定值，那么本公開(kāi)的控制器60判定對(duì)稱的正弦波改變?yōu)椴粚?duì)稱的，以檢測(cè)相關(guān)臂的切換設(shè)備故障。圖5為示出了依據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)逆變器中切換設(shè)備故障的方法的流程圖。參考圖5，在依據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)逆變器中切換設(shè)備故障的方法中，控制器60接收由角度傳感器50檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)I的同步角度信息(S51)，并且接收由電流傳感器40檢測(cè)的輸入到電動(dòng)機(jī)I的預(yù)定臂的切換設(shè)備的相位電流(S52)。盡管闡釋了在相位電流接收之前接收同步角度信息，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可在同步角度信息接收之前接收相位電流或可同時(shí)接收同步角度信息和相位電流，應(yīng)當(dāng)是顯而易見(jiàn)的?？刂破?0使用接收的電動(dòng)機(jī)I的同步角度信息來(lái)檢測(cè)相位電流的最大值(S53)，并且檢測(cè)相位電流的最小值(S54)。檢測(cè)的相位電流的最大值和最小值可被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器70 (未示出)中。此后，在檢測(cè)的相位電流的最大值和最小值之間的差值大于或者等于預(yù)定水平的情況下(S55)，由控制器60判定相關(guān)臂的切換設(shè)備處于正常狀態(tài)。
然而，在檢測(cè)的相位電流的最大值和最小值之間的差值小于預(yù)定水平的情況下(S56)，控制器60判定相關(guān)臂的切換設(shè)備存在故障(S56)，并且使用預(yù)定的方法(例如顯示)通知用戶故障發(fā)生(未示出)。然而，上述依據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的用于檢測(cè)逆變器中切換設(shè)備故障的裝置和方法可以許多不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)被解釋為限于此處所闡述的實(shí)施例。因此，旨在本公開(kāi)的實(shí)施例可覆蓋本公開(kāi)的修改和變型，只要它們落在附加的權(quán)利要求及其等同內(nèi)容的范圍內(nèi)。雖然特定的特征或方案可能已經(jīng)結(jié)合幾個(gè)實(shí)施例被公開(kāi)，但是如同所期望的那樣，這些特征和方案可有選擇地與其他實(shí)施例的一個(gè)以上其他特征和/或方案相組合。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)逆變器系統(tǒng)的逆變器單元(30)中切換設(shè)備故障的裝置，所述逆變器系統(tǒng)包括整流單元，其配置為將輸入的三相交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源；平滑單元，其配置為將從所述整流單元輸出的直流電壓的脈沖分量平滑；以及逆變器單元，其配置為將從所述平滑單元輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，并且將所述交流電壓提供給電動(dòng)機(jī)，所述裝置包括: 角度傳感器，其測(cè)量所述電動(dòng)機(jī)的同步角度； 電流傳感器，其配置為測(cè)量通過(guò)逆變器單元的預(yù)定臂中的切換設(shè)備輸入到所述電動(dòng)機(jī)的相位電流；和 控制器，其配置為通過(guò)使用所述角度傳感器的同步角度信息判定所述相位電流的不對(duì)稱率來(lái)判定所述切換設(shè)備的故障。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制器使用所述同步角度檢測(cè)所述相位電流的最大值和最小值。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，進(jìn)一步包括: 存儲(chǔ)器，其配置為存儲(chǔ)所述相位電流的最大值和最小值。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中在所述相位電流的最大值和最小值之間的差值實(shí)質(zhì)上小于預(yù)定水平的情況下，所述控制器判定所述臂的切換設(shè)備故障。
5.一種用于檢測(cè)逆變器系統(tǒng)的逆變器單元中切換設(shè)備故障的方法，所述逆變器系統(tǒng)包括整流單元，其配置為將輸入的三相交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源；平滑單元，其配置為將從所述整流單元輸出的直流電壓的脈沖分量平滑；以及逆變器單元，其配置為將從所述平滑單元輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，并且將所述交流電壓提供給電動(dòng)機(jī)，所述方法包括: 從電動(dòng)機(jī)的同步角度信息檢測(cè)通過(guò)所述逆變器單元的預(yù)定臂中的切換設(shè)備輸入到所述電動(dòng)機(jī)的相位電流的最大值和最小值；以及 通過(guò)所述相位電流的不對(duì)稱率檢測(cè)所述臂的切換設(shè)備的故障。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括: 存儲(chǔ)所述相位電流的最大值和最小值。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中檢測(cè)步驟包括在所述相位電流的最大值和最小值之間的差值實(shí)質(zhì)上小于預(yù)定水平的情況下，判定所述臂的切換設(shè)備故障。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括: 對(duì)所述逆變器的切換設(shè)備的故障已經(jīng)被檢測(cè)到進(jìn)行顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于檢測(cè)逆變器中的切換設(shè)備的故障的裝置和方法，所述方法包括從電動(dòng)機(jī)的同步角度信息檢測(cè)通過(guò)所述逆變器單元的預(yù)定臂的切換設(shè)備輸入到電動(dòng)機(jī)的相位電流的最大值和最小值以及通過(guò)所述相位電流的不對(duì)稱率檢測(cè)所述臂的切換設(shè)備的故障。
文檔編號(hào)G01R31/00GK103185850SQ20121059045
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者崔基英 申請(qǐng)人:Ls產(chǎn)電株式會(huì)社