功率模块开机自检方法、装置及存储介质与流程

本发明涉及电机驱动技术领域，特别涉及一种功率模块开机自检方法、装置及存储介质。

背景技术：

ipm(intelligentpowermodule，智能功率模块)作为一种包含了igbt驱动芯片及外围的驱动和保护电路的集成功率器件，智能功率模块具有开关响应速度快，耐负载能力强，基极驱动电流小等优点。

智能功率集成电路的应用无处不在，从日常生活中的家电照明、家用及商用变频空调、各种消费电子产品，到工业应用控制、机器人等领域，市场非常广阔。ipm内集成了三相全桥逆变单元，当ipm内部出现短路时会造成机电设备的损伤，因而需要对ipm进行开路或短路故障的检测。

现有ipm为检测保护依赖电机采样电流，若在电机上电前ipm本身就已经出现短路故障，则无法检测，即无法实现对ipm上电前的自检功能。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种功率模块开机自检方法，旨在提高功率模块的安全性。

为实现上述目的，本发明提出的功率模块开机自检方法，包括：

分别获取功率模块各相中上桥臂、下桥臂交替导通时的电流值；

将获取的电流值与设定的电流阈值进行比较，依据比较的结果判断是否有桥臂短路。

优选地，该方法还包括：

获取功率模块的母线电压，对各相上桥臂、下桥臂的连接点处施加预设电压，获取各相中上桥臂、下桥臂的饱和压降；

获取各连接点处的对地电压，将对地电压与对应的上桥臂的饱和压降进行比较，依据比较结果判断各上桥臂是否开路；

撤销各连接点处施加的预设电压，对电机定子施加预设d轴电流及预设q轴电流，控制电机定子位于位置角度分别相差预设角度的位置；

分别获取功率模块处于不同位置角度时的各相电流值，根据预设规则判断各下桥臂是否开路。

优选地，所述功率模块为三相功率模块，所述“将获取的电流值与设定的电流阈值进行比较，依据比较的结果判断是否有桥臂短路”包括：

在同一相中，在上桥臂断开、下桥臂导通时，若获取的电流值大于预设电流阈值，则判断上桥臂短路；若否，则判断上桥臂未短路；

在上桥臂导通、下桥臂断开时，若获取的电流值大于预设电流阈值，则判断下桥臂短路；若否，则判断下桥臂未短路。

优选地所述“将对地电压与对应的上桥臂的饱和压降进行比较，依据比较结果判断各上桥臂是否开路”包括：

将母线电压减去对地电压得到中点电压，将中点电压与对应的上桥臂的饱和压降进行比较，若中点电压小于对应的上桥臂的饱和压降，判断该上桥臂未开路；若否，则判断该上桥臂开路。

优选地，所述功率模块为三相功率模块，所述“控制电机定子位于位置角度分别相差预设角度的位置”包括：

控制电机定子依次位于0°、120°及240°三个角度位置。

优选地，所述预设d轴电流等于电机定子电流，所述预设q轴电流为零。

优选地，所述功率模块为三相功率模块，所述功率模块的第一相上桥臂包括第一功率管，下桥臂包括第二功率管；所述功率模块的第二相上桥臂包括第三功率管，下桥臂包括第四功率管；所述功率模块的第三相上桥臂包括第五功率管，下桥臂包括第六功率管；所述获取的三相电流值分别为iu、iv及iw；预设d轴电流为is，所述“分别获取功率模块处于不同位置角度时的各相电流值，根据预设规则判断各下桥臂是否开路”包括：

若iu＝is，iv＝iw＝-is，则第一功率管、第四功率管及第六功率管均正常；

若iu＝is，iv＝-is，iw＝0，则第一功率管、第四功率管正常，第六功率管开路；

若iu＝is，iv＝0，iw＝-is，则第一功率管、第六功率管正常，第四功率管开路；

若iv＝is，iu＝iw＝-is，则第三功率管、第二功率管及第六功率管正常；

若iv＝is，iu＝-is，iw＝0，则第三功率管、第二功率管正常，第六功率管开路；

若iv＝is，iu＝0，iw＝-is，则第三功率管、第六功率管正常，第二功率管开路；

若iw＝is，iu＝iv＝-is，则第五功率管、第二功率管及第六功率管正常；

若iw＝is，iu＝-is，iv＝0，则第五功率管、第二功率管正常，第六功率管开路；

若iw＝is，iu＝-0，iv＝-is则第五功率管、第六功率管正常，第二功率管开路。

优选地，所述功率模块开机自检装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的功率模块开机自检方法的控制程序，所述功率模块开机自检方法的控制程序被所述处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

本发明提出一种变频装置，所述变频装置包括如上所述的功率模块开机自检装置。

本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有功率模块开机自检方法的控制程序，所述功率模块开机自检方法控制程序被处理器执行时实现如上所述的功率模块开机自检方法的步骤。

本发明技术方案通过采用下桥臂自举或上桥臂自举的方法，依次开通同一相上桥臂来检测下桥臂，或开通下桥臂来检测上桥臂，分别获取功率模块各相中上桥臂、下桥臂交替导通时的电流值，将获取的电流值与设定的电流阈值进行比较，以检测具体哪一个桥臂的功率管出现短路故障。本发明技术方案在电机上电前即可对功率模块进行检查，进一步提高了功率模块的可靠性及安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明功率模块开机自检方法一实施例的一流程图；

图2为本发明功率模块开机自检方法一实施例的另一流程图；

图3为本发明变频装置一实施例的功能模块图；

图4为本发明ipm一实施例的结构示意图；

图5为本发明变频装置主程序一实施例的流程图；

图6为本发明功率模块短路检测一实施例的流程图；

图7为本发明上桥臂开路检测一实施例的一流程图；

图8为本发明电机定子位置角度为0°时下桥臂开路检测一实施例的流程图；

图9为本发明电机定子位置角度为120°时下桥臂开路检测一实施例的流程图；

图10为本发明电机定子位置角度为240°时下桥臂开路检测一实施例的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种功率模块开机自检方法。

参照图1，在本发明实施例中，该本发明提出的功率模块开机自检方法，包括：

s100、分别获取功率模块各相中上桥臂、下桥臂交替导通时的电流值；

s200、将获取的电流值与设定的电流阈值进行比较，依据比较的结果判断是否有桥臂短路。

需要说明的是，本实施例中，该功率模块包括第一相、第二相及第三相，第一相中包括第一功率管及第二功率管，依次位于上桥臂及下桥臂；第二相中包括第三功率管及第四功率管，依次位于上桥臂及下桥臂；第三相包括第五功率管及第六功率管，依次位于上桥臂及下桥臂。

参照图4，本实施例中，第一功率管至第六功率管均为igbt管，依次为igbt1～igbt6。

上电先设定硬件及软件短路的电流阈值，设置电流阈值需要结合ipm数据手册进行并适当留些余量。之后在某一检测时间依次开通igbt1至igbt6，且每次仅开通一个功率管，其余的功率管关闭。例如检测下桥臂的igbt2是否短路，则开通上桥臂的igbt1，并关闭igbt2～igbt6，并在开通igbt1的检测时间内判断流经igbt1的电流是否超过预设电流阈值，若发生过流，则可判定igbt2短路，转故障函数进行处理。其余功率管短路判定相同，通过6次如似判定，则可依次全部判断igbt1～igbt6是否短路。

本发明技术方案通过采用下桥臂自举或上桥臂自举的方法，依次开通同一相上桥臂来检测下桥臂，或开通下桥臂来检测上桥臂，分别获取功率模块各相中上桥臂、下桥臂交替导通时的电流值，将获取的电流值与设定的电流阈值进行比较，以检测具体哪一个桥臂的功率管出现短路故障。本发明技术方案在电机上电前即可对功率模块进行检查，进一步提高了功率模块的可靠性及安全性。

进一步地，参照图2，该方法还包括：

s300、获取功率模块的母线电压，对各相上桥臂、下桥臂的连接点处施加预设电压，获取各相中上桥臂、下桥臂的饱和压降；

s400、获取各连接点处的对地电压，将对地电压与对应的上桥臂的饱和压降进行比较，依据比较结果判断各上桥臂是否开路；

s500、撤销各连接点处施加的预设电压，对电机定子施加预设d轴电流及预设q轴电流，控制电机定子位于位置角度分别相差预设角度的位置；

s600、分别获取功率模块处于不同位置角度时的各相电流值，根据预设规则判断各下桥臂是否开路。

值得说明的是，在步骤s300中，本实施中，该功率模块包括第一相、第二相及第三相，对第一相、第二相及第三相的上桥臂、下桥臂的连接点处施加预设电压分别为vun、vvn及vwn。

如要判定igbt1是否开路，首先获取母线电压vpn，再在igbt1检测时间内，施加一定vun、vvn、vwn电压，使其形成以igbt1为检测的回路，例如回路：母线p→igbt1→pmsm→igbt4和igbt6→母线n等，并在这段时间内检测vpu，若vpu≤vcesat，则说明igbt1已经开通；若igbt1未开路，否则说明igbt1已经开路，需要转向故障函数处理。依据同样的原理可判断igbt3、igbt5是否开路。

对于另外的下桥臂的igbt2、igbt4及igbt6是否开路，则采用如下方法进行判断：

再撤销相应施加电压，控制转子位置角度分别为α＝0°、120°与240°，并施加相应的两相等效旋转坐标系中id与iq的值，并控制id＝is，iq＝0。其中id、iq为无位置矢量控制系统中等效坐标变换中的直流量，这里is为pmsm(permanentmagnetsynchronousmotor，永磁同步电机)定子电流，这里需要控制is必须小于pmsm的最大峰值电流。

此时电机绕组中相当于通入了直流电流，由于通入的是直流电流，因此不能产生旋转的磁场，但依旧能产生恒定的脉振磁场，转子依据定子电流矢量合成转至相应角度，依据此原理检测下桥臂的开路情况。

具体地，所述功率模块为三相功率模块，所述“将获取的电流值与设定的电流阈值进行比较，依据比较的结果判断是否有桥臂短路”包括：

在同一相中，在上桥臂断开、下桥臂导通时，若获取的电流值大于预设电流阈值，则判断上桥臂短路；若否，则判断上桥臂未短路；

在上桥臂导通、下桥臂断开时，若获取的电流值大于预设电流阈值，则判断下桥臂短路；若否，则判断下桥臂未短路。

具体地，所述“将对地电压与对应的上桥臂的饱和压降进行比较，依据比较结果判断各上桥臂是否开路”包括：

将母线电压减去对地电压得到中点电压，将中点电压与对应的上桥臂的饱和压降进行比较，若中点电压小于对应的上桥臂的饱和压降，判断该上桥臂未开路；若否，则判断该上桥臂开路。

具体地，所述功率模块为三相功率模块，所述“控制电机定子位于位置角度分别相差预设角度的位置”包括：

控制电机定子依次位于0°、120°及240°三个角度位置。

具体地，所述预设d轴电流等于电机定子电流，所述预设q轴电流为零。

具体地，所述功率模块为三相功率模块，所述功率模块的第一相上桥臂包括第一功率管，下桥臂包括第二功率管；所述功率模块的第二相上桥臂包括第三功率管，下桥臂包括第四功率管；所述功率模块的第三相上桥臂包括第五功率管，下桥臂包括第六功率管；所述获取的三相电流值分别为iu、iv及iw；预设d轴电流为is，所述“分别获取功率模块处于不同位置角度时的各相电流值，根据预设规则判断各下桥臂是否开路”包括：

(1)若iu＝is，iv＝iw＝-is，则第一功率管、第四功率管及第六功率管均正常；

(2)若iu＝is，iv＝-is，iw＝0，则第一功率管、第四功率管正常，第六功率管开路；

(3)若iu＝is，iv＝0，iw＝-is，则第一功率管、第六功率管正常，第四功率管开路；

(4)若iv＝is，iu＝iw＝-is，则第三功率管、第二功率管及第六功率管正常；

(5)若iv＝is，iu＝-is，iw＝0，则第三功率管、第二功率管正常，第六功率管开路；

(6)若iv＝is，iu＝0，iw＝-is，则第三功率管、第六功率管正常，第二功率管开路；

(7)若iw＝is，iu＝iv＝-is，则第五功率管、第二功率管及第六功率管正常；

(8)若iw＝is，iu＝-is，iv＝0，则第五功率管、第二功率管正常，第六功率管开路；

(9)若iw＝is，iu＝-0，iv＝-is则第五功率管、第六功率管正常，第二功率管开路。

需要说明的是，施加旋转坐标系下id＝is，iq＝0并控制转子位置角度在α＝0°、120°与240°下检测iu、iv、iw电流，并依据上列(1)～(9)综合进行判断即可判断出ipm内部具体哪个桥臂内哪个功率器件发生开路故障。

本发明技术方案按照检测得到的电机三相电流分情况进行判断。此时三相电流矢量分别在合成在0°、120°与240°的方向上。在α＝0°时，电流经母线p→igbt1→igbt4、igbt6→母线n回路，若igbt1、igbt4、igbt6正常，则满足：iu＝is，iv＝iw＝-is，iv和iw的幅值远远大于1安培。即满足u相电流为电机定子电流，v、w相电流与u相电流相反。

因此，若iu＝is，iv＝0，iw＝-is，则可以判断igbt4开路；若iu＝is，iv＝-is，iw＝0，则可以判断igbt6开路。因此软件只需检测上述3种情况即可判断出下桥igbt4、igbt6功率管的好坏。同理对电机转子角度位置为120°与240°进行相似判断，即可判断全部下桥是否开路或正常。

本发明提出一种功率模块开机自检装置，所述功率模块开机自检装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的功率模块开机自检方法的控制程序，所述功率模块开机自检方法的控制程序被所述处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

本发明还提出一种变频装置，该变频装置包括功率模块开机自检装置，该主题一的具体结构参照上述实施例，由于本主题二采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

参照图3，在本实施例中，该变频装置应用于空调器上。该变频装置包括整流桥(未标示)、软起电路(未标示)、控制器10、母线电压检测模块30、电机电流采样模块20、驱动模块50、及故障检测模块40。其中，电阻r1和开关k1构成软起电路。控制器采用控制芯片tms320f28系列dsp实现。母线电压检测模块对母线电压pn进行检测。电机电流采样模块对pmsm的两相电流进行采样。驱动模块用于将控制器输出的六路pwm控制信号进行功率放大后输出至ipm。图中电容c1和电容c2为充电滤波电解电容，r2、r3为其母线电压均压电路。ipm和pspm组成逆变主回路。

综上所述，现结合图5对pmsm无位置传感器矢量控制系统的主程序作进一步阐述：

在系统启动后按照以下时序运行：

s101、系统上电自检；

s102、判断自检是否完成，若未完成，返回至s101，若完成，则进行s103参数获取；

s104、在获取必要的参数后，进入初始等待；

s105、进行通信等待；

s106、实时判断是否接收到上位机开机指令，若未接收到返回至步骤s105，若接收到则进入下一步骤；

s107、pmsm软启动；

s108～s116判断是否出现故障，并进行故障处理。

进一步地，参照图6，对本发明中功率管的短路检测进行阐述：

s201、本实施例中，在进入短路检测模式中，先设定电流阈值isc，获取母线电压及功率管导通后的阈值vcesat；

s202、进入短路自检模式，依次获取各相功率管交替导通时的电流值；

s203、判断获取的电流值是否大于设定的电流阈值isc；

s204、若是，则可判定那个桥臂的哪个功率管发生短路故障；

s205、若否，则判断短路自检模式是否完成，若未完成，则返回继续判断；若完成，则进入开路检测模式。

在进行开路检测时，参照图7，先对功率模块的上桥臂的igbt1、igbt3及igbt5进行检测。这里，参照步骤s301～s309，依次对功率模块各个上下桥臂的连接点处施加电压vun、vvn及vwn，并获取对应的中点电压vpu、vpv及vpw，将vpu、vpv及vpw与对应的饱和压降进行比较，从而判断igbt1、igbt3及igbt5是否开路。

对于下桥臂的igbt2、igbt4及igbt6开路判断，则参照图8、图9及图10，图8、图9及图10分别表示在电机转子在位置角度分别为0°、120度及240°时的判断情况。

参照步骤s401～s407，这里对电机的定子施加等效直流分量，d轴电流为id＝is，这里is等于电机转子电流；q轴电流为零。通过对电机三相电流iu、iv及iw进行检测，通过与预设规则进行比较判断，即可判断igbt2、igbt4及igbt6开路情况。

在完成0°位置角度的检测判断后，再进行120°位置角度的检测判断，参照步骤s501～s507，这里与0°位置角度的检测判断类似，此处不再赘述。

最后，参照步骤s601～s607，进行位置角度为240°时的检测判断。在完成所有位置角度的判断后，退出自检。

本发明所述技术，提供了一种上电前ipm模块故障自检功能，针对ipm模块短路及开路故障，实行不同的检测方法，在短路故障，实行下桥臂自举或上桥臂自举的方法，开通全部上桥臂检测下桥臂，或开通全部下桥臂检测上桥臂，并对ipm模块的每一个功率管进行逐步开通，以检测具体哪一个功率管短路故障；而对开路故障，结合电机缺相检测、母线电压采样、转子位置角度及电机定子电流的综合判断得出ipm模块开路故障的具体器件，本发明技术方案不仅对应用ipm模块的变频应用系统的上电自检ipm模块功能的一个具体补充完善，也对含ipm模块售后产品提供了一种检测保护方案，同时也对应用ipm模块厂家测试ipm模块提供了一种ipm模块入厂的软件测试方法，极具应用推广价值。

本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有功率模块开机自检方法的控制程序，所述功率模块开机自检方法控制程序被处理器执行时实现如上所述的功率模块开机自检方法的步骤。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。