[發明專利]一種開關磁阻電機相間短路的檢測保護電路及其方法

有效

• 申請號: 201410076051.2
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103795033A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 鐘銳;朱元釗;刁龍;劉培銀;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02H7/085
• 分類號: H02H7/085;G01R31/02
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

1.一種開關磁阻電機相間短路的檢測保護電路，其特征在于：包括非對稱半橋功率變換器、電流采樣電路、電流采樣放大電路、微處理器CPU和二輸入與門，非對稱半橋功率變換器的輸入連接直流電源，輸出連接電流采樣電路，電流采樣電路輸出連接電流采樣放大電路，電流采樣放大電路輸出連接微處理器CPU，微處理器CPU有三路輸出，一路輸出連接非對稱半橋功率變換器，另兩路輸出連接二輸入與門，二輸入與門輸出反饋信號連接非對稱半橋功率變換器；其中：

非對稱半橋功率變換器包括開關功率管T1、T2、T3、T4、T5、T6，續流二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6和開關磁阻電機的三相繞組，其中T1、T3、T5定義為上開關功率管，T2、T4、T6定義為下開關功率管，D1、D3、D5定義為上續流二極管，D2、D4、D6定義為下續流二極管，上開關功率管T1、T3、T5的漏極分別連接上續流二極管D1、D3、D5的陰極并連接直流電源正端，上開關功率管T1、T3、T5的源極分別與下續流二極管D2、D4、D6的陰極連接后接入三相電機繞組一端，三相電機繞組的另一端分別連接下開關功率管T2、T4、T6的漏極和上續流二極管D1、D3、D5的陽極，下開關功率管T2、T4、T6的源極分別連接下續流二極管D2、D4、D6的陽極；

電流采樣電路包括電阻R1、R2、R3，電阻R1、R2、R3的一端分別連接非對稱半橋功率變換器中下開關功率管T2、T4、T6的源極，電阻R1、R2、R3的另一端連接直流電源負端；

電流采樣放大電路包括電阻R4、R5運算放大器U1，運算放大器U1的正端連接電流采樣電路中下開關功率管T2、T4、T6的源極，運算放大器U1的負端連接電阻R4和R5的一端，電阻R4的另一端接地，電阻R5的另一端與運算放大器U1的輸出端連接并作為電流采樣放大電路的輸出端；

微處理器CPU內嵌脈寬調制PWM模塊、輸入輸出GPIO模塊、定時器TIM模塊和模數轉換ADC模塊，脈寬調制PWM模塊輸出PWM驅動信號，輸入輸出GPIO模塊輸出斬波信號和驅動信號，其中驅動信號連接至非對稱半橋功率驅動器中下開關功率管T2、T4、T6的柵極，模數轉換ADC模塊的輸入端連接電流采樣放大電路中運算放大器U1的輸出端；

二輸入與門的兩個輸入端分別連接微處理器CPU中脈寬調制PWM模塊輸出的PWM驅動信號和輸入輸出GPIO模塊輸出的斬波信號，二輸入與門的輸出端連接至非對稱半橋功率驅動器中上開關功率管T1、T3、T5的柵極。

2.根據權利要求1所述的開關磁阻電機相間短路的檢測保護電路，其特征在于：所說非對稱半橋功率變換器中的上、下開關管均為金屬-氧化物-半導體場效應晶體管。

3.根據權利要求1所述開關磁阻電機相間短路的檢測保護電路的檢測保護方法，其特征在于：針對采用非對稱半橋結構作為功率變換器的開關磁阻電機，相數N≧3，在開關磁阻電機運行期間，微處理器CPU根據內置開關磁阻電機相間短路判別算法，改變下開關功率管的驅動信號，通過輸入輸出GPIO口對非工作相的下開關功率管觸發短脈沖，電流采樣電路測量短脈沖期間非工作相的電流值，通過電流采樣放大電路反饋至微處理器CPU，與設定的閾值比較，判斷開關磁阻電機發生短路，實現開關磁阻電機相間短路故障的檢測保護；

開關磁阻電機相間短路判別算法如下：設磁阻電機的三相繞組的工作順序為C、B、A，當開關磁阻電機啟動，處于CB相工作狀態下，通過微處理器CPU獲取開關磁阻電機工作狀態，捕獲電機CB相向B相工作過渡的切換時間點，由輸入輸出GPIO模塊向非工作A相的下開關功率管輸出脈寬為T_pulse采樣脈沖，脈沖寬度T_pulse由定時器TIM模塊配置，模數轉換ADC模塊接收來自電流采樣放大電路的電流采樣信號，若C、A兩相發生短路，則短路電流串流至非工作相A相下端的采樣電阻，采樣放大信號大于微處理器CPU設定的短路電流閾值I_ref，則說明開關磁阻電機C、A兩相發生相間短路，開關磁阻電機停止工作；三相繞組的其他工作順序情況類推。