一种船用推进电机驱动器逆变桥MOS管击穿检测电路及方法与流程

本发明涉及电机控制器，具体涉及一种船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿电路及方法。

背景技术：

1、在船用推进电机驱动器中，基本采用pmsm变频控制器、bldc电子调速器等电机驱动装置，通常采用三相逆变桥电路来实现直流到交流的变换，以驱动电机运行。该三相逆变桥一般由6个mos管及其对应的驱动电路组成，6个mos管分成三组，每组包含一个上桥臂mos管和一个下桥臂mos管，分别对应电机的a、b、c三相。上桥臂mos管接直流母线正极，下桥臂mos管接直流母线负极，上下桥臂mos管在工作时互补导通，驱动电路通过死区保护防止上下桥臂同时导通。

2、在船用推进电机驱动器的实际应用中，逆变桥工作时若某一桥臂内的一个mos管发生击穿损坏，其漏源极之间会出现短路。不论击穿发生在上桥臂还是下桥臂，一旦该桥臂的另一个mos管被驱动导通，就会瞬间形成上下桥臂直通，导致直流母线正极直接短路到负极，产生极大的短路电流。该电流会瞬间通过同桥臂内原本完好的mos管，极易使其也因过流而损坏。当同一桥臂内的两个mos管都出现击穿短路时，逆变桥将发生不可控的正负极永久短路，甚至可能损坏外部供电设备。因此，对桥臂内单个mos管击穿故障的及时检测十分关键。

3、目前，常用的做法是通过检测流过mos管的电流或直流母线电流，捕捉开管瞬间出现的异常瞬态大电流来实现故障识别和关管保护。但这种方法需要再次开管才能检测，如果保护动作不够及时，mos管仍可能被开管瞬间的大电流冲坏，保护效果存在局限。

4、综上所述，设计了一种船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测电路及方法。

技术实现思路

1、本发明为了克服上述的不足，提供一种船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测电路及方法。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测电路，包括单片机、桥臂、第一电阻和第二电阻，桥臂包括串联的上桥臂mos管和下桥臂mos管，上桥臂mos管接直流母线正极，下桥臂mos管接直流母线负极，上桥臂mos管和下桥臂mos管的连接点通过第一电阻和第二电阻组成的串联电路接地，单片机的adc输入引脚分别与第一电阻和第二电阻电连接。

4、作为优选，所述第二电阻并联有电容。

5、作为优选，所述单片机adc输入引脚内部集成有弱上拉电阻，上拉到单片机内部电源vcc。

6、一种如上所述的船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测方法，包括以下具体步骤：

7、步骤一：上电自检初始化，控制器在使能逆变桥之前，先执行一段自检程序，在此期间所有桥臂的上下mos管均不被驱动，处于关断状态；

8、步骤二：设置理论阈值区间，正常阈值[vn_low，vn_high]、上管击穿阈值区间[vu_low，vu_high]、下管击穿阈值区间[vd_low，vd_high]；

9、其中，[vn_low，vn_high]即为上下桥臂mos均完好时的基准电压vn阈值区间，[vu_low，vu_high]即为上桥臂mos损坏时的异常电压vu阈值区间，[vd_low，vd_high]即为下桥臂mos损坏时的异常电压vd阈值区间；

10、步骤三：多次采样防抖校验及故障判定，对上桥臂mos管和下桥臂mos管连接处电压信号连续采样n次，丢弃最大值、最小值，取剩余采样均值v_sample，根据步骤二的三个理论阈值区间，进行故障判定。

11、作为优选，所述步骤二中，正常工作状态下，若上下桥臂的mos管均完好，vs点处于高阻浮空状态。此时第一电阻的一端不接入有效电位，等效于第一电阻不参与分压。adc输入引脚检测到的电压由vcc经内部弱上拉电阻和接地的第二电阻分压形成，记为vn；

12、，

13、其中，上桥臂mos管和下桥臂mos管的连接点记为vs点。

14、作为优选，所述步骤二中，上桥臂mos管已发生击穿短路，vs点通过击穿短路的mos管将直接短接到直流母线正极，即母线正极电压通过第一电阻、第二电阻形成分压。分压后的电压经电容滤波后送入单片机内部adc，记为vu，vu的计算公式为：

15、，

16、由于vu明显不同于vn，单片机可通过检测到异常电压vu，判断出上桥臂mos管已损坏。

17、作为优选，所述下桥臂mos管已发生击穿短路，vs点通过击穿短路的mos管短接到直流母线负极（即接地）。此时r1和r2相当于并联后接地，单片机内部adc输入引脚检测到的电压由vcc经内部弱上拉电阻rpu与r1、r2并联等效电阻分压形成，记为vd，vd的计算公式为：

18、，

19、vd同样不同于vn且也不同于vu，单片机可通过检测到异常电压vd，判断出下桥臂mos管已损坏。

20、作为优选，所述步骤三中，若v_sample落入正常阈值区间，则判断桥臂初步正常，若v_sample落入上管击穿阈值区间，则判断上桥臂短路故障，若v_sample落入下管击穿阈值区间，则判断下桥臂短路故障。

21、本发明的有益效果是：该船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测电路及方法中：

22、1、无需开管即可完成mos管击穿故障检测，消除检测过程中的直通短路风险，大幅提高逆变桥和整机的安全性；

23、2、检测电路结构简单，仅增加少量无源元器件，成本低、易于实现；

24、3、可利用单片机内部已有adc和弱上拉电阻资源，不额外占用复杂检测电路，便于在已有控制器中集成；

25、4、能够有效防止单管击穿故障扩大为同桥臂双管击穿甚至电源永久短路损坏，提高系统可靠性。

1.一种船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测电路，其特征在于：包括单片机、桥臂、第一电阻和第二电阻，桥臂包括串联的上桥臂mos管和下桥臂mos管，上桥臂mos管接直流母线正极，下桥臂mos管接直流母线负极，上桥臂mos管和下桥臂mos管的连接点通过第一电阻和第二电阻组成的串联电路接地，单片机的adc输入引脚分别与第一电阻和第二电阻电连接。

2.根据权利要求1所述的船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测电路，其特征在于：所述第二电阻并联有电容。

3.根据权利要求1所述的船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测电路，其特征在于：所述单片机adc输入引脚内部集成有弱上拉电阻，上拉到单片机内部电源vcc。

4.一种根据权利要求1-3任一项所述的船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

5.根据权利要求4所述的船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测方法，其特征在于：所述步骤二中，正常工作状态下，若上下桥臂的mos管均完好，vs点处于高阻浮空状态，此时第一电阻的一端不接入有效电位，等效于第一电阻不参与分压，adc输入引脚检测到的电压由vcc经内部弱上拉电阻和接地的第二电阻分压形成，记为vn；

6.根据权利要求4所述的船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测方法，其特征在于：所述步骤二中，上桥臂mos管已发生击穿短路，vs点通过击穿短路的mos管将直接短接到直流母线正极，即母线正极电压通过第一电阻、第二电阻形成分压，分压后的电压经电容滤波后送入单片机内部adc，记为vu，vu的计算公式为：

7.根据权利要求4所述的船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测方法，其特征在于：所述下桥臂mos管已发生击穿短路，vs点通过击穿短路的mos管短接到直流母线负极，此时r1和r2相当于并联后接地，单片机内部adc输入引脚检测到的电压由vcc经内部弱上拉电阻rpu与r1、r2并联等效电阻分压形成，记为vd，vd的计算公式为：

8.根据权利要求4所述的船用推进电机驱动器逆变桥mos管击穿检测方法，其特征在于：所述步骤三中，若v_sample落入正常阈值区间，则判断桥臂初步正常，若v_sample落入上管击穿阈值区间，则判断上桥臂短路故障，若v_sample落入下管击穿阈值区间，则判断下桥臂短路故障。