一种变频控制器驱动芯片开路桥臂定位方法及变频控制器与流程

本发明涉及变频控制器与电力电子控制，具体而言，涉及一种变频控制器驱动芯片开路桥臂定位方法及变频控制器。

背景技术：

1、在新能源汽车变频控制领域，永磁同步电机（pmsm）的矢量控制是实现高效驱动的核心技术。其功率变换环节通常由三个半桥驱动芯片和六个绝缘栅双极型晶体管（igbt）组成的三相桥式逆变电路构成。每个驱动芯片负责接收微控制器单元（mcu）输出的脉宽调制（pwm）逻辑电平，并将其转换为足以驱动igbt开通或关断的栅极电压。具体而言，一个驱动芯片包含两个输入端和两个输出端，分别用于独立控制同一相桥臂的上桥臂igbt和下桥臂igbt。

2、然而，驱动芯片作为功率电子系统中的关键部件，长期工作在高温、高压、强振动及频繁导通/关断的恶劣环境下，其内部输出级电路极易发生损坏。驱动芯片最常见的失效模式为输出开路。一旦发生此类故障，驱动芯片将无法把pwm信号传递至对应的igbt栅极，导致该igbt始终处于关断状态。这将直接造成对应桥臂无法正常导通，进而引发电机缺相运行、扭矩波动甚至系统停机等严重后果。因此，快速、准确地定位驱动芯片的开路故障对于保障系统安全性和指导维修至关重要。

3、针对驱动芯片开路失效的检测，现有的技术方案主要存在以下不足：

4、1.硬件成本高且布局复杂：部分现有方案依赖额外的硬件诊断电路来实现故障检测，例如门极-发射极电压监测电路、退饱和检测电路等。这类方案需要在系统中增加比较器、光耦或隔离运算放大器等元器件。这不仅显著增加了系统的物料成本，还增加了印刷电路板的布局复杂度，不利于小型化和低成本设计。

5、2.算法复杂且误判率高：另一类方案试图在电机正常运行过程中，通过复杂的电流信号处理算法（如电流平均值法、电流park矢量法等）来提取故障特征。这类方法通常需要在不同的转速和负载条件下设定复杂的自适应阈值，算法开发难度大、调试周期长。此外，在低速轻载工况下，由于电流信号微弱，现有技术容易因噪声干扰出现误判或漏判，难以满足高可靠性的要求。

6、3.缺乏利用启动阶段的低成本精确定位方法：现有的检测方法大多未能充分利用系统启动阶段固有的流程。特别是缺少一种能够在不增加额外时间开销的前提下，仅利用系统启动时的固有数据，就能将故障精确定位到具体是上桥臂还是下桥臂驱动芯片失效的简便方法。现有的模糊判断往往只能识别出某相故障，而无法区分具体的桥臂，这给后续的维修更换带来了困难，延长了故障排查时间。

7、由此可见，需要一种变频控制器驱动芯片开路桥臂定位方法及变频控制器，能够利用变频控制器启动阶段磁场定向控制（foc）开环定位过程中的固有相电流采样数据，在不增加任何额外硬件成本、不占用额外时间窗口的前提下，实现对驱动芯片开路失效的精确定位，并能清晰区分上、下桥臂的具体故障位置。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种变频控制器驱动芯片开路桥臂定位方法及变频控制器，针对现有变频控制器中三个半桥驱动芯片发生开路失效时，无法低成本、高效率地精确定位具体是哪一个桥臂失效的问题，提供一种利用foc开环定位阶段的相电流正负半周积分面积分析，实现驱动芯片开路失效精确桥臂定位的方法。

2、为达到上述目的，本发明提供一种变频控制器驱动芯片开路桥臂定位方法及变频控制器。本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种变频控制器驱动芯片开路桥臂定位方法，包括以下步骤：

4、s1.在磁场定向控制开环定位阶段，向变频控制器施加旋转电压矢量，使三相线圈中流过正弦相电流；

5、s2.在每个脉宽调制控制周期内，采集三相瞬时相电流，分别对每一相电流的正向分量和负向分量进行独立的积分累加处理；

6、s3.当所述积分累加处理达到预定电角度后，停止累加，并将各相的正向积分累加值和负向积分累加值与预设的驱动开路检测阈值进行比较；

7、s4.根据比较结果，判定具体开路桥臂，并生成对应的故障标志位。

8、步骤s2中，所述积分累加处理包括：若某相瞬时电流值大于或等于零，将该瞬时电流值累加至该相的正向积分累加器；若某相瞬时电流值小于零，将该瞬时电流值的绝对值累加至该相的负向积分累加器。

9、步骤s3中，所述预定电角度为大于等于180°且小于等于720°。

10、步骤s3中，所述驱动开路检测阈值的获取方法包括：在电机未通电且所有驱动芯片正常工作的状态下，采集相电流采样通道的底噪信号；分别对所述底噪信号的每一相电流的正向分量和负向分量，进行独立的积分累加处理，得到底噪积分值；将所述底噪积分值乘以预设的安全系数，所得数值为所述驱动开路检测阈值。

11、进一步的，所述预设的安全系数取值范围为200%至500%。

12、步骤s4中，判定逻辑具体为：若某相的正向积分累加值小于所述预设的驱动开路检测阈值，则判定该相的上桥臂驱动芯片发生开路失效；若某相的负向积分累加值的绝对值小于所述预设的驱动开路检测阈值，则判定该相的下桥臂驱动芯片发生开路失效。

13、还包括步骤s5：当步骤s4判定存在任意一路驱动芯片开路失效时，立即封锁所有脉宽调制输出信号，使系统进入故障安全状态；通过通信总线上报包含具体开路桥臂信息的故障代码。

14、步骤s1中，所述旋转电压矢量为已知幅值的交直轴电压参考值，并以预设的电角速度持续累加转子角度。

15、步骤s2中，还同时追踪并记录每一相电流在正半周和负半周内的峰值电流值，并将所述峰值电流值与历史正常运行的峰值基准值进行比对，作为辅助验证条件。

16、一种变频控制器，包括主控芯片、三个半桥驱动芯片、六个igbt组成的三相桥式逆变电路、相电流采样电路，所述主控芯片内部存储有计算机程序，当所述程序被运行时，执行如上述的变频控制器驱动芯片开路桥臂定位方法。

17、相对于现有技术，本发明所述的一种变频控制器驱动芯片开路桥臂定位方法及变频控制器具有以下优势：

18、1.零硬件成本与零时间开销：无需新增任何传感器（如退饱和检测电路、门极电压采样单元）或专用诊断硬件；完全复用系统已有的电流采样通道与foc开环定位流程。故障检测与电机初始位置估算并行执行，不额外增加启动时间，真正实现软件升级即生效。

19、2.高抗干扰性与工程易标定性：采用基于系统自身底噪的自适应阈值机制，规避了传统方法中依赖电机参数（如电感、电阻）、工况（转速、负载）或需大量标定曲线的复杂建模，显著提升算法鲁棒性与跨平台移植能力，大幅降低量产标定与产线调试难度。

20、3.物理级精准桥臂区分能力：通过分别对三相电流在正向分量和负向分量进行独立积分，直接映射至上桥臂与下桥臂的导通能量贡献。当某相正向积分显著低于阈值，即对应上桥臂驱动芯片开路；负向积分绝对值低于阈值，则明确指向该相下桥臂开路。该方法基于电流物理流向的本质特征，无需查表、无需二次逻辑推演，实现故障点从某相异常到具体桥臂器件的一步式精确定位。

1.一种变频控制器驱动芯片开路桥臂定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，所述积分累加处理包括：若某相瞬时电流值大于或等于零，将该瞬时电流值累加至该相的正向积分累加器；若某相瞬时电流值小于零，将该瞬时电流值的绝对值累加至该相的负向积分累加器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述预定电角度为大于等于180°且小于等于720°。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述驱动开路检测阈值的获取方法包括：在电机未通电且所有驱动芯片正常工作的状态下，采集相电流采样通道的底噪信号；分别对所述底噪信号的每一相电流的正向分量和负向分量，进行独立的积分累加处理，得到底噪积分值；将所述底噪积分值乘以预设的安全系数，所得数值为所述驱动开路检测阈值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设的安全系数取值范围为200%至500%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4中，判定逻辑具体为：若某相的正向积分累加值小于所述预设的驱动开路检测阈值，则判定该相的上桥臂驱动芯片发生开路失效；若某相的负向积分累加值的绝对值小于所述预设的驱动开路检测阈值，则判定该相的下桥臂驱动芯片发生开路失效。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤s5：当步骤s4判定存在任意一路驱动芯片开路失效时，立即封锁所有脉宽调制输出信号，使系统进入故障安全状态；通过通信总线上报包含具体开路桥臂信息的故障代码。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，所述旋转电压矢量为已知幅值的交直轴电压参考值，并以预设的电角速度持续累加转子角度。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，还同时追踪并记录每一相电流在正半周和负半周内的峰值电流值，并将所述峰值电流值与历史正常运行的峰值基准值进行比对，作为辅助验证条件。

10.一种变频控制器，包括主控芯片、三个半桥驱动芯片、六个igbt组成的三相桥式逆变电路、相电流采样电路，其特征在于：所述主控芯片内部存储有计算机程序，当所述程序被运行时，执行如权利要求1至9中任一项所述的变频控制器驱动芯片开路桥臂定位方法。