阅读说明：本技术 电机驱动器供电缺失的保护方法和电机驱动器 (Motor driver and protection method for power supply loss of motor driver ) 是由 何建霖 毕磊 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种电机驱动器供电缺失的保护方法和电机驱动器。其中,电机驱动器供电缺失的保护方法在无刷直流电机工作在弱磁调速模式下电机驱动器的电源端发生供电缺失时对控制器的与电机进行保护,在电压下降至第一预设电压,控制逆变桥对应工作以对电机绕组进行周期性短路和开路控制,电机转速下降,同时其产生的反向电动势会对母线电容进行充电,直流母线电压上升,当直流母线的电压上升至第二预设电压时,控制逆变桥对应工作以对电机绕组进行短路控制,进而控制直流母线电压下降至第三预设电压,防止母线电压过高损坏母线电容与降压电路,从而解决了无刷直流电机处在弱磁状态下发生供电缺失时,常规的保护方法失效的问题。(The invention discloses a motor driver and a method for protecting power supply loss of the motor driver. Wherein, the protection method of the power supply loss of the motor driver protects the controller and the motor when the power supply end of the motor driver of the brushless direct current motor works in a field weakening speed regulation mode and has power supply loss, when the voltage is reduced to a first preset voltage, the inverter bridge is controlled to work correspondingly to carry out periodic short circuit and open circuit control on the motor winding, the rotating speed of the motor is reduced, meanwhile, the generated back electromotive force charges the bus capacitor, the voltage of the direct current bus rises, when the voltage of the direct current bus rises to a second preset voltage, the inverter bridge is controlled to work correspondingly to carry out short circuit control on the motor winding, further controlling the DC bus voltage to drop to a third preset voltage, preventing the bus capacitor and the voltage dropping circuit from being damaged by overhigh bus voltage, therefore, the problem that the conventional protection method fails when the brushless direct current motor is in a weak magnetic state and power supply is lost is solved.)

电机驱动器供电缺失的保护方法和电机驱动器

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种电机驱动器供电缺失的保护方法和电机驱动器。

背景技术

无刷直流电机由于具有高功率高效率的特性，广泛应用于家电行业，如风扇，油烟机，压缩机，洗衣机，料理机等。一些应用要求无刷直流电机拥有较宽的调速范围，如洗衣机，料理机等。

工作在市电电压下的无刷直流电机，一般采用交流供电，前端整流桥对交流电压进行整流，再经过一个大容量的母线电容对整流后的电压进行滤波变为直流电压。母线电容上面的电压分为两路，一路经过降压之后给主控制器，另一路电压给到逆变桥。

当无刷直流电机处与弱磁运行状态时，其转速非常高，可达到不进行弱磁控制最大转速的1-5倍。此时若发生供电端故障，或者发生停电，主控制器如果按照常规的保护方法一，直接关断输出。此时电机自由转动，其产生的反电势将远高于母线电容与DC-DC降压模块耐压极限，造成器件损坏，更严重的会造成起火。若主控制器按照常规的保护方法二，控制对逆变桥对应工作以对电机绕组进行短路控制，电机产生的反电势无法对电容进行充电，母线电容的电压也不会超过其额定耐压。但此时主控制器上在快速消耗母线电容上存储的能量，一旦主控制器将电容上存储的能量消耗尽，主控制器将失去电机的控制，其结果与方法一一样会导致器件损坏。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种电机驱动器供电缺失的保护方法，旨在解决无刷直流电机处在弱磁状态下发生供电缺失时，常规的保护方法失效的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种驱动器供电缺失的保护方法，用于电机驱动器，所述电机驱动器具有控制无刷直流电机工作在弱磁调速状态的第一控制模式，所述电机驱动器包括电源输入端口、母线电容、逆变桥和控制电路，所述电源输入端口通过直流母线与所述母线电容连接，所述母线电容、所述逆变桥和无刷直流电机依次连接，所述控制电路的电源端与所述直流母线连接，所述控制电路的控制端与所述逆变桥的受控端连接；其中，所述电机驱动器供电缺失的保护方法包括：

获取所述直流母线的电压；

当所述直流母线的电压从工作电压在预设时间内的电压下降值大于预设电压时，确定所述电源输入端供电缺失；

在所述直流母线的电压从工作电压跌落至第一预设电压时，控制逆变桥对应工作以对无刷直流电机的绕组进行周期性短路和开路控制，进而控制所述直流母线电压上升；

当所述直流母线的电压上升至第二预设电压时，控制逆变桥对应工作以对无刷直流电机的绕组进行短路控制，进而控制所述直流母线电压下降至第三预设电压。

优选地，所述第二预设电压大于第三预设电压，所述第三预设电压大于所述工作电压，所述工作电压大于第一预设电压。

优选地，所述控制逆变桥对应工作以对无刷直流电机的绕组进行周期性短路和开路控制，进而控制所述直流母线电压上升步骤具体包括：

控制逆变桥的上桥臂开关关断，下桥臂开关以预设占空比周期性短路和开路；

或者，控制逆变桥的上下桥臂开关分别在一预设时间段交替以预设占空比周期性短路和开路。

优选地，所述逆变桥短路和开路的周期为20us至200us。

优选地，所述短路时间的占空比为0.5％至99％。

本发明还提出一种电机驱动器，所述电极驱动器具有控制无刷直流电机工作在弱磁调速状态的第一控制模式，该电机驱动器包括包括电源输入端口、母线电容、逆变桥和控制电路，所述电源输入端口通过直流母线与所述母线电容连接，所述母线电容、所述逆变桥和无刷直流电机的依次连接，所述控制电路的电源端与所述直流母线连接，所述控制电路的控制端与所述逆变桥的受控端连接；以及

电压采集电路，用于获取所述直流母线的电压；

控制电路，所述控制电路包括处理器，存储器及存储在所述存储器内的电机驱动器供电缺失的保护程序，当所述电机驱动器供电缺失的保护程序被所述处理器执行时，实现如上所述的电机驱动器供电缺失的保护方法的步骤。

优选地，所述处理器包括主控制器和栅极驱动器，所述主控制器的信号端分别与所述电压采集电路的信号端和所述栅极驱动器的信号端连接，所述主控制器的电源端与所述直流母线连接；

所述主控制器，用于根据电压采集电路采集的直流母线的电压信号输出对应的控制信号至所述栅极驱动器；

所述栅极驱动器，用于根据所述主控制器输出的控制信号对应输出桥臂开关控制信号至所述逆变桥。

优选地，所述处理器还包括稳压电路，所述稳压电路的电源输入端与所述直流母线连接，所述稳压电路的电源输出端与所述主控制器的电源端连接；

所述稳压电路，用于将所述直流母线的电压进行电压转换和稳压，并输出第一工作电压至所述主控制器。

优选地，所述栅极驱动器和所述逆变桥集成设置。

优选地，所述电机驱动器还包括整流电路，所述整流电路的电源输入端输入交流电，所述整流电路的电源输出端与所述电源输入端口连接；

所述整流电路，用于将所述交流电进行整流，并输出直流电源至所述直流母线。

本发明技术方案通过在无刷直流电机工作在弱磁调速状态时，电机驱动器的电源端发生供电缺失时对控制器的与电机进行保护，并在电压下降至第一预设电压，控制逆变桥对应工作以对电机绕组进行周期性短路和开路控制，电机转速下降，同时其产生的反向电动势会对母线电容进行充电，直流母线电压上升，确保有足够电压驱动控制电路工作，当直流母线的电压上升至第二预设电压时，控制逆变桥对应工作以对电机绕组进行短路控制，进而控制直流母线电压下降至第三预设电压，防止母线电压过高损坏母线电容与降压电路，从而控制直流母线电压在第二预设电压和第三预设电压之间变化直至电机停止转动，从而解决了无刷直流电机处在弱磁状态下发生供电缺失时，常规的保护方法失效的问题。

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为本发明电机驱动器一实施例的模块示意图；

图2为本发明电机驱动器供电缺失的保护方法一实施例的电压曲线示意图；

图3为本发明电机驱动器供电缺失的保护方法一实施例的流程示意图；

图4为本发明电机驱动器另一实施例的模块示意图。

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，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，全文中出现的“和/或”的含义为：包括三个并列的方案，以“A/B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案，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。

本发明提出的一种电机驱动器供电缺失的保护方法，用于电机驱动器，所述电机驱动器具有控制无刷直流电机300工作在弱磁调速状态的第一控制模式，可以理解的是，电机驱动器还具有控制无刷直流电机300工作在其他调速状态的其他控制模式，例如控制无刷直流电机300软启动的第二控制模式，等等。

如图1所示，所述电机驱动器包括电源输入端口(DC+、DC-)、母线电容C1、逆变桥100和控制电路200，所述电源输入端口通过直流母线与所述母线电容C1连接，所述母线电容C1、所述逆变桥100和无刷直流电机300依次连接，所述控制电路200的电源端与所述直流母线连接，所述控制电路200的控制端与所述逆变桥100的受控端连接。

本实施例中，母线电容C1并联在直流母线上，控制电路200由直流母线供电，直流母线连接逆变桥100，逆变桥100经输入的直流电进行逆变转换输出三相交流电至无刷直流电机300，逆变桥100包括对称设置的上桥臂开关Q1、Q3、Q5和下桥臂开关Q2、Q4、Q6，且上桥臂开关和下桥臂开关的连接点与无刷直流电机300的对应绕组连接，控制电路200根据触发信号对应输出多路PWM信号至逆变桥100以控制逆变桥100工作。

需要说明的是，当变频器的输出频率高于电机额定频率时，电机铁芯磁通Φ开始减弱，电机转速高于额定转速，此时我们称电机进入弱磁调速状态，此时发生供电端故障，或者发生停电时，控制电路200如果按照常规的保护方法一直接关断输出，此时电机自由转动，其产生的反电势将远高于母线电容C1的耐压极限，造成器件损坏，更严重的会造成起火。若控制电路200按照常规的保护方法二，控制对逆变桥对应工作以对电机绕组进行短路控制，电机产生的反电势无法对母线电容C1进行充电，母线电容C1的电压也不会超过其额定耐压。但此时控制电路200在快速消耗母线电容C1上存储的能量，一旦控制电路200将母线电容C1上存储的能量消耗尽，控制电路200将失去电机的控制，其结果与方法一一样会导致器件损坏。

因此，本发明提出一种电机驱动器供电缺失的保护方法，以解决无刷直流电机300处在弱磁状态下发生供电缺失时，常规的保护方法失效的问题，如图2和图3所示，所述电机驱动器供电缺失的保护方法包括：

S10、获取所述直流母线的电压；

S20、当所述直流母线的电压从工作电压U0在预设时间内的电压下降值大于预设电压时，确定所述电源输入端供电缺失；

S30、在所述直流母线的电压从工作电压U0跌落至第一预设电压U1时，控制逆变桥100对应工作以对无刷直流电机300的绕组进行周期性短路和开路控制，进而控制所述直流母线电压上升；

S40、当所述直流母线的电压上升至第二预设电压U2时，控制逆变桥100对应工作以对无刷直流电机300的绕组进行短路控制，进而控制所述直流母线电压下降至第三预设电压U3。

当无刷直流电机300工作在弱磁调速状态，且供电端供电正常时，直流母线电压保持在工作电压U0，当发生供电端供电缺失导致直流母线电压下降，当其跌落到第一预设电压U1时，系统进入保护程序，此时控制逆变桥100对无刷直流电机300绕组进行周期性的短路与开路，此时可控制逆变桥100的上桥臂开关关断，下桥臂开关以预设占空比周期性短路和开路，或者，控制逆变桥100的上下桥臂开关分别在一预设时间段交替以预设占空比周期性短路和开路，其中，所述逆变桥100短路和开路的周期为20us至200us。所述短路时间的占空比为0.5％至99％，可根据需求进行设置和调节。

具体地，控制电路200控制逆变桥100的下桥臂开关(Q2、Q4、Q6)在一段时间内同时开通，随即再同时关断一段时间，当下桥臂开关在开通阶段时，无刷直流电机300产生的能量被自身绕组消耗，无刷直流电机300产生的反向电动势被抑制，此时无刷直流电机300持续减速，当下桥臂开关关断时，无刷直流电机300产生的反向电动势相对于母线电压来说会高很多，因此会对直流电容进行充电使得母线电压上升，此时，控制桥臂开关的开通与关断的占空比就能够控制母线电压的上升斜率。

当电压上升到第二预设电压U2时，为了避免电压过高导致母线电容C1和控制电路200损坏，此时需要控制逆变桥100的下桥导通，将无刷直流电机300的绕组短路抑制反向电动势向母线电容C1充电，无刷直流电机300的绕组短路之后，母线电压下降，当降低到第三预设电压U3时逆变桥100再次切换到断续短路与开路状态使母线电压上升，以使直流母线电压维持在第三预设电压U3和第二预设电压U2之间，保证在供电缺失之后，直流母线能够继续为控制电路200供电，使得控制电路200能够继续工作，同时迫使无刷直流电机300快速减速至停机。

其中，所述第二预设电压U2大于第三预设电压U3，所述第三预设电压U3大于所述工作电压U0，所述工作电压U0大于第一预设电压U1。

本发明技术方案通过在无刷直流电机300工作在弱磁调速模式时，电机驱动器的电源端发生供电缺失时，进行电压检测和电压保护，并在电压下降至第一预设电压U1，控制逆变桥100对应工作以对无刷直流电机300的绕组进行周期性短路和开路控制，无刷直流电机300转速下降，同时其产生的反向电动势会对母线电容C1进行充电，直流母线电压上升，确保有足够电压驱动控制电路200工作，当所述直流母线的电压上升至第二预设电压U2时，控制逆变桥100对应工作以对无刷直流电机300的绕组进行短路控制，进而控制所述直流母线电压下降至第三预设电压U3，防止母线电压过高损坏母线电容C1与降压电路，从而控制直流母线电压在第二预设电压U2和第三预设电压U3之间变化直至无刷直流电机300停止转动，从而解决了无刷直流电机300处在弱磁状态下发生供电缺失时，常规的保护方法失效的问题。

对应地，本发明还提出一种电机驱动器，所述电机驱动器具有控制无刷直流电机300工作在弱磁调速状态的第一控制模式，该电机驱动器包括电源输入端口、母线电容C1、逆变桥100和控制电路200，所述电源输入端口通过直流母线与所述母线电容C1连接，所述母线电容C1、所述逆变桥100和无刷直流电机300依次连接，所述控制电路200的电源端与所述直流母线连接，所述控制电路200的控制端与所述逆变桥100的受控端连接；以及

电压采集电路(图未示出)，用于获取所述直流母线的电压；

控制电路200，所述控制电路200包括处理器210，存储器(图未示出)及存储在所述存储器内的电机驱动器供电缺失的保护程序，当所述电机驱动器供电缺失的保护程序被所述处理器210执行时，实现如上所述的电机驱动器供电缺失的保护方法的步骤。

本实施例中，电压采集电路连接在直流母线和控制电路200之间，并将直流母线的电压反馈至控制电路200中的处理器210，电压采集电路可采哦功能电压互感器或者电阻分压电路，当供电端供电正常时，直流母线电压保持在工作电压U0，当发生供电端供电缺失导致直流母线电压下降，当其跌落到第一预设电压U1时，系统进入保护程序，此时处理器210控制逆变桥100对无刷直流电机300的绕组进行周期性的短路与开路，此时处理器210控制逆变桥100的上桥臂开关关断，下桥臂开关以预设占空比周期性短路和开路，或者，处理器210控制逆变桥100的上下桥臂开关分别在一预设时间段交替以预设占空比周期性短路和开路，其中，所述逆变桥100短路和开路的周期为20us至200us。所述短路时间的占空比为0.5％至99％，可根据需求进行设置和调节。

具体地，处理器210控制逆变桥100的下桥臂开关(Q2、Q4、Q6)在一段时间内同时开通，随即再同时关断一段时间，当下桥臂开关在开通阶段时，无刷直流电机300产生的能量被自身绕组消耗，无刷直流电机300产生的反向电动势被抑制，此时无刷直流电机300持续减速，当下桥臂开关关断时，无刷直流电机300产生的反向电动势相对于母线电压来说会高很多，因此会对直流电容进行充电使得母线电压上升，此时，处理器210控制桥臂开关的开通与关断的占空比就能够控制母线电压的上升斜率。

当电压上升到第二预设电压U2时，为了避免电压过高导致母线电容C1和控制电路200损坏，此时需要控制逆变桥100的下桥导通，将无刷直流电机300的绕组短路抑制反向电动势向母线电容C1充电，无刷直流电机300的绕组短路之后，母线电压下降，当降低到第三预设电压U3时处理器210控制逆变桥100再次切换到断续短路与开路状态使母线电压上升，以使直流母线电压维持在第三预设电压U3和第二预设电压U2之间，保证AC端供电缺失之后，DC-DC降压电路能够继续为处理器210供电，使得处理器210能够继续工作，同时迫使无刷直流电机300快速减速至停机。

如图4所示，所述处理器210包括主控制器10和栅极驱动器20，所述主控制器10的信号端分别与所述电压采集电路的信号端和所述栅极驱动器20的信号端连接，所述主控制器10的电源端与所述直流母线连接；

所述主控制器10，用于根据电压采集电路采集的直流母线的电压信号输出对应的控制信号至所述栅极驱动器20；

所述栅极驱动器20，用于根据所述主控制器10输出的控制信号对应输出桥臂开关控制信号至所述逆变桥100。

本实施例中，主控制器10从直流母线供电，为了提高安全性，主控制器10可内设一稳压电路30，主控制器10可为单片机、MCU等，主控制器10根据直流母线的电压变化对应输出PWM信号至栅极驱动器20，栅极驱动器20将PWM信号转换为六路PWM驱动信号至逆变桥100的各桥臂开关的受控端，进而导通或者关断控制。

在一实施例中，所述处理器210还包括稳压电路30，所述稳压电路30的电源输入端与所述直流母线连接，所述稳压电路30的电源输出端与所述主控制器10的电源端连接；

所述稳压电路30，用于将所述直流母线的电压进行电压转换和稳压，并输出第一工作电压U0至所述主控制器10。

本实施例中，稳压电路30用于将直流母线的电压进行降压和稳压处理，例如将80V直流电转换为12V、5V、3.3V电压等，可根据主控制器10的具体型号进行选择对应的稳压电路30。

进一步地，为了简化电机驱动器的结构，所述栅极驱动器20和所述逆变桥100集成设置，并组成智能功率模块，主控制器10直接输出控制信号至智能功率模块以驱动无刷直流电机300工作。

同时，为了提高电机驱动器的多样性，所述电机驱动器还包括整流电路，所述整流电路的电源输入端输入交流电，所述整流电路的电源输出端与所述电源输入端口连接；

所述整流电路，用于将所述交流电进行整流，并输出直流电源至所述直流母线，整流电路可包括整流桥，或者由多个二极管组成的整流电路等，具体根据需求进行选择。

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。