具体实施方式

在下文中，对细节进行阐述以提供对示例性实施例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其他实例中，公知的结构和设备不是以详细的方式而是以框图的形式或以示意图的形式示出，以避免使实施例混淆。另外，除非另外特别指出，否则下文描述的不同实施例的特征可以彼此组合。

此外，在下面的描述中用等效或相似的附图标记表示具有等效或相似功能性的等效或相似的元件。由于在附图中相同或功能等效的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略对具有相同附图标记的元件的重复描述。因此，针对具有相同或相似附图标记的元件所提供的描述是相互可交换的。

在这方面，可以参考所描述的附图的定向来使用方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“下方”、“上方”、“前”、“后”、“背面”、“前延”、“后延”等等。因为可以以许多不同的定向来定位实施例的部分，所以方向性术语用于例示的目的而绝不是限制性的。应当理解，在不脱离权利要求所限定的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，下面的详细描述不应被认为是限制性的。

将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，则不存在中间元件。应当以类似的方式来解释用于描述元件之间的关系的其他词语(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“与…相邻”与“直接与…相邻”等)。

在附图中示出或本文描述的实施例中，只要基本上保持了连接或耦合的通用目的(例如，用以传输某种信号或用以传输某种信息)，则任何直接的电连接或耦合，即没有附加中间元件的任何连接或耦合，也可以通过间接的连接或耦合，即与一个或多个附加中间元件的连接或耦合来实现，反之亦然。来自不同实施例的特征可以被组合以形成其他实施例。例如，除非被相反地指出，否则关于实施例中的一个实施例描述的变化或修改也可以适用于其他实施例。

术语“基本上”在本文中可以被用来说明在工业上被认为是可接受的小的制造公差(例如，在5％之内)，而不背离本文所描述的实施例的各方面。

传感器可以指代将要被测量的物理量转换为电信号(例如电流信号或电压信号)的组件。物理量可以例如是单分流电阻器系统中的分流电阻器上的电流或电压。

信号处理电路和/或信号调理电路可以从一个或多个组件接收一个或多个信号，并且在其上执行信号调理或处理。如本文所使用的，信号调理指代以使得信号满足用于进一步处理的下一阶段的要求的方式来操纵信号。信号调理可以包括从模拟到数字的转换(例如，经由模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离以及使信号在调节之后适合于处理所需的任何其他过程。

因此，信号处理电路可以包括模数转换器(ADC)，该模数转换器将来自一个或多个传感器元件的模拟信号转换成数字信号。信号处理电路还可以包括对数字信号执行一些处理的数字信号处理器(DSP)。

现代设备在汽车消费和工业应用中的许多功能，诸如转换电能和驱动电动机或电机，都依赖于功率半导体器件。例如，仅举几例，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和二极管已被用于各种应用，包括但不限于电源和功率转换器中的开关。

功率半导体器件通常包括被配置为沿着设备的两个负载端子结构之间的负载电流路径传导负载电流的半导体结构。此外，可以借助于控制电极(有时被称为栅电极)来控制负载电流路径。例如，在从例如驱动器单元接收到对应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体器件设置为导通状态和截止状态之一。控制信号可以是具有受控值的电压信号或电流信号。

功率晶体管是可以被用来驱动负载电流的功率半导体器件。例如，通过激活和解激活IGBT的栅极端子来将IGBT“导通”或“截止”。跨栅极和发射极之间施加正输入电压信号将使器件保持在其“导通”状态，而使输入栅极信号为零或略微为负将使其变为“截止”。存在用于导通和截止功率晶体管的导通过程和截止过程。在导通过程期间，栅极驱动器集成电路(IC)可以被用来向功率晶体管的栅极提供(源source)栅极电流(即，导通电流)，以便将栅极充电至足够的电压以导通器件。相反，在截止过程期间，栅极驱动器IC被用来从功率晶体管的栅极汲取(宿sink)栅极电流(即截止电流)，以便对栅极充分放电以截止器件。根据脉冲宽度调制(PWM)方案，可以从栅极驱动器IC输出电流脉冲作为控制信号。因此，在用于控制功率晶体管的PWM周期期间，可以在导通电流电平和截止电流电平之间切换控制信号。这继而对栅极电压进行充电和放电以相应地导通和截止功率晶体管。

特别地，功率晶体管的栅极是电容性负载，并且在切换事件被发起时将导通电流(即，栅极源电流)和截止电流(即，栅极宿电流)指定为初始电流。在截止事件期间，在经过少量时间(相比于PWM周期少)之后，栅极电流减小，并且当栅极达到0V时栅极电流达到零值。在导通事件期间，在经过少量时间(相比于PWM周期少)之后，栅极电流减小，并且当栅极达到15V时栅极电流达到零值。

晶体管可以包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)(例如，硅MOSFET或碳化硅MOSFET)。尽管在下面的实施例中可以将IGBT用作示例，但是应当理解，可以用MOSFET代替IGBT，反之亦然。在这种上下文中，当用MOSFET代替IGBT时，在本文描述的任何示例中的IGBT的集电极可以用MOSFET的漏极来代替，IGBT的发射极可以用MOSFET的源极来代替，并且IGBT的集电极-发射极电压V_CE可以用MOSFET的漏极-源极电压V_DS来代替。因此，任何IGBT模块都可以用MOSFET模块代替，反之亦然。

本说明书中描述的特定实施例涉及但不限于可以在功率转换器或电源内使用的功率半导体器件。因此，在一个实施例中，功率半导体器件可以被配置为承载将被供应给负载的负载电流和/或，相应地由电源提供的负载电流。例如，半导体器件可以包括一个或多个功率半导体单元，诸如单片集成的二极管单元和/或单片集成的晶体管单元。这样的二极管单元和/或这样的晶体管单元可以被集成在功率半导体模块中。

在功率电子学领域中通常使用包括晶体管的功率半导体器件，该晶体管被适当地连接以形成半桥。例如，半桥可以被用于驱动电动马达或开关模式电源。

例如，多相逆变器被配置为通过供应多相负载(例如，三相电动机)来提供多相功率。例如，三相功率涉及三个对称的正弦波，它们彼此之间的相位差为120电角度。在对称的三相电源系统中，三个导体各自承载相对于公共参考具有相同频率和电压幅度的、但相位差为周期三分之一的交流电(AC)。由于相位差，任何一个导体上的电压在其他导体中的一个导体之后的三分之一个周期处以及在剩余那个导体之前的三分之一个周期处达到其峰值。这种相位延迟将恒定功率传递给平衡的线性负载。还可以在电动机中产生旋转磁场。

在馈送平衡且线性的负载的三相系统中，三个导体的瞬时电流之和为零。换言之，每个导体中的电流在大小上等于其他两个导体中的电流之和，但符号相反。任何相导体中的电流的返回路径都是其他两相导体。瞬时电流导致电流空间矢量。

三相逆变器包括三个逆变器分支(leg)，每个逆变器分支用于三相中的每相，并且每个逆变器分支彼此并联连接到直流(DC)电压源。每个逆变器分支包括一对晶体管，例如以半桥配置布置以用于将DC转换为AC的一对晶体管。换言之，每个逆变器分支包括串联连接的两个互补晶体管(即，高侧晶体管和低侧晶体管)，并且它们彼此互补地导通和截止以驱动相负载。然而，多相逆变器不限于三相，并且可以包括两相或多于三相，每相都具有逆变器分支。

图1A是图示出根据一个或多个实施例的、功率半导体器件的电动机控制致动器100的示意性框图。特别地，电动机控制致动器100包括功率逆变器1和逆变器控制单元2。逆变器控制单元2起到电动机控制单元的作用，并且因此也可以被称为电动机控制器或电动机控制IC。电动机控制单元可以是单片IC，或者可以被分为两个或多个IC上的微控制器和栅极驱动器。

电动机控制致动器100还耦合到三相电动机M，该三相电动机M包括三个相U、V和W。功率逆变器1是三相电压生成器，该三相电压生成器被配置为通过供应三相电压来提供三相功率以驱动电动机M。将进一步认识到，功率逆变器1和逆变器控制单元2可以被放置在同一电路板上，或者被放置在分开的电路板上。

幅度和相位二者中的偏差都可能导致电动机M中的功率和转矩损失。因此，电动机控制致动器100可以被配置为实时监视和控制供应给电动机M的电压的幅度和相位，以确保基于反馈控制回路来维持适当的电流平衡。开环电动机控制单元也存在并且可以被实现。

用于三相电动机M的功率逆变器1包括以互补对布置的六个晶体管模块3u+、3u-、3v+、3v-、3w+和3w-(统称为晶体管模块3)的开关阵列。每个互补对构成向三相电动机M供应相电压的一个逆变器分支。因此，每个逆变器分支均包括上(高侧)晶体管模块3和下(低侧)晶体管模块3。每个晶体管模块可以包括一个功率晶体管，并且还可以包括二极管(未图示)。因此，每个逆变器分支包括上晶体管和下晶体管。负载电流路径U、V和W从位于互补晶体管之间的每个逆变器分支的输出(即，每个半桥的输出)延伸，并且被配置为耦合到负载，诸如电动机M。功率逆变器1耦合到DC电源4(例如，电池或二极管桥式整流器)并且耦合到逆变器控制单元2。

在该示例中，逆变器控制单元2包括电动机控制电路和用于控制开关阵列的栅极驱动器电路。在一些示例中，逆变器控制单元2可以是单片的，其中电动机控制电路和栅极驱动器电路被集成到单个裸片上。在其他示例中，电动机控制电路和栅极驱动器电路可以被划分为分离的IC。“单片”栅极驱动器是单个硅芯片上的栅极驱动器，并且可以进一步利用特定的高压(HV)技术来制成。此外，栅极驱动器IC可以被集成在功率逆变器1上。

电动机控制器实时地执行电动机控制致动器100的电动机控制功能，并且将PWM控制信号传输给栅极驱动器。电动机控制功能可以包括控制永磁电动机或控制感应电动机，并且可以被配置为不需要转子位置感测的无传感器控制，例如利用霍尔传感器和/或编码器设备的基于传感器的控制的情况。备选地，电动机控制功能可以包括基于传感器的控制(例如，在较低的转子速度下使用)和无传感器控制(例如，在较高的转子速度下使用)的组合。

例如，逆变器控制单元2包括控制器和驱动器单元5，该控制器和驱动器单元5包括作为电动机控制器的微控制器单元(MCU)6，以及栅极驱动器7，栅极驱动器7用于生成驱动器信号以用于控制每个晶体管模块3的晶体管。因此，可以由控制器和驱动器单元5借助于控制晶体管3的控制电极(即，栅电极)来控制负载电流路径U、V和W。例如，当接收到来自微控制器的PWM控制信号时，栅极驱动器IC可以将对应的晶体管设置为处于导通状态(即接通状态)或截止状态(即断开状态)中的一种。

栅极驱动器IC可以被配置为从微控制器接收包括功率晶体管控制信号的指令，并且根据接收到的指令和控制信号来接通或断开相应的晶体管3。例如，在相应的晶体管3的导通过程期间，栅极驱动器IC可以被用来向相应的晶体管3的栅极提供(源出)栅极电流，以便对栅极充电。相反，在截止过程期间，栅极驱动器IC可以被用来从晶体管3的栅极汲取(吸取)栅极电流，以便使栅极放电。

逆变器控制单元2或控制器和驱动器单元5本身可以包括在实现PWM方案中使用的PWM控制器、ADC、DSP和/或时钟源(即，定时器或计数器)，该PWM方案用于控制每个晶体管的状态、并且最终地，控制在相应的负载电流路径U、V和W上提供的每个相电流。

特别地，控制器和驱动器单元5的微控制器6可以使用诸如场定向控制(FOC)算法的电动机控制算法，以为到诸如多相电动机的多相负载的每个相电流输出实时地提供电流控制。因此，场定向控制回路可以被称为电流控制回路。可以通过在FOC控制之上添加提供速度恒定控制的速度恒定控制回路来进一步控制电动机速度。因此，FOC(即，电流控制回路)可以被认为是内控制回路，而速度恒定控制回路可以被认为是外控制回路。另外，可以通过在速度恒定控制回路之上的功率恒定控制回路来进一步控制电动机功率，并且继而控制电动机速度。因此，至少相对于电流控制回路和速度恒定控制回路而言，功率恒定控制回路可以被认为是最外的控制回路。换言之，电流控制回路可以被视为内控制回路，速度恒定控制回路可以被视为中间控制回路，并且功率恒定控制回路可以被视为外控制回路。

在电动机控制期间(即，在电动机的运行时期间)，电流控制回路和速度恒定控制回路始终保持激活或启用。同样，功率恒定控制回路可以在电动机控制期间保持激活或启用。但是，也可以在电动机控制期间可切换地激活/解激活(启用/禁用)功率恒定控制回路。在当功率恒定控制回路被激活时的实例中，控制器和驱动器单元5被认为处于功率恒定控制模式中，即使速度恒定控制回路也被激活。在功率恒定控制回路被解激活时的情形中，控制器和驱动器单元5被认为处于速度恒定控制模式中。

在一些情况下，可以使用也在速度恒定控制回路之外的第四控制回路(例如，位置控制回路)来控制电动机位置。

例如，在FOC期间，应当测量电动机相电流，使得可以实时确定确切的转子位置。为了实现电动机相电流的确定，微控制器6可以采用使用单分流电流感测的算法(例如，空间矢量调制(SVM)，其也被称为空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM))。

此外，功率逆变器1的开关3(即晶体管)被控制，以使得在任何时候同一逆变器分支中的两个开关不会都导通，否则直流电源将被短路。可以通过根据电动机控制算法的、逆变器分支内的开关3的互补操作来满足该要求。

图1B是图示出根据一个或多个实施例的、利用单分流电流感测的功率逆变器1的示意图。特别地，功率逆变器1包括放置在功率逆变器1的负DC链路上的分流电阻器Rs。晶体管3_u+、3_u-、3_v+、3_v-、3_w+和3_w-被表示为开关，并且电动机M被示出为针对其每一个相都有一个绕组。此处，UO表示从桥中点U到电动机中性点O的线对中性电压；UN表示从桥中点U到负母线供应轨N的U桥电压；UV表示从U相到V相的线到线电压；VW表示从V相到W相的线到线电压；并且WV表示从W相到V相的线到线电压。

图1A中的微控制器6可以接收从分流电阻器Rs获取的电流的样本，然后使用算法(即软件)实时地重构三相电流。例如，SVPWM是基于矢量控制的算法，其需要三个电动机相电流的感测。通过使用单分流电阻器Rs，以精确的时间间隔对DC链路电流脉冲进行采样。分流电阻器Rs上的电压降可以由逆变器控制单元2内部的运算放大器来放大，并且例如上移1.65V。由此导致的电压可以由逆变器控制单元2内部的ADC来转换。基于开关的实际组合，使用SVPWM算法重构电动机M的三相电流。ADC可以在PWM周期的有效矢量期间测量DC链路电流。在每个扇区中都有两相电流测量可用。由于三个绕组电流的总和为零，因此可以计算出第三相电流值。

SVPWM本身是用于实时控制PWM的算法。它被用于AC波形的创建，并且可以被用来使用多个开关晶体管从DC电源以可变速度来驱动三相AC供电的电动机。尽管本文的示例是在三相电动机的上下文中描述的，但是示例不限于此，并且可以被应用于任何负载方案。

另外，将理解的是，除了单分流电阻器以外的其他实现可以被用于电流感测，以及其他电动机控制算法可以被用来控制负载，并且本文描述的实施例不限于此。

图2A是图示出根据一个或多个实施例的速度恒定控制特征的图。具体而言，该图图示出相对于入口开口度(％)的、针对气流(m³/h)、电动机速度(rpm/s)和电流(A)的任意值，其中0％对应于入口关闭或阻塞并且100％对应于入口完全打开或未阻塞。速度恒定控制将电动机速度保持在恒定值而与负载改变无关，负载可能会响应于进气口的改变而改变。

图2B是图示出根据一个或多个实施例的、功率恒定控制特征的图。具体而言，该图图示出相对于入口开口度(％)的、针对气流(m³/h)、电动机速度(rpm/s)、电流(A)和功率(W)的任意值，其中0％对应于入口关闭或阻塞，并且100％对应于入口完全打开或未阻塞。电动机功率也与逆变器1的输出功率相同。功率恒定控制将电动机功率保持在恒定值而与负载改变无关，负载可能会响应于进气口的改变而改变。

根据一个或多个实施例，在具有功率恒定功率控制的风扇的应用中，气流不会改变太多。当减少进气口时，与速度恒定控制相比，负载电流将改变较小量。此处，功率恒定控制器增加输出电流以便维持恒定功率，然后电子转矩将增加并且电动机速度也将增加。

所描述的实施例的功率恒定控制可以使目标功率作为逆变器的输入功率。因此，功率恒定控制器控制逆变器的输入功率，并且保护电池。此外，通过结合速度恒定控制和功率恒定控制，以本文所述的方式，当电动机启动时，速度恒定控制可以被用来实现电动机的快速启动，并且一旦电动机达到在选定的目标功率处的预定的“正常”速度，则控制模式就可以被电动机控制器切换到功率恒定控制。

图3A-1和图3A-2是根据一个或多个实施例的、电动机控制算法300的示意性框图。图3B是根据一个或多个实施例的、包括在电动机控制算法300中的并且被用来实现速度恒定控制模式和功率恒定控制模式的快速启动逻辑模块的示意性框图。图3C是根据一个或多个实施例的、包括在电动机控制算法300中的并且被用来在功率恒定控制模式下实现故障-安全状态的故障-安全逻辑模块的示意性框图。

特别地，图3A由两个部分图3A-1和图3A-2组成，这两个部分在相应的边界(A)处联接在一起，以形成完整的电动机控制算法300。电动机控制算法300可以被实现为编程到电动机控制器6中的固件或由固件和电路组件的组合来实现。电动机控制器6本身可以包括一个或多个控制器。

特别地，电动机控制算法300包括由图1A中所示的电动机控制器6实现的功率恒定控制回路11、速度恒定控制回路12(即无传感器FOC)、电流控制回路13和功率控制使能块14。因此，电动机控制器6包括功率控制器、速度控制器和电流控制器，其实现它们相应的控制回路。因此，功率恒定控制回路11可以与功率控制器11互换使用，速度恒定控制回路12可以与速度控制器12互换使用，电流控制回路13可以与电流控制器13互换使用，并且功率控制使能块14可以与功率恒定控制使能信号14s互换使用。功率控制使能块14本身是控制器设备，其被配置为将电动机控制器6切换为包括功率控制模式或速度控制模式的两种操作模式之一。

如本文所使用的，Vq和Vd分别表示在dq坐标系中的电动机的定子q轴电压和d轴电压。即，Vq是DQ坐标系的q轴上的电动机电压分量，并且Vd是DQ坐标系的d轴上的电动机电压分量。类似地，Iq和Id分别表示DQ坐标系中的电动机的定子q轴电流和d轴电流。即，Iq是DQ坐标系的q轴上的电动机电流分量，并且Id是DQ坐标系的d轴上的电动机电流分量。此外，每个比例积分(PI)控制器接收比例增益KP和积分增益KI。

PI输出＝KPΔ+KI∫Δdt， 等式1，

其中Δ是实际测量值(PV)与设定值(SP)的误差或偏差。

Δ＝SP–PV 等式2。

无传感器FOC软件支持驱动两种类型的永磁同步电动机(PMSM)，即，恒定气隙的表面安装磁电动机和具有可变磁阻的内部安装磁电动机。无传感器FOC算法结构在图3A中被图示出并且遵循级联控制结构，其具有外功率恒定控制回路、中间速度恒定控制回路和内电流控制回路，它们各自都在改变电动机绕组电压起作用，以驱动电动机达到目标功率或目标速度。如果功率控制使能信号14s的输出例如是逻辑高(即“1”)，则速度恒定控制回路的输入TargetSpeed(目标速度)经由开关63连接到功率恒定控制回路11的输出，功率恒定控制回路实现功率恒定控制。如果功率控制使能信号14s的输出为逻辑低(即“0”)，则速度恒定控制回路的输入TargetSpeed经由开关63连接到外部数字信号或模拟信号15s(通用异步接收器/发射器(UART)、可变速泵(VSP)、频率和占空比)。换言之，根据功率控制使能块14的控制，速度斜坡率SpdRampRate块21的输入经由开关63可切换地连接到两个备选路径中的一个路径。外部数字信号或模拟信号15s由外部信号生成器15生成，该外部信号生成器15被配置为基于涉及设置电动机的目标速度的一个或多个输入参数来生成外部数字信号或模拟信号15s。

速度控制器12计算跟随目标速度(TargetSpeed)所需的电动机转矩。TargetSpeed是一个变量，其设置电动机的目标速度。当功率控制使能信号14s为1时，目标速度(TargetSpeed)来自功率恒定控制回路11的输出。当功率控制使能信号14s为0时，目标速度(TargetSpeed)来自外部数字信号或模拟信号15s。目标速度是恒定值；根据速度斜坡率，目标速度被速度斜坡率SpdRampRate块21改变到倾斜的提升值SpdRef。误差生成器22从通量估计器和锁相环(PLL)单元43接收SpdRef信号和实际(测量)的电动机速度值MotorSpeed(即，估计的速度)，并且生成速度误差ErrSpeed，该速度误差ErrSpeed是SpdRef信号和实际(估计)的电动机速度之间的偏差。

PI补偿器23作用于误差ErrSpeed。积分项迫使速度稳态误差为零，而比例项则改进了高频响应。取决于电动机和负载特性来调整PI补偿器增益KP和KI，以满足目标动态性能。PI补偿器23的输出是转矩电流TrqRef，其能够维持电动机速度SpdRef。限制功能块24在PI补偿器23的输出上施加一个或多个限制功能。例如，限制功能块24对PI补偿器23的输出执行电动机限制功能MotorLim，以防止积分饱和(windup)并且将电动机电流维持在电动机最大电流内。限制功能块24对PI补偿器23的输出执行低速限制功能LowSpeedLim，以将电动机电流限制在低速。限制功能块24对PI补偿器23的输出执行再生电流限制功能RegenLim，以限制电动机的再生电流。

当电流控制器13的电流回路驱动电动机电流时，该电动机电流是生成该转矩电流TrqRef所需。内永磁(IPM)控制器31被配置为基于Ld和Lq之差将转矩电流TrqRef分离为IdRef和IqRef，以用于具有可变磁阻的内安装磁电动机。对于恒定气隙的表面安装磁(SMM)电动机，IqRef等于TrqRef，并且IdRef等于0。IqRef是在q轴上的电流命令(即，参考电流值)。换言之，IqRef是针对Iq电流分量的目标电流的值。类似地，IdRef是针对Id电流分量的目标电流的值(即，参考电流值)。IPM控制器31还接收场减弱电流IdFwk，其由块45基于FwkCurRatio来限制。由场减弱块44基于FwkVoltLvl(其指示场减弱水平)和Vdq(其是Vd和Vq的平方根)来计算通量减弱电流IdFwk，FwkVoltLvl设置场减弱水平。对于表面磁电动机(SMM)和内部永磁(IPM)二者，磁场减弱电流IdFwk被添加到IPM控制器31中的IdRef。

电流Iq回路PI补偿器34作用于IqRef和Iq之间的误差ErrIq，电流Iq回路PI补偿器34还被称为Iq控制器34。积分项迫使稳态误差为零，而比例项则改进了高频响应。取决于电动机和负载特性来调整PI补偿器增益KP和KI，以满足目标动态性能。限制功能块36在PI补偿器34的输出上施加一个或多个限制功能，以防止积分饱和并且基于VdqLim(对Vdq的限制)维持逆变器输出电压。

类似地，电流Id回路PI补偿器35作用于IdRef和Id之间的误差ErrId，电流Id回路PI补偿器35还被称为Id控制器35。取决于电动机和负载特性来调整PI补偿器增益KP和KI，以满足目标动态性能，但是它们通常与电流Iq回路PI 34相同。限制功能块37在PI补偿器35的输出上施加一个或多个限制功能，以防止积分饱和并且基于VdqLim维持逆变器输出电压。

正向矢量旋转单元38将正向矢量旋转施加到电流回路输出电压Vd和Vq，并且基于由通量估计器和PLL单元43计算出的转子角度，来将电流回路输出电压Vd和Vq变换成两相AC电压分量Vα和Vβ。空间矢量脉冲宽度调制器39接收两相AC电压分量Vα和Vβ，并且基于Vα和Vβ电压输入和SVPWM来生成逆变器切换信号(即，从电动机控制器6输出的六个路径的PWM控制信号)。然后，栅极驱动器7基于PWM控制信号导通/截止相应的功率晶体管3。

电流控制器13的电流回路计算逆变器电压，以驱动生成期望转矩所需的电动机电流。相电流重构电路40使用单分流重构来重构相电流Iu、Iv和Iw中的每一项，相电流Iu、Iv和Iw针对每个相应的相U、V和W。特别地，相电流重构电路40测量在PWM周期的有效矢量期间的、分流电阻器中的DC链路电流。在每个PWM周期中，存在两个不同的有效矢量，并且每个有效矢量中的DC链路电流表示一个电动机相上的电流。因为在平衡的条件下所有三个绕组电流的总和为零，所以可以计算第三相电流值。

场定向控制(FOC)在Clarke变换单元41处使用Clarke变换来对三相电流施加α-β变换，以导出α电流Iα和β电流Iβ。FOC还在矢量旋转单元42处使用矢量旋转(即，坐标(cordic)旋转)来将使用α和β电流Iα和Iβ的电动机绕组电流变换为两个准DC电流分量，即增强或减弱转子磁场的Id电流分量、以及生成电动机转矩的Iq电流分量。

两个误差生成器(例如减法器)32和33分别生成生误差值ErrIq和ErrId。特别地，误差生成器32从IPM控制块31接收参考电流值IqRef作为设定值(SP)、和从矢量旋转单元42接收Iq电流值作为实际测量值(PV)，并且生成误差值ErrIq。类似地，误差生成器33从IPM控制块31接收参考电流值IdRef(即，d轴上的参考电流值)作为设定值(SP)，和从矢量旋转单元42接收Id电流值作为实际测量值(PV)，并且生成误差值ErrId。

通常，由IPM控制块31根据电动机电感Ld、Lq的差异，将来自速度控制器的转矩参考电流分离为Iqref和Idref。正常地，对于SMM电动机，IdRef为零；或者对于IPM电动机，IdRef是与转矩电流TrqRef按比例缩放的负值。但是，高于某个速度(被称为基本速度)时，逆变器输出电压变得受到DC总线电压的限制。在这种情形下，磁场减弱控制器44生成负Id，加上从转矩参考电流分离的Id，以对抗减小回绕电动势(EMF)的转子磁场。这实现了在较高速度但较低转矩输出的操作。场减弱块44用于调整Id电流，以将电动机电压大小保持在总线电压限制之内。

转子磁体位置估计器包括通量估计器和PLL 43。通量估计器和通量PLL运行，以便检测转子位置并且测量正在运行的电动机的电动机速度。通量基于反馈电流(即使用α和β电流Iα和Iβ)、估计的电压Vα和Vβ(基于DC总线反馈电压和调制指数)以及电动机参数(电感和电阻)来计算。通量估计器的输出表示α-β(静止正交坐标系，u相与α对齐)两相量中的转子磁通量。

通量估计器和PLL 43的角度和频率锁相环(PLL)根据α-β分量中的转子磁通量矢量，来估计通量角(即，估计的转子角)和电动机速度。PLL的矢量旋转计算出转子通量角和估计的角度之间的误差。闭环路径中的PLL的PI补偿器和积分器迫使角度和频率估计跟踪转子通量的角度和频率。根据转子极数，从转子频率中导出电动机速度。

当驱动内部永磁(IPM)电动机时，转子凸极会生成磁阻转矩分量，以增大由转子磁体产生的转矩。当驱动表面磁电动机(SMM)时，凸极为零(Ld＝Lq)，并且为了最大效率Id被设置为零。在具有为负的凸极(Ld<Lq)的IPM电动机情况下，负的Id将产生正磁阻转矩。最高效的操作点是在针对给定电流大小将总转矩最大化时。表面磁电动机(SMM)和内部永磁(IPM)的最高效操作点由IPM控制块31计算。

应当理解，所示出的速度恒定控制器12和电流控制器13仅图示出了一种示例配置并且不限于此。例如，通常，速度恒定控制器12配置有速度控制回路，该速度控制回路基于目标速度TargetSpeed输出转矩电流TrqRef。另外，电流控制器13被配置为基于从速度恒定控制器12输出的转矩电流TrqRef，来计算用于驱动电动机的电压信息和电流信息。特别地，电流控制器13确定定子q轴电压Vq和d轴电压Vd，以及定子q轴电流Iq和d轴电流Id。电压和电流信息Vd、Vq、Iq和Id被提供给功率恒定控制器11，并且具体地被提供给功率恒定控制回路11的功率反馈估计器51。

功率反馈估计器51从电流控制回路13接收电压和电流信息Vd、Vq、Iq和Id，计算电动机M的反馈功率。具体地，块51的Vd、Vq、Id、Iq输入分别由块42、36和37供应。如上所指出，电动机功率也是逆变器1的输出功率。因此，由功率反馈估计器51计算出的反馈功率是电动机功率，还是图1A中所示出的逆变器1的输出功率。

通过下面的DQ坐标等式即等式3来计算反馈功率Pfb：

在这里，等式3基于由等式4所表示的、通过等幅变换的正常坐标公式的原理：

功率＝u_ai_a+u_bi_b+u_ci_c 等式4，

其中，u_a，u_b，u_c表示电动机输入三相电压的瞬时值，并且i_a，i_b，i_c表示电动机输入三相电流的瞬时值。

第一功率缩放器，即功率归一化块52，缩放反馈功率Pfb，以导出经缩放的(归一化的)反馈功率值Pscfb。因此，第一功率缩放器52对反馈功率Pfb进行归一化，并且功率缩放器，功率归一化块52的输出由以下等式5表示：

然后，将经缩放的(经归一化的)反馈功率值Pscfb提供给第二缩放器，即功率调整块53，功率调整块53基于调整参数将经缩放的反馈功率值Pscfb(即，输出功率)收敛(缩放)到输入功率Inputpower。然后将输入功率值Inputpower提供给误差生成器(例如，减法器)54。误差生成器54接收目标功率值(TargetPower)作为参考值、以及来自第二缩放器54的输入功率值Inputpower，并且由此生成功率误差值ErrPower。功率误差值ErrPower是目标功率与实际(估计)的输入功率之间的偏差或差异。换言之，如果目标功率和实际(估计)的输入功率Inputpower相等，则功率误差值ErrPower是零；如果目标功率和实际(估计)的输入功率Inputpower不相等，则功率误差值ErrPower不是零，并且因此代表两者之间的差异。

误差生成器54将功率误差值ErrPower提供给功率控制回路PI控制器55，并且PI控制器55基于功率误差值ErrPower来生成目标速度(TargetSpeed)。目标功率TargetPower来自外部信号生成器16，该外部信号生成器16被配置为生成提供目标功率TargetPower的外部数字信号或模拟信号16s(UART、VSP、频率和占空比)。外部信号生成器15和16可以是分离的设备，或者可以组合成单个设备。

由限制功能块56限制从功率控制回路PI控制器55输出的目标速度(TargetSpeed)。例如，当目标速度(TargetSpeed)超过阈值MaxSpeedLim(＝MaxSpeed)时，则目标速度将被限制为MaxSpeedLim(电动机的最大速度限制)，其中MaxSpeed是电动机的最大速度。

开关61被用于在功率恒定控制模式之前，使用速度恒定控制模式来实现快速启动操作。特别地，电动机控制器6将被设置在速度恒定控制模式下以便执行电动机的快速启动操作，然后在已经满足了一个或多个电动机启动条件之后，电动机控制器6将切换到功率恒定控制模式。这两种控制模式的时序和关系在图5中被进一步图示出。

在快速启动的第一步骤(即，速度恒定控制模式)中，如由快速启动逻辑模块58所监视的、电动机的电动机速度MotorSpeed小于5％*MaxSpeed。此外，从快速启动逻辑模块58输出的启动标志响应于电动机停止状态而已经被初始化为0(例如，图1A中的控制器6接收到电动机停止命令或者在通电之后没有接收到启动命令)。这意味着在控制器6进入到电动机运行状态之前，启动标志被设置为0，并且在控制器6进入到运行状态之后、同时电动机速度MotorSpeed小于5％*MaxSpeed，启动标志被保持为0。因此，快速启动逻辑模块58从块43接收测量的电动机速度MotorSpeed，将电动机速度MotorSpeed与模式阈值(例如，5％*MaxSpeed)相比较，并且基于比较结果来设置启动标志的值。该模式阈值表示两个控制模式的切换点，并且可以基于相应的应用而是可配置的。

从快速启动逻辑模块58输出的启动标志是针对开关61的控制信号，用以可切换地控制其开关状态。作为启动标志被设置为0的结果，速度控制器12的目标速度连接到信号生成块57(10％*MaxSpeed)，其将TargetSpeed信号路径的目标速度TargetSpeed设置为10％*MaxSpeed。将理解的是，信号生成块57所应用的MaxSpeed值的分数或百分比基于相应的应用而是可配置的。

TargetSpeed信号路径可以包括用于快速启动控制的控制模式开关61和/或可以包括用于故障-安全控制的故障-安全开关62。换言之，快速启动控制和故障-安全控制可以彼此独立地实现，或者如图所示可以组合地实现。如果故障-安全控制没有实现，则开关62、块59和块60可以被移除，并且开关61的输出将耦合到开关63。如果快速启动控制没有实现，则开关61、块57和块58可以被移除，并且当故障-安全标志＝0时开关62将耦合到块56。因此，TargetSpeed信号路径可以根据这些开关的开关状态而变化，以将TargetSpeed提供给块21。TargetSpeed信号路径还可以包括块57、58和59，其中的每个块都生成用于被提供给块21的目标速度TargetSpeed的值。

通常，只有在快速启动已经完成之后，才将运行故障-安全功能。在快速启动过程中，故障-安全功能未启用，那么故障-安全标志＝0，并且开关62连接到开关61。在快速启动过程之后，从块58输出的启动标志被设置为1，然后开关61连接到块56，并且启用故障安全功能。开关62将根据故障-安全状态而连接到开关61或块59。

在第一步骤中，当启动标志为0时，由快速启动逻辑模块58还设置初始化功率回路积分。然后，PI控制器55被初始化为目标功率的正常速度，正常速度是与电动机的目标功率相对应的电动机速度。这意味着要在如下的PI 55控制器表达式中，将KI∫Δdt初始化为目标功率的正常速度。

PI输出＝KPΔ+KI∫Δdt， 等式6，

在快速启动的第二步骤(即功率恒定控制模式)中，如快速启动逻辑模块58所监视的电动机速度等于或大于5％*MaxSpeed。作为满足此阈值的结果，从快速启动逻辑模块58输出的启动标志被设置为1。响应于启动标志被设置为1，速度控制器12的目标速度连接到块56，块56是功率控制回路的输出。结果，电动机控制器6的控制模式从速度恒定控制模式改变到功率恒定控制模式。

图3B是根据图3A的快速启动逻辑模块58的示意性框图。快速启动逻辑模块58包括阈值生成器58a、比较器58b和电动机状态检测器58c。阈值生成器58a设置比较器58b使用的模式阈值。电动机状态检测器58c检测电动机的状态，更具体地，检测电动机何时停止。当电动机停止时，电动机状态检测器58c将启动标志设置为0，这也会初始化PI控制器55。

因此，首先，启动标志被电动机状态检测器58c设置为0，使得当控制器6进入到运行状态时，启动标志已被初始化为0。结果，开关61连接到实现速度恒定控制的块57，并且功率回路PI 55的积分被初始化为在此过程中的目标功率的正常速度。例如，可以基于电动机最大速度MaxSpeed的预设分数或百分比来设置模式阈值。比较器58b接收来自阈值生成器58a的模式阈值、以及来自块43的测量的电动机速度MotorSpeed，并且执行比较。如果测量的电动机速度MotorSpeed等于或大于模式阈值，则比较器58b将启动标志设置为1。开关61的状态由快速启动逻辑模块58生成的启动标志来控制。

由功率控制器11利用的功率计算方法仅仅受到来源于定子q轴电流Iq和d轴电流Id的电流采样的准确度、以及从PI控制器34和35输出的定子q轴电压Vq和d轴电压Vd的准确度的影响。结果，该方法可以在包括通量减弱区在内的所有电动机速度范围内工作良好。但是，它在过调制条件下工作不佳。

注意，第二缩放器53执行输入功率调整，以从经缩放的反馈功率Pscfb(即经缩放的输出功率)导出测量的输入功率。如图3A中所示，为了控制逆变器1的输入功率用于电池保护，在反馈功率的信号路径上设置调整参数。根据以下程序来设置该调整参数。

首先，将第二缩放器53处的调整值设置为1，目标功率在从低功率到最大功率的多个值处变化，并且针对变化的的目标功率的每个值，将第二缩放器53输出的输入功率值记录在存储器中。

第二，基于记录的值来计算输入功率与目标功率之间的比率。所确定的比率被设置为用于第二缩放器53的调整参数(即，缩放器值)。因此，调整参数被设置为使得来自第一缩放器52的经缩放的输出功率收敛到输入功率。换言之，经缩放的输出功率被转换为估计的输入功率Inputpower。

在上述步骤之后，可以使用误差生成器54和PI控制器55来将逆变器的输入功率匹配到目标功率。PI控制器45的输出是由功率控制器11提供的目标速度(TargetSpeed)。

现在使用电动机控制算法300来描述快速启动功能。

在一些目标功率点处测试正常电动机速度(rpm/s)。这些目标功率点从小到大以相等的间隔设置。例如，目标功率点可以是从0％到100％中以10％的增量设置的百分比，其中100％代表电动机的最大目标功率。然后，执行曲线拟合，以便为目标功率和正常电动机速度构建曲线。图4图示出了拟合曲线(即，正常速度拟合曲线)，其中正常电动机速度被拟合到目标功率。

拟合曲线的等式在下面的等式7中阐述：

正常速度＝A*目标功率^2+B*目标功率+C 等式7

(NormalSpeed＝A*TargetPower^2+B*TargetPower+C)

其中A、B和C是用于拟合曲线的拟合参数。

图5是图示出与常规功率恒定启动流程相比的、根据一个或多个实施例的电动机快速启动流程的图。根据使用电动机控制算法300实现的启动流程，电动机M首先利用速度恒定控制启动。即，电动机控制器6在启动时(即，接通电动机的电源开关时)初始地被设置为速度恒定控制模式。由信号生成器57将目标速度TargetSpeed设置为最大速度MaxSpeed的10％。当由通量估计器和PLL单元43确定的电动机速度MotorSpeed达到最大速度MaxSpeed的预定百分比时，快速启动逻辑模块设置启动标志＝1，然后开关61通过耦合到块56来进行响应，以实现从速度恒定控制到功率恒定控制的变换。预定百分比被设置为大于零，但小于快速启动第一步骤中的、快速启动目标速度TargetSpeed(例如，最大速度MaxSpeed的10％)的百分比或量。在该示例中，预定百分比被设置为5％，但不限于此。

该预定百分比对应于电动机速度的切换阈值或切换点，在切换阈值或切换点，电动机控制器6的操作模式从速度恒定控制模式切换到功率恒定控制模式。因此，当本示例中的电动机速度达到最大速度的5％时，控制模式切换到功率恒定控制模式。在启动之后，控制模式将保持在功率恒定控制模式，或者在启动周期之后的电动机运行时期间，可以禁用控制模式以满足其他系统要求。启动周期限定为从零电动机速度增加到与目标功率相对应的正常速度。

在快速启动过程的第一步骤中，使用图4中所图示的拟合曲线将功率控制器55的积分初始化为在此刻的正常速度NormalSpeed。在这里，正常速度对应于目标功率TargetPower。图5示出了与常规功率恒定启动流程相比的、根据一个或多个实施例的电动机快速启动流程的图，与目标功率_A相对应的正常速度是正常速度_A。

在功率控制回路被初始化为正常速度NormalSpeed的同时，速度控制模式的目标速度TargetSpeed将维持正常速度。这是因为功率控制器55的频率宽度小于速度控制器23的频率宽度，并且功率控制器55的积分受到速度控制器23的影响。因此，可以利用这些特征来实现电动机的快速启动。

鉴于以上内容，功率恒定控制被配置为将功耗维持在恒定水平，其例如可以维持风扇应用中的气流，并且可以使用电流Iq和Id以及电压Vd和Vq作为其反馈输入来实现。另外，由功率控制回路11(例如，缩放器52和53)将逆变器1的测量的输出功率调整(即，转换)为逆变器1的输入功率，而这提供了电池供电保护。此外，在电动机启动期间，在切换至功率恒定控制模式之前，可以首先使用速度恒定控制模式以实现更快的启动。在风扇的入口被阻塞时通过检查电动机速度，可以查看电动机控制器6处于哪种模式。当电动机速度改变并且风扇的入口被阻塞时，电动机控制器6处于功率恒定控制中。当电动机速度不变并且风扇的入口被阻塞时，电动机控制器6处于速度恒定控制模式。

返回图3A，功率控制器11还可以包括由故障-安全逻辑模块60控制的故障-安全开关62。开关62被用于在电动机控制器6处于功率恒定控制模式的同时实现故障-安全功能。故障-安全逻辑模块60被配置为从块43接收测量的电动机速度MotorSpeed，并且在其上执行比较。

故障-安全标志的初始化值为0，因此，如果在电动机正运行在功率恒定控制模式时，且测量的电动机速度MotorSpeed小于故障速度阈值VacFaultSpeed，那么故障-安全逻辑模块60将故障-安全标志维持为0，并且因此控制故障-安全开关62连接到开关61，开关61在功率恒定控制模式下连接到块56。结果，电动机控制器6继续操作在功率恒定控制模式。

如果当电动机操作在功率恒定控制模式中时、且测量的电动机速度MotorSpeed等于或大于故障速度阈值VacFaultSpeed，那么故障-安全逻辑模块60将故障-安全标志设置为1，并且因此控制故障-安全开关62连接到信号生成块59。信号生成块59将目标速度TargetSpeed设置为最小功率速度MinPowerSpeed。结果，提供给块21的目标速度将被设置为MinPowerSpeed值，并且电动机控制器6的控制模式根据进入到故障-安全状态中而切换到速度恒定控制模式。即，通过将开关61耦合到信号生成器59，电动机控制器6从功率恒定控制模式切换出，并且切换到速度恒定控制模式中。

故障-安全逻辑模块60、以及因此电动机控制器6，保持在故障-安全状态，直到满足某些条件为止。例如，检测到安全操作条件，响应于此，故障-安全逻辑模块60通过将故障-安全标志设置为0来将开关62重新连接到开关61。备选地，不安全条件继续存在，然后故障-安全逻辑模块60关闭电动机。

在故障-安全状态下，故障-安全逻辑模块60继续监视测量的电动机速度MotorSpeed，并且基于对测量的电动机速度MotorSpeed的评估，将故障-安全开关62可切换地耦合到开关61(被设置在其功率恒定控制模式中的耦合到块56的位置，并且代表故障-安全功率恒定控制模式)或者耦合到信号生成器59(代表故障-安全速度恒定控制模式)。故障速度阈值VacFaultSpeed可以被设置为例如1.08*NormalSpeed。最小功率速度MinPowerSpeed可以被设置为例如0.7*NormalSpeed。但是，这些阈值基于应用是可配置的。

在故障-安全状态下，当故障-安全开关62耦合到信号生成器59(即，故障-安全标志＝1)时，测量的电动机速度MotorSpeed应当降低。如果测量的电动机速度MotorSpeed达到(即，降低到)最小功率速度阈值MinPowerSpeed，则故障-安全逻辑模块60将故障-安全标志设置为0，并且将故障-安全开关62连接到块56，块56是功率控制回路的输出。结果，电动机控制器6的模式从故障-安全速度恒定控制模式改变为故障-安全功率恒定控制模式。

该过程可以重复一次或多次。例如，当仍处于故障-安全状态的同时，测量的电动机速度MotorSpeed可再次开始朝着故障速度阈值VacFaultSpeed增大。如果测量的电动机速度MotorSpeed达到或超过故障速度阈值VacFaultSpeed，则故障-安全逻辑模块60通过将故障-安全标志设置为1而进入到故障-安全速度恒定控制模式中，这使得故障-安全开关62连接到信号生成器59。

图3C是根据图3A的故障-安全逻辑模块60的示意性框图。故障-安全逻辑模块60包括第一阈值生成器60a、第二阈值生成器60b、第一比较器60c以及第二比较器60d。第一阈值生成器60a设置由第一比较器60c使用的故障速度阈值VacFaultSpeed。例如，故障速度阈值VacFaultSpeed可以被设置为大于电动机正常速度，并且可以是基于电动机正常速度的预设分数或百分比。

第二阈值生成器60b设置由第二比较器60d使用的最小功率速度阈值MinPowerSpeed。最小功率速度阈值MinPowerSpeed例如可以被设置为小于电动机正常速度，并且可以是基于电动机正常速度的预设分数或百分比。

比较器60c和60d二者接收它们相应的阈值，以及均接收来自块43测量的电动机速度MotorSpeed，并且均执行相应的比较。如果测量的电动机速度MotorSpeed等于或大于故障速度阈值VacFaultSpeed，则比较器60c将故障-安全标志设置为1，使得电动机控制器6进入故障-安全速度恒定控制模式中，并且使得故障-安全开关62被耦合到信号生成器59。

如果测量的电动机速度MotorSpeed等于或小于最小功率速度阈值MinPowerSpeed，则比较器60d将故障-安全标志设置为0，使得电动机控制器6进入故障-安全功率恒定控制模式，并且使得故障-安全开关62被耦合到块56。

如下面将更详细描述的，在处于功率恒定控制模式中时，故障-安全状态使得真空吸尘器或其他抽吸设备能够在电动机的运行时期间自动地(即，无需用户干预)移除入口阻塞。

图6是图示出根据一个或多个实施例的、根据电动机控制器6的故障-安全状态的逆变器1的电动机速度和输入功率的图。如上所指出，在处于功率恒定控制模式(即，开关61耦合到块56)时，电动机控制器6可以在故障-安全速度恒定控制模式(即，开关62耦合到块59)与故障-安全功率恒定控制模式(即，开关62耦合到块56)之间反复切换。如上文所描述的，故障-安全逻辑模块60监视测量的电动机速度MotorSpeed，并且相应地控制开关62。

当处于功率恒定控制模式的同时，根据目标功率TargetPower，由功率控制回路11将电动机速度保持在正常速度NormalSpeed。在入口阻塞的事件中，电动机速度将自动地增加。如果电动机速度增加到故障速度阈值VacFaultSpeed，则故障-安全逻辑模块60将进入故障-安全状态，并且将开关62耦合到信号生成器59以降低电动机速度，这有助于防止温度升高。如果电动机速度降低到最小功率速度阈值MinPowerSpeed，则故障-安全逻辑模块60将把开关62耦合回到限制功能块56，以允许根据由PI控制器55和限制功能块56输出的目标速度TargetSpeed而增加电动机速度。如果仍然存在入口阻塞，则电动机速度将再次自动增加回到故障速度阈值VacFaultSpeed，从而使得过程重复。如果入口阻塞被清除(即，移除)，则电动机速度将可能不会增加回到故障速度阈值VacFaultSpeed，并且故障-安全逻辑模块60可以决定退出故障-安全状态，以及恢复在功率恒定控制模式下的正常操作。如果处于故障-安全状态的同时，电动机速度以连续次数的阈值数目(例如5次)达到故障速度阈值VacFaultSpeed，则故障-安全逻辑模块60可以停止电动机功能并且停止电动机。

在故障-安全速度恒定控制模式和故障-安全功率恒定控制模式之间切换使得电动机速度快速变化。从图7中的逆变器1的输入功率可以看出，在该过程中的抽真空的力急剧变化。气流的变化(即，吸力)被施加到阻塞入口的碎屑上，目的是通过作为变化的力的结果的真空，使得碎屑被释放或吸入。如果无法通过此过程来移除阻塞，则在多个间隔之后停止电动机，以便可以手动移除阻塞，并且用以防止对电动机和/或电路板的损坏。

图7是根据一个或多个实施例的、由故障-安全逻辑模块60实现的故障-安全逻辑流程的流程图。故障-安全逻辑流程700包括正常运行状态701、阻塞和增速状态702、阻塞和降速状态703、以及停止状态704，所有这些状态均操作在电动机控制器6的主功率恒定控制模式，在主功率恒定控制模式期间，开关61耦合到限制功能块56。

在开关61耦合到限制功能块56、且开关62耦合到开关61的情况下，电动机控制器6操作在正常运行状态701中，直到入口被阻塞为止。当入口被阻塞时，正常运行状态701切换到阻塞和增速状态702。响应于测量的电动机速度从正常速度增加，由故障保护逻辑模块60检测到被阻塞的入口。例如，故障-安全逻辑模块60可以将测量的电动机速度与预定阈值(例如1.01*NormalSpeed)相比较，以用于检测被阻塞的入口。

如果电动机经由故障-安全逻辑模块60处于阻塞和增速状态702达到预定时间间隔(例如，六秒)、并且电动机速度未达到VacFaultSpeed，那么故障-安全逻辑模块60返回到正常运行状态701。这可能指示入口阻塞是部分或暂时的，并且对电动机或电路板无危险。在阻塞和增速状态702中，控制模式仍是主功率恒定控制，并且目标速度等于PI控制器55和限制功能块56的输出。故障-安全状态尚未被触发。

相反，如果在阻塞和增速状态702中电动机速度达到VacfaultSpeed，则故障-安全逻辑模块60将切换到阻塞和降速状态703，并且VacFault计数值递增1。通过进入阻塞和降速状态703，故障-安全逻辑模块60已经触发故障-安全状态。在这里，目标速度被设置为MinPowerSpeed，而故障-安全速度恒定控制模式被实现为子状态。当电动机速度降低到MinPowerSpeed时，故障-安全逻辑模块60再次切换到阻塞和增速状态702，并恢复到功率恒定控制模式。

重复阻塞和增速状态702，并且可以通过满足切换到正常运行状态701的标准而退出故障-安全状态，或者可以通过在满足标准之后切换到阻塞和降速状态703而保持处于故障-安全状态。在后一种情况下，重复阻塞和降速状态703。

每次故障-安全逻辑模块60切换到阻塞和降速状态703时，存储在故障-安全逻辑模块60的计数器中的VacFault(故障计数)计数值递增1，并且与计数阈值(例如，故障值＝5)相比较。如果VacFault计数值等于计数阈值，则故障-安全逻辑模块60切换到停止状态704，并通过设置VacFaultFlag(故障计数标志)＝1来使电动机停止。在VacFault计数值小于计数阈值的条件下，故障-安全逻辑模块60通过将电动机速度与MinPowerSpeed相比较来监视电动机速度，并且在电动机速度等于或小于MinPowerSpeed的条件下触发增速状态702，从而使得电动机速度增加。

故障-安全逻辑模块60导致以下优点。故障-安全状态延长了永磁同步电动机的寿命，防止烧坏。利用无传感器场定向控制(FOC)，实现故障-安全状态的成本较低。当入口未被完全阻塞时，功率恒定控制可以维持气流。反复快速地降低和增加电动机速度能够自动地清除碎屑。

尽管已经描述了各种实施例，但是对于本领域普通技术人员将显而易见的是，在本公开的范围内，更多的实施例和实现是可能的。因此，本发明不受除了根据所附权利要求及其等同物之外的限制。关于由上文描述的组件或结构(配件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用来描述这样的组件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所描述的组件的指定功能(即，在功能上等效)的任何组件或结构，即使其在结构上不等同于执行本文所说明的、本发明的示例性实现中的功能的所公开的结构。

此外，以下权利要求据此被合并到详细描述中，其中每个权利要求可以单独作为独立的示例实施例。尽管每个权利要求可以单独作为独立的示例实施例，但是要注意的是——尽管从属权利要求在权利要求中可以指代与一个或多个其他权利要求的特定组合——但是其他示例实施例也可以包括从属权利要求与每个其他从属或独立权利要求的主题的组合。除非陈述特定的组合不是预期的，否则本文提出了这种组合。此外，意图将权利要求的特征还包括到任何其他独立权利要求中，即使该权利要求没有直接从属于该独立权利要求也是如此。

还要注意，说明书或权利要求书中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的相应动作中的每个动作的装置的设备来实现。

此外，应理解，说明书或权利要求书中公开的多个动作或功能的公开可以不被解读为在特定顺序内。因此，多个动作或功能的公开将不会把它们限制于特定的顺序，除非由于技术原因这些动作或功能不可互换。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以被分成多个子动作。除非被明确排除，否则此类子动作可以被包括并且是在该单个动作的公开的一部分。

取决于某些实现要求，本文提供的实施例可以以硬件或以软件来实现。可以使用具有存储在其上的电子可读性控制信号的数字存储介质(例如软盘、DVD、蓝光、CD、RAM、ROM、PROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器)来执行实现，该数字存储介质与可编程计算机系统协作(或能够与其协作)，从而执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

指令可以由一个或多个处理器来执行，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或分立逻辑电路。因此，如本文中所使用的，术语“处理器”是指适合于实现本文中描述的技术的任何前述结构或任何其他结构。另外，在一些方面，可以在专用硬件和/或软件模块内提供本文描述的功能性。同样，可以在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现该技术。

因此，可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任意组合来实现本公开中描述的技术。例如，所描述的技术的各个方面可以实现在一个或多个处理器内，其包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、或任何其他等效的集成或离散逻辑电路以及这些组件的任何组合。

包括硬件的控制单元还可以执行本公开中描述的一种或多种技术。这样的硬件、软件和固件可以在同一设备内或在分开的设备内实现，以支持本公开中描述的各种技术。可以将软件存储在非暂时性计算机可读介质上，使得该非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的程序代码或程序算法，所述程序代码或程序算法在被执行时使得计算机程序执行方法的步骤。

尽管已经公开了各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改，其将实现本文所公开的构思的一些优点。对于本领域技术人员显而易见的是，可以适当地替换执行相同功能的其他组件。应当理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构或逻辑上的改变。应该提到的是，参考特定附图所解释的特征可以与其他附图的特征进行组合，即使是未明确提及的那些附图中的特征。对总的发明构思的这种修改旨在由所附权利要求书及其合法等效物所覆盖。