摘要：系统地分析了电机控制器过电流故障产生的原因，建立了基于TMs320T．F2407A的电控平台，搭建了电流的检测、采样、硬件过流保护电路和软件过流保护策略．从而有效地解决了电机控制器过电流故障的保护问题，并且提出了减少过流故障的几点建议．关键词：电动汽车；电机控制器；过电流保护

O引  言

随着能源危机的日益加剧和环境压力的增加，电动汽车代替传统的燃汕汽车已经成为一个必然的趋势。电驱动系统是电动汽车的心脏，足提高电动汽车的驱动性能、行驶里程及可靠性的根本保证，电机控制器是电驱动系统的关键部件，在复杂极限路况下使电机控制器内部的电流、电压值可能达到所设定的值，内部的元器件承受能力有限，尤其是对功率模块的损害巨大，需要对其采取柏应的措施。其巾过电流故障是电动车电机控制器的常见故障，主要是突变性和峰值性的电流值，该故障的保护在电机控制器中极其重要。

    目前电机控制器过电流保护一般可通过延长加速时间和减速时间，减少负载突变，加强绝缘水平，外加能耗制动元件、EMc滤波器”。下面从电机控制器产生过电流的原因、电流值的信号检测、采样、硬件保护电路和软件保护策略角度对该电机控制器进行过电流分析和保护。

1电机控制器过电流故障产生原因

过电流故障是电动车电机控制器的常见故障，主要是突变性和峰值性的电流值，一般表现为：

    (1)电动汽车电机控制器输出端三相线出现短路，导致过电流；(2)电动车出现冲击负载或者电动车爬坡出现驱动电机堵转时，导致驱动电机的两相长时间接通，相线电感饱和，导致过电流；(3)电动车急加速(急刹车)时，车子本身负载惯性较大，升速(降速)时间设定太短，电机控制器的工作频率上升太快，同步电机的转速迅速上升(下降)，同步电机原来处于转子产牛的磁场与定子产生的旋转磁场同步，当出现急加速(急刹车)时，电机的转子转速因惯性较大，转子速度仍处于高速旋转，转子产生的磁场与定子的旋转磁场出现转差过大，导致绕组切割磁感线太快，产生过大的感应电动势，导致产生过电流；(4)电机控制器电源侧缺相、输出侧断线、电动机内部故障引起过电流故障；(5)驱动电机受电磁干扰的影响，漏电流变大，产牛轴电流、轴电压，引起电机控制器过电流；(6)电机控制器的控制电路遭到电磁干扰，导致控制信号错误，速度反馈信号丢失或非正常时，也会引起过电流；(7)电机控制器的容量选择与负载特性不匹配，引起电机控制器功能和工作异常，造成过电流；(8)电机控制器参数设定不正确和硬件电路出问题，也导致过电流；(9)短时间内IGBT电流值变化过大也会导致过电流；如瞬时断电，电流产生尖峰，导致IGBT过电流；电机控制器复位后再起动造成过电流。

    电机控制器过电流主要是加减速时间太短、负载发生突变、电压过低或过高、断相、短路、漏电流、电磁干扰及电机控制器内部元件故障等引起。

2电机控制器的保护方法

电动汽车电机控制器过电流故障是常见故障，故障的保护显得非常重要，对车用电机控制器的过电流保护主要从硬件处理和软件处理进行。

    硬件处理主要包括对传感器的选择，如：灵敏度和精确度；对DsP处理器能力的选择；电流信号的检测和处理，主要是包括滤波、判断和保护。软件处理主要是基于得到过流信号后通过程序的比较分析进行的保护。下面从多个角度分别介绍过流保护的措施。

2.l硬件检测及保护硬件

电路的保护实现反应速度较快，在电流信号的检测、采集和电机控制器功率模块保护几个环节中起到很重要的作用。

    电机控制器的电流检测通过电流传感器检测母线电流和相线电流。电机控制器主电路如图I所示。图中显示为检测的线电流、相线电流IA和lC。

    如图2所示，以A相线检测为例，通过电流传感器检测到的电压信号通过Rc滤波电路和电压跟随电路，得到电流比较信号一路信号经过差分电路得到DsP芯片可接受的O～3 3 V的信号IADSP，通过A／D转换后得到实际的电流值，通过软件程序进行判断是否过流。另一路信号通过与基准电路的比较，进行判断是否过流，若过流，得到过流信号Iover，然后Iover信号进入过流锁存电路，出现故障后就进行停机保护，防止故障信号复位导致在有故障的条件下运行车辆；PDPINTA为功率驱动保护中断输入引脚，在确定出现故障后，该中断有效，将PwM输出引脚(EVA)置为高阻态，通过DsP关断六路驱动信号；同时确定出现故障后直接把驱动信号的与门电路进行置低电平，通过硬件电路直接关断驱动信号，确保车辆的安全。

    电流传感器的检测及数据的处理十分重要，不同的厂家或型号的传感器电气特性不同。如何通过检测电路把传感器的信号高精度地凋理成DsP处理器可以接受的电压信号，是需要进行严格的理论计算和电路仿真的。如图3所示。

    电流在永磁同步电机运行每一相位内将发生波动，引起扭矩的周期性波动，而电流出现的峰值也容易引起过流现象一，在电机控制器巾采用了电流闭环控制，有效解决了上述问题。

    短路过流故障对于IGBT器件来说是致命的，短路发生时强大的电流流过IGBT，若不及时采取保护，将会直接导致器件损毁。1ED020112 FA驱动芯片采用了特有的无芯变压器隔离技术，能够驱动耐压600 v／1 200 v的IGBT或IGBT模块，该驱动器提供r过流保护功能，通过检测V电压来实现IGBT短路保护。

    lED020112 FA的短路保护包括两部分：一部分是刈lcBT集电极端进行退饱和检洲以判断是否有短路过流故障；另一部分是在关断IGBT过程中对栅极进行短路箝位。短路过流故障识别，主要是通过检测lGBT集电极端的饱和电压米实现的。TG—BT正常工作时，集电极饱和压降很低；但当短路过流故障产生时，Uce会明显增至高于正常导通时的饱和压降水平，一般为7 V以上，产生退饱和现象。

    在退饱和检测时，当Udesat高于门限值9 V时，即表明IGBT出现了短路或者过流，此时芯片输出故障信号，同时OuT输出低电平来及时关闭IGBT，同时在延时2μs后上传故障信号。因为IGBT导通时V电压下降有一定的延迟，通常退饱和检测要没定．定的保护盲区，以防止退饱和误判断。。

2.2软件策略及保护

软件上实现了对数据的处理和分析，对各工况下的故障信号做出相应的处理。故障安全保护在电机控制器中采用分等级处理，对不同的故障信号采用不同级别的措施，这样更有效地保护电机控制器：

    在电机控制器保护后，需要确保车辆的安全，当关断器件后需要产生一个毫秒级的关断时间，使TcBT在电流下降到安全水平后再次开通，在保护器件的同时，也不影响电动汽车退出过流状态后的正常行驶。

    下面对儿种过电流在软件进行保护处理：

    (1)电机控制器工作中凶过载出现过电流故章，根据驱动电机和负载能力的大小确定电流限制当电流值超过了值时就采用降低电机控制器工作频率fx的方法处理(降功率处理)，当电流值小于。

    的值时再恢复到额定值。图8为降功率保护策略。电动车出现堵转时，也会出现过电流，此时可通过该方法进行处理。

    (2)对电动车急加速或急刹车的条件下，可采用延长急加速和急减速的时间来降低电流值。当超过所设置的过电流值时就保持电机控制器工作频率fx不变，等到电流值小于时，再增加电机控制器的T作频率fx保证电机控制器的安全。图9为延长时间保护策略。

3结语

通过对电动车用电机控制器的过电流保护分析，可见电机控制器的过电流出现的原冈很多，必须从数据的检测、采集和数据处理，再到硬件电路和软件控制策略等方面分别进行保护，才能达到预期的目的。

    电动汽车用电机控制器的过电流保护非常重要，故障保护从电机控制器的没计之初到最终的产品，整个设计、研发、采购、加工、调试都需要注意，系统地考虑故障问题。