容错高功率电机控制：ST解决方案的算法和架构.pdf

1、容错电机控制ST解决方案的算法和架构Gianluigi Forte议程1容错系统介绍2STEVAL-FTD01KCB容错六相电机驱动3故障隔离4故障检测5故障补偿6结论问答2容错系统介绍容错电机控制系统4定义：即使在故障期间也能提供连续服务的系统 MC系统中的服务连续性是指电机产生所需扭矩的能力。无降额：即使在故障条件下，电机也能产生相同的扭矩（速度）。降额：电机在故障状态下产生降低的扭矩（速度）。它必须能被应用所接受。电机控制系统由电机、逆变器和算法组成。电机控制系统的故障条件5可能导致系统无法工作的原因电机故障（断相、短路、连接缺失等）传感器故障（传感器损坏、连接缺失等）逆变器故障（功率晶

2、体管短路、栅极驱动器故障、电源问题等）问题6 在三相系统中，当一个相位因故障而无法使用时，另外两个相位的电流将会发生变化。=在这种情况下，无论施加在电机上的电压是多少，都无法产生旋转的定子磁场。=0产生通量的方向解决方案=0=0增加系统冗余：完全冗余，复制三相系统（双3相）。多相(3)，当一相不再可用时，剩余的相用于产生旋转场和扭矩。双3相多相6相与3相（带并联设备）两种情况下都使用双组件失去1台设备，故障支路无法使用：剩余8/12个合适的设备，但只有2个相位设备通常并联使用以获得高功率例如3支路的设备总数，Ndev=12UVVW设备数量相同，但方式巧妙！6支路的设备总数，Ndev=12 UV

3、W失去1台设备，故障支路无法使用：剩余10/12个合适的设备，但有5个相位当前无法控制！（服务中断）电流控制具备可能性（服务连续性）XYZSTEVAL-FTD01KCB容错六相电机驱动主要产品关键特性定制web版本：适用于工业应用的容错六相电机驱动器10具有6相输出的逆变器250-400 V直流链路，功率高达1.5 kW高达14 Arms的电机相电流符合FOC标准能够承受多达3次并发故障模块化和可扩展与感应电机(IM)、永磁同步电机(PMSM)、同步磁阻电机(SynRM)兼容MC连接器v2.0STM32G473QB：Arm Cortex-M4 MCU 170 MHz，具有128 KB Flas

4、h存储器STGB20M65DF2：TGFS IGBT M系列，650 V 20 A低损耗STGAP2D：电隔离4 A半桥栅极驱动器2024STEVAL-FTD01KCB 主板（1个）：是所有其他板的集合，包含继电器、保险丝以及电流电压检测。控制板（1个）：包含STM32G4微控制器。支路板（6个）：包含栅极驱动器、功率晶体管器件和散热器。在发生破坏性故障后易于更换。模块化方法11散热器电源设备主板支路模块系统框图 启用/禁用门驱动功能 嵌入式模拟OPAMP/COMP的专用输入，用于电流检测/保护 BEMF感测（如六步）单独的BRK/BRK2输入 允许同一驱动器使用多个位置和速度传感器 支持解算

5、器传感器 支持交错式PFC 支持Sigma/Delta调制器 支持数字编码器MC连接器v290 mm10 mm18 mm故障隔离短路故障15通常，功率晶体管的故障模式是漏极和源极之间短路。如果一个功率晶体管发生故障，例如Q2，那么互补晶体管Q1很快也会因短路而发生故障。这会使整个支路处于永久短路状态。Q1Q2CDCVDCVDC分割16为了隔离故障支路，我们增加了一个专用的快速熔断器。正确选择直流电容器CDC和保险丝对于保证保险丝熔断和尽量减少短路引起的VDC压降非常重要*。当保险丝熔断时，直流总线将被隔离。Q1Q2CDCVDCFuse protection*本文进行了详细的研究：容错电压馈电P

6、WM电机驱动器故障隔离系统的性能分析电机相位分割在正常运行期间，一个“常闭”继电器会将连接支路输出与电机相位。保险丝熔断后，继电器被迫断开，将电机相位与故障支路断开。如此一来，逆变器便能继续使用剩余的支路运行。故障检测故障检测该解决方案管理的故障是支路短路和断相。Q1Q2VDC支路短路Q1Q2VDC断相可靠的故障检测对于执行断开继电器和管理故障补偿等操作至关重要支路短路故障检测*专利已申请：脉宽调制变换器故障检测方法及装置20+VDCGNDOUTgategateHigh Side PWM logical gate signalHigh side deviceLow side deviceLow