[发明专利]电机驱动器

说明书

本发明涉及一种包括整流桥(12)的电机驱动器(10)，整流桥(12)连接到DC链路(16)，DC链路(16)连接到具有相输出的逆变桥，相输出被配置为连接到电梯电机，以及控制逆变桥的半导体开关(30a‑30f)的驱动控制器(42)，逆变桥具有连接到DC链路(16)的正极的、上侧的上半导体开关(30a‑30c)以及连接到DC链路(16)的负极的、下侧的下半导体开关(30d‑30f)，上半导体开关(30a‑30f)是没有去饱和和/或过电流保护(46a‑c、42)的半导体开关(30a‑30f)，而下半导体开关(30a‑30c)包括去饱和和/或过电流保护(46a‑c、42)，或反之亦然，驱动控制器(42)包括接地故障控制电路，其被配置为建立接地故障测试，其中包括去饱和和/或过电流保护(46a‑c、42)的每个单独的半导体开关(30a‑30f)在测试时间周期内一次仅切换一个，其中接地故障控制电路被配置为仅在接地故障测试未导致半导体开关(30d‑30f)之一的去饱和和/或过电流保护(46a‑c、42)的跳闸时，才使能电机驱动器(10)的启动。

技术领域

本发明涉及电机驱动器以及使用电机驱动器驱动电梯电机的方法。

背景技术

在用于乘客输送机(例如，电梯、自动扶梯、移动斜坡或移动人行道)的电机驱动器或变频器中，提供电机接地故障保护是非常需要的。电机接地故障意味着一个或多个电机绕组或其输入接地。应该检测这样的接地故障，以防止过大的电流流过并损坏任何组件，特别是损坏逆变桥的半导体开关。在逆变器运行期间发生接地故障或对地故障的可能性很小，但该故障很可能在安装期间当切断电源时发生。因此，在大多数情况下，当在变频器启动期间连接主电源时检测接地故障，然后通过使用一些开关元件来防止接地故障电流的流动就已足够。

电机输出接地故障以及电机绕组或输入之间的相间短路可能导致过大的电流流过逆变桥的半导体并导致半导体开关的永久性损坏。因此，检测和中断由接地故障或相间短路引起的电流的装置是优选的。

有几种不同的方法可以提供逆变器电机输出的接地故障以及相间短路保护。基本上，已知的方法是以某种方式测量逆变桥中的电流并在其超过预定值时中断它。通常通过将逆变桥的开关元件控制到关断状态来完成电流的中断。这些半导体开关通常是例如IGBT、硅MOSFET、碳化硅MOSFET或等同开关之类的半导体开关。

电流测量可以从电机驱动器中的几个位置完成，例如，逆变桥的每个半导体开关的串联中和/或在相输出处。

直接来自输出相的电流测量是有利的，因为除了开关过电流保护之外，该信息还可以用于电机电流控制目的。电流测量器件可以是例如霍尔电流传感器，其在待测线路和测量电路之间也提供电气隔离。

此外，分流电阻可用于电流测量，但该解决方案需要额外的电路来提供相输出和控制器之间的电气隔离。隔离可以通过例如基于光耦合器的隔离放大器或一些其他隔离技术来完成。所有需要电气隔离的电流测量技术的响应时间往往较慢，并且带宽比不需要隔离的解决方案要小。较慢的响应意味着这些技术不一定用于保护半导体开关免受过电流事件的影响。

随着制造商倾向于增加其电流密度并因此降低成本，半导体芯片尺寸随时间变得越来越小。然而，缺点是它们的短路电流额定值相应地降低。这意味着必须在几毫秒内非常快地中断短路电流。否则开关将被烧坏。因此，当使用霍尔效应电流传感器(或其他慢响应技术)向驱动控制器提供电流信息时，还必须实现提供快速过电流保护的额外测量。这可以通过具有去饱和保护的栅极驱动器或用于分流测量的过电流比较器来完成。去饱和保护意味着栅极驱动器本身能够通过感测集电极到发射极的电压来检测过电流事件并中断电流。电流中断有利于使栅极发射极电压缓慢下降，使得IGBT“软”关断，以便避免由电路中的高di/dt和漏电感引起的集电极和发射极之间的高电压尖峰。这种具有去饱和保护和软关断功能的栅极驱动器成本很高。此外，上侧驱动器必须具有电气隔离。如果电机驱动器以直流(DC)链路为参考，则下侧驱动器不必具有隔离。如果电机驱动器以地为参考，则高侧和低侧驱动器必须隔离。