专利名称：马达驱动器输出欠相检测方法
技术领域：
本发明有关一种欠相检测方法，尤指一种马达驱动器输出欠相检测方法。
背景技术：
在马达驱动系统中，通常由于线路接触不良而造成马达欠相运转，将产生 大电流，严重者将导致线圈烧损，故马达驱动欠相检测就成为重要的课题。
美国专利号为"07161375"的专利揭露一种关于场旋转式电动机(Rotating Field Machine )的欠相检测，利用该电动机在启动前进行两阶段电流测试，而 确认驱动器是否处于输出欠相状态。但是，上述专利具有下列缺点
1、 必须利用电流的闭合回路控制将电流向量准确地控制在特定方向，这样 对于变频器中没有电流闭合回路控制的机种而言并不适用。
2、 欠相检测只在启动前进行，当进入运转状态后，该方法并不适用。 因此，如何设计出一种在马达驱动器的各种控制模式下，并在马达驱动器
运转中也能进行的欠相检测方法，成为本发明所欲行克服并加以解决的一大课 题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种马达驱动器输出欠相检测方法, 达到同时应用在该驱动器启动前的直流欠相测试及启动后的交流欠相测试。
为了解决上述问题，本发明提供一种马达驱动器输出欠相检测方法，检测 出该马达驱动器启动前的直流欠相运转，其步骤包括 (a)判断是否执行直流欠相检测；
(b )若为执行该直流欠相检测，则读取三相电流并对该三相电流进行取样; (c)滤除该三相电流的高频噪声部分；(d )分别判断该三相电流的冬相电流成分是否为-零，
(e) 分别判断电流成分为零的该相是否持续为零；及
(f) 若三相电流有任一相电流成分持续为零，则确认该马达驱动器处于直 流欠相运转操作。
本发明还提供一种马达驱动器输出欠相检测方法，检测出该马达驱动器启
动后的交流欠相运转，其步骤包括
(A) 判断是否执行交流欠相检测；
(B) 若为执行该交流欠相检测，则读取三相电流并对该三相电流进行取
样；
(C) 滤除该三相电流的高频噪声部分；
(D) 分别判断该三相电流的各相电流成分是否为零；
(E) 分别判断电流成分为零的该相是否持续为零；及
(F) 若三相电流有一相电流成分持续为零，则确认该马达驱动器处于交流 欠相运转操作。
本发明的欠相检测方法由欠相检测模块执行。该欠相检测模块的功能由韧 体实现。该欠相检测模块包含第一逻辑运算单元、第二逻辑运算单元、取样/ 保持运算单元、低通滤波运算单元、第一比较运算单元、欠相检测逻辑判断单 元、累加运算单元、第二比较运算单元及第三逻辑运算单元。该第一逻辑运算 单元接收由该第三逻辑运算单元所输出反馈的欠相确认值，该第二逻辑运算单 元接收外部致能位。该欠相确认值经过该第一逻辑运算单元逻辑运算的结果， 与该致能位成为该第二逻辑运算单元的输入，并经由该第二逻辑运算单元逻辑 运算后产生控制位。该取样/保持运算单元用以接收模拟数字转换单元输出的数 字三相电流。该控制位Sc控制该取样/保持运算单元与该数字三相电流的连接 与否。该取样/保持运算单元对该三相电流进行取样并保持该取样后的数字三相 电流。该低通滤波运算单元连接该取样/保持运算单元，用以滤除该取样/保持运 算单元所取样后的该数字三相电流各相的高频噪声成分。该第一比较运算单元 连接该低通滤波运算单元，并接收外部零电流边界值，并且，该第一比较运算单元比较该低通滤波运算单元所输出的三相电流谷相电流值与该零电流边界值 的大小，作为判断各相电流为是否为零的依据。该欠相检测逻辑判断单元连接 该第一比较运算单元，接收该波形产生模块所提供的该输出三相电压命令，并 接收该第一比较运算单元的三相电流比较输出结果。因此，该欠相检测逻辑判 断单元利用该三相电压命令与该三相交流电流比较结果进行欠相检测。该累加 运算单元连接该欠相检测逻辑判断单元，用以累加该欠相检测逻辑判断单元输 出的各相电流异常次数。因此，当每一相的电流被检测到为零时，则该相电流 的零电流计数值开始累加递增。但若检测到非异常电流点(电流非零时)则清 除该零电流计数值为零。该第二比较运算单元连接该累加运算单元，并接收外 部临界计数值，用以比较该累加运算单元所输出的各相零电流计数值与该临界 计数值的大小。当各相该零电流计数值连续累加次数大于该临界计数值时，则
该第二比较运算单元相对应的各相输出为高位准(Level),反之则输出为低位 准。其中，该临界计数值设定为大于或等于取样频率与最小操作频率的比值。 该第三逻辑运算单元连接该第二比较运算单元，用以逻辑运算该第二比较运算 单元的输出结果并输出欠相确认值。当该第二比较运算单元任意一相的输出值 为高位准时，则该欠相确认值为1;当该第二比较运算单元三相的输出值均为 低位准时，则该欠相确认值为0。
由以上技术方案可以看出，本发明的马达驱动器输出欠相检测方法，用以 检测出三相电流在持续为零情况下视为异常的欠相搡作，而达到同时应用在该 驱动器启动前的直流欠相测试及启动后的交流欠相测试，本发明具有以下的优 点
1、 无须精准的电流控制即可完成欠相测试。
2、 可实现单相欠相检测或多相欠相检测。
3、 可同时应用在该马达驱动器启动前的直流欠相测试及启动后的交流欠相 测试。
图1为本发明马达驱动器输出欠相检测的装置方框图2为本发明欠相检测模块的内部功能方框图3为本发明直流欠相检测方法的流程图4为本发明交流欠相检测方法的流程图。
附图标记说明
整流器单元 10
滤波器单元 20
变流器单元 30
微控制器单元 40
模拟数字转换单元 401
波形产生模块 403
脉宽调变信号产生单元405
欠相检测模块 407
第一逻辑运算单元 6002
第二逻辑运算单元 6004
第三逻辑运算单元 6006
取样/保持运算单元 6008
低通滤波运算单元 6010
第一比较运算单元 6012
欠相检测逻辑判断单元6014
累加运算单元 6016
第二比较运算单元 6018
马达 50
步骤 SllOO、 S1102、 S1104、 S1106
步骤 S1200、 S1202、 S1204、 S1300、 S1302、 S1304、 S1400、 Sl術、S1404步骤 S1500、 S1502、 S1600、 S1602、 S1700、 S1702、 S1800、 S1802
步骤 S2100、 S2102、 S2104、 S2106、 S2200、 S2202、 S2204
步骤 S2302、 S2304、 S2402、 S2404、 S2502、 S2504
步骤 S2600、 S2602、 S2700、 S2702、 S2800、 S2802、 S2900、 S290具体实施例方式
为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所釆取的技术、手段及功效， 请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，本发明的目的、特征与特点，当可 由此得到深入且具体的了解，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对 本发明加以限制。
有关本发明的技术内容及详细说明，配合
如下。
请参见图l,为本发明马达驱动器输出欠相检测的装置方框图。该马达驱动 器输出欠相检测装置包含整流器单元IO、滤波器单元20、变流器单元30、微控 制器单元40及马达50。该整流器单元10电性连接外部三相交流电源Vs,用以将 该三相交流电源Vs转换为直流电源。该滤波器单元20并联该整流器单元10的输 出端，用以供给稳定的直流电压。该变流器单元30电性连接该滤波器单元20， 用以将该三相直流电源转换为可调整输出的三相交流电源。该微控制器单元40 包括模拟数字转换单元401、波形产生模块403、脉宽调变信号产生单元405及欠 相检测模块407。该波形产生模块403及该欠相检测模块407的功能由韧体实现。 该模拟数字转换单元401读入该变流器单元30的三相输出电流，并转换该模拟三 相电流为数字三相电流而输入至该欠相检测模块407。该波形产生模块403产生 三相电压命令Va、 Vb、 Vc,并分别提供该脉宽调变信号产生单元405及该欠相 检测模块407。该脉宽调变信号产生单元405用以控制该变流器单元30的三相开 关切换，以提供驱动该马达50的输出。
请参见图2，为本发明欠相检测模块的内部功能方框图，该功能方框以逻辑 方框表示，但是须知这些逻辑方框也可以由软件写成并以韧体方式执行，均在 本发明专利保护范围内，而不仅止于图示说明。该欠相检测模块407包括第一逻辑运算单元6002、第二逻辑运算单元6004、第三'逻辑运',单元6006、取样/保持 运算单元6008、低通滤波运算单元6010、第一比较运算单元6012、欠相检测逻 辑判断单元6014、累加运算单元6016及第二比较运算单元6018。该第一逻辑运 算单元6002为非门运算(NOT Gate)、该第二逻辑运算单元6004为与门运算 (ANDGate)及该第三逻辑运算单元6006为或门运算(OR Gate )。该第一逻辑 运算单元6002接收欠相确认值Soe (该欠相确认值Soe由该第三逻辑运算单元 6006输出反馈，详见后述)，该第二逻辑运算单元6004接收外部致能位Sen。该 欠相确认值Soe经过该第一逻辑运算单元6002逻辑运算的结果，与该致能位Sen 成为该第二逻辑运算单元6004的输入，并经由该第二逻辑运算单元6004逻辑运 算后产生控制位Sc。该取样/保持运算单元6008用以接收该模拟数字转换单元 401输出的该数字三相电流Ia、 Ib、 Ic。该控制位Sc控制该取样/保持运算单元6008 与该数字三相电流的连接与否。
当该控制位Sc为高位准(Sc=l)时，则该取样/保持运算单元6008接收该数 字三相电流，并对该数字三相电流进行取样并保持该取样后的数字三相电流。 当该控制位Sc为低位准(Sc=0)时，则该取样/保持运算单元6008无法接收该数 字三相电流。该低通滤波运算单元6010连接该取样/保持运算单元6008,用以滤 除该取样/保持运算单元6008所取样后的该数字三相电流各相的高频噪声成分。 该第一比较运算单元6012连接该低通滤波运算单元6010，并外接零电流边界值 Szb，并且，该第一比较运算单元6012比较该低通滤波运算单元6010所输出的三 相电流各相电流值与该零电流边界值Szb的大小。若该三相电流各相电流值小于 该零电流边界值Szb,则视该相电流为零；反之，若该三相电流各相电流值大于 该零电流边界值Szb,则视该相电流为非零值。该欠相检测逻辑判断单元6014 连接该第一比较运算单元6012，接收该波形产生模块403所提供的该输出三相电 压命令Va、 Vb、 Vc,并接收该第一比较运算单元6012的三相电流比较输出结果。 故此，该欠相检测逻辑判断单元6014利用该三相电压命令与该三相电流比较结 果进行欠相判断，可分为下列两种情况
一、当该三相电流有一相为零，并且其它两相电流不为零，则视为单相欠相。
二、当该三相电流均为零，并且该三相电压命令的任意一相电压命令不为 零，则视为多相欠相。当系统符合上述其中的任意一种情况时，则视为电流发 生异常。
该累加运算单元6016连接该欠相检测逻辑判断单元6014，用以累加该欠相 检测逻辑判断单元6014输出的各相电流异常次数。因此，当每一相的电流被检 测到为零时，则该相电流的零电流计数值开始累加递增。但若检测到非异常电 流点(电流非零时)则清除该零电流计数值为零。该第二比较运算单元6018连 接该累加运算单元6016,并接收外部临界计数值Szc，用以比较该累加运算单元 6016所输出的各相零电流计数值与该临界计数值Szc的大小。当各相该零电流计 数值连续累加次数大于该临界计数值Szc时，则该第二比较运算单元6018的各相 对应输出为高位准，反之则输出为低位准。其中，该临界计数值Szc设定为大于 或等于取样频率与最小操作频率的比值。该第三逻辑运算单元6006连接该第二 比较运算单元6018，用以逻辑运算该第二比较运算单元6018的输出结果并输出 欠相确认值Soe。当该第二比较运算单元6018任意一相的输出值为高位准时，则 该第三逻辑运算单元6006的输出值，即该欠相确认值Soe为l;当该第二比较运 算单元6018的三相的输出值均为低位准时，则该第三逻辑运算单元6006的该输 出值，即该欠相确认值Soe为O。在上述欠相检测装置中，若该欠相确认值Soe 为l,则表示有欠相状况发生，此时该第二逻辑运算单元6004的输出该控制位Sc 会为低位准(即Sc咱)以结東欠相检测。
请参见图3，为本发明直流欠相检测方法的流程图。如图3所示，首先执行 步骤SllOO,利用在马达驱动器启动之前判断是否进行直流欠相检测。若确定进 行该直流欠相检测，则执行步骤S1102,读取变流器单元的输出三相电流；若否， 则结東该直流欠相检测。该三相电流经模拟数字转换单元读取并转换为数字三 相电流，然后执行步骤S1104,取样/保持运算单元对该数字三相电流进行取样 并保持该数字三相电流，并且执行步骤S1106,利用低通滤波运算单元滤除该数 字三相电流的高频噪声成分。接着，利用欠相检测逻辑判断单元，并根据该滤波后的三相电流进行欠相判断。执行步骤S1200厂判断该A和电流是否为零，若 该A相电流为零，则执行步骤S1202， A相零电流计数值增加l,若该A相电流为 非零，则执行步骤S1204，重设该A相零电流计数值为O。执行步骤S1300,判断 该B相电流是否为零，若该B相电流为零，则执行步骤S1302, B相零电流计数值 增加l，若该B相电流为非零，则执行步骤S1304,重设该B相零电流计数值为O。 执行步骤S1400,判断该C相电流是否为零，若该C相电流为零，则执行步骤 S1402, C相零电流计数值增加l，若该C相电流为非零，则执行步骤S1404，重 设该C相零电流计数值为O。接着执行步骤S1500,判断该A相零电流计数值是否 大于临界计数值。若是，则执行步骤1502，设定A相异常电流值为1;若否，则 执行步骤S1600,判断该B相零电流计数值是否大于临界计数值。若是，则执行 步骤1602，设定B相异常电流值为1;若否，则执行步骤S1700，判断该C相零电 流计数值是否大于临界计数值。若是，则执行步骤1702,设定C相异常电流值 为l;若否，则执行步骤S1800，判断该A相异常电流值、该B相异常电流值及该 C相异常电流值是否任意一相为l。若是，则执行步骤S1802,设定欠相确认值 为l,并输出该欠相确认值，然后结束该直流欠相检测并进行后续的欠相处置； 若否，则重新执行该步骤S1102。也就是说，若三相电流有任意一相电流成分持 续为零，则确认该马达驱动器处于直流欠相运转操作。
请参见图4，为本发明交流欠相检测方法的流程图。如图4所示，首先执行 步骤S2100,利用在马达驱动器启动之后判断是否进行交流欠相检测。若确定进 行该交流欠相检测，则执行步骤S2102，读取该变流器单元的输出三相电流；若 否，则结束该交流欠相检测。该三相电流经模拟数字转换单元读取并转换为数 字三相电流，然后执行步骤S2104,取样/保持运算单元对该数字三相电流进行 取样并保持该数字三相电流，并且执行步骤S2106，利用低通滤波运算单元滤除 该数字三相电流的高频噪声成分。接着，利用欠相检测逻辑判断单元，并根据 该滤波后的三相电流及该波形产生模块所提供的该输出三相电压命令进行判 断，可分为下列两种情况
一、若A相、B相或C相电流中只有其中一相为零(即，单相电流为零)，贝U:若A相电流为零，则执行步骤S2302， A相零电流'计叛值齊加l,并执行步骤S2304， 重设B相零电流计数值及C相零电流计数值为O。若B相电流为零，则执行步骤 S2402，该B相零电流计数值增加l,并执行步骤S2404，重设该A相零电流计数 值及该C相零电流计数值为O。若C相电流为零，则执行步骤S2502，该C相零电 流计数值增加l,并执行步骤S2504，重设该A相零电流计数值及该B相零电流计 数值为O。若三相电流均不为零，则执行步骤S2202,重设该A相零电流计数值、 该B相零电流计数值及该C相零电流计数值均为零。
二、若二相以上电流为零，则执行步骤S2200，判断该三相电压命令是否均 为零。若是，则执行步骤S2202,即重设该A相零电流计数值、该B相零电流计 数值及该C相零电流计数值均为零。若否，则执行步骤S2204,该A相B相及C相 零电流计数值增加l。
满足上述的两种情况后，执行步骤S2600，判断该A相零电流计数值是否大 于临界计数值。若是，则执行步骤2602,设定A相异常电流值为1;若否，则执 行步骤S2700，判断该B相零电流计数值是否大于临界计数值。若是，则执行步 骤2702,设定B相异常电流值为1;若否，则执行步骤S2800,判断该C相零电流 计数值是否大于临界计数值。若是，则执行步骤2802，设定C相异常电流值为1; 若否，则执行步骤S2900，判断该A相异常电流值、该B相异常电流值及该C相 异常电流值是否任意一相为l。若是，则执行步骤S2902，设定欠相确认值为l， 并输出该欠相确认值，然后结東该交流欠相检测并进行后续的欠相处置；若否， 则重新执行该步骤S2102。也就是说，若三相电流有任意一相电流成分持续为零， 则确认该马达驱动器处于交流欠相运转操作。
综上所述，本发明具有以下的优点
1、 无须精准的电流控制即可完成欠相测试。
2、 可实现单相欠相检测或多相欠相检测。
3、 可同时应用在该马达驱动器启动前的直流欠相测试及启动后的交流欠相 测试。
以上所述，仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与附图，但是本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有苑围应以权利要求书 的保护范围为准，只要符合本发明权利要求书的精神与其类似变化的实施例， 均应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该项技艺的人士在本发明的领域内，可 轻易思及的变化或修饰均可涵盖在本发明的权利要求书的保护范围内。
权利要求
1、一种马达驱动器输出欠相检测方法，检测出该马达驱动器启动前的直流欠相运转，其特征在于，其步骤包括(a)判断是否执行直流欠相检测；(b)若为执行该直流欠相检测，则读取三相电流并对该三相电流进行取样；(c)滤除该三相电流的高频噪声部分；(d)分别判断该三相电流的各相电流成分是否为零；(e)分别判断电流成分为零的该相是否持续为零；及(f)若三相电流有任一相电流成分持续为零，则确认该马达驱动器处于直流欠相运转操作。
2、 根据权利要求l所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，在 步骤(d)中，若该三相电流的各相电流成分为零，则将电流成分为零的该相所 对应的零电流计数值加l。
3、 根据权利要求l所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，在 步骤(d)中，若该三相电流的各相电流成分不为零，则将电流成分不为零的该 相所对应的该零电流计数值重设为0。
4、 根据权利要求2所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，在 步骤(e)中，若该相零电流计数值大于对应的临界计数值，则确认该相电流成 分持续为零。
5、 根据权利要求4所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，该 临界计数值设定为大于或等于取样频率与最小操作频率的比值。
6、 根据权利要求4所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，若 确认该相电流成分持续为零，则设定对应该相的异常电流值为1 。
7、 根据权利要求6所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，若 任一该各相异常电流值为l,则设定欠相确认值为l，而确认所述马达驱动器处 于直流欠相运转操作。
8、 一种马达驱动器输出欠相检测方法，检测出该马达—驱动器启动后的交流欠相运转，其特征在于，其步骤包括(A) 判断是否执行交流欠相检测；(B) 若为执行该交流欠相检测，则读取三相电流并对该三相电流进行取样；(C) 滤除该三相电流的高频噪声部分；(D) 分别判断该三相电流的各相电流成分是否为零；(E) 分别判断电流成分为零的该相是否持续为零；及(F) 若三相电流有任一相电流成分持续为零，则确认该马达驱动器处于交 流欠相运转操作。
9、 根据权利要求8所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，在 步骤(D)中，若该三相电流的各相电流成分为零，则将电流成分为零的该相 所对应的零电流计数值加l，并将电流成分不为零的该相所对应的该零电流计数 值重设为0。
10、 根据权利要求9所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，在 步骤(E)中，若该相零电流计数值大于对应的临界计数值，则确认该相电流 成分持续为零。
11、 根据权利要求10所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于， 若确认该相电流成分持续为零，则设定对应该相的异常电流值为l。
12、 根据权利要求ll所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于， 若任一该各相异常电流值为l，则设定欠相确认值为l而确认该马达驱动器处于 交流欠相运转操作。
13、 根据权利要求9所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，若 有两相以上电流为零，且至少一个三相电压命令不为零，则三相电流所对应的 该零电流计数值均加l。
14、 根据权利要求9所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，若 有两相以上电流为零，且三相电压命令均为零，则三相电流所对应的该零电流计数值均重设为0。
15、根据权利要求IO所述的马达驱动器输出欠相检测方法，其特征在于，该临界计数值设定为大于或等于取样频率与最小操作频率的比值。
全文摘要
本发明涉及一种马达驱动器输出欠相检测方法，应用在该马达驱动器启动前的直流欠相测试及启动后的交流欠相测试，用以检测出三相电流在持续为零情况下视为异常欠相操作。该欠相检测方法利用第一比较运算单元比较该三相电流的各相电流值与零电流边界值的大小，作为判断这些相电流是否为零的根据。并利用欠相检测逻辑判断单元读入波形产生模块所输出的三相电压命令，并根据这些相电流的结果值，通过第二比较运算单元的比较运算，以判断该驱动器输出是否发生欠相，又或发生异常单相或多相欠相操作。借此，实现同时应用在该马达驱动器启动前的直流欠相测试及启动后的交流欠相测试。
文档编号G01R29/16GK101609115SQ20081010046
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月16日 优先权日2008年6月16日
发明者廖世杰, 谢庭钟, 郑隆杰, 黄仁祥 申请人:台达电子工业股份有限公司