用于修正用來檢測逆變器中的輸出電流的電壓指令的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于修正用來檢測逆變器中的輸出電流的電壓指令的裝置，其通過以下過程來修正PWM電壓指令：通過比較PWM電壓指令而在電壓六邊形內(nèi)確定其中具有所述PWM電壓指令的扇區(qū)；通過將最小采樣時間轉換為最小采樣PWM并利用所轉換的最小采樣PWM而在電流檢測禁用區(qū)域內(nèi)確定具有所述PWM電壓指令的區(qū)域；以及基于所確定的區(qū)域并利用最小注入電壓來確定調整電壓和修復電壓。
【專利說明】用于修正用來檢測逆變器中的輸出電流的電壓指令的裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于修正用來檢測逆變器中的輸出電流的電壓指令的裝置。

【背景技術】
[0002] 通常，三相逆變器用來以可變頻率驅動三相AC電機，并由于高的功率效率和允許 瞬時扭矩控制而被可變地使用。通過檢測輸出電流，三相逆變器一般用來控制或保護。近 來，提出了用于家用電子逆變器和工業(yè)逆變器的低成本電流檢測方法，其中之一是使用分 流電阻。比起使用利用了霍爾效應的電流傳感器的傳統(tǒng)檢測方式，使用分流電阻進行逆變 器中輸出電流的檢測在價格上更合理且逆變器單元價格更低。
[0003] 為了利用分流電阻準確檢測逆變器的輸出電流，逆變器開關模式必須滿足特定的 條件。
[0004] 圖1是說明使用分流電阻的逆變器輸出電流檢測的電路圖。
[0005] 參考圖1，使用分流電阻檢測逆變器的輸出電流的原理是：DC側電容110的DC電 壓通過開關單元120被轉換為AC電壓，以被供給到電機200,并且當開關單元120的下部開 關導通時，逆變器輸出電流流到分流電阻130,然后絕緣或非絕緣計算放大器140測量分流 電阻130的電壓，從而檢測電流。
[0006] 為了檢測逆變器輸出電流，必須對電流采樣，當逆變器電壓指令位于電流檢測禁 用區(qū)域時，必須修正逆變器電壓指令。
[0007] 如圖1所不的三相逆變器中的開關單兀120利用PWM(Pulse Width Modulation, 脈寬調制）控制，總體上合成可變大小和可變頻率的AC電壓。下面說明PWM控制中的 SVPWM (Space Vector PWM，空間矢量 PWM)控制。
[0008] 圖2是SVPWM方法的示例圖。
[0009] 參考圖2,如在（a)中所示，單相開關包括上部開關120a和下部開關120b，其可用 (b)、（c)和（d)中的開關等價的表示，并定義2個狀態(tài)，狀態(tài)（c)定義為Sa = 1，狀態(tài)（d) 定乂為Sa = 0。
[0010] -個開關期間的輸出電壓包括ON時序電壓和OFF時序電壓。ON時序是指一個相 位內(nèi)的上部開關120a的狀態(tài)從斷開變?yōu)閷ǖ碾A段，OFF時序是指狀態(tài)從導通變?yōu)閿嚅_的 階段。當各個相的狀態(tài)組合時，產(chǎn)生一個電壓矢量，其對應于圖3中的六邊形的一個頂點。
[0011] 圖3是電壓矢量的示例圖。
[0012] 參考圖3,六邊形內(nèi)的電壓可利用PWM控制而被合成。由于通過開關的最小化狀態(tài) 改變能夠降低開關損耗，電壓矢量一般通過組合各開關狀態(tài)而被合成，其中各開關狀態(tài)對 應于包括電壓指令的三角形的3個頂點。
[0013] 這時，0矢量是所有相上的開關均導通或斷開的電壓矢量，由此，由于電機200的 各相之間沒有電位差而不傳送電能。另外，有效的矢量為位于六邊形的頂點的不為〇的電 壓矢量。
[0014] 圖4是根據(jù)使用三角波的PWM方法合成各端子電壓（Van、Vbn、Vcn)的示例圖。
[0015] 圖4顯示了開關狀態(tài)的如下變化：0000 (0矢量）一100(有效的矢量）一110(有 效的矢量）一111(0矢量）一110 (有效的矢量）一100 (有效的矢量）一〇〇〇,這里因為當 應用每個矢量時只具有一個相的開關被改變所以開關頻率最小化。
[0016] 圖5是說明圖3和圖4之間的關系的示例圖，其中，可以注意到T1和T2的有效時 間可以由圖3的電壓六邊形說明。
[0017] 圖6是說明電流檢測禁用區(qū)域的示例圖，圖7是說明分流電阻產(chǎn)生的開關波紋的 示例圖。圖6的（a)和（b)中的陰影區(qū)域是電流檢測禁用區(qū)域。
[0018] 在（a)中，多邊形中產(chǎn)生電流檢測禁用的區(qū)域的原因是，如圖7中的一個開關斷開 后，開關波紋在分流電阻上產(chǎn)生，并且只有在開關波紋消失后，才能通過測量電壓而檢測準 確的電流，即下面的等式1
[0019] 【等式1】
[0020] Tb = Tg+Ti = 0. 5(0. 5Tsw-T1-T2)+T1 = 0. 5(0. δΤ^+Τ!-^) < Tmin
[0021] H > 0· 5Tsw_2Tmin
[0022] 當使用間接計算方法時等式1生效，其中三相電流的和是0,這里兩相電流被讀取 并剩余一相電流。為了獲得用于全部三相的時間Tmin，需要附加條件：0矢量應用時間大于 Tmin〇
[0023] 當增加附加條件時，電流可檢測區(qū)域在六邊形中減少。如圖6(a)中所圖示。但是， 在獲得用于僅兩相的時間Tmin的情況下，僅僅三個小區(qū)域為檢測禁用區(qū)域，如圖6 (b)中所 圖示，由此，可檢測區(qū)域被擴大。因此可以說，讀取兩相的電流的方法是非常好的。
[0024] 圖8是可檢測區(qū)域與檢測禁用區(qū)域之間的邊界的示例圖，這里利用了幾何性質， 其中，等腰三角形的兩個側邊相等。圖9是電流采樣時間的示例圖，這里可被注意到的是， 當全部相的開關狀態(tài)是0時，可以采樣電流。
[0025] 分流電阻上的電流檢測在OFF時序分流電壓之后執(zhí)行，所以，可以通過將OFF時序 電壓移到電流可檢測區(qū)域而擴大電流可檢測區(qū)域，并補償大致與0N時序電壓的差，因為電 阻上的電流檢測是在OFF時序電壓之后執(zhí)行的。
[0026] 通過把電流檢測禁用區(qū)域分成例如SI、S2和S3的三個區(qū)域，可以常規(guī)地調整電 壓。
[0027] 圖10是分成三個區(qū)域的電流檢測禁用區(qū)域的概略圖。
[0028] 即，計算在各區(qū)域（Sl，S2，S3)處的注入電壓（Vdss_inj, Vqss_inj)，原始電壓和 注入電壓的和（經(jīng)調整的電壓）用作為OFF時序處的電壓指令，從原始電壓中減去注入電 壓而得到的電壓（補償電壓）用作為0N時序處的電壓指令，并使0N時序電壓和OFF時序 電壓的均值等于原始電壓（Vdss_org，Vqss_org)。
[0029] 在這個常規(guī)方法中，必須確定原始電壓指令包括在哪個區(qū)域中，這里要求太多的 計算量，當CPU速度較低時會產(chǎn)生負擔。
[0030] 下面將說明，通過確定常規(guī)區(qū)域來計算注入電壓的過程。
[0031] 圖11是根據(jù)現(xiàn)有技術的確定注入電壓的過程的示例圖。
[0032] 參考圖11，確定注入電壓的常規(guī)過程如下：確定一個扇區(qū)（S111)，將電壓指令移 到扇區(qū)1 (S112)。通過將電壓指令移到扇區(qū)1來進行計算的原因是，當對稱地或旋轉地移動 時，其他扇區(qū)和扇區(qū)1在同一位置，以允許使用相同的注入電壓等式。
[0033] Sill步驟通過利用線性等式2來確定原始電壓指令所存在的扇區(qū)。當使用定點 運算，

【權利要求】
1. 用于修正用來檢測逆變器中的輸出電流的電壓指令的裝置，該裝置包括： 第一確定部，其被配置為通過比較PWM電壓指令而在電壓六邊形內(nèi)確定其中具有所述 PWM電壓指令的扇區(qū)； 第二確定部，其被配置為通過將最小采樣時間轉換為最小采樣PWM并利用所轉換的最 小采樣PWM而在電流檢測禁用區(qū)域內(nèi)確定具有所述PWM電壓指令的區(qū)域； 指令修正單元，其被配置為基于所確定的區(qū)域并利用最小注入電壓來確定調整電壓 和修復電壓并修正所述PWM電壓指令，其中所述調整電壓是被移動到電流可檢測區(qū)域的電 壓，所述修復電壓是已補償了所述調整電壓的差的電壓。
2. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一確定部利用所述扇區(qū)的確定而在三相 PWM電壓指令處確定最大電壓、中間電壓和最小電壓。
3. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中，當從PWM三角波的最小值中減去最小采樣PWM后 得到的電壓大于等于所述中間電壓時，所述第二確定部通過確定以所述PWM電壓指令定位 的區(qū)域是電流可檢測區(qū)域而不修正所述PWM電壓指令。
4. 根據(jù)權利要求2裝置，其中，當所述修復電壓小于等于所述最大電壓時，所述第二確 定部確定具有所述PWM電壓指令的區(qū)域為第一區(qū)域。
5. 根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中，用所述調整電壓和所述修復電壓的零矢量應用 時間不變的區(qū)域來定義所述第一區(qū)域。
6. 根據(jù)權利要求4所述的裝置，其中，所述指令修正單元通過利用電壓六邊形的幾何 性質計算電壓矢量的每個應用時間、將所述電壓矢量的每個應用時間應用到所述PWM電壓 指令來確定所述調整電壓和所述修復電壓。
7. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中，當所述修復電壓的零矢量應用時間大于零時，所 述第二確定部將具有所述PWM電壓指令的區(qū)域確定為第二區(qū)域。
8. 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中，用所述修復電壓的零矢量應用時間變得小于PWM 電壓指令的零矢量應用時間的區(qū)域來定義所述第二區(qū)域。
9. 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中，所述指令修正單元通過利用電壓六邊形的幾何 性質計算電壓矢量的每個應用時間、將所述電壓矢量的每個應用時間應用到所述PWM電壓 指令來確定所述調整電壓和所述修復電壓。
10. 根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中，當所述中間電壓與所述最小電壓之間的差小于 所述PWM三角波的最大值的兩倍與所述最小值的一半之間的差時，所述第二確定部確定為 第三區(qū)域。
11. 根據(jù)權利要求10所述的裝置，其中，用所述調整電壓的零矢量應用時間也改變的 區(qū)域來定義所述第三區(qū)域。
12. 根據(jù)權利要求10所述的裝置，其中，所述指令修正單元確定注入電壓以允許所述 最小電壓被注入滿足第一條件和第二條件的區(qū)域，并利用該確定來確定所述調整電壓和所 述修復電壓，其中所述第一條件為所述PWM電壓指令由于所述注入電壓而離開電流不可測 區(qū)域，所述第二條件為補償電壓必須存在于電壓六邊形內(nèi)。
13. 根據(jù)權利要求10所述的裝置，其中，當所述中間電壓與所述最小電壓之間的差大 于等于所述PWM三角波的最大值的兩倍與所述最小值的一半之間的差時，所述第二確定部 確定為第四區(qū)域。
14. 根據(jù)權利要求13所述的裝置，其中，所述指令修正單元考慮電壓誤差的數(shù)量而在 所述電流可測區(qū)域內(nèi)確定所述調整電壓和所述修復電壓。
15. 根據(jù)權利要求1至14中的任意一項所述的裝置，其中，所述PWM電壓指令由逆變器 控制部產(chǎn)生，其中所述逆變器控制部包括：逆變器，其被配置為將三相逆變器輸出的兩相電 壓指令轉換為三相電壓指令；應用單元，其被配置為利用空間矢量來將所述三相電壓指令 轉換為端子電壓指令；生成部，其被配置為利用所述端子電壓指令來生成PWM電壓指令；以 及修正部，其被配置為當所述PWM電壓指令位于所述電壓六邊形中的所述電流檢測禁用區(qū) 域時，修正所述PWM電壓指令。
【文檔編號】H02P21/14GK104283481SQ201410313208
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權日:2013年7月2日
【發(fā)明者】李恩雨 申請人:Ls產(chǎn)電株式會社