专利名称：变频器的不连续电流箝制保护方法
技术领域：
本发明有关一种变频器的保护方法，尤指一种变频器的不连续电流箝制保 护方法。
背景技术：
变频器是把巿电电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现 电机的变速运行的设备，并且已经广泛地使用在马达控制之中。图l所示为公知 的变频器马达控制系统10的方框图，该马达控制系统10接收交流电源30的电力 以驱动马达20，且该马达控制系统10包含交流-直流转换器12、脉宽调变产生 器(PWM Generator) 14、闸极驱动器16及变频器18;此外该马达控制系统IO 还包含中央处理器(CPU) 40控制，该中央处理器与其它组件均为电性连接并 控制每一个组件。该交流-直流转换器12产生直流低电压供应给脉宽调变产生 器14,并产生直流高电压供应给变频器18。脉宽调变产生器14受到中央处理器 40控制而产生频率与脉宽不同的脉宽调变(PWM)信号；闸极驱动器16接收脉 宽调变产生器14的输出而控制变频器18内的开关(容后详述)，借此以变频方 式控制马达20。
参见图2，为变频器18中六桥绝缘闸双极晶体管(IGBT)开关电路的电路 图。六桥IGBT开关包含六个分别在上三臂及下三臂的IGBT开关50，及对应的 二极管。IGBT开关50的闸极受到闸极驱动器16的驱动而选择性地导通，借此将 来自交流-直流转换器12的直流高电压供应给马达20。为了以反馈方式控制此 变频器马达控制系统IO，在每一个下三臂的IGBT开关50上串接一个下三臂电阻 (Low-Side Shunt Resistor) 52，以检测三相电流的大小。
参见图3，为脉宽调变产生器14的PWM信号的产生方式的原理图，该脉宽
4调变产生器14对比三角波载波信号(Carrier Signal)与弦波信号(Sinusoid Signal),若是三角波载波信号大于弦波信号，则脉波信号为正值。在变频器的 产品中使用下三臂电阻来检测电流具有低成本以及体积小的优点。然而，在过 调变(Over Modulation)的情形下(也即弦波信号的最大值可大于三角波载波 信号最大值的操作模式)，某一相(如U相)IGBT开关50的上桥在一定的时间内 持续关闸(Turn On)时，负载电流(马达电流)并不会流经该相(即U相)的 下三臂电阻52。例如图4所示为IGBT开关50相关电流波形，其中上两个波形为U 相的上桥和下桥的开关波形，第三个波形为相对应的下三臂电阻52上的电流， 而最下方的波形为U相输出电流波形。如图4所示，U相的IGBT开关50的上桥在 一定的时间内为持续关闸(TumOn),也即波形较为密集之处。
这种现象所造成电流波形的缺陷将导致电流箝制(CC, Current Clamp )特 性不如预期，使得输出电流无法被箝制(Clamp)在被设定的位准(Level),而 会触发过电流(OC， Over Current)保护，导致变频器停机进而造成使用上的 不便以及功率模块(IGBTModule)寿命的降低。图5所示为IGBT开关50持续关 闸对应的三相电流波形，其中会有电流超过过电流(OC)保护的状况，导致变 频器18停机进而降低功率模块的寿命。上述状况也可能发生在不连续调变 (DPWM， Discontinuous PWM)的情形下。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可在持续关闸(Turn On)时保护变 频器的不连续电流箝制方法。
为达成上述目的，本发明提供一种变频器的不连续电流箝制保护方法，依 据变频器的三相电流进行电流箝制保护，该保护方法的步骤包含
(a) 预设电流箝制旗标为O,及预设电流箝制位准；
(b) 读取变频器的三相电流；
(c) 在电流箝制旗标为O且任一三相电流值大于该电流箝制位准时，进行 电流中断步骤，其中在电流中断步骤中切断相电流且将电流箝制旗标改设为l;及
(d) 在电流箝制旗标为l或任一三相电流值不大于该电流箝制位准时，继 续提供相电流，并随后将电流箝制旗标设为O;
(e) 返回至步骤(b),以借由交替切断相电流而避免触发过电流保护，并 避免变频器停机。
由以上技术方案可以看出，本发明提供一种变频器的不连续电流箝制保护 方法，该方法借由设定电流箝制旗标及电流箝制位准，并依据电流箝制旗标数 值及相电流是否大于该电流箝制位准而交替切断相电流，以避免触发过电流保 护，导致变频器停机。另外，该方法也可借由设定载波频率调变旗标，以在切 断相电流时提升载波频率到8KHz，并加快该变频器的不连续电流箝制保护方法 的运行时间。
图1为公知的变频器马达控制系统的方框图； 图2为变频器中六桥IGBT开关电路的电路图； 图3为说明脉宽调变产生器的PWM信号的产生方式的原理图； 图4为变频器中六桥IGBT开关电路的相关电流波形图； 图5为变频器中六桥IGBT开关电路的IGBT开关持续关闸时对应的三相电 流波形图6为本发明的变频器的不连续电流箝制保护方法的流程图； 图7为本发明的变频器的不连续电流箝制保护方法中电流中断步骤的详细 步骤图8为本发明的变频器的不连续电流箝制保护方法中有关载波频率调变旗 标的子步骤流程图9为使用本发明用于变频器的不连续电流箝制保护方法后，IGBT开关持 续关闸对应的三相电流波形图。
附图标记说明变频器马达控制系统10交流-罝流转换器12
脉宽调变产生器14闸极驱动器16
变频器18
马达20交流电源30
中央处理器40IGBT开关50
下三臂电阻52
步骤 SIOO、 S102、SllO、S120、 S122、 S130、S132、
步骤 S200、 S210、S212、S214
步骤 S130A、 S130B、 S130C、 S130D、 S130E、S130F
具体实施例方式
参见图6，为本发明的变频器的不连续电流箝制保护方法的流程图，该不连 续电流箝制保护方法可为马达控制系统操作主程序的子程序(Subroutine),可 在特定条件下呼叫执行，并在不需要执行或是执行完毕后返回主程序。首先， 预设电流箝制旗标为O,及预设电流箝制位准，执行步骤SIOO,如果变频器未输 出，则执行返回(Return)步骤，以回到主程序；在变频器开始输出操作后， 执行步骤S102，中央处理单元首先取得测量的三相电流数字值Iu、 Iv、 Iw;随后 执行步骤SllO,变频器判断目前的输出频率是否大于频率临界值，例如该频率 临界值可以为10Hz。若目前的输出频率不大于10Hz，则执行步骤S132 (详见下 述)；若目前的输出频率大于10Hz，则表示需要进行不连续电流箝制保护步骤, 以避免触发过电流保护，导致变频器停机。若目前的输出频率为大于10Hz,则 执行步骤S120,则进行电流箝制旗标判断，在电流箝制旗标(CC—ON)判断步 骤中，中央处理单元判断三相电流数字值是否大于预设的电流箝制位准 (Software CC Level)且电流箝制旗标(CC_ON)是否为0。若上述两项条件均 成立，则执行步骤S130，中断相电流。
参见图7，为本发明的变频器的不连续电流箝制保护方法中电流中断步骤 S130的详细步骤图，若在电流箝制旗标判断步骤S120中，三相电流数位值大于该预设的电流箝制位准且电流箝制旗标(CC—ON)为0 (表示之前并未进行电 流箝制)，则执行步骤S130A,即中央处理单元控制切断相电流；接下来执行 步骤S130B,中央处理单元将电流箝制旗标(CC一ON)改设定为l;随后执行步 骤S130C，中央处理单元设定(Enable)载波频率调变旗标(例如可将载波频率 调变旗标设为l)，执行步骤S130D ，加速超载保护(也即降低时间参数超 载(OL)时间参数及OLl时间参数，其中OL时间参数为驱动器超载时间参数， 而0L1时间参数为电子热动继电器超载时间参数)。接着执行步骤S130E,中央 处理单元设定过电流防止次数(OC Stall Prevention);最后执行步骤S130F, 清除电流箝制计数值。
在步骤S120中，若两项条件(三相电流数位值大于该预设的电流箝制位准 且电流箝制旗标(CC—ON)为0)有一项不成立，也即若三相电流数位值不大 于该预设的电流箝制位准或电流箝制旗标(CC一ON)为l，则进行步骤S122以 输出相电流及将电流箝制旗标(CC—ON)改设为0 (表示在此步骤并未进行电 流箝制)。
在步骤S130或S122结東后进行步骤S132以增加电流箝制计数值 (CC—CNT),做累加l的动作，接着进行步骤S140以判断电流箝制计数值是否 大于计数临界值(例如20次)，若是，则进行步骤S142以解除(Disable)载波 频率调变旗标(例如将载波频率调变旗标设为O);若否，则执行步骤返回 (Return)。
如图6的流程所示，借由设定电流箝制旗标，可以交替式(Alternatively) 地关闭相电流，以改善电流箝制特性并避免触发过电流保护。另夕卜，如图6的流 程所示，在电流箝制计数值大于计数临界值时，可以解除载波频率调变旗标， 也即不用进行载波频率调变控制(详见下述)。
图8所示为配合图7中步骤S130C (设定载波频率调变旗标)及图6中步骤 S142 (解除载波频率调变旗标)的子步骤流程图。步骤S200判断目前的输出频 率是否大于该频率临界值(10Hz),若是，执行步骤S210，则判断载波频率调 变旗标是否已经设定，若载波频率调变旗标已经设定，随后执行步骤S212，则将载波频率增加到8KHZ。若载波频率调变旗标并未设定，表示载波频率'调变旗
标已经解除，则执行步骤S214,即恢复原有的载波频率。
在本发明中，借由在韧体(图中未示出，可另外附加，或是整合在图l所示
的中央处理器40之内)中设定频率临界值、计数临界值、电流箝制位准及操作 如图6所示的流程图的程序，且该中央处理单元可以执行该程序且依据程序的流 程设定电流箝制旗标(CC_ON)及载波频率调变旗标，即可交替切断相电流而 避免触发过电流保护，避免变频器停机。另外，该中央处理单元可以在电流箝 制计数值大于该计数临界值时，解除载波频率调变旗标，以恢复原有的载波频 率及避免影响正常工作。
图9为使用本发明用于变频器的不连续电流箝制保护方法后，IGBT开关持 续关闸对应的三相电流波形图。如图9所示，借由本发明的不连续保护方法，相 电流可以被箝制在电流箝制(CC)位准之内，而不会到达过电流(OC)位准， 以避免触发过电流保护，避免变频器停机。另外，本发明的不连续电流箝制保 护方法可依据上述实施例而作适当修正，例如电流箝制旗标及载波频率调变旗 标的设定值(Enable Value )可以为0而非1。计数临界值及频率临界值也可以视 需求而改变，均在本发明的权利要求书的保护范围内。
权利要求
1、一种变频器的不连续电流箝制保护方法，依据变频器的三相电流进行电流箝制保护，其特征在于，该保护方法的步骤包含(a)预设电流箝制旗标为0，及预设电流箝制位准；(b)读取变频器的三相电流；(c)在电流箝制旗标为0且任一三相电流值大于该电流箝制位准时，进行电流中断步骤，其中在电流中断步骤中切断相电流且将电流箝制旗标改设为1；及(d)在电流箝制旗标为1或任一三相电流值不大于该电流箝制位准时，继续提供相电流，并随后将电流箝制旗标设为0；(e)返回至步骤(b)，以借由交替切断相电流而避免触发过电流保护，并避免变频器停机。
2、 如权利要求l所述的变频器的不连续电流箝制保护方法.，其特征在于， 在步骤(b)之后进行判断变频器的输出频率是否大于频率临界值；若变频器的输出频率大于该 频率临界值，则进行步骤(c)。
3、 如权利要求2所述的变频器的不连续电流箝制保护方法，其特征在于， 所述频率临界值为10Hz。
4、 如权利要求l所述的变频器的不连续电流箝制保护方法，其特征在于， 所述步骤(c)还包含(cl)设定载波频率调变旗标，以决定是否变更载波频率。
5、 如权利要求l所述的变频器的不连续电流箝制保护方法，其特征在于， 所述步骤(c)还包含(c2)加速超载保护，以减少驱动器超载时间参数及电子热动继电器超载 时间参数。
6、 如权利要求l所述的变频器的不连续电流箝制保护方法，其特征在于，所述步骤(C)还包含(c3)设定过电流防止次数。
7、 如权利要求4所述的变频器的不连续电流箝制保护方法，其特征在于， 在所述步骤(e)之前进行对电流箝制计数值做累加l的动作；及判断该电流箝制计数值是否大于计数临界值。
8、 如权利要求7所述的变频器的不连续电流箝制保护方法，其特征在于， 所述电流箝制计数值大于该计数临界值，则解除该载波频率调变旗标。
9、 如权利要求4所述的变频器的不连续电流箝制保护方法，其特征在于， 设定载波频率调变旗标，将载波频率提升到8KHz。
10、 如权利要求7所述的变频器的不连续电流箝制保护方法，其特征在于， 所述计数临界值为20次。
全文摘要
本发明涉及一种变频器的不连续电流箝制保护方法，借由设定电流箝制旗标及电流箝制位准，并依据该电流箝制旗标数值及相电流是否大于该电流箝制位准而交替切断相电流，以避免触发过电流保护，导致变频器停机。另外，该变频器的不连续电流箝制保护方法也可借由设定载波频率调变旗标，以在切断相电流时提升载波频率到8KHz，并加快该不连续电流箝制保护方法的运行时间。本发明可实现在设定的位准触发过电流保护，在使用上更方便。
文档编号H02M1/32GK101604908SQ20081012690
公开日2009年12月16日 申请日期2008年6月13日 优先权日2008年6月13日
发明者李宪忠, 陈正德 申请人:台达电子工业股份有限公司