专利名称：用于控制连接到dc－总线电容器的功率变换器系统的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及控制功率变换器系统。
背景技术：
降低功率变换系统中的纹波电流的需求和期望是众所周知的。高纹波电流可提高连接到直流(DC)总线的组件的温度，以及提高功率变换系统产生的电磁干扰量。而且，高纹波电流可劣化功率变换系统中组件的运行或寿命，还会降低功率变换系统的耐用性或性能。用来降低功率变换系统中的纹波电流的电容器可能是相对昂贵的组件。较大的电容器通常用作流过DC总线的纹波电流的期望增加等级。然而，电容器的花费随着电容器大小的增加而增加。因此，可能希望降低功率变换系统中的期望纹波电流，这允许功率变换系统使用较小的DC-总线电容器。较小的DC-总线电容器可以降低功率变换系统的重量、大小和体积。
发明内容
用于控制具有连接到直流(DC)-总线电容器的第一、第二和第三相臂(phase leg)的功率变换器系统的系统或方法的各个实施例确定相臂电流中至少两个相臂电流的电流的方向，并且会响应电流的方向，控制功率变换器系统的开关状态，以降低DC-总线电容器中的纹波电流。
图1是说明根据一个实施例用于控制具有连接到直流(DC)-总线电容器的第一、 第二和第三相臂的功率变换器系统的系统的示意图；图2是说明根据一个实施例的功率变换器系统中的三相变换器的有效状态的矢
量图；图3是说明根据一个实施例的根据连续脉宽调制(CPWM)方案的第一、第二和第三相臂相对时间的开关状态的开关图；图4是类似于图3的开关图，但显示根据一个实施例的当至少两个相臂的相电流以相同方向流动时，被改变的相臂A的开关状态；图5是类似于图3的开关图，但显示根据一个实施例当至少两个相臂的相电流以相同方向流动时，被改变的相臂A和B的开关状态；图6是一幅开关图，根据一个实施例，依照不连续脉宽调制(DPWM)方案说明第一、 第二和第三相臂相对时间的开关状态；图7a是类似于图6的开关图，但显示根据一个实施例当至少两个相臂的相电流以相同方向流动时，被改变的相臂B相对于其它相臂中的一个相臂的开关状态；
图7b是类似于图6的开关图，但显示与&波形的下降沿对齐的&波形的上升沿；图7c是类似于图6的开关图，但显示与&波形的下降沿对齐的&波形的上升沿； 以及图8是说明根据一个实施例控制功率变换器系统，诸如图1的功率变换器系统的方法的流程图。
具体实施例方式本公开的实施例一般提供一种控制具有直流(DC)-总线电容器的功率变换器系统的方法和系统。在操作中，功率变换器系统被控制以降低流过DC-总线电容器的纹波电流。本领域技术人员会理解，图示并参照任何一幅图描述的实施例的各种特征可以与一个或多个其它图中图示的特征组合以产生没有明确图示或描述的可替代实施例。图示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。但是，对于具体应用或实施方式，可能需要采用与本公开内容中的教导一致的特征的各种组合和修改。参照图1，提供系统10以控制功率变换器系统12。图1的功率变换器系统12显示为包括具有第一相臂16、第二相臂18和第三相臂20的变换器14。尽管变换器14显示为三相变换器，但变换器14可以包括附加相臂。例如，变换器14可以是四相变换器，五相变换器，六相变换器等等。此外，功率变换器系统12可以包括多个变换器，变换器系统12 中的每个变换器14包括三个相臂或多个相臂。例如，系统10可以控制功率变换器系统12 中的两个或更多变换器14。图1的变换器14显示为驱动系统逆变器。但是，变换器14可以是具有至少第一相臂16、第二相臂18和第三相臂20的任何类型的变换器。第一相臂16、第二相臂18和第三相臂20具有各自的第一、第二和第三关联相电流，诸如图1中所示的相电流ia，ib和ic。如图1中所示，变换器14可以是DC到AC变换器。在操作中，DC到AC变换器通过 DC总线M接收来自DC电源链(power link) 22的DC功率，并将DC功率转换成AC功率。 AC功率是通过相电流ia，ib和i。传送的，以驱动AC电机26，诸如图1中描绘的三相永磁同步电动机(PMSM)。在此例子中，DC电源链22可以包括向DC总线M提供DC功率的DC蓄电池。在另一例子中，变换器14可作为将来自AC电机沈(例如发电机)的AC功率变换成 DC功率的AC到DC变换器运行，DC总线M可以向DC电源链22提供DC功率。而且，系统 10可以以其它功率电子拓扑控制功率变换器系统12。继续参照图1，变换器14中的每个相臂16、18和20包括电源开关28，电源开关可以由各种类型的可控开关实现。在一个实施例中，每个电源开关观可以包括二极管和三极管，诸如举例讲IGBT。图1的二极管被标记为Dal，Da2，Dbl，Db2，Dcl和D。2，而图1的IGBT被分别标记为Sa2，Sbl, Sb2, Scl和、。具有Sa2，Dal和Da2的电源开关是三相变换器的相臂A的一部分，所述相臂A在图1中标记为第一相臂16。同样，具有i5bl，Sb2, Dbl和Db2的电源开关是相臂B的一部分，并且具有S。1; Sc2, Dcl和D。2的电源开关是三相变换器的相臂C 的一部分。根据变换器14的具体配置，变换器14可以包括任何数目的电源开关观或电路元件。如图1所示，配备了电流传感器CSa，(^b*CS。，以感测在各个相臂16、18和20中的电流。图1显示与功率变换器系统12分离的电流传感器CSa，C^^n CS。。但是，根据其配置，电流传感器CSa，CSb和CS。可以被集成作为功率变换器系统12的一部分。图1的电流传感器CSa，CSb和CS。与每个相臂A，B和C(即图1中的相臂16、18和20)串联安装，并为系统10提供各个反馈信号ias，ibs和i。s(在图1中也图示出)。反馈信号ias，ibs和ics可以是由逻辑器件(LD) 30处理的原始电流信号，或可以嵌入关于通过各自的相臂16、18和20 的电流的数据或信息或者利用其来编码。在操作中，由ias，ibs和i。s代表的反馈数据/信号可以指示电流的方向，电流的幅度或通过各个相臂A，B和C的电流的方向和幅度二者。再次参照图1，系统10包括逻辑器件(LD)或控制器30。控制器或LD 30可以由各种类型的电子器件和/或基于微处理器的计算机或控制器或电子器件和/或基于微处理器的计算机或控制器的组合来实现。为了实现控制功率变换器系统12的方法，控制器30 可以执行嵌入的或将方法编码并存储在易失性和/或永久性存储器34中的计算机程序或算法。可替代地，逻辑可以在一个或多个集成电路芯片上存储的逻辑或门阵列中编码。如图1的实施例所示，控制器30接收并处理反馈信号ias，ibs和ics以控制相电流ia，ib和i。， 使得相电流ia，ib和i。根据各个电流或电压模式，流过相臂16、18和20，并进入AC电机沈的各自绕组。例如，电流模式可以包括流入并离开DC-总线M或DC-总线电容器32的相电流ia，ib和i。的模式。图1的DC-总线电容器32显示为与功率变换器系统12分开。但是，DC-总线电容器32可以集成作为功率变换器系统12的一部分。如图1中所示，存储介质34(后文称作“存储器”)，诸如计算机可读存储器可以存储嵌入或将方法编码的计算机程序或算法。此外，存储器34可以存储关于功率变换器系统 12中的各个操作条件或组件的数据或信息。例如，存储器34可以存储关于通过各个相臂 16、18和20的电流的数据或信息。存储器34可以是如图1所示的控制器30的一部分。但是，存储器34可以被定位在控制器30可访问的任何适当位置。如图1中所示，控制器30向功率变换器系统12传送至少一个控制信号36。功率变换器系统12接收控制信号36，以控制变换器14的开关配置，并且因此控制通过各个相臂 16、18和20的电流。开关配置是变换器14中的电源开关观的一组开关状态。通常，变换器14的开关配置确定变换器14如何在DC电源链22和AC电机沈之间变换功率。为了控制变换器14的开关配置，变换器14根据控制信号36将变换器14中的每个电源开关观的开关状态改变为接通(ON)状态或关断(OFF)状态。在所示的实施例中， 为了将电源开关观切换为接通状态或关断状态，变换器14控制施加到每个电源开关观的栅极电压(Vg)，并因此控制每个电源开关观的开关状态。(图1中所示的)栅极电压Vgal, Vga2, Vgbl, Vgb2, Vgcl, Vgc2控制各个电源开关28的开关状态。当变换器14被显示为图1的电压驱动的器件时，变换器14可以是电流驱动的器件或由使电源开关观在接通和关断状态之间切换的其它策略来控制。同样如图1所示，每个相臂16、18和20包括两个开关观。但是，在不使DC电源链22短路情况下，在每个相臂16、18和20中只有一个开关可以处在接通状态。因此，在每个相臂中，下面开关的开关状态典型地与相应的上面开关的开关状态相反。因此，相臂的高(HIGH)状态指臂中的上面开关处在接通状态，下面开关处在关断状态。同样，相臂的低 (LOW)状态指臂中的上面开关处在关断状态，下面开关处在接通状态。改变变换器14中的一个或多个电源开关观的开关状态可以改变变换器14的开关配置，并因此改变变换器14如何在DC电源链22和AC电机沈之间变换功率。例如，如果变换器14是三相变换器，则变换器14的开关配置包括<000>，<100>，<110>，<010>，<011>， <001>，<101>，和<111>，其中<000>和<111>是变换器14的无效(或空)状态，而其它状态(即，<100>，<110>，<010>，<011>，<001>，和 <101 是变换器 14 的有效状态。在图1所示的三相变换器例子的有效状态期间，可以出现两种情况(1)两个相臂处于高状态，而第三相臂处于低状态，或(2) —个相臂处于高状态，而另两个相臂处于低状态。因此，三相变换器中的一个相臂可以(其针对变换器14的特定有效状态被定义为“参考”相)处于与另两个具有相同状态的相臂或“非参考相”相反的状态。因此，非参考相在变换器14的有效状态期间，要么全在高状态，或全在低状态。如图2中所示，图1的三相变换器的有效状态可以被绘制成矢量图。图2的矢量图具有彼此之间相隔120度的三个相轴。当变换器14中的相臂处于高状态时，该相臂被表示为矢量或沿特定的相轴的正箭头。另一方面，当变换器14中的相臂处于低状态时，该相臂被表示为负矢量或指向与高状态中的相同相臂比较而言相反方向的负箭头。表示变换器 14的开关配置的整个有效矢量是三个相臂A，B和C的矢量和。图2的矢量图显示具有六个有效状态(即<100>，<110>，<010>，<011>，<001>，和<101>)的变换器14。但是，根据变换器14中的附加相臂的数目，变换器14可以具有附加的有效状态。例如，变换器14可以是具有14个有效状态和两个空状态(例如<0000〉和<1111 的四相变换器。继续参照图2，变换器具有许多个相邻状态。相邻状态指表示下一个矢量或彼此相邻矢量的变换器14的两个状态。例如，状态<101>和<110>相对于状态<100>是有效相邻状态。状态<001>，<011>，和<010>相对于状态<100>是非相邻有效状态。控制器30可以采用根据变换器14的相邻状态来控制变换器14的开关配置的策略，以有利于降低DC-总线电容器32中的纹波电流。如图1中所示，在变换器14的无功(或空)状态期间，电流ia，ib和i。在相臂16、 18和20中循环，而不返回DC总线24。因此，当变换器14处于无功状态时，返回DC总线M 的净电流ibus (如图1中所示)是0。在变换器14的有效状态期间，当参考相臂处于高状态时，从变换器14到DC电源链22的净电流ibus等于参考相臂的相电流。但是，在变换器14 的有效状态期间，当参考相臂处于低状态时，流向DC电源链22的净电流ibus等于参考相臂的负的相电流(或相反的电流极性)。由于所有的相电流之和等于0(即ia+ib+i。= 0)，控制器30可以根据通过两个非参考相的电流，计算返回DC电源链22的DC电流。例如，当两个非参考相处于高状态时，控制器30可以将返回DC电源链22的DC电流计算为通过这两个非参考相的电流的和。同样地，当非参考相处于低状态时，控制器30可以将返回DC电源链22的DC电流计算为通过两个非参考相的电流的和的负值。在操作中，在每个开关周期期间，控制器30确定在至少两个相臂中的电流的方向，然后响应于电流的方向控制变换器14的开关状态，以降低DC-总线电容器32中的纹波电流。控制器30可以针对系统10的方向性参考，确定相对于DC总线电容器32在两个相臂中的电流的方向。在一个实施例中，控制器30控制变换器14的开关状态，以降低DC总线 M中的均方根(RMS)电流，从而降低DC-总线电容器32中的纹波电流。控制器30还可以控制变换器14的开关状态，以增大在非参考相臂中，以相反方向(即相反的电流极性)流动的电流有效状态的持续时间。如果在原始开关模式中的一个或多个区段具有电流以相同方向流过非参考相臂的有效状态，则控制器30可以控制开关模式，以移出此不期望的(一
6个或多个)区段或降低变换器14具有不期望的(一个或多个)区段的时间。此外，控制器 30可以控制开关模式，以不仅移出不期望的(一个或多个)区段，还降低变换器14中一个或多个无效(或空)状态的持续时间，并增加邻近于不期望的(一个或多个)区段的不期望矢量的附加的有效矢量。这些策略通过图3-7c的开关图的例子进行解释。参照图3_7c，提供开关图以说明由控制器30控制的第一相臂16、第二相臂18和第三相臂20的开关状态。Sa代表变换器14的相臂A。\的值要么是“1”，要么是“0”。如所示的，“ 1，，代表相臂A处于高状态，其中相臂A的上面开关处于接通状态，且下面开关处于关断状态。同样地，“0”代表相臂A处于低状态，其中相臂A的上面开关处于关断状态， 且下面开关处于接通状态。同样，代表值要么为“1”要么为“0”的变换器14的各个相臂B和C。如同相臂A，“l”代表相臂B中的高状态，而“0”代表相臂“B”中的低状态。 同样，“1”代表相臂C中的高状态，而“0”代表相臂C中的低状态。符号“Τ” (在图3-7a中显示)代表控制器30为功率变换器系统12确定期望的电压模式的一个开关循环或周期。 例如，开关循环可以是100微秒。同样，符号“2T”代表两个开关循环或周期。参照图3，提供第一开关图40，以说明根据连续脉宽调制(CPWM)方案的相臂A，B 和C相对于时间的开关状态。第一开关图40显示变换器14的不同的开关配置的模式。在第一开关图40中所示的模式包括在开关循环T期间的三个无效(或空)状态。图3中的变换器14在开关循环T期间的三个无效状态是<000>，<111>和<000>，分别标记为“零矢量-0”，“零矢量-7”和“零矢量-0”。变换器14在开关循环T期间的有效状态包括<001> 和<011>，分别标记为“非零矢量-1”和“非零矢量_2”。当变换器14处于状态<001>时， 返回DC总线对的净电流ibus(在图1中显示)等于相电流+i。。而且，当变换器14处于状态<011>时，电流ibus等于相电流_ia (相反极性的相电流U。注意，如图2中所示，变换器 14的状态<001>和<011>彼此相邻。参照图3和图4，为了降低流向DC总线M的总RMS电流(或流向DC-总线电容器32的纹波电流)，假设状态<001>是不期望的(一个或多个)区段中的不期望状态，其中相臂A和B是相同极性的电流(即相臂A和B具有相同方向的电流)，控制器30通过将与不期望状态关联的有效矢量和与此不期望的矢量相邻的不同的有效矢量进行交换，来降低 RMS电流的持续时间，这也可以降低变换器14中的一个或多个无效矢量的持续时间。参照图2，与<001>相邻的矢量是<011>和<101>。但是，矢量<011>(标记为“非零矢量-2”)处于图3的原始开关模式中。因此，控制器30选择矢量<101>作为用于移位模式的有效矢量，如图4所示的第二开关图42。控制器30控制变换器14的开关状态，以从原始&模式要么向右要么向左移位开关模式&，或波形&，从而降低矢量<001>的长度，同时产生期望的替代矢量<101>。在第二开关图42中标记为“原始模式”的\波形对应于图3的第一开关图40中的\波形。例如，控制器30可以在开关循环T上控制相臂A，B和C的开关状态，以将标记为“原始模式” 的\波形移位到标记为“移位模式”的\波形。而且，图4显示的例子中&向右移位，这降低了原始不期望的矢量<001>的持续时间，以及降低了原始无效矢量<111>的持续时间。当控制器30改变相臂A的开关状态时，控制器30可以如图4中所示将例如相臂 A的高状态与相臂B和C的各自的低和高状态对齐，以降低功率变换器系统12中空状态的持续时间。第二开关图42(图4)还显示功率变换器系统12中比第一开关图40(图3)更短的空状态的持续时间。因此，当控制器30将图4中标记为“原始模式”的\波形移位到图4中标记为“移位模式”的\波形时，功率变换器系统12中的空状态的持续时间在诸如开关循环T的给定的时间内被降低。而且，当变换器14中的两个非参考相臂的相电流以相反方向流动时，DC-总线电容器32中的纹波电流降低。参照图3和图5，假设在第一开关图40中的不期望的矢量是<011>(在图3中标记为“非零矢量_2” )，且相臂B和C是相同极性的电流(即相臂B和C具有相同方向的电流)，则控制器30通过将图3的第一开关图40中的原始开关模式移位到第三开关图44，诸如图5中所示的示例性的开关图来降低矢量<011>的持续时间。控制器30可以产生与不期望的矢量<011>相邻的另一有效矢量，以降低矢量<011>的持续时间，以及降低一个或多个无效矢量的持续时间。参照图2，与矢量<011>相邻的矢量是矢量<001>和<010>。但是，矢量<001>(标记为“非零矢量-1”)处于图3的原始开关模式中。因此，控制器30选择矢量<010>作为用于移位模式的有效矢量。控制器30控制变换器14的开关状态，以将&的开关模式从原始位置向右或向左移位，以降低矢量<011>的长度，同时产生期望的替代矢量<010>，并降低无效矢量<000>(在图3中标记为“零矢量-0”)的持续时间。但是，控制器30改变Sa 的开关模式，使得在不产生另一有效矢量情况下，保持原始无效矢量<111> (标记为“零矢量-7”)。如图5中所示，第三开关图44显示当变换器14中的两个非参考相臂(即相臂B 和C)的相电流以相同方向流动时，被改变的相臂A和B的开关状态。在第三开关图44中标记为“原始模式”的Sa和&波形对应于图3中所示的第一开关图40中的相应的Sa和 Sb波形。在操作中，控制器30可以控制相臂A，B和C在开关循环T上的开关状态，以将标记为“原始模式”的Sa和&波形移位到标记为“移位模式”的相应Sa和&波形。图5显示其中第一开关图40 (图3)的&波形被向右移位的例子。当控制器30 改变相臂A和B的开关状态时，控制器30可以例如如图5中所示将相臂B的高状态和相臂C的低状态对齐，以降低在功率变换器系统12中空状态的持续时间。第三开关图44显示在功率变换器系统12中比第一开关图40更短的空状态的持续时间。因此，当控制器30 将标记为“原始模式”的Sa和&波形移位到如图5所示的标记为“移位模式”的Sa和&波形时，功率变换器系统12中的空状态的持续时间在给定的时间，诸如开关循环T内被降低。 而且，当变换器14中的两个非参考相臂的相电流以相反方向流动时，DC-总线电容器32中的纹波电流降低。如图4-5中所示，相臂A，B和C的开关模式的相对时序可以从图3中描绘的开关模式变化。相臂A，B和C之间的相对时序的变化改变变换器14的有效状态和无效状态的开关配置，且因此改变流向DC总线M的纹波电流的量。因此，控制器30可以改变相臂A， B和C之间的相对时序，以降低通过DC-总线电容器32的纹波电流。参照图6，提供第四开关图46，以说明根据不连续脉宽调制(DPWM)方案的相臂A， B和C对于时间的开关状态。在DPWM中，变换器14中的两个相臂在开关周期T中开关。为了便于下文的解释，不开关的臂被定义为“参考相”，另两个相臂被定义为“非参考相”。遵从与CPWM情况相似的策略，控制器30确定当两个“非参考相”具有相同的相位状态时(即当“非参考相”要么全是高或要么全是低时)，两个“非参考相”是否是相同的电流极性。第四开关图46显示变换器14的不同开关配置的模式。第四开关图46所示的模式在开关循环T期间包括两个无效状态(在图6中标记为“零矢量-0”)。变换器14在开关循环T期间的有效状态包括<001>和<011>，它们分别标记为“非零矢量-1”和“非零矢量_2”。控制器30确定在相臂B和C处于相同的相位状态的“非零矢量_2”期间，两个“非参考相”是否是相同的电流极性。如果相臂B和C在“非零矢量_2”期间具有相反的电流极性，则控制器30可以确定不需要进行模式移位，这是由于通过DC-总线电容器32的纹波电流可能不是特别高。如果相臂B和C在“非零矢量-2” (即变换器14的状态<011>)期间具有相同的电流极性，则控制器30移位第四开关图46的原始开关模式，以降低通过DC-总线电容器32 的纹波电流。由于对于DPWM方案，在开关循环T期间只有两个开关模式变化，所以控制器 30相对另一模式移位一个模式，以降低不期望的矢量，这降低原始无效(即空)矢量的持续时间，并产生附加的有效矢量。参照图7a，提供第五开关图48，以显示当变换器14的两个相臂的相电流以相同方向流动时，被改变的相臂B的开关状态。在第五开关图48中标记为“原始模式”的&波形对应于图6的第四开关图46的&波形。在操作中，控制器30可以控制相臂A，B和C在开关循环T上的开关状态，以将标记为“原始模式”的&波形移位到标记为“移位模式”的& 波形。控制器30可以相对于标记为“移位模式”的&波形将标记为“原始模式”的&波形移位约180度角。可以根据功率变换器系统12中空状态的持续时间，选择标记为“原始模式”和“移位模式”的&波形之间的角度。例如，该角度可以随着功率变换器系统12中的空状态的持续时间在开关循环T中的增加而改变更多。当控制器30改变相臂B的开关状态时，控制器30可以例如如图7a所示将相臂B 的高状态与相臂C的低状态对齐，或将相臂C的高状态与相臂B的低状态对齐，以降低功率变换器系统12中的空状态的持续时间。第五开关图48显示功率变换器系统12中比第四开关图46更短的空状态的持续时间。因此，当控制器30将标记为“原始模式”的&波形移位到如图7a中所示的标记为“移位模式”的&波形时，功率变换器系统12中的空状态的持续时间在诸如开关循环T的给定时间内被降低。而且，当变换器14中的两个相臂的相电流以相反方向流动时，DC-总线电容器32中的纹波电流降低。参照图7b_7c，图7a的第五开关图48中的开关模式可以在一时间范围内被移位， 而仍允许在DC-总线电容器32中的纹波电流降低。图7b显示与图7a的开关模式类似不过具有相对短的有效状态持续时间的开关模式。由于相对短的有效状态持续时间，此开关模式可以在更大的时间范围内被移位，同时仍允许在DC-总线电容器32中的纹波电流降低。 例如，图7b显示一种极端情况，其中&波形的上升沿与&波形的下降沿对齐。另一方面， 图7c显示另一种极端情况，其中&波形的上升沿与&波形的下降沿对齐。只要相移在这两种极端情况之间，则DC-总线电容器32中的纹波电流可以被降低。随着原始开关模式中空状态的持续时间增加，开关模式可以移位同时仍降低DC-总线电容器32中的纹波电流的范围也会增加。参照图8，提供流程图50以说明控制诸如系统12的功率变换器系统的系统或方法的操作。图8的图提供如所示的功率变换器系统的一种代表控制策略。图8中所示的控制策略或逻辑可以由一个或多个逻辑阵列和/或基于微处理器的计算机或控制器来实现。当由基于微处理器的控制器实现时，控制策略可以包括使用许多已知的诸如事件驱动的，中断驱动的，多任务，多线程等等的策略中的任何一个处理的指令或代码。不管主要是用代码还是用硬件器件实现，可以以所示的顺序并行执行所示的各个步骤或功能，或者在一些情况下可以省略。尽管没有明确示出，本领域技术人员会认识到根据具体实施方式
可以重复执行一个或多个所示的功能。同样，要实现所描述的特征和优点并不一定要求处理的次序， 提供该次序是为了方便图示和描述。当然，根据具体应用，可以以软件、硬件或软件和硬件的组合来在一个或多个控制器和/或电子器件中实现控制逻辑。当以软件实现时，控制逻辑优选提供于一个或多个计算机可读存储介质中，其具有代表由计算机执行以控制引擎的代码或指令的存储数据。计算机可读存储介质可以包括许多种已知的利用电的、磁的、光的和/或混合存储的物理器件中的一个或多个来保存可执行的指令和相关的校准信息、操作变量等等。在流程图50的块52处，为功率变换器系统12中的相臂16，18和20确定期望的电压模式。控制器30可以根据命令控制器30如何在DC电源链22和AC电机沈之间变换功率来确定期望的电压模式。例如，可以确定对于功率变换器系统12的期望电压模式，以将功率变换器系统12作为驱动AC电机沈的DC到AC变换器操作。期望电压模式可以根据命令控制器30如何驱动AC电机沈来改变。在另一例子中，可以确定期望电压模式以将功率变换器系统12作为AC到DC变换器来操作。在块M处，确定开关状态的模式以获得期望的电压模式。控制器30可以确定相臂16、18和20的开关状态的模式，以获得相臂16、18和20间的期望电压模式。例如，如果DC总线M的电压是Nic,且相臂16、18和20的期望输出电压相对于DC总线M的负轨 (negative rail)是Va，Vb和V。，则在一个开关周期中所需的高状态的持续时间可以分别是 Va/Vdc*T, Vb/Vdc*T，和 Vc/Vdc*T。在块56处，确定在相臂16、18和20中的至少两个相臂中的电流的方向。图1中所示的电流传感器csa，CSbdn Cs。可以感测在各个相臂16、18和20中的电流，并提供嵌入或编码了相臂16、18和20中电流的方向的各个反馈信号ias，ibs，和i。s(也在图1中示出)。 控制器30可以接收反馈信号ias，ibs，和i。s，以确定在相臂16、18和20中的至少两个相臂中的电流的方向。对于系统10的方向性参考，控制器30可以相对于DC总线电容器32确定在两个相臂中的电流的方向。在流程图50的块58处，响应于电流的方向，功率变换器系统12的开关状态被控制以降低DC-总线电容器32中的纹波电流。控制器30通过向功率变换器系统12传送控制信号36来控制功率变换器系统12的开关状态。根据控制信号36，变换器14中的每个电源开关观的开关状态被控制为要么在接通状态要么在关断状态。根据电源开关观的接通状态和关断状态，生成相臂16、18和20的高和/或低状态，且获得变换器14的开关配置。 控制器30控制变换器14随时间的开关配置，以降低DC-总线电容器32中的纹波电流。在操作中，控制器30可以相对于变换器系统12中的至少一个其它相臂来修改一个或多个相臂16、18和20的开关状态，以在与非参考相臂16、18和20中的两个相臂关联的两个电流以相同方向流动时降低变换器系统12中空状态的持续时间。当非参考相电流以相反方向流动，且控制器30降低变换器系统12 (诸如在图4-5和图7a-7c的三相变换器例子)中的空状态的持续时间，DC-总线电容器32的纹波电流降低。
10
在图4中的三相变换器的例子中，控制器30可以控制相臂A在开关循环T上的开关状态，以在非参考相电流(即相电流、和ib，相电流ib和i。，或相电流、和U以相同方向流动时，将标记为“原始模式”的\波形移位到标记为“移位模式”的\波形(图4中所示)°在图5中的三相变换器的例子中，控制器30可以控制相臂A和B在开关循环T上的开关状态，以在非参考相电流(即相电流、和ib，相电流ib和i。，或相电流、和U以相同方向流动时，将标记为“原始模式”的Sa和&波形移位到标记为“移位模式”的Sa和& 波形(图5中所示)。在图7a的三相变换器的例子中，控制器30可以控制相臂B在开关循环T上的开关状态，以在非参考相电流(即相电流、和ib，相电流ib和i。，或相电流、和U以相同方向流动时，将标记为“原始模式”的&波形移位到标记为“移位模式”的&波形(图7a中所示)。如上所述，根据本公开的各个实施例响应于电流的方向来控制功率变换器系统的开关状态，以降低DC-总线电容器中的纹波电流，这可以有利于对于具体应用使用较小且通常不那么昂贵的电容器。尽管已经图示并描述了本发明的实施例，但这些实施例并非旨在图示和描述本发明的所有可能形式。而是，说明书中使用的词语是说明性词语而非限制性词语，要理解在不偏离本发明的精神和范围的情况下可做出各种变化。尽管可能将各个实施例描述为提供优点或关于一个或多个期望特征相对于其它实施例是优选的，但本领域技术人员了解一个或多个特征可以被折衷以获得取决于特定应用和实施方式的期望的系统属性。这些属性包括但不局限于成本、强度、耐用性、寿命周期成本、可市场化、外观、封装、大小、可维护性、重量、可制造性、组装的简便等等。本文描述的实施例中，与关于一个或多个特征的其它实施例或现有技术的实施方式相比，期望度更低的实施例不在本公开的范围之外，且对于具体应用可能是期望的。
权利要求
1.一种用于控制具有第一、第二和第三相臂的功率变换器系统的系统，所述第一、第二和第三相臂具有各自的第一、第二和第三关联的相电流，所述相臂连接到直流(DC)-总线电容器，所述系统包括至少一个逻辑器件，所述至少一个逻辑器件被配置成确定至少两个相臂中的电流的方向，并响应所述电流的方向，控制所述功率变换器系统的开关状态，以降低所述DC-总线电容器中的纹波电流。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述逻辑器件是包括处理器、计算机存储器以及存储在所述存储器中的一组软件指令的控制器，以确定两个相臂中的电流的方向并控制所述功率变换器系统的开关状态，所述处理器能够操作用来执行软件指令，所述计算机存储器能够操作用来存储能够由所述处理器访问的软件指令。
3.在其上具有用于执行一种方法的逻辑器件可读代码的至少一种逻辑存储介质，所述方法控制具有第一、第二和第三相臂的功率变换器系统，所述第一、第二和第三相臂具有各自的第一、第二和第三关联的相电流，所述相臂连接到直流(DC) -总线电容器，所述方法包括确定在至少两个相臂中的电流的方向；以及响应电流的方向，控制所述功率变换器系统的开关状态以降低所述DC-总线电容器中的纹波电流。
4.根据权利要求3所述的存储介质，其中控制开关状态包括参照变换器系统中的至少一个其它相臂来改变各相臂中的一个相臂的开关状态，以在关联的非参考相电流以相同方向流动时降低所述变换器系统中的空状态的持续时间。
全文摘要
用于控制具有第一、第二和第三相臂的功率变换器系统的方法和系统确定在至少两个相臂中的电流的方向，并响应该电流方向，控制功率变换器系统的开关状态，以降低相连的直流(DC)-总线电容器中的纹波电流，所述第一、第二和第三相臂具有各自的第一、第二和第三关联的相电流。
文档编号H02M7/48GK102377359SQ20111022681
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月9日 优先权日2010年8月23日
发明者M·W·丹格尼, S·图塔, 陈清麒 申请人:福特全球技术公司