用于产生PWM信号的方法和设备与流程

本公开涉及一种用于产生pwm信号的方法和设备。更具体地说，本公开涉及一种用于产生用于驱动逆变器的随机pwm基准电压信号的方法和设备，该方法和设备可以更简单地产生随机位置pwm(rppwm)，在rppwm中，活动矢量的位置被改变以实现与当开关频率被改变时相同的效果。

背景技术：

在逆变器由具有固定频率的pwm信号驱动的情况下，电压和电流集中在开关频率的倍频上。结果，存在造成特定频率的噪声的问题。

为了解决该问题，改变开关频率的随机pwm方案已经被提出。用于实现这样的随机pwm的方案可以包括改变三角波本身的频率的随机频率pwm(rfpwm)、改变活动矢量的位置的随机位置pwm(rppwm)、产生随机数量的脉冲的随机开关pwm(rspwm)等。

在这些方案之中，在rfpwm方案中，三角波本身的频率被随机地改变。

当通用逆变器的电流被测量时，三角波在其峰值或零值处被采样。因此，每当三角波的频率被改变时，采样时序在每一个周期被改变。

因为在基准帧转换所必需的操作处理中，固定的开关频率具有三角波的恒定周期，所以可能没有必要计算每一个pwm周期的计算周期。然而，当诸如在rfwpm方案中那样，三角波本身的频率被改变时，计算周期在每一个周期被改变，因此，在pwm信号的每一个周期被计算。结果，在编程中存在许多考虑，并且计算时间也增加。

鉴于以上，根据本公开的示例性实施例，rppwm可以被更简单地实现，以使得它可以被广泛地应用于一般的逆变器，并且可以有效地降低逆变器的电磁噪声。

[相关技术参考文献]

[专利参考文献]

韩国公开专利申请no.2001-0073638，标题为“apparatusforreducingnoiseofthecompressorusingrandompulsewidethmodulationandcontrolmethodthereof(用于使用随机脉宽调制来降低补偿器的噪声的设备及其控制方法)”。

技术实现要素：

本公开的一方面是提供一种用于产生用于驱动逆变器的随机pwm基准电压信号的方法和设备，该方法和设备可以更简单地产生随机位置pwm(rppwm)，在rppwm中，活动矢量的位置被改变以实现与当开关频率被改变时相同的效果。

本公开的目的不限于上述目的，其他目的和优点可以被本领域技术人员从以下描述领会到。此外，将容易意识到的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求及其组合中记载的手段来实施。

根据本公开的一个方面，一种用于产生用于驱动逆变器的pwm基准电压信号的方法包括：从三个相基准电压计算基准值以提供它们；对基准电压的每个周期产生随机变量；并且对基准值应用通过在基准电压的每一个周期使用随机变量而产生的补偿值以产生随机pwm基准电压。

所述方法还可包括：对随机变量进行缩放以使得补偿值和基准值的和位于基准值的最大限值与最小限值之间的范围内。

缩放可以包括对随机变量进行缩放以使得偏移值位于基准值的最大值与基准水平的最大限值之间的范围或者基准值的最小值与基准值的最小限值之间的范围内。

基准值的用于对随机变量进行缩放的最大值和最小值可以从以下方程获得：

根据本公开的示例性实施例，可以通过使用minmaxpwm运算来更简单地产生随机pwm基准电压信号，以使得存在它可以被广泛地应用于一般的逆变器并且有效地降低逆变器的电磁噪声的许多优点，minmaxpwm运算是最大化电压利用率的调制方案。

附图说明

图1是用于例示说明利用现有技术中的用于产生随机pwm信号的设备的补偿器的配置的示图；

图2和3是用于例示说明根据本公开的示例性实施例的用于产生随机pwm基准电压信号的方法的示图；

图4是用于例示说明根据本公开的示例性实施例的用于产生随机pwm基准电压信号的设备的框图；以及

图5是用于例示说明根据本公开的示例性实施例的用于产生随机pwm基准电压信号的方法的流程图。

具体实施方式

以上目的、特征和优点从参照附图的详细描述将变得清楚。实施例被足够详细地描述以使得本领域技术人员能够容易地实施本公开的技术构思。众所周知的功能或配置的详细公开可以被省略，以便不会不必要地模糊本公开的主旨。

以下，将参照附图来详细描述本公开的实施例。在整个附图中，相似的标号指代相似的元件。

图1是用于例示说明利用现有技术中的用于产生随机pwm信号的设备的补偿器的配置的示图。

参照图1，用于产生pwm信号的设备包括电源10、逆变器单元20、转子位置和速度检测器30、比例积分(pi)控制器40、pwm脉冲发生器50、门信号发生器60、随机变量发生器70、pwm频率确定器80、pwm比较信号发生器90等。

电源10在接收到ac功率时供给各个元件所需的电压。逆变器单元20从电源10接收电压，并且根据输入到它的控制信号来驱动bldc电机。

转子位置和速率检测器30检测bldc电机的转子的位置，并且计算速率以输出它。pi控制器40对基准值w*与检测器30检测的旋转速率ω之间的差值执行比例积分，并且调整pwm的占空比。

随机变量发生器70产生用于产生随机pwm的随机变量。pwm频率确定器80基于在随机变量发生器70中产生的随机变量来确定pwm频率以输出它。

pwm比较信号发生器90从pi积分器40接收占空比并且从pwm频率确定器80接收pwm频率以确定pwm频率的周期和接通持续时间，并且输出它们。pwm脉冲发生器50使用在pwm比较信号发生器90中产生的pwm频率的周期和接通持续时间来产生pwm脉冲，并且输出它。

门信号发生器60通过在pwm脉冲发生器50中产生的pwm脉冲来产生接通/断开逆变器单元20的开关元件的门信号。

典型的固定开关频率的逆变器不包括随机变量发生器70和pwm频率确定器80，并且从电源10接收ac功率以将它转换为逆变器单元20所需的电压。然后，逆变器单元20中的六个开关元件被连接或断开，以使得三相电压被供给电机。随着电机旋转，位置和速率检测器30检测速率。pi控制器40对参考速率w*和电流速率ω执行比例积分以计算pwm的占空比。然后，它被发送到pwm比较信号发生器90。

对于随机开关频率逆变器，随机变量发生器70产生随机变量。因此，pwm频率确定器80确定在预定的最大频率与最小频率之间的pwm开关频率的周期t，并且将它输出到pwm比较信号发生器90。

pwm比较信号发生器90将从pi控制器40接收的占空比与从pwm频率确定器80接收的pwm开关频率的周期进行比较，以确定pwm开关频率的周期和接通持续时间。然后，pwm比较信号发生器90将它们发送到pwm脉冲发生器50。

pwm脉冲发生器50使用pwm开关频率及其周期和接通持续时间来产生用于控制逆变器单元20的开关元件的pwm脉冲，并且将它们发送到门信号发生器60。门信号发生器60接收从pwm脉冲发生器50发送的pwm脉冲以连接/断开逆变器单元20的开关元件，并且将三相电压供给电机。

然而，如上所述，三角波本身的频率在rfpwm方案中被改变，计算周期在每一个周期被改变，因此在pwm信号的每一个周期被计算。结果，在编程中存在许多考虑，并且计算时间也增加。

鉴于以上，本公开提出了一种可以通过改进pwm脉冲发生器50的配置和功能来更简单地、更方便地产生随机pwm信号的新的方法。

图2和3是用于例示说明根据本公开的示例性实施例的用于产生随机pwm基准电压信号的方法的示图。

如先前所提及的，本公开涉及一种用于通过rppwm方案来实现随机pwm的方法，在该方法中，不同于现有方法，开关频率被随机地改变。也就是说，rppwm方案使用固定开关频率，因此不需要使三角波运算和图1所示的rfpwm方案所需的运算同步的处理。具体地说，本公开通过简单地将随机产生的补偿值添加到现有的minmaxpwm算法来提供新的rppwm技术。

一开始，图2示出了沿着时间(t)轴以恒定频率产生的三角波、三相电压的u相和v相的基准电压、以及与它们之间的差值对应的线电压(u-v)。

基准电压是用于通过使用反馈值来控制逆变器的输出电压的电压信号，所述反馈值诸如电机的速度信息或电流信息。例如，参照图1，pi控制器40可以通过使用电机的速度信息w*来输出基准电压。在以下描述中，“基准电压”、“电压基准”、“基准信号”和“基准电压信号”等被用作具有相同的意义，除非另有具体陈述。

因为供给到电机中的电流是由线电压确定的，因此线电压(u-v)是有物理意义的。

尽管线电压(即，u相电压与v相电压之间的差值)在三角波的各周期期间始终保持恒定，但是被与u值和v值相加的偏移值offset是随机变化的。因此，从图2可以看出，线电压的脉冲的位置在不同周期之间是变化的。换句话说，当偏移值变大时，线电压脉冲集中在pwm周期的中心，而当偏移值变小时，线电压脉冲位于pwm周期的边缘处。

因此，通过在每一个周期改变偏移值，线电压脉冲的位置在每个三角波中改变。结果，可以实现与当开关频率被改变时相同的效果。也就是说，通过产生随机变量并且使用它们作为偏移值，线电压脉冲的位置可以在三角波的不同周期之间被随机地改变。

然而，在这种情况下，输出值(即，施加的基准值和偏移值的和)可以超过基准值的最大限值(三角波的峰值)。当这发生时，存在只有基准值的最大限值被一再地输出的问题，使得可能不能实现随机开关效果。

因此，有必要对偏移值进行缩放以使得和位于基准值的最大限值与最小限值之间的范围中。也就是说，基准值的最大限值和最小限值是固定的，而基准值本身可以在不同周期之间变化。因此，为了使输出值保持在适当的范围中，将被用作偏移值的随机变量必须通过缩放而被相应地改变。

如图所示，最大基准值与三角波的峰值(最大限值)之间的距离以及最小基准值与三角波的谷值(最小限值)之间的距离在不同周期之间是变化的。因此，为了计算脉冲的位置可以在其内改变的范围，这两个距离必须在每一个周期被计算。

然而，基于三角波在每一个周期的最大值和最小值来计算随机偏移的范围需要复杂的计算处理，因此存在计算时间增加的问题。

因此，可以设想使用图3所示的方法。

参照图3，通过确定从pi控制器等输出的基准值vbs*、vas*、vcs*(参见图3(a))并且对这些值执行minmaxpwm运算，最大基准值和最小基准值的平均值(vbs*+vcs*)/2位于三角波的中心(参见图3(b))。如果三个相基准电压的最大基准值vmax*和最小基准值vmin*的绝对值彼此相等，则根据作为与三角波的比较结果的开关状态的有效电压矢量位于电压调制周期的正中心。通过使用所述原理，可以更简单地实现现有的对称空间矢量电压调制技术(参见首尔国立大学2000年2月的dae-woongjung的博士论文“unifiedanalysisofpwmmethodforthreephasevoltagesourceinverterusingoffsetvoltage(使用偏移值统一分析用于三相电压源逆变器的pwm方法)”。也就是说，通过执行minmaxpwm运算，可以获得调整基准值vbs**、vas**、vcs**，以使得最大基准值vbs*和最小基准值vcs*离三角波的中心是等距的。可以看出，通过使用这样的调整基准值，可以更简单地实现电压调制方案。

minmaxpwm运算可以用以下方程1来表达：

[方程1]

任意值vsn可以被确定为使得当任意值vsn被与最大基准值vmax*和最小基准值vmin*相加时最大基准值vmax*的绝对值变为等于最小基准值vmin*的绝对值。从方程1可以看出，如此确定的任意值vsn是最大基准值和最小基准值的平均值(vmax*+vmin*)/2。

因此，当最大基准值和最小基准值的平均值位于三角波的中心时，最大基准值和最小基准值可以包括离三角波的中心等距的基准值，以使得关系vmax*＝-vmin*被建立。

换句话说，通过执行minmaxpwm运算，最大基准值与三角波的与基准值的最大限值对应的最大值之间的距离变为等于最小基准值与三角波的与基准值的最小限值对应的最小值之间的距离。因此，计算最大基准值与三角波的最大值之间的或者最小基准值与三角波的最小值之间的变化范围以确定偏移值，并且对它执行“+/-”转换，以使得输出值被在不超过基准值的最大限值和最小限值的范围内随机地产生。

从图3(c)可以看出，由于偏移值的影响，从被施加任意偏移值的基准值vbs**、vas**、vcs**获得的线电压(u-v)不同于先前的线电压(如toff所指示的)。

在图3和方程1中，vas*、vbs*、vcs*表示从施加的三相基准电压计算的基准值，vas**、vbs**、vcs**表示通过分别对三个相基准值执行minmaxpwm运算而获得的调整基准值。此外，vas***、vbs***、vcs***表示通过将偏移值应用于调整基准值而获得的输出值。

图4是用于例示说明根据本公开的示例性实施例的用于产生随机pwm基准电压信号的设备的框图。

参照图4，根据本公开的示例性实施例的用于产生随机pwm基准电压信号的设备包括基准电压提供器410、随机变量发生器420、运算器430、缩放器440、信号组合器450等。

基准电压提供器410提供普通的三相基准电压。随机变量发生器420产生在基准电压的每一个周期作为偏移值施加的随机变量。可替代地，随机变量发生器420可以在基准电压的每一个自然数倍数周期产生随机变量。在这种情况下，在与基准电压的周期对应的周期中产生的随机变量可以被选择性地使用。

将理解的是，众所周知的随机变量产生技术(诸如平方取中法和线性同余法)中的任何一种都可以被应用于随机变量发生器420。

运算器430通过使用从基准电压提供器410发送的当前的基准电压来执行minmaxpwm运算。缩放器440在从经由minmaxpwm运算计算的调整基准值的最大值或最小值以及三角波的最大值或最小值设置的范围内对随机变量进行缩放，从而产生偏移值。

例如，让我们假定随机变量被产生为预定范围(例如，1至100)内的数字，并且在三角波的三个周期期间由调整基准值的最大值和三角波的最大值设置的范围分别为8、10和15。如果三角波的第一周期中的随机变量是80，则可以应用8*(80/100)的缩放比。因此，偏移值约为6。

随后，如果三角波的第二周期中的随机变量是50，则可以应用10*(50/100)的缩放比。因此，偏移值为5。如果三角波的第三周期中的随机变量为25，则偏移值约为4。

也就是说，随机变量发生器420产生的随机变量可以被创建为落在缩放器440设置的范围内的偏移值。然后，偏移值和调整基准值可以被信号组合器450组合，以使得可以产生随机pwm基准电压。

换句话说，运算器430对从基准电压提供器410提供的基准电压执行minmaxpwm运算以获得调整基准值，调整基准值被递送给缩放器44和信号组合器450。然后，递送给缩放器440的调整基准值被用于对随机变量发生器420产生的随机变量进行缩放。然后，通过对随机变量进行缩放而产生的偏移值被信号组合器450与调整基准值组合，以使得可以产生在不同周期之间变化的随机pwm基准电压信号。

也就是说，如上所述，通过运算器430对从基准电压提供器410提供的基准电压执行minmaxpwm运算，最大基准值和最小基准值可以离三角波的中心是等距的。通过这样做，活动矢量可以被应用在最大基准值与三角波的最大值之间以及最小基准值与三角波的最小值之间的部分中。因此，缩放器440执行缩放，以使得随机变量发生器420产生的随机变量位于该部分中，因此，偏移值通过该缩放而被创建，并且被应用于从运算器430提供的调整基准值，从而创建随机pwm基准信号。

优选地，当缩放器440使用minmaxpwm运算的结果之中的中间的最大基准值来产生偏移值时，三角波的最大值可以被使用。另一方面，当最小基准值被使用时，三角波的最小值可以被优选使用。

如上所述，minmaxpwm运算可以根据方程1来执行。

图5是用于例示说明根据本公开的示例性实施例的用于产生随机pwm基准电压信号的方法的流程图。

参照图5，根据本公开的示例性实施例的用于产生随机pwm基准电压信号的方法包括：提供基准值s510；产生随机变量s520；缩放s530；以及组合信号s540等。

提供s510提供具有恒定频率的三个相基准电压。产生s520对基准电压的每个周期产生随机变量。

缩放s530包括通过对从提供s510发送的基准电压执行minmaxpwm运算来计算调整基准值(步骤s532)。另外，缩放s530包括通过在由调整基准值的最大基准值或最小基准值与三角波的最大值或最小值之间的差值形成的范围内对随机变量进行缩放来产生偏移值(步骤s534)。

也就是说，通过执行缩放s530，可以产生偏移值使得作为基准值和偏移值的组合的输出值位于三角波的最大值与最小值(这些值是基准值的最大限值和最小限值)之间的范围内。

如此产生的偏移值经由组合s540与调整基准值组合，以使得可以产生实时的随机pwm基准电压信号。

如上所述，本公开的示例性实施例涉及一种用于实现随机pwm的方法，该方法不需要一个或多个三角波运算之间的同步处理。具体地说，通过简单地添加通过使用minmaxpwm运算而产生的随机偏移值，可以高效率地产生随机pwm区域信号，这已经在上面被描述。

根据本公开的示例性实施例，可以通过使用minmaxpwm运算来更简单地产生随机pwm基准电压信号，以使得它可以被广泛地应用于一般的逆变器并且有效地降低逆变器的电磁噪声，该minmaxpwm运算是最大化电压利用的调制方案。

在不脱离本公开的范围和精神的情况下，以上所述的本公开的示例性实施例可以被本领域技术人员替换、改变和修改。因此，本公开不限于以上提及的示例性实施例和附图。