一种逆变器脉宽调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动控制技术领域，具体地说，涉及一种逆变器脉宽调制方法。
【背景技术】
[0002] 当前的逆变器普遍采用绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolar Transistor，简称为IGBT)或金属氧化物半导体场效应管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，简称为M0SFET)作为开关器件，由于硅半导体的材料特性，IGBT 和M0SFET芯片的安全工作结温通常在150°C以下，芯片的温度在超过结温的安全限值后可 能会导致芯片永久性损坏。为了降低芯片工作时的温升，通常采取两个方面的措施：一是尽 量降低芯片到冷却介质的散热热阻；二是尽量降低芯片工作时的损耗。
[0003] 逆变器工作在零负载频率或低负载频率工况(例如三相永磁同步电机堵转）时， 各相电流都为持续的直流分量。而且在输出峰值转矩的情况下，电机某一相可能会持续地 流过最大峰值电流，从而造成逆变器中与该相相连的桥路也需持续地输出一个最大峰值电 流。
[0004] 如图la所示，当电机峰值电流相位刚好与U相重合时，U相桥路输出的电流达到 最大值，为其他两相桥路输入电流的代数和。如图lb所示，这时U相桥路中上管IGBT和下 管二极管的工作负荷最大，两者会交替开关、导通并流过峰值电流。在忽略上下管死区时间 和开关时间的前提下，IGBT和二极管每次交替导通的时间之和等于逆变器的开关周期。两 者导通时间的比例与逆变器直流输入电压、交流输出电压、负载电流相位、脉宽调制方法等 因素相关。
[0005] 在上述工况下，采用现有的脉宽调制方法，会造成损耗在同一桥臂的上下管之间 分布不均匀的情况。通常是IGBT芯片的损耗较大，而对侧的二极管芯片损耗较低，使得逆 变器在运行过程中IGBT芯片的温升率先超过芯片自身的限定值，从而造成芯片或逆变器 停机或损坏。这一问题也成为逆变器设计过程中阻碍逆变器输出能力进一步提升的瓶颈。
[0006] 现有的逆变器脉宽调制方法仅是根据所需的交流输出电压值直接计算出逆变器 各相输出的脉冲宽度，使得IGBT和二极管存在温度过高的风险，影响逆变器的可靠性。
[0007] 基于上述情况，亟需一种能够有效降低逆变器整体温升水平的逆变器脉宽调制方 法。
【发明内容】
[0008] 为解决上述问题，本发明提供了一种逆变器脉宽调制方法，所述方法包括以下步 骤：
[0009] S301、根据负载各相所需电压计算针对逆变器各相中开关单元的初始导通时间；
[0010] S302、采集负载相电流并计算其绝对值，将逆变器中流过绝对值最大的电流的一 相作为调整相，基于通过调整调整相中开关单元和二极管的导通时间来使得调整相中的开 关单元和二极管的温升均衡，分别计算所述调整相中开关单元和二极管的期望导通时间；
[0011]S303、根据调整相中开关单元的初始导通时间以及调整相中开关单元和二极管的 期望导通时间计算调整量；
[0012]S304、将调整量与逆变器各相中开关单元的初始导通时间进行叠加得到各相开关 单元的叠加后的导通时间；
[0013]S305、基于各相开关单元叠加后的导通时间计算各相中开关单元的调整后的导通 时间；
[0014]S306、根据所述调整后的导通时间产生相应的脉冲调制信号。
[0015] 根据本发明的一个实施例，根据下列公式计算所述调整相中开关单元和二极管的 期望导通时间：
【主权项】
1. 一种逆变器脉宽调制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 5301、 根据负载各相所需电压计算针对逆变器各相中开关单元的初始导通时间； 5302、 采集负载相电流并计算其绝对值，将逆变器中流过绝对值最大的电流的一相作 为调整相，基于通过调整调整相中开关单元和二极管的导通时间来使得调整相中的开关单 元和二极管的温升均衡，分别计算所述调整相中开关单元和二极管的期望导通时间； 5303、 根据调整相中开关单元的初始导通时间以及调整相中开关单元和二极管的期望 导通时间计算调整量； 5304、 将调整量与逆变器各相中开关单元的初始导通时间进行叠加得到各相开关单元 的叠加后的导通时间； 5305、 基于各相开关单元叠加后的导通时间计算各相中开关单元的调整后的导通时 间； 5306、 根据所述调整后的导通时间产生相应的脉冲调制信号。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据下列公式计算所述调整相中开关单元 和二极管的期望导通时间：
其中，Im为调整相电流的绝对值，Vra和Vf分别表示开关单元和二极管在电流I m下的 压降，RKBT_tWF和RDi()de_tWF分别表示开关单元和二极管到冷却介质的散热热阻，T表示开关 周期，分别表示开关单元在一个开关周期内的开通损耗和关断损耗， EDiode_rec表示二极管在一个开关周期内的反向恢复损耗，Tigbt和T lliode分别表示调整相中开 关单元和二极管的期望导通时间。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述开关周期等于开关单元的期望导通时 间和二极管的期望导通时间之和。
4. 如权利要求1~3中任一项所述的方法，其特征在于，基于调整相中的电流流向来计 算所述调整量Tadd : 当调整相中的电流流向负载时，Tadd = Itcbt-Tx up kbt ; 当调整相中的电流流出负载时，Tadd = TDimle-Tx_up_rcBT， 其中，Itcbt和ΤΜ(Λ分别表示调整相中开关单元和二极管的期望导通时间，Tx up kbt表示 调整相中开关单元的初始导通时间。
5. 如权利要求1~4中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算各相中开关单元的调 整后的导通时间的步骤包括： 查找各相中开关单元的叠加后的导通时间的最小值； 根据所述最小值和各相中开关单元叠加后的导通时间，计算得到所述各相中开关单元 调整后的导通时间。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据下列公式计算所述各相中开关单元叠 加后的导通时间：
其中，Tu_up_reBT_temp、T v_up_reBT_temp、Tw_ up_I(；BT_temp分力Ij表不逆变器u相、V相和w相中开关单兀 的置加后的导通时间，Tu_up_reBT、Tv_ up_reBT、Tw_up_reBT分别表不逆变器u相、V相和w相中开关单 元的初始导通时间，T add表示所述调整量。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述最小值的取值范围来计算各相中 的开关单元的调整后的导通时间， 当所述最小值大于零时，根据下列公式计算得到各相中开关单元调整后的导通时间：
当所述最小值小于零时，根据下列公式计算得到所述各相中开关单元调整后的导通时 间：
其中，Τ' u_up_rcBT、T' v up_rcBT、T' W UP KBT分别表示逆变器u相、V相和w相中开关单元的调整 后的导通时间，Tu_up_I(；BT_temp、T v_up_I(；BT_temp、T w_up_reBT_temp分别表不逆变器u相、V相和W相中开关 单元的初始导通时间，T x up rcBT min表示所述各相中开关单元的叠加后的导通时间的最小值。
8. 如权利要求1~7中任一项所述的方法，其特征在于，计算针对逆变器各相中开关单 元的初始导通时间的步骤包括： 根据逆变器各相所需的电压分别计算各相导通时间中间量； 分别找出所述各相导通时间中间量的最大值和最小值； 基于开关周期、所述各相的导通时间中间量、所述导通时间中间量的最大值和最小值， 根据零矢量再分配计算逆变器各相中开关单元的初始导通时间。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据如下公式计算所述逆变器各相中开关 单元的初始导通时间：
其中，Tu_up_reBT_temp、T v_up_reBT_temp、Tw_ up_I(；BT_temp分力Ij表不逆变器u相、V相和w相中开关单兀 的初始导通时间，Tu、Tv、Tw分别表示逆变器u相、V相和W相的导通时间中间量，T max和Tmin 分别表示所述各相的导通时间中间量的最大值和最小值，T表示开关周期。
10. 如权利要求1~9中任一项所述的方法，其特征在于，所述开关单元为绝缘栅双极 型晶体管。
【专利摘要】本发明公开了一种逆变器脉宽调制方法，包括：根据负载各相所需电压计算出针对逆变器各相开关单元的初始导通时间；采集负载相电流并计算其绝对值，将其中绝对值最大的一相作为调整相，分别计算调整相中开关单元和二极管的期望导通时间；根据各相开关单元的初始导通时间以及开关单元和二极管的期望导通时间计算开关单元的导通时间的调整量，并将其叠加到逆变器各相开关单元的初始导通时间上，随后根据各相开关单元叠加后的导通时间计算各相开关单元调整后的导通时间，最后根据调整后的导通时间产生相应的脉冲调制信号。本发明能够有效均衡开关单元和二极管的温升，为进一步提高逆变器输出能力提供了奠定了基础。
【IPC分类】H02M7-5387, H02M7-48
【公开号】CN104868765
【申请号】CN201410061653
【发明人】杨洪波, 王征宇, 陈建明, 刘毅, 梁松, 凌岳伦, 石高峰, 易慧斌
【申请人】湖南南车时代电动汽车股份有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年2月24日