专利名称：多相直/交流转换器的驱动装置及驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种转换器的驱动方法，特别是涉及一种多相直/交流转换器的驱动 方法。
背景技术：
参阅
图1，为现有一种三相直/交流转换器(Three-phase Inverter) 900，其中是 利用六个电晶体开关Ml M6相互交替开关而产生适当的驱动电流，使得三相直/交流转 换器 900 的线电压(line-to-line voltage)Vab, Vbc 及 Vca(其中 Vab = Va-Vb, Vbc = Vb-Vc, Vca = Vc-Va)输出振幅相同且彼此相位互差120度的正弦交流电。然而，三相直/交流转换器900需要与一驱动装置950配合使用，驱动装置950用 以输出控制电晶体开关Ml M6动作的驱动信号Sl S6，而判断驱动装置950的优劣主要 有几项指标电源使用率、谐波失真(Harmonic Distortion)以及电晶体开关Ml M6的开 关切换的次数。现有的驱动装置950主要有正弦脉波宽度调变器(Sinusoidal Pulse-Width Modulator,以下简称SPWM)及空间向量脉波调变器(Space Vector Pulse-Width Modulator,以下简称SVPWM)两种，但是SPWM的电源使用效率较低且会产生较大的谐波，因 此，SVPWM为现今常用的三相直/交流转换器900的驱动装置950。但是，SPWM及SVPWM所产生的开关切换次数一旦在其载波频率(carrier frequency)确定之后，即无法变更，使得电晶体开关Ml M6在切换时所产生的能量消耗无 法降低，也造成三相直/交流转换器900的效能无法提高。由此可见，上述现有的SPWM及SVPWM在设备、方法的结构及使用上，显然仍存在有 不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种新的多相直/交流转换器的驱 动装置及驱动方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的SPWM及SVPWM存在的缺陷，而提供一种新的多相 直/交流转换器的驱动装置及驱动方法，所要解决的技术问题是使其可以降低开关切换次 数及谐波失真，以节省多相直/交流转换器运作时的功率消耗。本发明的另一目的在于提供一种新的多相直/交流转换器的驱动装置，所要解决 的技术问题是使其可以产生降低开关切换次数及谐波失真的驱动信号。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出 的一种多相直/交流转换器的驱动方法，应用在一驱动装置中，用以驱动一多相直/交流 转换器，该驱动装置接收一参考输入信号，并根据该参考输入信号产生一回授信号，该回授 信号中具有复数个频率成分；其中该驱动方法包含以下步骤步骤(A)，接收该参考输入信 号及该回授信号，并将两者相减以产生一误差信号；步骤(B)，将该误差信号中不属于该参 考输入信号的频率范围的频率成分衰减至最小，并产生一最佳化信号；步骤(C)，对该最佳化信号进行量化以产生一驱动信号；及步骤(D)，输出该驱动信号驱动该多相直/交流转换器。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。较佳地，前述的多相直/交流转换器的驱动方法，其中该步骤(B)包括步骤 (B-I)，根据一频率权重函数，将该误差信号中一特定频率范围外的频率成分衰减至最小； 及步骤(B-2)，根据一最佳化函数，将该误差信号中该特定频率范围内的频率成分衰减至最 小，并产生该最佳化信号。较佳地，前述的多相直/交流转换器的驱动方法，其中该步骤(C)包括步骤 (C-I)，将该最佳化信号量化成一控制信号；及步骤(C-2)，根据一对照表，将该控制信号转 换成该驱动信号。较佳地，前述的多相直/交流转换器的驱动方法，其中该驱动方法还包含一介于 步骤(B)与步骤(C)之间的步骤(E)，对该最佳化信号进行降阶。较佳地，前述的多相直/交流转换器的驱动方法，其中该最佳化信号的维度为N， N ≥ 3，且该步骤(E)是将该最佳化信号的维度从N维降阶为N-I维。较佳地，前述的多相直/交流转换器的驱动方法，其中该步骤(C)包括步骤 (C-I)，将该降阶后的最佳化信号量化成一控制信号；及步骤(C-2)，根据一对照表，将该控 制信号转换成该驱动信号。较佳地，前述的多相直/交流转换器的驱动方法，其中该频率权重函数符合以下 公式:x(k+l) = Ax(k)+Be(k)y(k) = Cx(k)+De(k)其中，χ e RNn为一该驱动装置中执行步 骤(B-I)的一权重滤波电路的状态参数，A、B、C及D为一权重参数且A e RNnXN\B e RNnX\ C e RNXNn及D e Rnxn，N为该多相直/交流转换器的相位个数。较佳地，前述的多相直/交流转换器的驱动方法，其中该最佳化函数符合以下公 式V = y(k)TPy(k)其中P为一可规划的设计参数，且Pt = P > 0，T为转置运算，该 最佳化信号可使该最佳化函数的值为最小。较佳地，前述的多相直/交流转换器的驱动方法，其中该多相直/交流转换器为 一三相直/交流转换器，该最佳化信号的维度为三，该步骤(E)中是将该最佳化信号的维度 从三维降阶为二维，该步骤(C-I)中是将该二维的最佳化信号进行二维量化后而产生该控 制信号。较佳地，前述的多相直/交流转换器的驱动方法，其中该步骤(E)中是利用以下 方程式进行降阶Vu' =Q-1Q-tRtDtPVu其中，\为三维的最佳化信号，Vu'为二维的最佳化 信号，QtQ = RtDtPDR, Q e R2x2, P为一可规划的设计参数，且Pt = P > 0，T为转置运算，
D GR3x3为一权重参数
权利要求
一种多相直/交流转换器的驱动方法，应用在一驱动装置中，用以驱动一多相直/交流转换器，该驱动装置接收一参考输入信号，并根据该参考输入信号产生一回授信号，该回授信号中具有复数个频率成分；其特征在于该驱动方法包含以下步骤步骤(A)，接收该参考输入信号及该回授信号，并将两者相减以产生一误差信号；步骤(B)，将该误差信号中不属于该参考输入信号的频率范围的频率成分衰减至最小，并产生一最佳化信号；步骤(C)，对该最佳化信号进行量化以产生一驱动信号；及步骤(D)，输出该驱动信号驱动该多相直/交流转换器。
2.如权利要求1所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(B)包括 步骤(B-I)，根据一频率权重函数，将该误差信号中一特定频率范围外的频率成分衰减至最小；及步骤(B-2)，根据一最佳化函数，将该误差信号中该特定频率范围内的频率成分衰减至 最小，并产生该最佳化信号。
3.如权利要求1所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(C)包括 步骤(C-I)，将该最佳化信号量化成一控制信号；及步骤(C-2)，根据一对照表，将该控制信号转换成该驱动信号。
4.如权利要求1所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该驱动方法还包 含一介于步骤(B)与步骤(C)之间的步骤(E)，对该最佳化信号进行降阶。
5.如权利要求4所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该最佳化信号的 维度为N，N > 3，且该步骤(E)是将该最佳化信号的维度从N维降阶为N-I维。
6.如权利要求5所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(C)包括 步骤(C-I)，将该降阶后的最佳化信号量化成一控制信号；及步骤(c-2)，根据一对照表，将该控制信号转换成该驱动信号。
7.如权利要求2所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该频率权重函数 符合以下公式x(k+l) = Ax (k) +Be (k) y(k) = Cx(k)+De(k)其中，χ e RNn为一该驱动装置中执行步骤(B-I)的一权重滤波电路的状态参数，A、B、 C 及 D 为一权重参数且 A e RNnXN\B e RNnXN、C e RNXNn R D e RnxnjD e Rnxn，N 为该多相直 /交流转换器的相位个数。
8.如权利要求2所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该最佳化函数符 合以下公式V = y(k)TPy(k)其中P为一可规划的设计参数，且Pt = P > 0，T为转置运算，该最佳化信号可使该最 佳化函数的值为最小。
9.如权利要求6所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该多相直/交流 转换器为一三相直/交流转换器，该最佳化信号的维度为三，该步骤(E)中是将该最佳化信 号的维度从三维降阶为二维，该步骤(C-I)中是将该二维的最佳化信号进行二维量化后而产生该控制信号。
10.如权利要求9所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(E)中是 利用以下方程式进行降阶 vu' =Q-1Q-tRtDtPvu其中，Vu为三维的最佳化信号，Vu'为二维的最佳化信号，QtQ = RtDtPDR, Q e R2x2, P为一可规划的设计参数，且Pt = P > 0，T为转置运算，D e R3x2为一权重参数，为一可规划的设计参数。
11.如权利要求9所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(C-I)中 二维量化后所产生的控制信号为[1 0]τ、
τ、[1 -ι]τ、
12.如权利要求1所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(C)包括步骤(C-I)，将该最佳化信号转换成该回授信号；及 步骤(C-2)，根据一对照表，将该回授信号转换成该驱动信号。
13.如权利要求12所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(C-I) 包括步骤(C-Ia)，将该最佳化信号进行排序并产生一第一排序参数； 步骤(C-Ib)，将排序后的最佳化信号进行减法运算产生一差量信号； 步骤(C-Ic)，将该差量信号进行排序并产生一第二排序参数； 步骤(C-Id)，根据该第一排序参数、该第二排序参数及一参考矩阵产生一参考回授信 号；及步骤(C-Ie)，将该参考回授信号转换为该回授信号。
14.如权利要求13所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(C-Ia) 是将该最佳化信号中的向量以大到小进行排序。
15.如权利要求13所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(C-Ic) 是将该差量信号中的向量以大到小进行排序。
16.如权利要求13所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(C-Ib) 中的减法运算是符合以下公式其中，《为排序后的最佳化信号。
17.如权利要求13所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(C-Id) 是根据以下方程式产生该参考回授信号
18.如权利要求13所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该参考矩阵
19.如权利要求13所述的多相直/交流转换器的驱动方法，其特征在于该步骤(C-Ie) 中该参考回授信号是根据以下公式进行转换
20.一种多相直/交流转换器的驱动装置，用以驱动一多相直/交流转换器，且接收一 参考输入信号，并根据该参考输入信号产生一回授信号，该回授信号中具有复数个频率成 分；其特征在于该驱动装置包含一减法电路，将该参考输入信号及该回授信号相减以产生一误差信号；一滤波模组，耦接在该减法电路，用以将该误差信号中不同于该参考输入信号的频率 范围的频率成分衰减至最小，并产生一最佳化信号；及一量化模组，耦接在该滤波模组，用以对该最佳化信号进行量化以产生一驱动信号，并 输出该驱动信号驱动该多相直/交流转换器。
21.如权利要求20所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该滤波模组包 括一权重滤波电路及一最佳化电路，该权重滤波电路耦接在该减法电路，用以根据一频率 权重函数，将该误差信号中一特定频率范围外的频率成分衰减至最小，该最佳化电路耦接 在该权重滤波电路与该量化模组，用以根据一最佳化函数，将该误差信号中该特定频率范 围内的频率成分衰减至最小。
22.如权利要求21所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该频率权重函 数符合以下公式x(k+l) = Ax (k) +Be (k)y(k) = Cx(k)+De(k)其中，χ e RNn为一该驱动装置中执行步骤(B-I)的一权重滤波电路的状态参数，A、B、 C及D为一权重参数且A e RNnXNn、B e RNnX\c e RNXNn^D e Rnxn，N为该多相直/交流转 换器的相位个数。
23.如权利要求21所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该最佳化函数符合以下公式 V = y(k)TPy(k)其中，P为一可规划的设计参数，且Pt = P > 0，T为转置运算，该最佳化信号可使该最 佳化函数的值为最小。
24.如权利要求20所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该量化模组包 括一映射降阶电路及一量化单元，该映射降阶电路耦接在该滤波模组，用以对该最佳化信 号进行降阶，该量化单元耦接在该映射降阶电路，用以对该降阶后的最佳化信号进行量化 以产生该驱动信号。
25.如权利要求24所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该最佳化信号 的维度为N，N > 3，该映射降阶电路是将该最佳化信号的维度从N维降阶为N-I维。
26.如权利要求25所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该量化单元具 有一量化电路及一驱动信号产生电路，该量化电路耦接在该映射降阶电路，用以将该降阶 后的最佳化信号量化成一控制信号，该驱动信号产生电路耦接在该量化电路，用以根据一 对照表，将该控制信号转换成一驱动信号。
27.如权利要求26所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该多相直/交 流转换器为一三相直/交流转换器，该量化电路为一二维量化器，该最佳化信号的维度为__ ο
28.如权利要求26所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该映射降阶电 路利用以下方程式进行vu' =Q-1Q-TRTDTPvU其中，Vu为三维的最佳化信号，Vu'为二维的最佳化信号，QtQ = RTDTPDR, Q e R2x2, P为一可规划的设计参数，且Pt = P > 0，T为转置运算，D e R3x3为一权重参数， R= Λ , 1为一可规划的设计参数。 O 1 — 1
29.如权利要求26所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该步骤(C-I) 中二维量化后所产生的控制信号为[1 ο]τ、[ο 1]τ、[1 -ι]τ、[ο 0]τ、[-1 1]τ、
τ其中之一。
30.如权利要求26所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该驱动装置还 包含一耦接在该减法电路及该量化模组的还原电路，用以对该控制信号升阶以产生该回授信号。
31.如权利要求30所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该控制信号的 维度为Ν-1，该回授信号的维度为N，N > 3，该还原电路是将该N-I维的控制信号升阶为该 N维的回授信号。
32.如权利要求31所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该驱动装置还 包含一取样开关，该取样开关的一端接收该参考输入信号，另一端耦接该减法电路，该取样 开关对该参考输入信号进行取样。
33.如权利要求20所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该量化模组包 括一量化电路及一驱动信号产生电路，该量化电路耦接在该滤波模组，用以将该最佳化信 号量化成该回授 号，该驱动信号产生电路耦接在该量化电路，用以根据一对照表，将该回授信号转换成一驱动信号。
34.如权利要求33所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该量化电路具 有一第一排序电路、一向量减法器及一第二排序电路、一重组电路及一转换器，该第一排序 电路用以将该最佳化信号进行排序并产生一第一排序参数；该向量减法器用以将排序后的 最佳化信号进行减法运算以产生一差量信号；该第二排序电路用以将该差量信号进行排序 以产生一第二排序参数；该重组电路根据该第一排序参数、该第二排序参数及一参考矩阵 产生一参考回授信号；该转换器用以将该参考回授信号转换为该回授信号。
35.如权利要求33所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该第一排序电 路是将该最佳化信号中的向量以大到小进行排序。
36.如权利要求33所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该第二排序电 路是将该差量信号中的向量以大到小进行排序。
37.如权利要求33所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该向量减法器 的减法运算是符合以下公式
38.如权利要求33所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该重组电路是 根据以下方程式产生该参考回授信号u = PLdpL其中， 为该参考回授信号、Pml为该第一排序参数、Pm2为该第二排序参数，及力为该参考 矩阵。
39.如权利要求33所述的多相直/交流转换器的驱动装置，其特征在于该参考矩阵 0 1 1 ··· 1" O O '·. ‘
40.如权利要求33所述的多相直/ 据以下公式进行转换 交流转换器的驱动装置，其特征在于该转换器是根 其中， 为该参考回授信号，
全文摘要
一种多相直/交流转换器的驱动方法，用于一驱动装置中执行，该驱动装置接收一参考输入信号，并根据参考输入信号产生一回授信号，该回授信号中具有复数个频率成分，该驱动方法包含(A)接收参考输入信号及回授信号，并将两者相减以产生一误差信号；(B)将误差信号中不属于参考输入信号的频率范围的频率成分衰减至最小，并产生一最佳化信号；(C)对最佳化信号进行量化以产生一驱动信号；(D)输出驱动信号驱动多相直/交流转换器，藉此所产生的驱动信号可降低多相直/交流转换器中开关切换次数及谐波失真，以节省多相直/交流转换器运作时的功率消耗。
文档编号H02M7/217GK101938221SQ20091015152
公开日2011年1月5日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者胡竹生, 陈铿元 申请人:财团法人交大思源基金会