专利名称：直流/交流转换器的控制装置与其控制方法
技术领域：
本发明是关于直流交流转换器的控制装置，特别是关于产生多相位多位准的电压的直流交流转换器的控制装置。
背景技术：
电压源变频器(Voltage source inverter)为驱动马达所需的电路，通过控制该电路中开关组件的导通与截止，可以产生所期望的电流以驱动马达。常见的三相电压源变频器控制策略为弦波脉波宽度调变器(SPWM-sinewave pulse width modulator)以及空间向量脉波调变器(SVPWM space vector PWM)，然而若考虑多相马达的驱动，这两种方法将面临扩充的问题，虽然SPWM的运作方式相当简单，也可以轻易的扩充成多相架构，但是其电源使用率随着相数增加而降低，因此不切实际；而许多多相SVPWM策略需要高维度的反矩阵运算以及三角函数运算，其应用将因所需的庞大计算电路以及内存而受限。多相马达优于三相马达，其可改善所产生的磁动力(magnetomotive force)、降低定子导通损耗(stator copper losses)，且可提高马达运作效率、减小转动时的噪音、降低力矩变动量(pulsating torque)。然而，若希望发挥多相马达的优越特性，多相电压源变频器的控制策略与该策略的可实行性则为一重要的环节。
发明内容
有鉴于现有技术的缺点，一种直流/交流转换器的控制装置被提出，其包含一信号产生单元及一转换单元。该信号产生单元响应一输入信号而产生一切换策略控制信号与对应于该切换策略控制信号的一停留时控信号。该转换单元响应该切换策略控制信号与该停留时控信号而产生一开关信号，其中该直流/交流转换器响应该开关信号以产生一多相位及多准位的交流电压。依据上述构想，一种直流/交流转换器的控制方法被提出，该方法包括下列步骤 响应一输入信号而产生一切换策略控制信号与对应于该切换策略控制信号的一停留时控信号。响应该切换策略控制信号与该停留时控信号而产生一开关信号，其中该直流/交流转换器响应该驱动信号以产生一多相位及多准位的交流电压。本案所提出的构想并不限制输入讯号以及负载的形式，且在实现电路中，只需比较器与减法器，因此扩充方便，并不影响策略的复杂度。对于任意相数的电压源变频器，皆可依据输入讯号而同时产生系统中每一个开关的切换策略，使反应在负载的平均电压等于输入电压。
图1 (a)为本案第一实施例直流/交流转换器的控制装置的示意图；图1 (b)为本案第一实施例实现直流/交流转换器的示意图；图1 (c)为本案希望反映在负载上的4个相电压的示意图2为本案第二实施例直流/交流转换器的控制装置的示意图；图3(a)为本案第二实施例两电压准位切换单元的示意图；图3(b)为本案第二实施例三电压准位切换单元的示意图；图3(c)为本案第二实施例多电压准位切换单元的示意图；图3(d)为本案第二实施例五相位七准位切换单元的示意图。
具体实施例方式请参阅图1 (a)，其为本案第一实施例直流/交流转换器的控制装置的示意图。该直流/交流转换器的控制装置9包含一信号产生单元91及一转换单元92。该信号产生单元91包含一排序单元911、一减法单元912、及一重组单元913。该信号产生单元91响应一输入信号r而产生一切换策略控制信号u与对应于该切换策略控制信号的一停留时控信号d。该转换单元92响应该切换策略控制信号u与该停留时控信号d而产生一开关信号，该开关信号Scl包含Sla、Slb、S2a、S2b、S3a、S3b"'Sna、 及 Snb0请参阅图1(b)，其为本案第一实施例实现直流/交流转换器的示意图。该直流/ 交流转换器30包含一第一反相器301、一第二反相器302、一第三反相器303、及一第四反相器304，该直流/交流转换器30中的反相器可依需求扩充。该第一反相器301包含第一 p-type晶体管301a及一第一 n-type晶体管301b，该第二反相器302包含一第一 p-type 晶体管30 及一第二 n-type晶体管30 ，该第三反相器303包含一第三p-type晶体管 303a及一第三n-type晶体管30北，该第四反相器304包含第四p-type晶体管30 及一第四n-type晶体管304b，该第一反相器301、该第二反相器302、该第三相反相器303、该第四相反相器304彼此并联耦接，其中该直流/交流转换器30响应该开关信号以产生一多相位及多准位的交流电压Vm，该交流电压Vm包含相电压Vl、相电压V2、相电压V3…相电压Vn。每个相电压VI、V2、V3…Vn都具有多个准位。在第一实施例中，该第一反相器301 产生该相电压Vl、该第二反相器302产生该相电压V2、该第三反相器303产生该相电压V3、 该第四反相器304产生该相电压V4。在第一实施例中的例子是以两种准位来举例，而多个准位的例子将在后续说明。在第一实施例中，信号rc经过取样周期T的取样后获得该输入信号r，该输入信号 r为希望反映在负载(未显示)上的相电压，假设该输入信号r为正规化后的信号，该输入信号r为数字信号且r e Rn，该输入信号r用以产生复数个数值，其代表直流/交流转换器 30欲产生的多相位的电压，该复数个数值以一第一向量μ表示，该排序单元911将该第一向量μ排序而产生一第二向量Vu，并根据该第一向量μ与该第二向量Vu获得一第一矩阵 PmLPml e Rnxn，其中该第二向量Vu包括第一个元素Vul与最后一个元素Vim，该第一向量及该第二向量分别表示如下
其中 Vul > Vu2 > > Vun 该减法单元912在该第二向量Vu的第一个元素Vul之前加入数值为1的元素及移
权利要求
1.一种直流/交流转换器的控制装置，包含一信号产生单元，响应一输入信号而产生一切换策略控制信号与对应于该切换策略控制信号的一停留时控信号；及一转换单元，响应该切换策略控制信号与该停留时控信号而产生一开关信号，其中该直流/交流转换器响应该开关信号以产生一多相位及多准位的交流电压。
2.如权利要求1所述的控制装置，其中 该信号产生单元包括一排序单元，接收该输入信号，该输入信号为数字信号，该输入信号用以产生复数个数值，该复数个数值代表直流/交流转换器欲产生的多相位的电压，该复数个数值以一第一向量表示，该排序单元将该第一向量排序而产生一第二向量，并根据该第一向量与该第二向量获得一第一矩阵，其中该第二向量包括第一个元素与最后一个元素；一减法单元，将该第二向量的第一个元素之前加入数值为1的元素及移除最后一个元素而形成一第四向量，将该第二向量中的第一个元素与最后一个元素相减而得到一差值， 将该差值取代该第二向量的第一个元素而形成一第五向量，将该第四向量减去该第五向量而获得一第三向量；及一重组单元，根据该第一矩阵的转置矩阵与一预设矩阵而获得一第二矩阵，其中该第二矩阵中的数值与该切换策略控制信号相关，该第三向量中的数值与该停留时控信号相关。
3.如权利要求1所述的控制装置，其中 该信号产生单元包括一分解单元，接收该输入信号，该输入信号为数字信号，该输入信号用以产生复数个数值，该复数个数值代表直流/交流转换器欲产生的多相位的电压，该分解单元将复数个数值中的每一个数值分解成一整数与一介于-1与1之间的小数；一排序单元，将每一个数值的该小数形成一第一向量，该排序单元将该第一向量排序而产生一第二向量，并根据该第一向量与该第二向量获得一第一矩阵，其中该第二向量包括第一个元素与最后一个元素；一减法单元，将该第二向量的第一个元素之前加入数值为 1的元素及移除最后一个元素而形成一第四向量，将该第二向量中的第一个元素与最后一个元素相减而得到一差值，将该差值取代该第二向量的第一个元素而形成一第五向量，将该第四向量减去该第五向量而获得一第三向量；及一重组单元，根据该第一矩阵的转置矩阵与一预设矩阵而获得一第二矩阵，对该第二矩阵做加法运算与平移运算而产生一第四矩阵，其中该第四矩阵中的数值与该切换策略控制信号相关，该第三向量中的数值与该停留时控信号相关。
4.如权利要求3所述的控制装置，其中该第一矩阵乘以该第一向量而获得该第二向量；及该预设矩阵为上三角矩阵。
5.如权利要求3所述的控制装置，还包含 五相位七准位切换单元，包括一第一切换单元，输出一第一相电压； 一第二切换单元，输出一第二相电压；一第三切换单元，输出一第三相电压； 一第四切换单元，输出一第四相电压；及一第五切换单元，输出一第五相电压，其中该第一相电压、该第二相电压、该第三相电压、该第四相电压、及该第五相电压分别各具有七种电压准位的其中之一，该转换单元以该开关信号分别控制该第一切换单元、该第二切换单元、该第三切换单元、该第四切换单元、 及该第五切换单元切换至七种电压准位的其中之一。
6.一种直流/交流转换器的控制方法，该控制方法包括下列步骤(a)响应一输入信号而产生一切换策略控制信号与对应于该切换策略控制信号的一停留时控信号；及(b)响应该切换策略控制信号与该停留时控信号而产生一开关信号，其中该直流/交流转换器响应该开关信号驱以产生一多相位及多准位的交流电压。
7.如权利要求6所述的控制方法，其中步骤(a)包含下列步骤(al)接收该输入信号，该输入信号为数字信号，该输入信号用以产生复数个数值，该复数个数值形成一第一向量，将该复数个数值排序而产生一第二向量；(a2)根据该第二向量产生两向量，将该两向量相减而获得一第三向量，该第三向量代表该停留时控信号的输入期间；(a3)将一第一矩阵与该第一向量相乘而得到该第二向量，藉此求得该第一矩阵，并将该第一矩阵的转置矩阵乘以一预定矩阵而获得一第二矩阵；及(a4)该第二矩阵与该切换策略控制信号相关，根据该切换策略控制信号及该停留时控信号的输入期间产生该开关信号。
8.如权利要求7所述的控制方法，其中步骤(a2)包含下列步骤在该第二向量的第一个元素之前加入数值为1的元素及移除最后一个元素而形成一第四向量，将该第二向量中的第一个元素与最后一个元素相减而得到一差值，将该差值取代该第二向量的第一个元素而形成一第五向量，将该第四向量减去该第五向量而获得该第三向量。
9.如权利要求6所述的控制方法，其中步骤(a)包含下列步骤(al)接收该输入信号，该输入信号为数字信号，该输入信号用以产生复数个数值，将该复数个数值中的每一个数值分解成一整数与一介于-ι与1之间的小数；(a2)将每一个数值的该小数形成一第一向量，将每一个数值的该小数排序而产生一第二向量；(a3)根据该第二向量产生两向量，将该两向量相减而获得一第三向量，该第三向量代表该停留时控信号的输入期间；(a4)将一第一矩阵与该第一向量相乘而得到该第二向量，藉此求得该第一矩阵，将该第一矩阵的转置矩阵乘以一预定矩阵而获得一第二矩阵；(a5)对该第二矩阵做加法运算与平移运算而产生一第四矩阵；及 (a6)根据该第四矩阵及该停留时控信号的输入期间产生该开关信号，其中该第四矩阵与该切换策略控制信号相关。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中步骤(M)包含下列步骤在该第二向量的第一个元素之前加入数值为1的元素及移除最后一个元素而形成一第四向量，将该第二向量中的第一个元素与最后一个元素相减而得到一差值，将该差值取代该第二向量的第一个元素而形成一第五向量，将该第四向量减去该第五向量而获得该第三向量。
11.如权利要求9所述的控制方法，其中步骤(始)包含下列步骤 对该第二矩阵加回该复数个数值中的每一个数值的该整数而产生一第三矩阵；及将该第三矩阵中行向量的每一个元素的值增加相同的数值或减少相同的数值以产生该第四矩阵，其中该第四矩阵中的每一个元素的值大于或等于0。
全文摘要
一种直流/交流转换器的控制装置，其包含一信号产生单元及一转换单元。该信号产生单元响应一输入信号而产生一切换策略控制信号与对应于该切换策略控制信号的一停留时控信号。该转换单元响应该切换策略控制信号与该停留时控信号而产生一开关信号，其中该直流/交流转换器响应该开关信号以产生一多相位及多准位的交流电压。
文档编号H02M7/5387GK102386798SQ20101027318
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者胡竹生, 邓智谦, 陈铿元 申请人:财团法人交大思源基金会