专利名称：电子器件控制系统和方法
技术领域：
一般来说，本发明的示范实施例涉及用于控制诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变器之类的逆变器的系统和方法。此外，这类示范实施例可涉及柴油电动机车的系统中的激发逆变器。
背景技术：
例如，诸如机车之类的牵引车辆采用用于驱动车辆的车轮的牵引电机。在这些车辆的ー些中，电动机是交流(AC)电动机，其速度和功率通过改变供给到电动机的AC电功率的频率和电压来控制。通常，电功率在车辆系统的某个点作为DC功率来供给，并且此后转换成受控频率和电压幅度的AC功率。电功率可从内燃机所驱动的板载交流发电机来得出， 或者可从诸如第三轨或高架电缆之类的路边电源来得到。控制产生AC功率的逆变器的过程的低效可能不利地影响整个机车或其它车辆的效率。一般来说，需要用于控制电カ系统中的逆变器的激发的更有效系统和方法。
发明内容
简言之，按照本发明的示范实施例，提供一种控制方法。该方法包括采用查找表来得出多相參考波形的第一波形值数据。该示范方法还包括得出与參考波形的修改符数据对应的第二波形值数据。将调制器修改符数据加入多相參考參考波形，以便产生修改參考波形。示范方法还包括从修改參考波形来生成多个控制信号，并且基于控制信号来控制ー个或多个电子器件。本发明的另ー个示范实施例涉及逆变器控制系统。该逆变器控制系统包括存储包含波形值数据的查找表的存储介质。该逆变器控制系统还包括控制电路，其适合基于波形值数据来创建多相參考波形和修改符数据，基于多相參考波形和修改符数据来创建修改的多相參考波形，并且从修改的參考波形来生成用于控制一个或多个逆变器的多个控制信号。本发明的又一个示范实施例涉及用于车辆的电カ系统。该示范电カ系统包括多个逆变器以及由逆变器来供电的多个电子器件。电カ系统还包括存储包含波形值数据的查找表的存储介质。电カ系统还包括控制电路，其适合基于波形值数据来创建多相參考波形和修改符数据，基于多相參考波形和修改符数据来创建修改的參考波形，从修改的參考波形来生成多个控制信号，并且采用多个控制信号来驱动多个逆变器。
通过參照附图阅读以下详细描述，将会更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，附图中，相似符号在附图中通篇表示相似部件，附图包括图1是按照本发明的一示范实施例的、采用逆变器控制电路的柴油电动机车的框图；图2是按照本发明的一示范实施例的电カ系统的框图；包括图3a、图北和图3c的图3是按照本发明的一示范实施例的逆变器激发模式波形发生器的框图；包括图4a、图4b和图如的图4是按照本发明的一示范实施例的备选逆变器激发模式波形发生器的框图；图5是按照本发明的一示范实施例的采样和保持块的框图；图6是按照本发明的一示范实施例的备选采样和保持块的框图；包括图7a和图7b的图7是按照本发明的一示范实施例的载波发生块的框图；包括图和图8b的图8是按照本发明的一示范实施例的备选载波发生块的框图；图9是示出按照本发明的一示范实施例的、将激发周期分为激发区域的简图；包括图IOa和图IOb的图10是按照本发明的一示范实施例的另ー个备选载波发生块的框图；图11是示出按照本发明的一示范实施例的、相对于输出频率的载波发生变化的參考点的图表；图12是按照本发明的一示范实施例的调制器输出频率发生块的框图；图13是示出按照本发明的一示范实施例的、相对于输出频率的调制器发生器变化的參考点的图表；包括图14a、图14b和图14c的图14是按照本发明的一示范实施例的调制器和修改符发生块的框图；包括图15a、图1 和图15c的图15是按照本发明的一示范实施例的二相正弦和余弦(dqO)波发生块的框图；图16是按照本发明、适合执行零(0)序列修改符创建功能的示范零(0)序列修改符创建功能电路的框图；包括图17a、图17b和图17c的图17是按照本发明的一示范实施例的脉宽调制 (PWM)发生器块的框图；包括图18a、图18b和图18c的图18是按照本发明的一示范实施例的另ー个备选脉宽调制(PWM)发生器块的框图；包括图19a和图19b的图19是按照本发明的一示范实施例的相序块的框图；包括图20a、图20b和图20c的图20是按照本发明的一示范实施例的又一个备选脉宽调制(PWM)发生器块的框图；图21是按照本发明的一示范实施例的矩阵增益选择器块的框图；图22是按照本发明的一示范实施例的调制器计算块的框图；图23是按照本发明的一示范实施例的PWM调制块的框图；图M是按照本发明的一示范实施例的向量选择块的框图；包括图2 和图25b的图25是按照本发明的一示范实施例的谐波消除激发块的框图；图沈是按照本发明的一示范实施例的第一状态计算块的框图27是按照本发明的一示范实施例的第二状态计算块的框图；图观是按照本发明的一示范实施例的、用于说明谐波消除激发电路的操作的状态图；图四是按照本发明的一示范实施例的脉宽调制(PWM)命令脉冲扩展器块的框图；图30是按照本发明的一示范实施例的空载时间扩展器块的框图；包括图31a和图31b的图31是按照本发明的一示范实施例的ー备选空载时间插入块的框图；图32是包括示出按照本发明的一示范实施例的逆变器控制电路的控制结构的框图；图33是示出按照本发明的一示范实施例的逆变器标志的使用的表；图34是示出按照本发明的一示范实施例的、产生控制电子器件的信号的方法的过程流程图；图35是示出按照本发明的一示范实施例的、操作电子器件的方法的过程流程图； 以及图36是示出按照本发明的一示范实施例的、产生控制电子器件的信号的方法的过程流程图。
具体实施例方式图1是可采用按照本发明的示范实施例的逆变器控制电路的柴油电动机车的框图。在简化的局部截面图中示出的机车一般由參考标号100来表示。图1中不可见的多个牵引电动机位于驱动轮102后面并且以驱动关系耦合到轴104。图1中不可见的多个辅助电动机位于机车上的多种位置，并且与多种辅助负载、例如鼓风机或冷却器风扇耦合。电动机可以是交流(AC)电机。如下面详细说明，机车100可包括用于控制送往电动机的电功率的多个电逆变器电路。图2是按照本发明的一示范实施例的电カ系统的框图。一般由參考标号200来表示的电カ系统可用于控制送往图1所示的机车100的AC电力。电カ系统200包括由诸如柴油机(未示出)之类的板载内燃机所驱动的交流发电机202。交流发电机202的电カ输出通过现场控制204所指示的现场激励控制来调节。来自交流发电机202的电功率由整流器206来整流，并且耦合到一个或多个逆变器208。逆变器208可使用高功率IGBT来将DC 电カ转换成AC电力、可变频率或电压幅度，供应用于ー个或多个AC电动机210。再次參照图1，电功率电路至少部分位于设备室106中。用于逆变器208和现场控制204以及其它电子组件的控制电子器件可设置在设备室106的机架中保持的电路板上。 在设备室106中，功率转换中使用的高功率IGBT半导体器件可安装到空气冷却散热器108。图3是按照本发明的一示范实施例的逆变器控制电路300的框图。如下面详细说明，逆变器控制电路300生成控制逆变器208(图幻的激发的波形。本领域普通技术人员将会意识到，图3所示的功能块和器件可包括其中包含电路的硬件元件、其中包含有形机器可读介质上存储的计算机代码的软件元件或者硬件元件和软件元件的組合。另外，逆变器控制电路300的功能块和器件只是可在本发明的一示范实施例中实现的功能块和器件的ー个示例。本领域普通技术人员易于能够基于具体应用的设计考虑因素来定义特定功能块。在本发明的一示例实施例中，逆变器控制电路300在逆变器控制电路300外部的主中央处理器(CPU)/监控单元的控制下进行操作。下面參照图32更详细地说明逆变器控制电路300与主CPU/监控单元的结合使用。此外，逆变器控制电路300可使用可由外部主 CPU/监控单元来控制并且与其同步的现场可编程门阵列(FPGA)来实现。逆变器控制电路300包括采样和保持块302、载波发生块304、调制器触发发生块 306、调制器和修改符发生块308、脉宽调制(PWM)调制器块310、扩展脉冲发生块312以及空载时间插入块314。下面详细说明这些功能块的每个的操作。另外，逆变器控制电路300可包括适合在紧急情况下关断关联转换器的附加子系统。可引起转换器被关断的紧急情况的示例包括过电流条件、过电压条件、检测到异常操作等。 图4是按照本发明的一示范实施例的备选逆变器激发模式波形发生器的框图。如下面详细说明，逆变器控制电路400生成控制逆变器208(图幻的激发的波形。本领域普通技术人员将会意识到，图4所示的功能块和器件可包括其中包含电路的硬件元件、其中包含有形机器可读介质上存储的计算机代码的软件元件或者硬件元件和软件元件的組合。 另外，逆变器控制电路400的功能块和器件只是可在本发明的一示范实施例中实现的功能块和器件的ー个示例。本领域普通技术人员易于能够基于具体应用的设计考虑因素来定义特定功能块。在本发明的一示范实施例中，逆变器控制电路400在逆变器控制电路400外部的主中央处理器(CPU)/监控单元的控制下进行操作。下面參照图27更详细地说明逆变器控制电路400与主CPU/监控单元的结合使用。此外，逆变器控制电路400可使用可由外部主 CPU/监控单元来控制并且与其同步的FPGA来实现。在图4所示的示范实施例中，逆变器控制电路400包括采样和保持块402、载波发生块404、调制器触发发生块406、正弦和余弦波(DQ)振荡器发生块408、脉宽调制(PWM)调制器块410以及扩展脉冲发生块412。下面详细说明这些功能块的每个的操作。图4所示的示范实施例采用2X时间复用，并且提供输出频率的改进控制和分辨率。另外，逆变器控制电路400可包括适合在紧急情况下关断关联转换器的附加子系统。可引起转换器被关断的紧急情况的示例包括过电流条件、过电压条件、检测到异常操作等。 在一示范实施例中，正弦和余弦波(DQ)振荡器发生块408包括α / β (dqO)參考块。參考块生成用于计算不同区域的逆变器的开/关的定时变化的α/β (dqO)调制參考。 输出频率可由顶层控制来指定。本文中更详细地描述α/β (dqO)參考块1012。图5是按照本发明的一示范实施例的采样和保持块500的框图。采样和保持块 500接收输入參数锁存触发信号502和锁存数据寄存器标志504。输入參数锁存触发信号 502和锁存数据寄存器标志504用于使用三次谐波调制块506、基频调制块508、三次谐波启用块510、第一最大计数块512、第二最大计数块514以及相序块516来锁存来自CPU/监控的命令输入信号。值经过锁存和同步以便在载波发生块304、调制器触发发生块306、调制器和修改符发生块308、脉宽调制(PWM)调制器块310、扩展脉冲发生块312以及空载时间插入块314中使用。在本发明的一示范实施例中，采样和保持块500对于来自逆变器控制电路300外部的主CPU/监控单元的输入进行采样。由采样和保持块500所采样的输入被保持到超出最后ー个命令输出频率已经完成的至少ー个周期。此外，采样和保持块500的一示范实施例可适合基于1/2、1/4或者每一次CPU/监控更新控制參数和/或周期间隔来执行相同功能。这种示范实施例允许以两倍、四倍或者与CPU/监控更新是可用的同样快的速度来更新输出频率。在完成整个周期之前应用新值时，这可产生非对称输出波形。图6是按照本发明的一示范实施例的备选采样和保持块600的框图。采样和保持块600对于来自CPU/监控的值进行采样和保持。对于所提出的激发模式相对于示范采样和保持块500(图幻来消除ー些信号，例如三次谐波调制指数、三次谐波注入启用或者SVM 启用。采样和保持块600接收输入參数锁存触发信号602和锁存数据寄存器标志604。 输入參数锁存触发信号602和锁存数据寄存器标志604用于锁存来自CPU/监控的命令输入信号、载波发生器的最大计数值和调制器參考发生器的最大计数值。当新值可用吋，立即锁存来自CPU/监控的输入的其余部分，例如调制指数、同步PWM发生启用标志和相序标志。此外，采样和保持块600的一示范实施例可适合基于1/2、1/4或者每一次CPU/监控更新控制參数和/或周期间隔来执行相同功能。这种示范实施例允许以两倍、四倍或者与CPU/监控更新是可用的同样快的速度来更新输出频率。在完成整个周期之前应用新值吋，这可产生非対称波形输出。图7是载波发生块700的一示范实施例的框图。载波发生块700适合提供能够用于控制ニ级转换器的单个载波。载波发生块700接收启用信号702、重置信号704、期间重置信号706、启用同步信号708以及最大计数信号710。下降沿触发块712生成作为输出的期间完成触发信号714。本领域普通技术人员将会意识到，相同类型的増大能够用于生成能够用于控制ニ级或者其它多级转换器的多个载波。载波发生块700提供计数器，计数器可用于通过确定ニ级、三级或者其它多级或其它转换器的开关频率来进行逆变器开关命令生成。具体来说，计数器块生成计数器输出信号718。可从逆变器控制电路300外部的主CPU/监控单元来接收的最大计数信号714允许开关频率为输出频率的三的倍数或者输出频率的任何其它奇数或偶数倍。载波发生块700接收可包括重置信号和启用信号的同步有关信号。载波发生块的输出包括计数器输出716和718以及期间完成触发标志720。包括图和图8b的图8是按照本发明的一示范实施例的备选载波发生块800的框图。载波发生块800适合提供能够用于控制三级转换器的两个载波。示范载波发生块 800创建仅具有正值的ー个三角载波以及仅具有负值的ー个三角载波。也可实现锯齿载波。 图10中仅示出正载波值。载波发生块800接收启用输入802、重置输入804、期间重置输入806、启用同步输入808以及最大计数输入810。载波发生块800产生下降沿触发输出812、期间完成触发输出814、计数器输出816、PCC(正载波计数器)计数器输出820以及NCC (负载波计数器)计数器输出822。载波发生块800包括三级载波块。为正转换器和负转换器提供两个载波信号。正转换器是在逆变器控制系统中提供正输出电压的转换器。负转换器是在逆变器控制系统中提供负输出电压的转换器。载波发生块800可用于生成不同的激发模式，例如PWM、具有三次谐波注入的正弦PWM或者空间向量调制(SVM)。SVM是用于控制脉宽调制(PWM)逆变器激发信号的生成的方法。向量表示逆变器中的开关的不同状态，并且能够经由控制电路来应用。按照ー示范实施例，与激发模式对应的状态可使用向量选择器基于时间上的预期输出电压位置和幅度的区域来实现。在按照ー示范实施例的SVM方法中，调制指数可用于控制逆变器输出电压幅值。 调制指数表示相对于预期电压输出在时间上的开关定时如何变化。此外，调制指数表示调制变量相对于其未调制级的变化程度。一示例实施例的输出激发模式相对于常规SVM激发方案具有更低的开关损失。这个效果通过对输出周期期间的扩展时间期间限制开关的开/关来实现。图9是示出按照本发明的一示范实施例、将激发周期分为激发区域的简图。简图一般由參考标号900来表示。简图900示出分解为各包括60°的六个激发区域(区域1-6) 的360°的逆变器激发周期。此外，激发区域可包括激发周期的一部分，并且可由固定数量的旋转度(例如60°的6个区域、30°的12个区域、15°的M个区域，仅举几个例子)来表示。对于各激发区域，向逆变器提供电カ的开关可指定为断开或闭合。为给定应用选择的的区域的数量可基于系统设计考虑因素而改变。在一示范实施例中，开关对于各激发区域的整个时长按照那个区域的激发模式的定义来保持为断开或闭合。包括图IOa和图IOb的图10是按照本发明的一示范实施例的另ー个备选载波发生块1000的框图。图10所示的示范实施例接收启用信号、重置信号、期间重置信号、启用同步信号以及最大计数信号。输出是仅具有正值以及可具有三角波形或锯齿波形的载波计数器值。下降沿触发块生成作为附加输出的期间完成触发信号。图10所示的载波发生块1000确定逆变器的开关频率，并且提供可用于逆变器开关命令生成的计数器。可从逆变器控制电路外部的主CPU/监控单元接收的最大计数信号允许开关频率是输出频率的倍数。各区域的调制脉冲宽度可被确定，并且可由区域分隔器来分隔。区域分隔器是禁止除了激发区域之间的边界上之外的开关位置的变更的编程限制。通过以这种方式来限制区域中的开关的位置(即，不允许对除了区域分隔器上之外的开关位置的变更)，开关损失可降低。激发区域位置(逆变器在各区域中是断开还是闭合的定义)可存储在查找表 (“LUT”)中。区域信息可用于控制复用器以形成激发信号。开关可保持到位较长时间，以便使开关操作的数量为最小，由此降低开关损失或者使其为最小。图11是示出按照本发明的一示范实施例的载波生成的參考点的图表。图表一般由參考标号1100来表示。图表1100根据载波的幅度(y轴)对转换器输出频率U轴)来示出迹线1102。迹线1102表示载波最大计数(如最大计数信号512 (图5)所提供)对输出频率的示例。计数的变化能够被计算，并且能够修改以产生给定输出频率周期中的多种数量的脉冲。具有迹线1102的特性的信号可用作载波生成的參考点。本领域普通技术人员将会意识到，取决于系统设计考虑因素，多个曲线可表示从迹线1102的变化。图12是按照本发明的一示范实施例的调制器输出频率发生块1200的框图。调制器參考发生块1200可用作驱动指针以访问输出频率生成的查找表中存储的波形值数据的积分同步信号。调制器发生块1200接收启用信号1202、重置信号1204和最大计数信号 1206。下降沿触发块1208产生作为输出的期间完成触发信号1210。可从逆变器控制电路300(图幻外部的主CPU/监控单元来接收的最大计数信号 1206可基于从关联驱动电路所预期的输出频率来设置。要考虑的因素的示例包括最小输出频率和最大输出频率。最小输出频率可通过开关频率、预期分辨率等等来限制。最大输出频率可通过例如其上实现示范逆变器控制电路的FPGA的FPGA时钟频率来限制。图13是示出按照本发明的一示范实施例、具有三次谐波注入能力的调制器发生器的參考点的图表。图表一般由參考标号1300来表示。图表1300根据调制器幅度(y 轴)对输出频率U轴)来示出迹线1302。迹线1102表示载波最大计数(如最大计数信号1206(图1 所提供)对输出频率的示例。具有迹线1302的特性的信号可用作调制器的參考点。同样的信号可用作对包含修改符波形的不同LUT的參考点，以便允许给定输出频率的调制器修改和输出电压升高的能力。图14是按照本发明的一示范实施例的调制器和修改符发生块1400的框图。调制器和修改符发生块1400接收重置信号1402、调制期间完成标志1404和步长期间信号 1406。三次谐波注入块1408接收调制期间完成标志1404，并且产生三次谐波输出信号 1410。最高有效位(MSB)触发块1412产生正弦波MSB期间重置信号1414。调制器和修改符发生块1400还产生采取三相正弦波形式的基频输出信号1416以及采取具有三倍于基频的频率的単相正弦波形式的谐波输出。一般来说，输出可采取多相參考波形的形式。基频输出信号1416可由PWM调制器块用于生成逆变器208(图幻的PWM 驱动信号。可通过重复进行LUT与预期相数对应的次数(例如，对于三相输出信号为三次)， 来实现多相參考信号输出的生成。各周期可通过三相的每个的同步信号来确定。具有不同參考点的单个LUT的使用允许实现资源的最小化。參考点的反转允许输出相序的反转(即与CBA相比的ABC)。可实现预定相序。调制器和修改符发生块1400还可产生有效数据标志1418。有效数据标志1418可用于以某个延迟来执行信号同歩，从而允许相同乘法器用于多相。如上所述，调制器和修改符发生块1400可适合具有三次谐波修改符注入能力。可对各时钟周期来生成三次谐波修改符注入的新值。控制信号可启用或停用修改符注入。在被启用吋，三次谐波修改符数据可通过添加值来注入到基频输出信号1416中。在这种情况下，基频输出信号1416可称作调制器參考波形。按照本发明的一示范实施例，三次谐波修改符值可采用也用于生成基频输出信号1416的正弦波数据的相同LUT值来得出。图15是按照本发明的一个示范实施例的二相正弦和余弦(dqO)波发生块1500的框图。二相正弦和余弦(dqO)波发生块1500与调制器和修改符发生块1400在对时间复用単元的输入数量方面有所不同。此外，调制器和修改符发生块1400具有三个输入(0、1/3 和-1/3)，而二相正弦和余弦(dqO)波发生块1500具有两个输入(1/4和0)。二相正弦和余弦(dqO)波发生块1500提供仅经过两次时间复用的输出频率的振荡器(在第一FPGA主时钟周期生成正弦參考，在第二 FPGA主时钟周期生成余弦參考)。这是可能的，因为仅使用移位90度的两个正弦波。二相正弦和余弦(dqO)波发生块1500还提供基于用于正弦和余弦波生成的相同LUT指针的区域检测能力。这可提供输出激发模式选择以及矩阵增益选择器。由二相正弦和余弦(dqO)波发生块1500所提供的dp振荡器提供2X而不是3X时间复用，并且创建在时间上具有正弦和余弦变化的二相(不是三相输出)。附加LUT可用于基于正弦/余弦參考点的区域选择。二相正弦和余弦(dqO)波发生块1500还产生采取二相正弦和余弦波形式的基频输出信号以及采取具有等于给定输出频率周期中的区域的预期数量的梯级数量的阶梯形式的区域输出。一般来说，输出可采取多相參考波形的形式。基频输出信号可由PWM调制器块用于生成逆变器208(图幻的PWM驱动信号。可通过重复进行LUT与预期相数对应的次数(例如，对于二相输出信号为两次)，来实现多相參考信号输出的生成。各周期可通过ニ 相的每个的同步信号来确定。具有不同參考点的单个LUT的使用允许实现资源的最小化。 參考点的反转允许输出相序的反转(即与CBA相比的ABC)。可实现预定相序。二相正弦波发生块1500还可产生有效数据标志。有效数据标志可用于以某个延迟来执行信号同步，从而允许相同乘法器用于多相。图16是按照本发明、适合执行零(0)序列修改符创建功能的示范零(0)序列修改符创建功能电路1600的框图。零序列修改符创建功能电路1600可用于修改调制器，并且执行空间向量调制(SVM)。零序的使用是对三次谐波注入的备选。按照本发明，零序列修改符数据能够从三相正弦波或者通过使用查找表(LUT)来得出。零序创建功能可通过在适当位置添加偏移以增加基频控制信号的幅度，来提供有利的逆变器激发分布。在图16所示的实施例中，对零序列修改符创建功能电路1600的输入是调制器的三相信号的向量，而输出是供加入三相调制器的零序列。零序创建功能电路 1600则使用本领域的技术人员已知的最小-最大(或者min-max)方法来创建零序列功能。 与三次谐波注入相似，单个LUT可用于创建零序列修改符，代替使用零序列修改符创建功能电路1600。图17是按照本发明的一示范实施例的PWM调制器块1700的框图。PWM调制器块 1700接收最大计数信号1702、有效数据标志1704、计数器输出信号1706、基频信号1708、基频调制指数信号1710、三次谐波信号1712、三次谐波调制指数信号1714、三次谐波启用信号1716、方波(SQW)模式信号1718和相序信号1720。在本发明的一示范实施例中，由PWM 调制器块1700所接收的基频信号1708可包括来自按照本发明的一示范实施例的调制器和修改符发生块的基频输出信号。PWM调制器块1700产生可用于驱动逆变器208 (图2)的PWM逆变器驱动信号。由 PWM调制器块1700所提供的输出可用于诊断和监测。那些输出包括A脉冲输出1722、B脉冲输出17M和C脉冲输出17沈。此外，由PWM调制器块所产生的A脉冲输出1722、B脉冲输出17M和C脉冲输出17 可包括可用作驱动六个IGBT逆变器的驱动信号的三相PWM
命令信号。包括图18a、图18b和图18c的图18是按照本发明的一示范实施例的另ー个备选脉宽调制(PWM)发生器块1800的框图。具体来说，对于三级、三相、每相四开关激发命令来实现比较器。为了驱动三级转换器，可得出12个命令。包括最小脉冲扩展和相序块。图18所示的PWM调制器块1800接收最大计数信号1802、基频输入1804、基频调制指数输入1806、相电流方向输入1808和空载时间输入1810。对图18所示的PWM调制器块1800的其它输入包括正载波计数器输出信号1812、负载波计数器输出信号1814、最大计数器输入1816、三次谐波调制指数输入1818和三次谐波修改符输入1820。还示出三次谐波注入启用输入1822、方波模式启用输入1拟4和空间向量调制启用输入1ぬ6。图18所示的PWM调制器块1800的示范实施例提供多个PWM输出18观。包括图19a和图19b的图19是按照本发明的一示范实施例的相序块1900的框图。 相序块1900接收PCC计数器输出输入1902、1904、调制器A相输入1906、调制器B相输入 1909和调制器C相输入1910。来自相序块1900的输出包括多个上相和下相输出1912。相序块1900接收多个相控制激发信号，并且允许两相的交換，以便实现反向输出相序(即，与CBA相比的ABC)。在一个示范实施例中，能够实现预定相序，从而允许消除这个块。包括图20a、图20b和图20c的图20是按照本发明的一示范实施例的又一个备选脉宽调制(PWM)发生器块2000的框图。PWM发生器块2000(表示二相dqO)使用二相来计算具有基于矩阵的増益的开关次数变化。两个新调制器A和B用于脉冲图形生成。脉冲图形生成基干与载波输出(调制器)的比较。某些开关基于区域选择(向量选择器)来保持在通/断位置。PWM调制器块2000接收区域输入2002、基频调制指数2004和有效数据标志输入 2006。还接收的是载波计数器输出输入2008和最小脉冲计数输入2010。在本发明的一示范实施例中，由PWM发生器块2000所接收的基频调制指数输入2004可包括来自按照本发明的一示范实施例的正弦和余弦波二相发生块的基频调制指数输出。PWM调制器块2000产生可用于控制逆变器208 (图2、的命令。由PWM调制器块 2000所产生的输出的示例包括A命令输出2012、B命令输出2014和C命令输出2016。图21是按照本发明的一示范实施例的矩阵增益选择器块2100的框图。矩阵增益选择器块2100接收标识激发周期的区域的区域输入。矩阵增益选择器块2100的输出包括用于计算调制器信号A和B的矩阵增益。矩阵增益与区域和定时波形A和B结合用于计算没有保持在通/断位置的开关的开/关定吋。图22是按照本发明的一示范实施例的调制器计算块2200的框图。对调制器计算块2200的输入包括来自矩阵增益选择器块2100的输出、正弦和余弦波形(α和β)以及计算同步的数据有效标志以及用于缩放的最大载波计数。调制器计算块2200的输出包括用于生成逆变器开关的PWM脉冲的两个调制器。图23是按照本发明的一示范实施例的PWM调制块2300的框图。PWM调制块2300 可与图19所示的示范PWM发生块1900配合使用。PWM调制块2300包括载波输入2302、调制器A输入2304和调制器B输入2306。PWM调制块2300提供比例1输出2308、反相比例 1输出2310、比例2输出2312和反相比例2输出2314。图23所示的P丽调制块2300的实现生成四个命令脉冲，以便与向量选择块中的区域选择器结合用于逆变器激发命令生成。图M是按照本发明的一示范实施例的向量选择块MOO的框图。向量选择块MOO 生成可用于逆变器开关激发控制的PWM命令信号。基于区域选择器块，激发命令保持在断开位置或闭合位置，或者基于PWM调制器输入来调制，以便实现预期输出电压。实现示出输出循环分为六个不同区域，从而产生每个逆变器开关的60度断开或闭合期间。能够进行变更，以便允许采用不同数量的区域。结果是对开关断开或闭合的时长的灵活控制。预期时长可基于预期输出电压谐波分布或者从负载电流或输出电压中消除预期谐波。图25是按照本发明的一示范实施例的谐波消除激发块的框图。谐波消除激发块 2500接收调制指数输入2502，并且生成激发角值输出2504。在一个示范实施例中，在基频电压输出波形的每ー个周期来计算激发角。另外，计算能够与基频周期无关。可在完成基频输出频率的整个周期之后改变输出电压频率。在一个示范实施例中，激发角可基于四阶近近似函数来计算。取决于特定应用所需的分辨率，可使用其它阶的近似计算。可影响近似计算的阶数的另ー个因素是CPU时间利用。四阶近似计算基于相对于调制指数的激发角变化。按照本发明的实施例，激发角相对于四分之一波对称性的90度可以是对称的。例如，在基于电压谐波消除的控制的情况下可使用0 < fal < fa2 < fa3 < . . . < 90。在基于电流谐波最小化的控制的情况下可使用0 < fal < fa2 < fa3 < . . . <60。在脉冲率提供基频输出周期的10-30激发变化的示例中，可构成具有30种不同状态的状态机。状态的数量涉及系统的初级开关频率。激发模式可预先确定，并且计算为一系列激发事件。各激发事件可由状态机的不同状态来表示。在进入状态时，可计算对下ー个激发状态(事件)的时钟周期方面的増量时间。 定时器加载的增量时间可计算为新时间与旧时间之间的差。可加载激发定时器变化状态数量，以及如果不存在激发限制，则激发选择的器件。如果需要则可执行空载时间的补偿。方程系数可作为向量来输入，并且可对于方程的适当阶数来选择适当向量元素。 激发角基于參考向量的区域位置来选择。对于基于电流谐波最小化的控制和两个激发角的情況，示范序列可以是0-(0+fal) - (0+fa2) - (60-fal) -60- (60+fal)- (60+fa2) - (120_fa2)-(120-f al)-120，依此类推，其中360和0是周期的结束和开始。类似对称性应用于激发角的其它情况和数量。电压谐波消除的情况的对称性为每相90、180、270和360，而不是上述的60 度。能够最小化或消除能够采用任意保持角选择(例如，在备选示范实施例中，90°能够是 45°，60°能够是30°，等等，取决于预期消除/最小化所需的谐波的数量)来实现。图沈是按照本发明的一示范实施例的第一状态激发角计算块的框图。第一状态计算块沈00接收激发角输入沈02，并且产生第一激发角输出沈04。图27是按照本发明的一示范实施例的第二状态计算块的框图。第二状态计算块 2700接收激发角输入2702，并且产生第二激发角输出2704。图沈和图27所示的电路可提供与将要执行供开/关的特定序列对应的输出。 一个示范序列包括:0+FAl,0+FA2, · · · 0+FAn，60-FAl，60-FA2，· · · 60-FAn，60，60+FA1， 60+FA2, . . . 60+FAn, . . . 120-FA1，120-FA2，. . . 120-FAn，120，120+FA1,...具有沿 0、60、 120、180、M0、300、360(0)的対称性。按照ー示范实施例，存在基于用于计算激发角的技术的其它可能的対称性。另ー种示范技术是输出电压谐波消除，这沿90°、180°等具有对称性，但是以每相为基础，因为不同相也许更早开关。将初级开关角限制到0° -60°之间允许简化，因为输出使一相保持较长时间期间(至少60° )。差別在于，输出向量模式选择的计算可用于代替本文所述的查找表方式，因为会需要首先基于来自所有相的最小选择来确定要开关的下一相。图观是按照本发明的一示范实施例、可用于说明谐波消除激发电路的操作的状态图。状态图观00包括初始状态观02。在初始状态观02中，初始化计数变量和计数器到期标志。在发生计数启用吋，进入计数状态观04。在计数状态观04中，使计数器递增。如果计数变量大于或等于最大计数变量，则进入保持状态观06。在保持状态观06 中发生计数启用时，如果计数变量大于或等于最大计数变量，则进入结束状态观08。在结束状态观08中，计数器到期标志设置为逻辑值“1”。从结束状态观08，进入重新初始化状态观10，其中计数变量设置为逻辑值“1”，并且计数器到期标志设置为逻辑值“0”。从重新初始化状态观10，在发生计数启用时进入计数状态观04。从保持状态观06，如果计数小于最大计数变量，则重新进入计数状态观04，如状态图观00所示。在示范实施例中，如果对于具有激发角的単一集合的应用不需要开关角的数量的变化，则能够使用具有固定数量的状态的不同状态机。图四是按照本发明的一示范实施例的扩展脉冲发生块四00的框图。扩展脉冲发生块四00可接收A脉冲输出、B脉冲输出或者C脉冲输出。此外，按照本发明的一示范实施例，扩展脉冲发生块四00的实现可用于PWM调制器块的PWM输出的每个。扩展脉冲发生块四00接收信号四02中的脉冲和最小脉冲计数信号2904。这些输入信号例如可从逆变器控制电路外部的CPU/监控单元来接收。将信号四02中的脉冲传递给边沿触发块四06。扩展脉冲发生块四00的逻辑用于产生脉冲扩展信号。由扩展脉冲发生块四00所接收的PWM命令扩展到基于系统设计要求的时长。图30是按照本发明的一示范实施例的空载时间扩展器块3000的框图。空载时间扩展器块3000接收A相命令信号3002、空载时间正信号3004和空载时间负信号3006。按照本发明的一示范实施例，这些输入可从逆变器控制电路外部的主CPU/监控单元来接收。 空载时间扩展器块3000的逻辑产生AP命令3006和AN命令3008。由空载时间扩展器块3000所接收的PWM命令具有在操作的各相的正命令与负命令之间添加的空载时间。所添加的空载时间量可基于单独系统设计要求而改变。包括图31a和图31b的图31是按照本发明的一示范实施例的空载时间插入块 3100的框图。空载时间插入块3100接收多个相控制激发信号、正计数器输出和负计数器输出，并且将空载时间插入逆变器开关的激发之间，以便防止逆变器输出处的短路。来自该块的输出是多个相控制激发命令。空载时间插入块3100接收多个上相和下相输入3102。多个复用器3104用于选择多个上相和下相输出3106。另外，多个复用器3108用于选择多个上相和下相输出3110。图32是示出包括按照本发明的一个示范实施例的逆变器控制电路的控制结构的框图。控制结构一般由參考标号3200来表示。控制结构3200包括主CPU/监控单元3202。 主CPU/监控单元3202可执行与逆变器控制电路有关的多个控制功能。例如，主CPU/监控単元3202可计算參考和开关频率计数。另外，主CPU/监控单元3202可提供电压调节，并且可使驱动信号频率斜升或斜降。主CPU/监控单元3202还可执行方波模式转变。主CPU/监控单元3202接收若干输入。如图32所示，可由主CPU/监控单元3202 来接收的输入数据的示例包括速度參考信号、每赫兹伏特数信号、极性的数量、FPGA时钟频率、线标识符和DC链路电压。在一实施例中，主CPU/监控单元3202适合向FPGA 3204上的逆变器控制电路提供多个输入。可提供给逆变器控制电路的数据的示例包括载波计数数据、调制器计数数据、调制指数数据、三次谐波调制指数数据、最小通/断计数数据和空载时间计数数据。另外， 主POT/监控单元3202可向逆变器控制电路提供多个指示符标志。可提供给逆变器控制电路的指示符标志的示例包括全局启用标志、开关启用标志、PWM模式标志、方波模式标志和数据传递握手标志。在本发明的一个示范实施例中，载波信号使用斜降计数器来生成。计数器的最大值可以是FPGA 3204的时钟频率、时间复用和所需载波频率的函数。调制器信号可作为具有固定数量的位置、例如2048个独立位置的LUT来存储。LUT中存储的调制器信号数据可对应于幅度一的正弦波。此外，调制器信号数据可作为标度为4096 (12位)的16位有符号定点数来存储。本领域普通技术人员将会意识到，増加LUT中的位置的数量降低从LUT中存储的数据所构成的波形的潜在误差。调制器计数可用于确定其后正弦波查找表中的下一个数将用作输出的时间量。这可作为FPGA 3204的时钟频率、时间复用、LUT长度和输出波形的频率的函数来进行。在本发明的一示范实施例中，与三次谐波修改符数据对应的波形值数据从使用用于得到调制器信号数据的相同数据的LUT来得出。此外，三次谐波数据可通过使用比用于得到调制器信号的波形值数据的基频參考要快两倍发生变化的LUT索引来确定。一旦从LUT得到，正弦波数据可与调制指数相乗。然后计算的调制器A和B可与载波信号进行比较，以便产生PWM输出。可施加最小通/断脉冲，以便确保将小于具体值的任何通/断脉冲转换成具有具体值的时长的脉冲。例如，如果最小脉冲时长为34 μ s,则将小于34μ S的脉冲转换成34μ S脉冲。在本发明的一示范实施例中，在应用等于具体值的空载时间之后得到顶部开关和底部开关的脉冲。数据有效标志可用于使FPGA 3204上的逆变器电路的操作与主CPU/监控单元 3202同歩。对FPGA 3204上的逆变器控制电路的每ー个输入可双重缓冲，除了是直接的标志之外。在每ー个基频周期的结束，FPGA 3204读取输入缓冲器，并且将数据有效标志设置为零。仅当基频周期完成并且数据有效标志再次设置为1吋，FPGA 3204才接受新值。图33是示出按照本发明的一示范实施例的逆变器标志的使用的表。该表一般由參考标号3300来表示。在本发明的一示例实施例中，速度參考表示为16位无符号整数。它可按照可配置速率斜升。作为举例，速度參考可按照每步长IOrpm的速率斜升。速度參考可使用极性的数量来转换成频率命令。电压命令可使用电动机负载的每赫兹伏特数来计算。如果例如实际电压反馈不可用，则电压命令可使用DC链路电压来直接转换成调制指数命令。此外，当反馈可用吋，闭环调节器可用于转换。如果调制指数大于具体值、如7. 5，则可设置方波模式标志。如果频率低于具体值、如7. 6Hz，则可设置异步PWM标志，并且可相应地设置开关频率。否则，开关频率与基频的比率可按照具体模式而改变，例如1四、81、51、33、21和15。 这些值选择成将开关频率保持在1000Hz与1575Hz之间的范围中，其中具有最小数量的齿轮开关。參考频率命令可用于计算调制器计数。开关频率命令可用于计算载波计数。图34是示出按照本发明的一示范实施例、产生控制电子器件的信号的方法的过程流程图。在框3402，该过程开始。在框3404，LUT用于得出多相參考波形的第一波形值数据。得出与多相參考波形的修改符数据对应的第二波形值数据，如框3406所示。在框 3408，将修改符数据加入參考波形，以便产生修改的參考波形。从修改的參考波形来生成多个控制信号，如框3410所示。该过程在框3412结束。控制信号可用作控制诸如为AC电动机或其它电动机供电以用于使车辆沿某个路线移动的逆变器之类的ー个或多个电子器件的基础。图35是示出按照本发明的一示范实施例、操作电子器件的方法的过程流程图。电子器件可包括多个逆变器，逆变器经由多个开关来提供电力。在框3502，该过程开始。确定与逆变器激发周期的多个激发区域其中之一对应的逆变器激发模式，如框3504所示。逆变器激发模式定义向逆变器提供电カ的每个开关对于对应激发区域的时长是保持接通还是断开。在框3506，产生基于激发模式的开关的控制信号。将控制信号施加到逆变器，如框 3508所示。在框3510，该过程结束。图36是示出按照本发明的一示范实施例、产生控制电子器件的信号的方法的过程流程图。在框3602，该过程开始。在框3604，LUT用于得出多相參考波形的波形值数据。 然后，相同LUT用于得出与多相參考波形的谐波数据对应的波形值数据，如框3606所示。在框3608，将谐波数据注入多相參考波形，以便产生谐波參考波形。从谐波參考波形来生成多个控制信号，如框3610所示。该过程在框3612结束。本发明的一示范实施例可提供若干优点。例如，使用同步信号和单个公共LUT用于调制器生成为逆变器控制电路的FPGA实现提供有效资源利用。另外，本发明的示范实施例可在具有对基于硬件限制的输出和开关频率的不同要求的大量系统中实现。简单设计提供増加驱动信号电压的能力，并且允许使用公共LUT来有选择地注入三次谐波或零序列数据。本发明的一示范实施例还提供采用控制波形生成的多个FPGA时钟周期的灵活性。在本发明的实施例中，技术效果是生成用于控制诸如为AC电动机或其它电动机供电以用于使车辆沿某个路线移动或者用于其它车辆控制用途的逆变器之类的ー个或多个电子器件的信号。要理解，以上描述只是说明性而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面) 可相互结合使用。另外，可对本发明的教导进行许多修改以适合具体情况或材料，而没有背离其范围。虽然本文所述的尺寸和类型预计示出本发明的实施例，但是它们完全不是限制性的，而实际上只是示范性的。通过阅读以上描述，其它实施例会是显而易见的。因此，本发明的范围应当參照所附权利要求连同这类权利要求涵盖的完整等效范围共同确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的普通英语等效体。此外，在以下权利要求书中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“上面”、“下面”、 “底部”、“顶部”、“上”、“下”等只用作标记，而不是意在对其对象施加数字或位置要求。本文所使用的、以单数形式所述并且具有冠词“一”的元件或步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明了这种排除情況。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不是要被解释为排除也结合了所述特征的附加实施例的存在。此外，除非相反的明确说明，否则，“包括”、“包含”或“具有”带具体性质的ー个或多个元件的实施例可包括没有那种性质的附加的这类元件。由于在上述系统和方法中可进行某些变更而没有背离本文所涉及的本发明的精神和范围，所以预计以上描述或者附图所示的主题的全部只应被理解为示出本文的发明概念的示例，而不应被理解为限制本发明。
权利要求
1.一种控制方法(3400)，包括:采用(3404)查找表来得出多相參考波形的第一波形值数据；得出(3406)与所述參考波形的修改符数据对应的第二波形值数据；将所述修改符数据加入(3408)所述多相參考波形中，以便产生修改的參考波形；从所述修改的參考波形来生成(3410)多个控制信号；以及基于所述控制信号来控制ー个或多个电子器件。
2.如权利要求1所述的方法(3400)，其中，所述修改符数据包括零序列数据。
3.如权利要求1所述的方法(3400)，其中，所述修改符数据包括谐波数据。
4.如权利要求1所述的方法(3400)，包括使用最小-最大方法来得出所述修改符数据。
5.如权利要求1所述的方法(3400)，包括从所述查找表来得出所述修改符数据。
6.如权利要求1所述的方法(3400)，其中，基于所述控制信号控制的所述ー个或多个电子器件包括多个逆变器。
7.如权利要求1所述的方法(3400)，包括使用与所述參考波形的相差对应的索引在不同点访问所述查找表，以便得到所述第二波形值数据。
8.如权利要求1所述的方法(3400)，包括基于从外部处理器接收的同步信号来使所述多个控制信号同歩。
9.如权利要求1所述的方法(3400)，包括采用ニ级转换器来产生所述修改的參考波形。
10.如权利要求1所述的方法(3400)，包括采用三级转换器来产生所述修改的參考波形。
11.如权利要求1所述的方法(3400)，包括将所述多个控制信号表示为状态机的状态。
12.—种逆变器控制系统000)，包括存储介质(302)，其存储包含波形值数据的查找表；以及控制电路(300)，其适合基于所述波形值数据来创建多相參考波形和修改符数据，基于所述參考波形和所述修改符数据来创建修改的參考波形，并且从所述修改的參考波形来生成用于控制一个或多个逆变器的多个控制信号。
13.如权利要求12所述的逆变器控制系统000)，其中，所述修改符数据包括零序列数据。
14.如权利要求12所述的逆变器控制系统000)，其中，所述修改符数据包括谐波数据。
15.如权利要求12所述的逆变器控制系统，其中，所述修改符数据使用所述查找表 (302)来确定。
16.如权利要求12所述的逆变器控制系统000)，其中，所述控制电路(300)包括产生所述修改的參考波形的ニ级转换器。
17.如权利要求12所述的逆变器控制系统000)，其中，所述控制电路(300)包括产生所述修改的參考波形的三级转换器。
18.如权利要求12所述的逆变器控制系统000)，其中，所述控制电路(300)包括将所述多个控制信号表示为状态的状态机。
19.ー种用于车辆(100)的电カ系统(200)，包括 多个逆变器O08)；由所述逆变器(208)来供电的多个电子器件O10)； 存储介质(302)，其存储包含波形值数据的查找表；以及控制电路(300)，其适合基于所述波形值数据来创建參考波形和修改符数据，基于所述參考波形和所述修改符数据来创建修改的參考波形，从所述修改的參考波形来生成多个控制信号，并且采用所述多个控制信号来驱动所述多个逆变器。
20.如权利要求19所述的电カ系统000)，其中，所述修改符数据包括零序列数据。
21.如权利要求19所述的电カ系统000)，其中，所述修改符数据包括谐波数据。
22.如权利要求19所述的电カ系统000)，其中，所述控制电路(300)包括产生所述修改的參考波形的ニ级转换器。
23.如权利要求19所述的电カ系统000)，其中，所述控制电路(300)包括产生所述修改的參考波形的三级转换器。
24.如权利要求19所述的电カ系统000)，其中，所述控制电路(300)包括将所述多个控制信号表示为状态的状态机。
全文摘要
提供一种控制系统和方法。示范的方法(3400)包括采用(3404)查找表来得出多相参考波形的第一波形值数据。示范方法还包括得出(3406)与多相参考波形的修改符数据对应的第二波形值数据。将修改符数据加入(3408)参考波形，以便产生修改的参考波形。示范方法还包括从修改的参考波形来生成(3410)多个控制信号，并且基于控制信号来控制一个或多个电子器件。
文档编号H02P27/04GK102577076SQ201080045685
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月1日 优先权日2009年10月2日
发明者A·凯恩, E·N·尼科洛夫 申请人:通用电气公司