用于在驱动功率转换器的模拟开关时补偿死区时间的影响的方法和用于向负载供电的装置与流程

本发明涉及一种用于在驱动功率转换器的模拟开关时补偿死区时间的影响的方法，以及一种用于从直流电源向负载(例如，交流电动机)供给正弦三相交流电的装置。

背景技术：

1、这样的布置可以包括

2、·一个直流输入端，所述直流输入端具有两个端子，

3、·一个交流输出端，所述交流输出端具有至少一个用于外部导体的端子，

4、·至少一个用于在所述负载处发生的所感测的物理量的输入端，

5、·功率转换器，所述功率转换器例如是包括模拟开关的至少一个半桥的逆变器、dc-ac转换器或dc-dc转换器，

6、·其中，所述至少一个半桥布置在所述直流输入端的端子之间，并且位于所述半桥的模拟开关之间的节点连接到所述交流输出端的所述至少一个用于外部导体的端子，

7、·用于控制交流电的电子控制单元，

8、·由此，用于至少一个参考电流或参考电压的信号可以由所述控制单元在一个输出端处提供，所述参考电流或参考电压将在所述转换器的交流输出端处设定，以及

9、·驱动器，所述驱动器连接到所述控制单元，并且利用所述驱动器可以从所述至少一个参考电流或参考电压生成用于接通和断开所述模拟开关的至少一个pwm控制信号，所述驱动器具有带端子的输出端，所述端子连接到模拟开关的控制信号端子，并且所述驱动器具有用于计算所述pwm控制信号的至少一个占空比的装置，

10、·由此，所述驱动器以使电流从所述至少一个半桥的一个模拟开关换向到另一个模拟开关的方式驱动模拟开关，其中，在换向期间所述半桥的一个或另一个模拟开关在死区时间内都不导通，以防止在所述直流输入端的端子之间的短路，并且在死区时间期间经由二极管发生电流，这导致流经所述交流输出端的至少一个端子的电流与参考电流的偏离，或者导致在所述交流输出端处的电压的偏离，所述二极管是每个模拟开关的一部分或者与每个要接通的模拟开关并联地布置，

11、·由此，所述驱动器包括至少一个用于补偿经由所述交流输出端的电流与参考电流的偏离或在所述交流输出端处的电压与参考电压的偏离的装置，利用所述装置，可以改变由用于计算占空比的装置计算出的占空比，以达到补偿的目的。

12、这样的装置例如用于控制电动助力转向(eps)系统的伺服电动机，利用该伺服电动机可以调节在机动车的车轮处的转向角。文献us 10 494016b2公开了一种电动动力转向装置。

13、这些装置具有电子控制单元。驱动器连接到控制单元的输出端并且具有控制信号输出端，逆变器的受控六脉冲桥式电路的控制信号端子连接到该控制信号输出端。逆变器的dc输入端经由车载电源连接到电池，该电池供应由逆变器转换为ac电流并且在逆变器的ac输出端处可用的电流。电动机连接到ac输出端。所述电动机经由变速器连接到机动车的转向杆，所述变速器耦接到转向轮并且连接到方向盘。

14、扭矩传感器附接到转向杆，所述扭矩传感器测量由驾驶员经由方向盘施加到转向杆的扭矩。扭矩传感器的输出端连接到控制单元，使得由扭矩传感器生成的电信号被供应给控制单元。

15、另外，在发动机上设置位置传感器以检测发动机转子的位置。所述位置传感器还连接到ecu。

16、电动机用于生成所需的扭矩，该扭矩由扭矩传感器检测。在所述控制单元中，传感器数据用于确定流过电动机绕组的参考电流的值，以便实现所需的扭矩。

17、参考电流的值从控制单元传送到驱动器，该驱动器根据参考电流的值生成pwm控制信号，利用该pwm控制信号控制逆变器的mosfet。

18、该控制可以是矢量控制。参考电流可以被变换到d/q平面。变换到d/q平面的电流的值然后可以从控制器传送到驱动器，该驱动器根据变换到d/q平面的电流来确定pwm控制信号的占空比，以便生成驱动所需电流通过电动机的电压。

19、当驱动电动机电流的电压由具有受控六脉冲桥式电路的三相逆变器生成时，还发生换向，在所述换向中电流从桥式电路的半桥的一个mosfet转移到半桥的另一个mosfet。为了在电流的换向期间防止由于击穿引起的短路，如果在打开的mosfet被打开之前关闭的mosfet已经被关闭，则在输送电流的mosfet的打开和接收电流的mosfet的关闭之间设置死区时间。

20、该死区时间对电动机电流和由电动机生成的扭矩有影响。在死区时间期间，续流电流经由接收mosfet的体二极管驱动通过电动机中的绕组。该续流电流导致施加到电动机的电压下降或上升，这导致电动机电流偏离正弦形式，特别是在低电流或小占空比的情况下，并因此导致扭矩振荡，该扭矩振荡可能被感觉为振动，并且可能被感知为干扰。

21、在具有模拟开关的开关电路中发生的死区时间影响也可能影响具有其他布置的电源。因此问题是要避免或至少最小化这种死区时间影响。

技术实现思路

1、与按照权利要求1的前序部分所述的方法相关，通过由补偿装置基于所外推的在负载处发生的物理量来确定补偿值，克服了该问题。所外推的物理量可以由设计为外推在负载处发生的物理量的外推装置来外推。

2、与按照权利要求2的前序部分所述的装置相关，通过驱动器包括至少一个设计为外推在负载处发生的物理量的外推装置，克服了该问题，由此，通过该外推装置，可以通过外推物理量来计算流经交流输出端的未来电流或未来电流下的电压。

3、用于死区时间补偿的方法例如从文献us 10 494 016 b2中已知，该文献公开了一种具有死区时间补偿值的电动助力转向装置。

4、本发明现在基于提出如下另一种方法的问题，利用该方法更容易且更快地实现对于死区时间的补偿。

5、对于本发明来说过于基本的该问题是通过以下方式补充上述方法来解决的，即，驱动器包括至少一个设计为外推在负载处发生的物理量的外推装置，并且由此，通过该外推装置，可以通过外推物理量来计算流经交流输出端的未来电流或未来电流下的电压。

6、补偿装置可以具有第一输入端。该第一输入端可以连接到电子控制单元的输出端，在该输出端处提供指示参考电流或参考电压的信号。

7、按照本发明的装置可以包括用于测量物理量的传感器，该传感器连接到用于所感测的物理量的一个输入端。

8、负载可以是电动机，并且所感测的物理量是电动机的转子位置。电动机可以是eps系统的电动机。所述装置可以包括用于测量电动机的转子位置的传感器，该传感器具有传感器信号的输出端，该传感器信号的输出端连接到外推装置的转子位置指示传感器信号的输入端。指示转子位置的传感器信号可以经由该输入端读取到外推装置中。

9、该装置还可以包括用于测量电动机的转子速度的传感器，该传感器具有传感器信号输出端，该传感器信号输出端连接到外推装置的转子速度传感器信号输入端。转子速度传感器信号可以经由该输入端读取到外推装置中。

10、按照本发明，可以利用外推装置从由用于测量转子位置的传感器所指示的传感器信号和从由用于测量转子速度的传感器所指示的传感器信号来外推未来转子位置。针对至少一个未来时间点计算未来转子位置是可能的，所述未来时间点例如是未来的δt＝50μs、100μs、150μs或200μs。由作为所测量的角度θ测量和转子速度ω的函数的角度θ外推表示的所外推的转子位置可以通过以下方程确定

11、θ外推＝θ测量+(ω·δt)

12、利用外推装置，可以根据参考电流和未来转子位置来计算流过ac输出端的未来电流，特别是通过外推。针对至少一个时间点来计算未来电流是可能的，所述时间点例如位于未来的50μs、100μs、150μs或200μs。所外推的目标电流i外推可以如下计算：

13、i外推＝iq×sin(θ外推)+id×cos(θ外推)

14、其中，电流iq，id是变换到空间矢量表示d/q的目标电流。

15、利用补偿装置，针对由用于计算占空比的装置所确定的每个占空比，可以从流过ac输出端的端子的未来电流来确定所分配的补偿值。然后，可以通过补偿装置将分别与所确定的占空比关联的这些补偿值与关联的占空比相加，从而计算经补偿的占空比并生成经补偿的pwm控制信号，该pwm控制信号可以在驱动器的输出端的端子处提供。

16、按照本发明，用于计算占空比的装置可以用于按照第一函数的函数方程从目标电流计算占空比。分配给该占空比的补偿值可以按照作为未来电流的函数的第一函数的反函数的函数方程来计算。

17、利用补偿装置，可以通过按照作为未来电流的函数的s型函数或s型级数的计算来确定补偿值。

18、也可以使用补偿装置，通过读出可以存储在补偿装置中的查找表来确定作为未来电流的函数的补偿值。

19、模拟开关可以是mosfet、igbt或其他合适的开关。功率转换器可以是逆变器、ac-dc转换器或dc-dc转换器。功率转换器可以是包括模拟开关的至少一个半桥的拓扑结构的降压转换器或升压转换器。功率转换器可以包括以任何拓扑结构(例如h桥或六脉冲桥)的半桥。功率转换器可以适用于任何数量的相。

20、负载可以是dc电动机、bldc电动机、blac电动机、另外的转换器或任何合适的dc或ac负载。

21、按照本发明的方法可以用于在驱动具有受控六脉冲桥式电路的逆变器、dc-ac转换器或dc-dc转换器的模拟开关时补偿死区时间的影响。利用作为逆变器、dc-ac转换器或dc-dc转换器的驱动器的一部分的补偿装置，针对由用于计算占空比的装置已计算出的占空比来确定补偿值。将补偿值与计算出的占空比相加以补偿死区时间的影响，从而获得经补偿的占空比。这些经补偿的占空比然后用于驱动逆变器、dc-ac转换器或dc-dc转换器模拟开关。