用于多相位逆变器控制的方法和设备的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]多相位逆变器电路通过对连接于DC总线端子之间并且对于三个或更多个电输出相位中的每个输出相位来说都是共同的高侧和低侧开关进行交替操作，以在三个或更多个电输出相位上提供用于为多相位负载供电的输出电功率。控制多相位逆变器的输出通常涉及闭环脉宽调制(PWM)，该闭环脉宽调制基于从形式为连接于低侧切换装置与较低DC总线节点之间的分流电阻器的电流传感器中所导出的输出电流反馈信息。在激活低侧开关的接通时间内对穿过低侧开关的电流进行采样，其中，该采样与低侧切换控制信号同步。许多逆变器利用在范围从几kHz至20kHz或更多的PWM切换频率上操作的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。氮化镓(GaN)和其他更快的切换装置允许100kHz及以上的更高PWM切换频率。然而，增加的切换频率导致了使用低侧分流器传感器来采样相位电流的问题。通常使用差分放大器来感测分流器两端的电压，差分放大器的输出必须在采样能够开始之前稳定到模数(A/D)转换器的最低有效位(LSB)之内以得到表示低侧电流的准确反馈值。针对给定低侧占空比百分比，增加切换频率将减小接通时间脉宽，并且因此允许在采样变得困难之前存在足够的时间使放大器输出稳定。另外，来自某些负载的反电动势(EMF)随着逆变器输出速度而增加，并且逆变器控制环路必须通过借助于减小的低侧占空比周期而增加各个相位输出电压来进行补偿。在逆变器的输入处的总线电压电平的增加和/或限制最大逆变器输出频率可以解决反电动势(EMF)和减小的接通时间问题，但是从系统性能角度而言这些方法是不理想的。同样，能够使用高性能感测放大器电路，但是这增加了成本。相应地，依然需要用于操作多相位逆变器的改善的方法和设备以使用低侧分流器促进准确的反馈感测，从而促进更高的PWM切换频率而不增加系统成本或复杂度。
【发明内容】
[0002]现在对本发明的各个方面进行概述以便帮助对本发明的基本理解，其中，此概述不是对本公开的详尽概述，亦不旨在确定本公开的某些元素或描述本公开的范围。相反，本概述的主要目的是在下文所呈现的更加详细的说明之前以简化形式呈现各个概念。
[0003]所公开的实施例提供了用于控制多相位逆变器的控制设备和系统，其中，控制器至少部分地根据对应于逆变器输出相位的相位电流反馈值生成用于选择性地操作高侧和低侧逆变器切换装置的PWM信号。计算电路至少部分地根据对应于剩余输出相位的低侧分流器电压值，针对在给定切换周期内具有最低或最小低侧占空比接通时间的给定相位来计算相位电流反馈值中的一个，并且用针对该给定相位所计算的值以及用针对剩余相位的分流器电压值来选择性地更新相位电流反馈值。以此方式，闭环反馈控制能够使用针对在给定PWM切换周期内具有最小占空比的相位所计算的反馈值，该反馈值独立于任何与高PWM切换频率操作和/或较高输出频率情况关联的稳定时间准确性问题，其中在高PWM切换频率操作和/或较高输出频率情况下，一个相位的低侧占空比相对于感测和转换电路的采样能力而言较小。相应地，能够有利地采用控制设备来促进高频率、高速多相位逆变器操作而不牺牲反馈感测准确度并且不增加系统成本或复杂度。
[0004]在某些实施例中，计算电路根据所计算的用于逆变器的PWM控制的电压向量角确定具有最小低侧占空比的给定相位，并且基于该电压向量角从用于计算该给定相位电流反馈值的多个预定公式中进行选择。
[0005]在其他实施例中，根据在之前的PWM切换周期中具有最短的应用占空比的相位来选择给定相位和预定公式，从而促进独立于所计算的角度的操作。
[0006]此外，在某些实施例中，将给定相位的低侧占空比接通时间与预定占空比阈值进行比较，并且如果给定相位的低侧占空比小于该阈值，则选择性地计算针对给定相位的相位电流反馈值且将其用于更新反馈值，否则，计算电路用对应于所有的逆变器输出相位的低侧分流器电压样本值来更新相位电流反馈值。以此方式，在针对小的低侧接通时间需要计算过程时，能够选择性地采用计算过程，并且在最低低侧接通时间足够长以促进用于闭环控制反馈感测中的适当测量的情况下，控制设备能够受阻止而不执行计算。
[0007]提供了用于依据本公开的进一步的方面来控制多相位逆变器的方法，包括至少部分地根据多个相位电流反馈值生成PWM切换控制信号以选择性地操作逆变器切换装置；确定在给定PWM切换周期内具有最低低侧占空比接通时间的给定相位；至少部分地根据对应于剩余输出相位的低侧分流器电压值来选择性计算对应于该给定相位的给定相位电流值，以及用该给定相位电流反馈值和对应于剩余输出相位的低侧分流器电压值来选择性地更新相位电流反馈值。
[0008]该方法的某些实施例进一步涉及计算电压向量角；至少部分地根据电压向量角和相位电流反馈值来生成PWM切换控制信号；以及根据电压向量角确定给定相位。在其他实施例中，该方法包括根据指示确定给定相位，该指示对在之前的PWM切换周期内具有最短应用占空比的相位进行指示。
【附图说明】
[0009]以下说明和附图详细阐述了本公开的某些说明性的实现方式，该实现方式指示可以执行本公开的各个原理的若干种方式。然而，所示出的示例并不穷尽本公开的许多可能的实施例。当结合附图考虑时，本公开的其他目的、优点以及新颖特征将在下面的详细描述中阐述，在附图中:
[0010]图1是示出多相位逆变器控制设备的示意性系统图，该控制设备具有闭环控制器以及用于使用对应于剩余输出相位的低侧分流器电压值来选择性地计算相位电流反馈值中的一个的计算电路；
[0011]图2是示出具有计算电路的控制设备的一个实施例的进一步的细节的部分示意图，该计算电路根据所计算的电压向量角选择给定相位以及用于反馈值计算的给定公式；
[0012]图3是示出用于控制多相位逆变器的过程的流程图；
[0013]图4是示出具有计算电路的第二控制设备实施例的部分示意图，该计算电路根据对在之前的PWM切换周期中具有最小占空比的相位的指示来选择给定相位和用于进行反馈值计算的公式；
[0014]图5是示出用于控制多相位逆变器的另一个过程实施例的流程图；
[0015]图6是示出用于第一低侧接通时间占空比的低侧PWM切换控制信号和相应的低侧分流器电压信号的图；
[0016]图7是示出用于较短的第二低侧接通时间占空比的低侧PWM切换控制信号和相应的低侧分流器电压信号的图；以及
[0017]图8是示出作为逆变器输出电压向量电角度的函数的低侧相位占空比接通时间的图。
【具体实施方式】
[0018]图1是展示具有多相位逆变器控制设备110的多相位电源系统100的示意性系统图，该控制设备110具有闭环控制器132以及用于使用对应于剩余输出相位的低侧分流器电压值来选择性地计算一个相位电流反馈值的计算电路134。系统100包括多相位逆变器102，在一个示例中具有向负载106提供输出功率的输出相位A、B和C的三相位系统，虽然其他实施例采用具有多于三个输出相位的多相位逆变器。逆变器接收来自分别在正和负端子或节点104a和104b处提供DC电压的DC电源104的DC输入功率，并且包括IGBT切换装置Q1-Q6以及相应的二极管D1-D6。可以在各个实施例中使用其他形式的开关，包括但不限于M0SFET等。实施例102中的IGBT Q1、Q3和Q5分别被配置为耦合(例如，连接)于正DC节点104a与相应的输出相位A、B和C之间的高侧开关，而Q2、Q4和Q6被耦合为相应的输出相位A、B和C与负DC端子104b之间的低侧开关。
[0019]低侧分流器(例如，电阻器)R1、R2和R3分别耦合于相应的低侧开关Q2、Q4和Q6与负DC端子104b之间用于在接通相应的开关Q2、Q4和Q6的低侧接通时间内感测相位电流。如在图1中所看出的，根据由驱动器电路112提供的相应驱动器信号114来操作逆变器开关Q1-Q6。能够采用任何合适的驱动器电路112，通过该驱动器电路112将合适的信号114提供给相应的开关Q1-Q6的控制端子以便根据切换控制信号116来选择性地将各个开关接通或断开，用于对来自电源104的DC输入功率进行转换以通过逆变器输出相位A、B和C向负载106提供可变频率、可变幅值输出电压和电流。例如，在某些实施例中，驱动器电路112能够包括隔离部件(例如，光电耦合器、变压器等)。
[0020]图1中的逆变器控制设备110包括驱动器电路112以及感测放大器电路118，该感测放大器电路118包括根据接收自分别与相位A、B和C关联的分流器R1-R3的电压信号来感测低侧电流的放大器电路118a、118b和118c。放大器118提供表示在相应的相位中流动作为至微控制器120的输入的低侧电流切换装置电流的放大器输出信号。在此示例中，微控制器120包括采样保持(S/Η)电路122a、122b和122c，采样保持电路各自操作性地耦合用于对来自放大器118中的相应的一个放大器的放大器输出信号进行采样和保持。采样保持电路122各自将表示采样放大器输出信号的输出电压作为输入提供给多路复用器(MUX)电路124，该多路复用器电路124在处理器128的控制下多路复用放大器输出信号以向A/D转换器126提供所选择的输入信号。A/D转换器126将采样电压转换为数字值并且根据采样保持电路122的输出电压来提供对应于输出相位A、B和C的多个分流器电压值，其中，处理