逆变器相电流重构设备和方法
【专利摘要】提出了一种用于对低侧逆变器相电流进行采样的方法和设备，其中，如果中间脉冲宽度值(T1,mid)小于非零第一阈值(TMINPULSE)，则在给定的PWM周期(TPWM1)内将电流采样从标称采样时间(TV)选择性地延迟非零采样延迟时间值(ΔS)，以利于针对准确的电流测量的足够信号稳定；以及在给定的PWM周期(TPWM1)的结尾附近的中间总连续导通时间(T3,mid)小于非零第二阈值(TMINPULSE)，则通过将非零调整偏移时间值(ΔT)与用于下一PWM周期(TPWM2)的中间脉冲宽度值(T2,mid)相加来选择性地扩展中间总连续导通时间。
【专利说明】
逆变器相电流重构设备和方法
技术领域
[0001]本文所公开的主题涉及电力变换，更具体地涉及在电机驱动器和其它电力变换器中的电流感测。
【发明内容】
[0002]现在概述本公开内容的各个方面以更易于对本公开内容的基本理解，其中，该概述不是本公开内容的广泛综述，并且既不意在识别本公开内容的某些元件，也不意在描绘其范围。相反，该概述的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前以简化的形式呈现本公开内容的各种构思。本公开内容提供了采样方法和设备，其中，如果中间脉冲宽度值小于阈值，则在给定的脉冲宽度调制(PWM)周期内将低侧逆变器相电流采样从标称采样时间选择性地延迟。在另一方面，如果在该周期的结尾附近的中间总连续导通时间小于阈值，则针对下一 PffM周期来选择性地扩展中间总连续导通时间。
【附图说明】
[0003]下面的描述和附图详细阐述了本公开内容的某些说明性实现方式，所述的某些说明性实现方式表示可以执行本公开内容的各种原理的若干示例性方式。然而，所说明的示例并非穷举本公开内容的许多可能实施例。在下面结合附图考虑时的详细描述中将阐述本公开内容的其它目的、优点和新颖特征，在附图中:
[0004]图1是不意性系统图；
[0005]图2是曲线图；
[0006]图3至图5示出了空间矢量调制图和曲线图；
[0007]图6至图12是曲线图；以及
[0008]图13和图14是流程图。
【具体实施方式】
[0009]在下文中示出并描述了各种实施例，其中，本公开内容不限于所示出的和所描述的具体示例。提出了一种逆变器相电流重构技术和设备，其中，在给定的PWM周期内以能够选择性调整的采样时刻或采样时间来对逆变器低侧分流电阻器电压进行采样，以利于在包括整数一 (unity)调制指数运算和过调制状况的整个电压矢量平面上的逆变器操作。
[0010]图1示出了具有开关逆变器6的电力变换系统2(在该情况下为电机驱动器)，其中，开关逆变器6对来自第一 DC输入端4a (DC+)和第二DC输入端4b (DC-)的DC电力进行变换以驱动多相AC电机负载8。在某些实施例中，系统2可以从外部源(未示出)接收DC输入电力，或者可以包括输入整流器(未示出)以接收单相AC输入电力或多相AC输入电力并且经由具有如I所示的DC母线电容C的DC链路(电压源变换器或VSC)来向逆变器DC输入端4a和4b提供DC输出电力。在其它实施例中，可以在用于电流源变换器或CSC系统2的DC链路中设置一个或多个DC环节扼流器或电感。开关逆变器6从DC链路接收DC输入电力，并且包括构成分别与相应的逆变器AC输出A、B、C相关联的三个逆变器臂电路的IGBT或其它逆变器开关器件AP、BP、CP、AN、BN和CN以及低侧电阻性电流分流器RA、RB、RC。如图1所示，各个逆变器臂电路包括上开关器件或高侧开关器件(AP、BP或CP)以及下开关器件或低侧开关器件AN、BN或CN，其中，上开关器件或高侧开关器件(AP、BP或CP)耦接在第一 DC输入端4a与相应的AC输出端(A、B、C)之间，下开关器件或低侧开关器件AN、BN或CN与相应的AC输出端和电流分流器RA、RB或RC耦接，电流分流器RA、RB或RC耦接在相应的下开关器件AN、BN或CN与第二 DC输入端4b之间。可以使用任何适合的逆变器开关器件，其非限制性示例包括所示的绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及硅控整流器(SCR)、门极可关断晶闸管(GTO)、集成门极换向晶闸管(IGCT)等。
[0011]系统2还包括控制器10，该控制器10向逆变器开关器件AP、BP、CP、AN、BN和CN提供逆变器开关控制信号16以对DC电力进行变换，从而提供多相变频变幅AC输出电力以驱动相关联的三相电机负载8。控制器10还接收逆变器输出电流反馈信号或值18a、18b和18c，其分别表示与输出相A、B和C的逆变器臂电路相电流对应的低侧分流电阻器电压。在图1的实施例中，控制器10包括向处理器12提供表示低侧电流反馈信号18的数字值的模数(A/D)转换器11，并且处理器12向PWM驱动器电路13提供经脉冲宽度调制的控制信号或信息以生成用以操作逆变器开关的开关控制信号16，其中，这些经脉冲宽度调制的控制信号或信息包括表示低侧连续脉冲的在载波谷值之前的一半的低侧逆变器相脉冲宽度值Ta、Tb、T。。
[0012]控制器10还包括非暂态电子存储器14，该非暂态电子存储器14可操作地与处理器12耦接并且存储用于由处理器12执行的数据和程序指令。特别地，存储器14存储PffM控制程序指令15以及采样控制程序指令17，其中，PffM控制程序指令15用于通过生成开关控制信号16来操作逆变器6，采样控制程序指令17用于控制对分流电阻器电压(并且因此对低侧逆变器臂电路电流)的采样，在某些实施例中，这些程序指令可以被认为是能够由处理器12执行的处理器可执行软件或固件。控制器10及其部件可以包括适当的逻辑或基于处理器的电路系统(例如，处理器12)以及存储数据和编程代码15、17的电子存储器(例如，存储器14)，并且还可以包括信号水平放大和/或驱动器电路系统(诸如比较器、载波生成器或数字逻辑/处理器元件和信号驱动器或者其组合(例如，驱动器电路系统13))，以经由足以选择性地致动逆变器开关器件AP、BP、CP、AN、BN和CN的信号16来提供适当的驱动电压和/或电流电平。
[0013]在各种实施例中，控制器10可以根据任何适当的脉冲宽度调制(PWM)技术来提供开关控制信号16，脉冲宽度调制技术执行包括对逆变器开关的脉冲宽度调制操作的正常电机控制任务，包括但不限于基于载波的脉冲宽度调制等。此外，如下面进一步讨论的，对电流反馈信号18的选择性采样由模数转换电路系统11以相对于所示实施例(例如，图2)中的三角形载波22同步的方式来实现，其中，该采样控制指令17由处理器12实现以在给定的PWM周期内选择性地偏移或延迟电流样本以利于进行准确的逆变器电流采样，尤其是对于逆变器6的高调制指数操作。在某些实施例中，电流样本被用作逆变器操作的闭环控制中的反馈信息，然而其它实施例也是可行的，在这些实施例中，在经由PWM控制部件或程序指令15的处理器执行来生成在操作逆变器6中所使用的PWM开关控制信号16时不需要使用或考虑电流反馈信号18。
[0014]如图1所示，逆变器开关被分别连接在DC母线端子DC+和DC-之一与相应的AC输出相A、B或C之间，并且根据相应的开关控制信号16而可操作用于选择性地将相应的DC端子电连接至相应的AC输出线或者与相应的AC输出线断开连接。在实践中，控制器10以适于将输入的DC电力变换为适于控制所连接的电机负载8的操作的变频变幅AC输出电力的方式向相应的逆变器开关提供逆变器开关控制信号16。在某些实施例中，例如，逆变器控制器10提供开关控制信号16以便实现期望的控制策略，例如根据一个或多个设置点输入(未示出)(诸如，期望的电机速度、转矩、位置等)来控制或调节电机操作，并且控制器10可以采用包括逆变器电流信号18的一个或多个反馈信号来以闭环的方式实现控制策略。
[0015]此外，在一个实施例中，控制器10使用正弦三角脉冲宽度调制技术来实现闭环控制，其中，将用于每个输出相A、B和C的期望逆变器输出参数(例如，输出电压命令信号或值)与相应的三角波载波22进行比较，以确定与每个相相关联的逆变器开关器件的期望接通或关断状态。可以以使用比较器、三角波形生成器等的硬件来实现调制，在其它可能的实施例中，载波22与用于相应逆变器输出相的期望输出值(例如，电压命令矢量)的比较可以由处理器12执行的软件/固件来实现，其中相应的一个或多个载波波形22存储在电子存储器中和/或在处理器执行的软件和/或固件中以其他方式实现。
[0016]同样参照图1，发明人已经认识到，通过在处理器12的控制下控制A/D转换器11对信号18的采样而利于对于闭环电流控制反馈的节省成本且准确的逆变器相电流检测。特别地，与诸如霍尔传感器的较高成本解决方案相比，使用分流电阻器RA、RB和RC的低侧感测可以提供用于在相应的低侧开关AN、BN、CN接通时感测逆变器输出电流的准确且低成本的技术。然而，使用低侧分流电阻器要求在相应的低侧开关器件接通时取得电流信号样本。在这点上，相应的低侧开关的导通时间由脉冲宽度调制控制部件15来控制，因此，以同步的方式来实现PWM控制15和采样控制17，以利于在三角形载波波形22的谷值处或谷值附近对分流信号18进行测量和采样。
[0017]发明人已经认识到，以高调制指数进行操作导致与低侧逆变器开关器件AN、BN和CN中的一个或多个相关联的导通时间变窄。另外，基于需要的最小A/D转换器采样时间和其它因素(在文本中被称为最小脉冲宽度或Tminpulse)，低侧器件导通时间的变窄可能会导致不准确的采样。因此，控制器10以协作的方式与PffM控制编程15—起来实现采样控制指令17，以选择性地使在给定PWM周期内的采样时刻或采样时间TS(图2)偏移离开标称采样时刻，诸如在三角形载波波形谷值(图2中的时间TV)处或附近。这在诸如高调制指数或过调制状况的情形下尤其有利，在该情形中，低侧开关器件中的一个或多个的、在载波最小值或谷值之后的导通时间被确定为太短而不能提供表示相应输出相的低侧逆变器电流的准确反馈信号或值。尽管针对使得偏移离开谷值(TV)处的默认或标称位置的选择性采样而示出并描述了非限制性实施例，但默认采样时间不在载波波形22的最小值或谷值处的其它实施例也是可能的。
[0018]另外，根据需要，在某些实施例中，控制器10还提供了在考虑给定系统2的采样时间最小要求的情况下扩展特定的低侧器件导通时间的选择性扩展或调整(例如，脉冲宽度调整或扩展)，以利于对分流信号18中的至少两个的准确采样。因此，发明人已设想了以下新颖的改进技术:通过由控制器10进行的选择性脉冲宽度调整或扩展、单独地或者与对原始PffM调制图案的最小侵入中断(minimal Iy intrusive interrupt 1n)结合地使用选择性采样点延迟来促进贯穿所有或大部分电压矢量控制平面的相电流检测。
[0019]在这点上，本发明人已经发现，可以根据一个或多个因素来确定用于给定系统2的最小脉冲宽度。这些因素包括死区时间Tdt，该死区时间Tdt在提供PWM控制信号16时被使用以便减轻或防止跨越逆变器DC输入端4a、4b的击穿(例如，短路)状况。在某些实现方式中，发明人已经认识到，取决于电流极性，死区时间Tdt可能会或可能不会显著地影响采样，并且死区时间Tdt可能显著短于其它因素。另一因素是电流信号上升时间Trs，该电流信号上升时间Trs表示在下臂开关接通之后流过感测电阻器的低侧逆变器臂电路电流变得稳定所需的时间。在某些实施例中，Trs包括PffM信号的传播延迟以及电流的上升和稳定时间。另外，在某些实施例中，用于获取并变换分流传感器信号18的采样电路系统包括表示电流反馈路径的时延的总延迟时间Tsh，其包括信号调节时延并且可能会考虑到所包括的任何滤波器电路延迟和采样时延(例如，包括采样和保持电路延迟等)。对于不同的应用和系统2，这些时延的相对权重可以不同。实际上，在许多系统中，在无需进行采样时刻偏移的情况下的不准确电流采样的主要原因是在A/D转换器之前的模拟电路包括由于模拟信号中的高噪声而引起的滤波。例如，与Trs和Tsh相比，死区时间Tdt尽管仅占用总时延的一小部分，但由于其电流极性依赖性而可能会导致处理变得复杂，并且因此可以使用表示1^与1^之和的单个时间常量Tminpulse，其中，在某些实施例中这样的单个值Tminpulse可以用于表不进行可靠电流检测所需的或者认为适于可靠电流检测的最小脉冲宽度。
[0020]图2提供了示出用于有效高(activehigh)控制实现和有效低(active low)控制实现二者的两个代表性PWM周期TPffMl和TPWM2的曲线图21，其中在每个周期内将逆变器相A、B和C中的每一个的电压命令波形(未示出)与载波波形22进行比较，并且在各种实现中，这些信号和比较可以以硬件和/或以处理器执行的软件或固件来完成。图2中的曲线图21示出了分别与逆变器相A、B和C对应的波形24、26和28。另外，图2表示了在其处载波波形22具有最大值或峰值的峰值时间TP以及最小时间或“谷值”时间TV，其中，在该示例中，默认分流电感器电流采样的标称采样时间或采样时刻TS在谷值时间TV处。此外，如图2所示，每个PWM周期以波形22的最小值或谷值开始和结束。尽管被示为使用三角形波形22，但在各种实施例中可以使用具有最大值或峰值以及最小值或谷值的任何适当形状的其它载波波形。此夕卜，默认采样时间TS不与最小或谷点TV严格地对齐的其它实施例也是可能的。
[0021]在某些实施例的操作中，控制器10在载波波形22的谷值处加载最近的比较寄存器值，并且有效高模式实施例可以具有在谷值时间TV的任一侧不对称的低侧脉冲，而有效低模式呈现出沿载波峰值时间TP的中心线对称的脉冲。因此，根据两个相邻的命令电压矢量来确定针对有效高模式操作的低侧脉冲宽度，而在有效低模式中通过单个比较值来确定该低侧脉冲宽度，这简化了在某些实现方式中的算法设计。本公开内容设想了选择性控制采样时延量和/或脉冲宽度调整量以利于准确的逆变器电流测量和重构。
[0022]图3至图5分别示出了在随时间的变化的当前系统操作调制指数Mi方面的六边形空间矢量调制图(30、40、50)和用于逆变器相A、B和C的相应的分流信号波形，其中，阈值THl与整数一以下的调制指数值对应。在图3的情形下，整数一调制指数与内切于空间矢量调制图30的六边形边界34的电压矢量圆对应，其中，与六边形边界36对应的在第一阈值THl处或第一阈值THl以下的低侧导通时间表示在考虑了必需的或适当的采样时间的情况下使用所有分流器RA、RB和RC能够实现准确的电流采样的调制指数。如在图4中所看到的，三个低侧器件全部接通的零矢量的宽度随着调制指数的增加而减小。图4中的空间矢量调制图40示出了当载波的峰值超过I时的过调制，并且示出了在相应的低侧器件导通时间期间仅能准确测量一个分流器电流的不可测量区域44，其中曲线图42中的信号波形转变至阈值THl以上。如果调制指数进一步增加，则任何两相调制波形的交点将高于阈值THl，并且电压矢量进入区域44。图5还示出了曲线图52中的信号波形超过整数一的过调制操作并且示出了在仅采样时刻偏移而无脉冲宽度扩展的情况下系统可以实现的最大调制指数。空间矢量调制图50示出了区域54，该区域54是在不扩展脉冲宽度边界的情况下由于与调制指数的进一步增加对应的低侧器件导通时间的进一步减小而可准确测量仅一个分流值的区域。
[0023]如在图3至图5中所看到的，如果调制指数超过阈值THl，则具有最窄低侧脉冲的相控制最小检测窗口。对于具有浮动中性点的三相负载，仅需要对两相电流进行采样，这是因为所有三个相平衡从而使得能够重构第三相，如在图4中所看到的。因此，使用具有较宽下侧电压脉冲宽度的两相电流来扩展操作调制指数范围，以使得任何两相调制波形在正极侧的交叉点低于原始的Mi限值TH1，从而将不可测量区域缩小至图4的曲线图40中所示的那些区域44。如图5所示，随着调制指数的进一步增加，由于系统2的采样时间限制，即使使用采样时刻偏移，两个相也可能会失去电流检测能力(例如，区域54)。由于最小采样时间要求大部分在采样时刻TS之前，所以如果采样时刻与脉冲的中心对齐，则最小脉冲宽度会加倍。发明人已经认识到，重新配置采样时刻将脉冲宽度要求减小至仅上述脉冲的一半，其中，不可测量区域54被减小至图4中的区域尺寸44的仅四分之一，由此如图5的曲线图50所示那样提高了调制指数阈值THl并且还扩展了用于控制逆变器6的可用调制指数范围。
[0024]现在参照图6至图14，图13示出了用于在某些实施例中可以在上述系统2中执行的受控脉冲宽度调制和低侧逆变器电流采样的简化流程图或过程200，并且图6至图12提供了示出系统2中的各种不同操作状况的曲线图。另外，图14图示了示出电力变换系统2中的控制器操作的一种特定实现方式或实施例的详细过程300。如在图6的有效低曲线图60中所看到的，标记Tx,min、Tx,mid和Tx,max(编号X表示脉冲的不同部分)指定系统2的下臂上的针对不同情形的最小脉冲宽度、中间或中部脉冲宽度以及最大脉冲宽度，其中，编号X = I指定谷值时间TV之前的脉冲宽度，X = 2指定谷值时间TV之后的脉冲宽度，以及X = 3指定总连续脉冲总导通时间。因此，用于图6中的中间相(在该示例中的相B)的总有效或连续低侧器件导通时间T3,mid是对应于TV之前的给定PffM周期TPffMl的导通时间部分T1,mid与对应于TV之后的下一PffM周期TPWM2的导通时间部分!^,mid之和，并且这同样适用于最大脉冲宽度Tx,max和最小脉冲宽度Tx,min。此外，如在图1中进一步看到的，采样控制部件17从PffM控制部件15接收在当前P丽周期内算出的脉冲宽度，并且如在下文中进一步描述的，选择性地向P丽控制部件15提供采样延迟值AS和脉冲宽度延迟时间AT。此外，在某些实施例中，图1中的处理器12向如图1所示的PWM驱动器电路13提供所算出的最大脉冲宽度时间、中间脉冲宽度时间和最小脉冲宽度时间，以生成经脉冲宽度调制的控制信号16，包括由采样控制部件17选择性地采用或实现的任何经调整的脉冲宽度导通时间。
[0025]向后参照图13，尽管以一系列动作或事件的形式描绘并描述了图13和图14中的示例性方法200和300以及本公开内容的其它方法，但应当理解的是，除了如本文中特别阐述的以外，本公开内容的各种方法不受这样的动作或事件的图示顺序限制。在这点上，除下文中特别提供的以外，一些动作或事件可以以不同的顺序发生和/或与除了本文所示出和描述的动作或事件以外的其它动作或事件同时发生，并且对于实现根据本公开内容的处理或方法而言可以不要求所有示出的步骤。所示的方法可以以硬件、处理器执行的软件、处理器执行的固件或可配置逻辑等或者其组合来实现，以便提供本文中所公开的逆变器电流采样和脉冲宽度调制控制构思。
[0026]在图13的过程200中，在202处，新的HVM周期开始，并且在204处，控制器10确定用于在当前PffM周期中操作低侧开关器件AN、BN和CN的200处的最大低侧逆变器相脉冲宽度值T1,max、中间低侧逆变器相脉冲宽度值T1,mid、最小低侧逆变器相脉冲宽度。在一个示例中，在204处，控制器10确定最大脉冲宽度值T1,max以及具有比最大脉冲宽度值T1,max低的值的中间脉冲宽度值T1,mid和具有比中间脉冲宽度值T1,Md低的值的最小脉冲宽度值!^,min。在206处，控制器10确定用于给定PWM周期TPWMl的中间脉冲宽度值T1,mid是否小于非零第一阈值Tminpulse。如果Ti,mid不小于Tminpulse(在206处为否)，则过程200进行至208，在208中，控制器10在载波三角形谷值时间(TS = TV)或其它默认采样时间处对低侧电流进行采样，并且通过返回至202以开始下一 PffM周期来重复过程200。
[0027]如果T1,mid小于Tminpulse(在图13的206处为是)，则控制器10在210处将给定的PffM周期TPWMl内对至少一个逆变器输出相电流A、B、C的低侧电流采样从默认或标称采样时间TV选择性地延迟非零采样延迟时间值A S(在该实施例中TS = TV+△ S)，该默认或标称采样时间TV对应于PWM载波波形22在给定的PWM周期TPWMl的结尾处或附近的最小值或谷值。在该情况下，控制器10还在212处确定在给定的PWM周期TPWMl的结尾附近的多个总连续低侧开关器件导通时间逆变器相脉冲宽度值T3,max、T3,mid和T3,min中的中间一个T3,mid是否小于非零第二阈值，该非零第二阈值可以不同于206处的第一阈值或者可以是如在图13的示例中所示的Tminpulse。如果T3,Md不小于非零第二阈值(在图13中的212处为否)，则过程200返回至202以开始下一 PWM周期。否则(在212处为是)，控制器10在214处通过将非零调整偏移时间值A T与用于下一或接下来的PffM周期TPWM2的中间脉冲宽度值T2,mid相加来选择性地扩展中间总连续导通时间T3,mid(即，通过设置T2,mid = T2,mid+ Δ T以将T3,min设置成TmINPULSE，其中在一种非限制性实现方式中相应地调整T2,mid或T2,_)。
[0028]因此，控制器10在212、214处根据需要选择性地扩展脉冲宽度以利于对低侧逆变器电流中的至少两个的准确采样。如以上所指出的，在所示的方法200中，206和212处的阈值是相等的，但在其它实施例中，这些阈值可以不同。此外，如先前所讨论的，通过由处理器12至少部分地基于在相应的低侧开关器件AN、BN或CN接通之后逆变器臂电路中的电流变得稳定所需的最小时间(例如，Trs)与信号调节时延(例如，上述的Tsh)之和来进行预编程或实时编程，可以确定206、212处的阈值之一或206、212处的阈值二者。在某些实施例中，控制器1将采样延迟时间值AS选择性地确定为以下值:第一阈值Tminpulse减去用于给定的PffM周期TP丽I的中间脉冲宽度值T1,mid和最小脉冲宽度值T1,min之一(例如，在下面的图14中的322、344和 350 处 As = Tminpulse-T1,Md，或者在图 14 中 324和 330处 As = Tminpulse-T1,min)。以此方式，控制器10仅根据需要来有利地调整或扩展脉冲宽度以利于准确的电流反馈，并且易于使选择性脉冲宽度调整量最小化以避免或减轻逆变器操作中的控制或操作失调。
[0029]图14示出了用于可以由图1中的控制器10在一个实施例中实现的电流采样控制的详细过程300。在该实现中，在载波波形22的谷值时间TV处更新控制器10的PffM比较寄存器，并且低侧逆变器开关器件的导通时间跨越两个相继的PWM时段，该两个相继的PWM时段包括当前PWM周期TPffMl和下一周期TPWM2。例如，在当前PffM周期TPWMl的结尾附近的针对具有最小导通时间的相(如图6的情形下被示为相A)的总低侧器件连续导通时间T3,_包括TPffMl中的!^,*和TPWM2中的T2,min。因此，总连续导通时间由相继的HVM周期中的两个调制指数来确定，并且由于在系统2的操作期间调制指数的变化或改变，总连续导通时间通常会是关于谷值时间TV不对称的。在一些情形下，矢量平面上的可测量区域(例如，上述图3至图5)不是由一个单一矢量来确定的，而是由两个连续的矢量的平均矢量来确定的。发明人还认识到，如果在下一PWM周期内平均矢量停留在针对两个电流的不可测量区域之外，则即使两个连续的矢量之一落在不可测量区域中，也可以适当地对低侧电流进行采样。
[0030]图14中的处理300开始于302处，以确定采样时刻(TS)和通过选择性扩展一个或多个脉冲宽度进行的任何电压矢量调整，从而利于正确或准确的电流采样。在图14中的304处，根据任何适当的脉冲宽度调制控制技术(诸如闭环控制)来确定用于当前PWM周期(TPWMl)的脉冲宽度T1，以在一个或多个期望设置点(例如
Tcl, cmd )，Tl,mid =Mid( Tal, cmd , Tbl, cmd , Tcl, cmd )和Tl,min = MiIl ( Tal, cmd , Tbl, cmd , Tcl, cmd ))处提供电机负载操作。如图6所示，例如，将当前PWM周期TPWMl中的三相下臂电压命令值与载波波形22进行比较，并且计算最大值、中间值和最小值，其分别被表示为TwJ1,。将理解的是，在给定的PWM周期期间，三个逆变器相A、B或C中的任何一个可以是关于低侧器件导通时间的最大、中间或最小。因此，控制器10在300处设置标记或变量“MinMaxl”，该标记或变量“MinMaxl”用于指示与当前PffM周期期间的最大、中间和最小对应的逆变器相。
[0031]在图14的306处，控制器10确定算出的用于低侧器件的中间脉冲宽度T1,mid是否小于第一阈值(在该情况下为值Tminpulse)。如果Ti,mid不小于第一阈值(在306中为否)，则过程300进行至针对无采样时间偏移的308，其中，在308处控制器1设置采样时间偏移值AS =0，在308之后，在309处在没有任何采样时间偏移的情况下设置中断开始比较寄存器，并且过程300返回至302。图7中的曲线图70示出了该状况，其中，中间相和最小相在当前PffM周期TPffMl内的导通时间部分对于准确米样而言均足够长(例如，大于Tminpulse)，因此，米样时间TS相对于TV未偏移。此外，如在图7至图12中所看到的，被表示为“相I”和“相2”的两个相的比较值针对这些相应逆变器相的比较值而被分别示为标记为Φ I的实短线的Φ I和标记为Φ 2的虚短线，其中当这些比较信号或值与载波波形22交叉时，PffM信号转变发生。
[0032]此外，参照图8中的曲线图80，如果Tuid小于Tminpulse(在图14的306处为是)，则控制器10假设:将采样时间Ts延迟了 TV之后的某一非零量(在所示的示例中为AS)的某一采样时间偏移将利于系统2中的准确低侧电流采样。在这一点上，对于具有最大脉冲宽度T1,max(在所描述的实施例中其总是超过Tminpulse)的相而目，电流总是能够检测的，但剩余相中的一个或二者不满足该条件。在图8至图12的曲线图80、90、100、110和120中示出了该情形，其中，当前PffM周期TPffMl的结尾处的中间脉冲宽度导通时间T1, mid小于Tminpulse。
[0033]在某些实施例中，控制器10实现了采样时间TS的选择性延迟，并且可以进一步实现选择性脉冲宽度扩展或调整以利于在给定的PWM周期内对低侧电流值中的至少两个的正确采样，并且有利地根据一个或更多个准则使控制失调最小化。例如，在某些实施例中，控制器10实现采样控制部件17(图1)以将采样时间TS仅偏移仅所需量，从而利于经由相应分流电阻器的准确电流信号采样，这是因为采样偏移减小了每个PWM周期内的其它计算任务的可用处理时间。另外，在某些实施例中，执行采样控制部件17以避免或减轻在一相切换时另一相中的采样电流。控制器10还可以优选地避免或减轻对脉冲宽度的修改或调整，并且在某些实施例中，仅在需要时采用脉冲宽度扩展，并且通过仅所需量来确保或利于在给定脉冲宽度调制周期内对相电流中的至少两个的满意采样。
[0034]在图14的310处，控制器10将总连续导通时间命令值计算为以下值:用于当前PWM周期TPWMl的导通时间值与用于下一周期TPWM2的导通时间值之和(例如，Ta3, = Tal.cmd +Ta2,cmd，Tb3,cmd = Tbl,cmd+Tb2,cm(^PTc3,cmd = Tc3,cmd+Tc3,cmd)。由于这些低侧总连续导通时间可能会改变特定逆变器相A、B或C作为最大、中间或最小的指定，控制器10于是在图14的312处确定这些指定(例如，T3,max = MaX(Ta3,cmd，Tb3,cmd，Tc3,cmd)，T3,mid = Mid(Ta3, cmd，Tb3, cmd，Tc3, cmd)和T3,min=Min(Ta3,Md ,Tbs, — ,!'#Md))，并且在312处计算或设置标记或变量“MinMax2”，该标记或变量“MinMax2”指定在跨接当前PWM周期TPffMl和下一 PffM周期TPWM2的连续导通时间期间的最大逆变器相、中间逆变器相和最小逆变器相。
[°035] 在图14的314处，控制器10通过确定MaxMinl是否等于MaxMin2来做出关于在从当前PWM周期TPWMl转变至下一周期TPWM2中最大相指定、中间相指定和最小相指定是否已改变的确定。如果MaxMinl等于MaxMin2(在314中为是)，则所指定的中间相并未改变，并且如下面结合340至348所描述的那样，选择性采样偏移和导通时间调整是相对直接的，例如，如图9的曲线图90所示。
[0036]如果MaxMinl不等于MaxMin2(在图314中为否)，则图14的过程300进行至316，在316中，控制器10设置脉冲相标记PulsePhs = I，并且在318处确定中间相T3,mid的总连续导通时间是否小于TmINPULSE。在该情形下，T1>mid和T3,mid与不同的逆变器相相关联，并且因此，中间脉冲和最小脉冲切换其在TV之前的脉冲宽度方面以及就总连续脉冲宽度而言的角色。存在三种不同的情况:(I )T3,min>TMINPULSE并且T3,mid>TMINPULSE(在图 14的320处为否);(2)T3,min〈TmiNPULSE并且T3,mid>TMINPULSE(在320处为是)；以及(3)T3,min〈TMINPULSE并且T3,mid〈TMINPULSE(在318
处为是)。在图10、图11和图12的曲线图100、曲线图110和曲线图120中分别示出了在这三种情况(I)、(2)和(3)下的情形的示例。
[0037]对于情况(I)和(2)，控制器在320处确定是否1'3,—^^1即1^￡，并且如果1'3,—不小于Tminpulse(在320处为否)，则识别为图10中的情形。在该情况下，最小脉冲T3,min和中间脉冲T3,mid 二者均大于TMINPULSE，并且可以通过在无需任何脉冲宽度扩展或调整的情况下参照二者中的任一个使采样时刻偏移，来检测电流。在该情况下，在一个实施例中，控制器10在322处参照T3,min来将偏移距尚或量Δ S设置为Δ S = Tminpulse-Ti,mid，并且在过程300返回以在302处进行另一周期之前，在309处相应地设置中断开始比较寄存器。否则，对于T1,MdX^min的情况(2)(例如，图11中的曲线图110)，由于T1,MdWlimin，所以在324处参照T3,mid来将延迟时间偏移 Δ S设置成 Δ S = Tminpulse-Ti,min。
[0038]对于T3,mid〈TMINPULSE(在图14的318处为是)的情况(3)，加宽脉冲之一以进行米样。如果调整T3,min，则下臂上的脉冲扩展了时间TMINPULSE-T3,min并且米样时刻延迟了 TmINPULSE-Tl,mid。如果替代地调整T3,mid，则脉冲宽度扩展了时间TMINPULSE_T3,mid并且米样时刻便宜了Tminpulse-Ti, min。因此，一个选项是较多地修改脉冲宽度而较少地偏移米样时间。另一选项是较少地修改脉冲宽度而较多地偏移米样时刻。由于就脉冲宽度扩展而言Tminpulse_T3,min>TMINPULSE-T3,mid并且对于米样时间偏移而言TMINPULSE-Tl,mid〈TMINPULSE-Tl,min，所以使对现有矢量的修改最小化和使采样时刻偏移最小化是对立的。在各种实施例中，控制器10可以采取不同选项。
[0039]在所示的非限制性示例中，控制器10在330处将总中间连续导通时间T3,mid设置为Tminpulse并且设置米样延迟Δ S = Tminpulse-Ti,min。在该情况下，由于使电压矢量调整最小化会对输出电流的总THD有不利影响，所以优先使电压矢量调整最小化，并且因此，控制器减轻了脉冲宽度修改量。在332处，控制器10利用T2,^x = Tf-T1,max J2imin = T3^id-T1,min以及T2,mid = T3,^n-T1,mid来相应地设置用于下一 PffM的脉冲宽度，其中基于T1,mid和整个最小脉冲持续时间T3,min来调整中间相脉冲宽度。在334处，控制器10根据MinMaxl和MinMax2(在该情况下指示MinMaxl和MinMax2不相同)来设置根据选择性地调整的下一周期脉冲宽度的命令值，在336处设置PffM比较寄存器以相应地生成PWM开关控制信号16(图1)并且在309处设置比较中断开始寄存器(A S = TminpIilse-T1,min)以完成当前PffM周期。
[0040]返回至图14 中的 314，在 314 中，Ti,mid 和 T3,mid 与同一相(例如，MinMaxl =MinMax2，在314处为是)相关联，直接从中间相采样电流并且控制器10相应地在340处将PulsePhs标记设置为O。在342处，控制器10确定T3, mid是否小于Tminpulse。如果T3, mid不小于Tminpulse (在342处为否)，则总脉冲宽度大于最小采样脉冲要求Tminpulse，并且在350处使采样时间TS偏移Δ S= Tminpulse-Ti, mid。在309处，相应地设置中断开始比较寄存器，并且过程300返回以在302处开始下一PWM周期。否则(在342处为是)，将扩展中间脉冲以容许准确的电流采样，其中，在344处，控制器10针对脉冲宽度扩展而设置T3,mid = Tminpulse并且设置Δ S = Tminpulse-Ti,mid以对延迟进行采样。在346处，控制器10利用T2,-X = TfX-T1,max(与在上述332中相同)、T2,mid =T3,Md-T1,mid(不同于332)和T2,Mn = IXmin-T1,min(不同于332)来设置下一 P丽周期的脉冲宽度。在348处，控制器10根据MinMaxl和MinMax2来设置根据选择性调整的下一周期脉冲宽度的命令值，在336处设置PffM比较寄存器以相应地生成PffM开关控制信号16(图1)，在309处设置比较中断开始寄存器(A S = TMiNPULSE-Tlimin)并且过程300返回至302以开始下一PffM周期。
[0041]上述示例仅仅是对本公开内容的各种方面的几个可能实施例的说明，其中，对于本领域技术人员而言，在阅读和理解该说明书和附图时将会想到等同的更改和/或修改。特别地，关于由上述部件(组件、装置、系统、电路等)执行的各种功能，除非另有声明，否则用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)意在对应于以下任何部件(诸如硬件、处理器执行的软件或其组合)，所述任何部件即使在结构上不等同于执行本公开内容的所示实现方式中的功能的公开结构，但执行所描述的部件的指定功能(即在功能上等同)。另外，尽管可能已经关于几种实现方式中的仅一种实现方式公开了本公开内容的特定特征，但这样的特征可以根据任何给定或特定应用的需要或对任何给定或特定应用而言有利来与其它实现方式中的一个或多个其它特征组合。此外，就在详细描述中和/或权利要求中使用术语“包括(including和include)”、“具有(having和have)”、“带有”或其变型而言，这样的术语以类似于术语“包含”的方式是包含性的。
【主权项】
1.一种方法(200，300)，包括: 在给定的脉冲宽度调制(PWM)周期(TPffMl)内，确定(204)用于操作开关逆变器(6)的低侧开关器件“^^^^^^⑴的低侧逆变器相脉冲宽度值”^…^^^^ — ^该确定包括确定最大脉冲宽度值(T1,max)、确定与所述最大脉冲宽度值(T1,max)相比具有较小值的中间脉冲宽度值(Tl, mid )以及确定与所述中间脉冲宽度值(T1, mid )相比具有较小值的最小脉冲宽度值(IXmin);以及 如果用于所述给定的PWM周期的所述中间脉冲宽度值(T1,mid)小于非零第一阈值(Tminpulse )，则将在所述给定的P丽周期(TPWMl)内对至少一个逆变器输出相电流(A、B、C)的低侧电流采样从标称采样时间(TV)选择性地延迟(210)非零采样延迟时间值(Δ S)，所述标称采样时间(TV)与PWM载波波形(22)在所述给定的PffM周期(TPffMl)的结尾附近的最小值或谷值对应。2.根据权利要求1所述的方法(200,300),包括: 如果在所述给定的HVM周期(TPWMl)的结尾附近的多个总连续低侧开关器件导通时间逆变器相脉冲宽度值(13,111￡?、13,11^、13,1^11)中的中间一个(13,11^)小于非零第二阈值(Tminpulse)，则通过将非零调整偏移时间值(A T)与用于下一PffM周期(TP丽2)的中间脉冲宽度值(T2,mid)相加来选择性地扩展(214)所述中间总连续导通时间(T3,mid)。3.根据权利要求2所述的方法(200，300)，其中，所述第一阈值和所述第二阈值是相等的(Tminpulse)。4.根据权利要求3所述的方法(200，300)，其中，所述第一阈值和所述第二阈值(Tminpulse)至少部分地基于在所述低侧开关器件(AN、BN、CN)接通之后逆变器臂电路中的电流变得稳定所需的最小时间(Trs)与信号调节时延(Tsh)之和。5.根据权利要求2所述的方法(200，300)，其中，所述第一阈值(Tminpulse)至少部分地基于在所述低侧开关器件(AN、BN、CN)接通之后逆变器臂电路中的电流变得稳定所需的最小时间(Trs)与信号调节时延(Tsh)之和。6.根据权利要求2所述的方法(200，300)，包括:将所述采样延迟时间值(AS)选择性地确定为以下值:所述第一阈值(Tminpulse )减去用于所述给定的PffM周期(TPffMl)的所述中间脉冲宽度值(T1,mid)和所述最小脉冲宽度值(T1,min)之一。7.根据权利要求6所述的方法(200，300)，其中，所述第一阈值(Tminpulse)至少部分地基于在所述低侧开关器件(AN、BN、CN)接通之后逆变器臂电路中的电流变得稳定所需的最小时间(Trs)与信号调节时延(Tsh)之和。8.根据权利要求1所述的方法(200，300)，其中，所述第一阈值(Tminpulse)至少部分地基于在所述低侧开关器件(AN、BN、CN)接通之后逆变器臂电路中的电流变得稳定所需的最小时间(Trs)与信号调节时延(Tsh)之和。9.根据权利要求8所述的方法(200，300)，包括:将所述采样延迟时间值(AS)选择性地确定为以下值:所述第一阈值(Tminpulse )减去用于所述给定的PffM周期(TPffMl)的所述中间脉冲宽度值(T1,mid)和所述最小脉冲宽度值(T1,min)之一。10.根据权利要求1所述的方法(200，300)，包括:将所述采样延迟时间值(AS)选择性地确定为以下值:所述第一阈值(Tminpulse )减去用于所述给定的PffM周期(TPffMl)的所述中间脉冲宽度值(T1,mid))和所述最小脉冲宽度值(T1,min)之一。11.一种非暂态计算机可读介质(14)，具有用于以下处理的计算机可执行指令(15、17): 在给定的脉冲宽度调制(PWM)周期(TPffMl)内，确定(204)用于操作开关逆变器(6)的低侧开关器件“^^^^^^⑴的低侧逆变器相脉冲宽度值”^…^^^^ — ^该确定包括确定最大脉冲宽度值(T1,max)、确定与所述最大脉冲宽度值(T1,max)相比具有较小值的中间脉冲宽度值(Tl, mid )以及确定与所述中间脉冲宽度值(T1, mid )相比具有较小值的最小脉冲宽度值(IXmin);以及 如果用于所述给定的PWM周期的所述中间脉冲宽度值(T1,mid)小于非零第一阈值(Tminpulse )，则将在所述给定的P丽周期(TPWMl)内对至少一个逆变器输出相电流(A、B、C)的低侧电流采样从标称采样时间(TV)选择性地延迟(210)非零采样延迟时间值(Δ S)，所述标称采样时间(TV)与PWM载波波形(22)在所述给定的PffM周期(TPffMl)的结尾附近的最小值或谷值对应。12.根据权利要求11所述的非暂态计算机可读介质(14)，包括用于以下处理的计算机可执行指令(15、17): 如果在所述给定的HVM周期(TPWMl)的结尾附近的多个总连续低侧开关器件导通时间逆变器相脉冲宽度值(13,111￡?、13,11^、13,1^11)中的中间一个(13,11^)小于非零第二阈值(Tminpulse)，则通过将非零调整偏移时间值(A T)与用于下一PffM周期(TP丽2)的中间脉冲宽度值(T2,mid)相加来选择性地扩展(214)所述中间总连续导通时间(T3,mid)。13.—种电力变换系统(2)，包括: 开关逆变器(6)，包括多个逆变器臂电路，所述多个逆变器臂电路分别包括至少一个上开关器件(AP、BP、CP)、下开关器件(AN、BN、CN)和电流分流器(RA、RB、RC)，所述至少一个上开关器件(AP、BP、CP)耦接在第一 DC输入端与相应的AC输出端(A、B、C)之间，所述下开关器件(AN、BN、CN)与所述相应的AC输出端(A、B、C)耦接，所述电流分流器(RA、RB、RC)耦接在所述下开关器件(AN、BN、CN)与第二 DC输入端之间； 控制器(1)，在多个逆变器脉冲宽度调制(PWM)周期中的每个逆变器脉冲宽度调制(PWM)周期内向所述逆变器臂电路的所述上开关器件和所述下开关器件提供经脉冲宽度调制的开关控制信号(16)，以将DC电力变换成驱动关联的负载(8)的多相AC输出电力，所述控制器(10)能够操作用于: 在给定的PWM周期(TPWMl)内确定(204)用于操作低侧开关器件(AN、BN、CN)的低侧逆变器相脉冲宽度值(TlimaDlXmitKTlimin),所述低侧逆变器相脉冲宽度值包括最大脉冲宽度值(T1,■)、与所述最大脉冲宽度值(T1,max)相比具有较小值的中间脉冲宽度值(T1,mid)以及与所述中间脉冲宽度值(T1,mid)相比具有较小值的最小脉冲宽度值(T1,min)，以及 如果用于所述给定的PWM周期的所述中间脉冲宽度值(T1,mid)小于非零第一阈值(Tminpulse )，则将在所述给定的P丽周期(TPWMl)内对至少一个逆变器输出相电流(A、B、C)的低侧电流采样从标称采样时间(TV)选择性地延迟(210)非零采样延迟时间值(Δ S)，所述标称采样时间(TV)与PWM载波波形(22)在所述给定的PffM周期(TPffMl)的结尾附近的最小值或谷值对应。14.根据权利要求13所述的系统(2)，其中，所述控制器(10)能够操作用于:如果在所述给定的PWM周期(TPWMl)的结尾附近的多个总连续低侧开关器件导通时间逆变器相脉冲宽度值(13,11^、13,1^、13,1^11)中的中间一个(T3,mid)小于非零第二阈值(Tminpulse)，则通过将非零调整偏移时间值(A T)与用于下一PffM周期(TPWM2)的中间脉冲宽度值(T2’ mid)相加来选择性地扩展(214)所述中间总连续导通时间(T3,mid)。15.根据权利要求14所述的系统(2)，其中，所述第一阈值和所述第二阈值(Tminpulse)至少部分地基于在相应的低侧开关器件(AN、BN、CN)接通之后给定的逆变器臂电路中的电流变得稳定所需的最小时间(Trs)与信号调节时延(Tsh)之和。16.根据权利要求14所述的系统(2)，其中，所述控制器(10)能够操作用于:将所述采样延迟时间值(△ S)选择性地确定为以下值:所述第一阈值(Tminpulse)减去用于所述给定的PffM周期(TPffMl)的所述中间脉冲宽度值(T1,mid)和所述最小脉冲宽度值(T1,min)之一。17.根据权利要求16所述的系统(2)，其中，所述第一阈值(Tminpulse)至少部分地基于在所述低侧开关器件(AN、BN、CN)接通之后给定的逆变器臂电路中的电流变得稳定所需的最小时间(Trs)与信号调节时延(Tsh)之和。18.根据权利要求13所述的系统(2)，所述第一阈值(Tminpulse)至少部分地基于在相应的低侧开关器件(AN、BN、CN)接通之后给定的逆变器臂电路中的电流变得稳定所需的最小时间(Trs)与信号调节时延(Tsh)之和。19.根据权利要求18所述的系统(2)，其中，所述控制器(10)能够操作用于:将所述采样延迟时间值(△ S)选择性地确定为以下值:所述第一阈值(Tminpulse)减去用于所述给定的PffM周期(TPffMl)的所述中间脉冲宽度值(T1,mid)和所述最小脉冲宽度值(T1,min)之一。20.根据权利要求13所述的系统(2)，其中，所述控制器(10)能够操作用于:将所述采样延迟时间值(△ S)选择性地确定为以下值:所述第一阈值(Tminpulse)减去用于所述给定的PffM周期(TPffMl)的所述中间脉冲宽度值(T1,mid)和所述最小脉冲宽度值(T1,min)之一。
【文档编号】H02M7/5387GK105932897SQ201610113640
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月29日
【发明人】张振东, 塔卡尧世·马祖, 大卫·莱盖特, 蒂莫西·M·罗恩, 拉塞尔·J·克尔克曼, 李冰
【申请人】洛克威尔自动控制技术股份有限公司