專利名稱：用于檢測逆變器的相電流的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測逆變器的相電流的裝置和方法，以及更具體地說，涉及用于檢測逆變器的相電流的裝置和方法，其檢測逆變器輸出到負(fù)載的交流(在下文中稱為“AC”)電源的三相電流。
背景技術(shù)：
通常，廣泛使用逆變器以便精密地控制負(fù)載，諸如感應(yīng)電動機(jī)。逆變器生成脈寬調(diào)制(在下文中稱為“PWM”)信號，以及通過所生成的PWM信號，有選擇地開關(guān)多個開關(guān)元件。根據(jù)開關(guān)元件的開關(guān)，將直流(稱為“DC”)電源轉(zhuǎn)換成AC電源，以及將所轉(zhuǎn)換的AC電源提供給負(fù)載，從而驅(qū)動它。絕緣柵雙極晶體管(IGBT)已經(jīng)廣泛使用做為開關(guān)元件的例子。
當(dāng)PWM信號的脈寬改變時，改變多個開關(guān)元件的開關(guān)時間以及提供給負(fù)載的AC電源的電壓和頻率，從而精密地控制負(fù)載的扭矩和旋轉(zhuǎn)速度。
另外，響應(yīng)負(fù)載的命令信號，生成具有預(yù)定頻率的正弦波電壓做為閾值電壓，以及生成具有預(yù)定時間周期的三角形波。比較所生成的三角形波與所生成的正弦波的電平，以及根據(jù)比較結(jié)果，生成PWM信號。PWM信號的時間周期與三角形波相同。PWM信號的脈寬根據(jù)三角形波的電壓電平和正弦波的電壓電平之間的差值改變。
當(dāng)該逆變器將過電流提供給負(fù)載時，負(fù)載被損害，并且由于過電流，構(gòu)成逆變器的部件也被破壞。因此，逆變器檢測提供給負(fù)載的三相電流，以及基于該三相電流，判斷過電流是否被提供給負(fù)載。當(dāng)判斷過電流被提供給負(fù)載時，逆變器的操作停止以防止由于過電流而損壞負(fù)載和逆變器。
已知四種檢測逆變器提供給負(fù)載的三相電流的方法。第一種方法是將多個電流傳感器諸如電流互感器插在逆變器的輸出端和負(fù)載間的方法。第二方法是將多個電流檢測電阻插在逆變器的輸出端和負(fù)載間的方法。第三方法是將一個電流檢測電阻插在用于提供DC電源的功率變換器的負(fù)端和開關(guān)部分的接地之間的方法。第四方法是將各個電流檢測電阻分別插在將電流從負(fù)載切換到地面的多個低開關(guān)元件和地面的方法。
第一方法具有傳感器本身制造成本非常高的缺點(diǎn)。
在第二方法中，逆變器的開關(guān)部分提供給負(fù)載的電壓和控制逆變器的操作的控制器的電壓之間的差值較大。為此，需要絕緣裝置來將控制電路與開關(guān)部分絕緣。絕緣裝置昂貴且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
第三方法具有電路結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。然而，為計算所有三相電流，一個電流檢測電阻應(yīng)當(dāng)頻繁地校正正弦波的電壓，這導(dǎo)致相當(dāng)復(fù)雜的控制。
第四方法能通過單一控制來檢測電流。根據(jù)第四方法，為檢測逆變器輸出到負(fù)載的三相電流，必須能檢測至少兩相電流。
即，由逆變器提供給負(fù)載的三相電流由等式(1)表示。
IA+IB+IC＝0(1)其中，IA、IB、IC是A相、B相和C相電流。
如等式所示，因?yàn)槿嚯娏鞯暮蜑榱惆才?，檢測三相電流的至少二相，以及能基于兩個檢測的相電流，計算剩余的一個相電流。
為檢測從逆變器提供給負(fù)載的三相電流，應(yīng)當(dāng)構(gòu)造電流回路以包括多個電流檢測電阻器。為測量在電流回路中的多個電流檢測電阻器兩端的電壓，需要PWM信號的最小脈沖以便使相電流流向各個電流檢測電阻器。使相電流流向各個電流檢測電阻器所需的最小時間取決于PWM信號的最小脈寬。因此，當(dāng)檢測電流回路中的相電流所需的最小時間不足時，不能檢測到提供給負(fù)載的相電流。
如果未檢測到相電流，當(dāng)將過電流從逆變器提供給負(fù)載時，不能檢測到過電流，并且由于過電流會損壞構(gòu)成逆變器的部件和負(fù)載。
因此，即使兩個PWM信號的每一脈寬窄于最小脈寬時，也需要檢測提供給負(fù)載的三相電流。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供用于檢測逆變器的相電流的裝置和方法，其可以通過改變基準(zhǔn)電壓的電平，獲得PWM信號的最小脈寬，以及精確地檢測提供給負(fù)載的三相電流。
本發(fā)明的另一目的是提供用于檢測逆變器的相電流的裝置和方法，其補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓的變化電平而不影響負(fù)載的驅(qū)動，以便獲得PWM信號的最小脈寬。
根據(jù)具有上述目的的本發(fā)明，預(yù)先設(shè)置能獲得PWM信號的最小脈寬的閾值電壓。將所設(shè)置的閾值電壓與做為基準(zhǔn)電壓的三相正弦波電壓進(jìn)行比較，以及判斷是否能獲得能檢測三相電流的PWM信號的最小脈寬。
做為該判斷的結(jié)果，如果三個PWM信號的每一脈寬等于或大于最小脈寬，電流檢測電阻器兩端的電壓被檢測做為三相電流。做為該判斷的結(jié)果，如果兩個PWM信號的每一脈寬等于或大于最小脈寬，具有對應(yīng)于等于或大于最小脈寬的PWM信號的相位的電流檢測電阻器兩端的電壓被檢測做為兩個相電流，以及基于兩個檢測到的相電流計算剩余的一個相電流。
做為判斷的結(jié)果，如果一個PWM信號的脈寬等于或大于最小脈寬，而兩個PWM信號的每一脈寬小于最小脈寬，對應(yīng)于小于最小脈寬的兩個PWM信號的一個的正弦波電壓被改變成閾值電壓以便檢測兩個相電流，以及基于兩個檢測到的相電流計算剩余的一個相電流。
此外，為檢測三相電流，根據(jù)正弦波電壓的變化，可能改變提供給負(fù)載的三相功率，從而導(dǎo)致負(fù)載驅(qū)動中的誤差。
因此，最好改變成閾值電壓的正弦波電壓為具有小于最小脈寬的脈寬的兩個PWM信號中的具有與閾值電壓最小電平差的信號，即，具有三個正弦波電壓中的中間電平的信號。
另外，通過改變閾值電壓檢測到相電流后，將初始正弦波電壓和閾值電壓之間的電平差設(shè)置成補(bǔ)償電壓，以及通過允許負(fù)載正常驅(qū)動的補(bǔ)償電壓來補(bǔ)償正弦波電壓。
通過提供用于檢測逆變器的相電流的裝置，基本上實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，該裝置包括開關(guān)部分，其當(dāng)根據(jù)多個脈寬調(diào)制信號接通多個上開關(guān)元件和下開關(guān)元件時，將直流電源轉(zhuǎn)換成交流電源，以及將交流電源提供給負(fù)載；多個電流檢測電阻器，其分別耦合在多個下開關(guān)元件和地面之間；多個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將多個電流檢測電阻器的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；三角形波發(fā)生器，用于生成具有預(yù)定時間周期的三角形波；電流檢測控制器，其用于生成三相正弦波電壓，用于將所生成的三相正弦波電壓與基準(zhǔn)閾值電壓比較，以及用于根據(jù)比較結(jié)果改變?nèi)嗾也妷阂员憧刂葡嚯娏鞯臋z測；脈寬調(diào)制信號發(fā)生器，其用于將來自電流檢測控制器的三相正弦波電壓與由三角形波發(fā)生器生成的三角形波的電壓進(jìn)行比較，以便生成多個脈寬調(diào)制信號并輸出到開關(guān)部分；以及相電流檢測器，其用于根據(jù)電流檢測控制器的控制，檢測多個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號做為相電流。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于檢測逆變器的相電流的方法，包括步驟(i)響應(yīng)命令信號，生成三相正弦波電壓；(ii)將三相正弦波電壓分別與基準(zhǔn)閾值電壓進(jìn)行比較；(iii)做為比較結(jié)果，當(dāng)三相正弦波電壓的一個等于或小于閾值電壓時，將大于閾值電壓的、三相正弦波電壓中的兩個三相正弦波電壓的一個改變成閾值電壓；以及(iv)檢測對應(yīng)于改變成閾值電壓的正弦波電壓的相位的電流和對應(yīng)于小于或等于閾值電壓的正弦波電壓的相位的電流，以及基于兩個檢測到的相電流，計算剩余的一個相電流。
通過參考附圖描述本發(fā)明的一些實(shí)施例，本發(fā)明的上述方面和特征將變得更顯而易見，其中圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的逆變器的框圖；圖2是表示圖1中所示的控制器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例描述改變和補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓的操作的波形圖；以及圖4是描述用于檢測根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的逆變器的相電流的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參考其中顯示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖，描述用于檢測根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的逆變器的相電流的裝置和方法。在下文中，將參考示出本發(fā)明的實(shí)施例的附圖，更全面地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)構(gòu)造為限定為在此所述的實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例使得此公開內(nèi)容全面和完整，以及將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。相同的數(shù)字表示相同的元件。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的逆變器的框圖。參考數(shù)字100表示交流電源。參考數(shù)字110表示功率轉(zhuǎn)換器，將由AC電源100提供的AC功率轉(zhuǎn)換成直流電源。功率轉(zhuǎn)換器110包括整流器111和電容器。從AC電源100提供的AC功率輸入到整流器111。存在作為整流器111的例子的橋式二極管。整流器111整流來自AC電源100的AC功率以便獲得紋波功率。電容器113平滑來自整流器111的紋波功率以便獲得DC功率。
參考數(shù)字120表示開關(guān)部分，用于將來自功率轉(zhuǎn)換器110的DC功率切換和轉(zhuǎn)換成AC功率。參考數(shù)字130是由來自開關(guān)部分120的AC功率驅(qū)動的負(fù)載。例如，負(fù)載130是三相感應(yīng)電動機(jī)。開關(guān)部分120包括多個上開關(guān)元件121A、121B、121C和多個下開關(guān)元件123A、123B、123C。開關(guān)多個上開關(guān)元件121A、121B、121C以便根據(jù)PWM信號，將相位A、B和C的電流從功率轉(zhuǎn)換器110的正極端提供給負(fù)載130。開關(guān)多個下開關(guān)元件123A、123B、123C以便根據(jù)PWM信號，將相位A、B和C的電流從負(fù)載130提供給功率轉(zhuǎn)換器110的負(fù)極端。
參考數(shù)字140A、140B、140C表示多個電流檢測電阻器。分別在多個下開關(guān)元件123A、123B、123C和地面之間提供多個電流檢測電阻器140A、140B和140C。當(dāng)接通多個下開關(guān)元件123A、123B、123C時，來自負(fù)載130的相位A、B和C的電流通過多個下開關(guān)元件123A、123B、123C和多個電流檢測電阻器140A、140B和140C，流入功率轉(zhuǎn)換器110的負(fù)極端，以便在電流檢測電阻器140A、140B和140C中生成壓降。
參考數(shù)字150表示控制器。控制器150產(chǎn)生本發(fā)明的PWM信號。控制器150分別檢測多個電流檢測電阻器140A、140B和140C兩端的電壓做為相位A、B和C的電流。
圖2是表示在圖1中所示的控制器150的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。其中，參考數(shù)字200表示三角形波生成器。三角形波生成器200生成具有預(yù)先設(shè)置的預(yù)定周期的三角形波。
參考數(shù)字210表示峰值檢測器。峰值檢測器210檢測來自三角形波生成器200的三角形波的電壓電平。當(dāng)三角形波的電壓電平具有峰值時，峰值檢測器210生成峰值檢測信號。
參考數(shù)字220A、220B和220C表示模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)峰值檢測器210檢測峰值以便生成峰值檢測信號時，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C采樣和保持電流檢測電阻器140A、140B和140C的電壓，以及將它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
參考數(shù)字230表示電流檢測控制器。電流檢測轉(zhuǎn)換器230包括正弦波發(fā)生器231、電流檢測判斷部分233、電壓判斷部分235和基準(zhǔn)電壓變化部分237。正弦波發(fā)生器231根據(jù)命令信號，生成具有預(yù)定頻率的正弦波，作為用于驅(qū)動負(fù)載130的基準(zhǔn)電壓。例如，負(fù)載130是三相感應(yīng)電動機(jī)。正弦波發(fā)生器130通過作為基準(zhǔn)電壓的三相功率，生成三相正弦波電壓來驅(qū)動負(fù)載130。
電流檢測判斷部分233將由正弦波發(fā)生器231生成的三相正弦波電壓與基準(zhǔn)閾值電壓進(jìn)行比較，以及根據(jù)比較結(jié)果，有選擇地生成第一至第三電流檢測判斷信號ID1、ID2和ID3。
當(dāng)電流檢測判斷部分233生成第三電流檢測判斷信號ID3時，電壓判斷部分235判斷正弦波電壓等于或小于閾值電壓，以及該正弦波電壓具有由正弦波發(fā)生器231生成的三相正弦波電壓中的中間電平。電壓判斷部分235還根據(jù)兩個判斷的正弦波電壓，生成基準(zhǔn)電壓可變信號和電壓檢測信號。
基準(zhǔn)電壓變化部分237根據(jù)來自電壓判斷部分235的基準(zhǔn)電壓可變信號，將由正弦波發(fā)生器231生成的三相正弦波電壓的一個的電平改變成閾值電壓。
參考數(shù)字240表示PWM信號發(fā)生器240。PWM信號發(fā)生器240將來自基準(zhǔn)電壓變化部分237的三相正弦波電壓與由三角形波生成器200生成的三角形波的電壓進(jìn)行比較。PWM信號發(fā)生器240還根據(jù)比較結(jié)果生成多個PWM信號，并將多個PWM信號輸出到開關(guān)部分120的多個上開關(guān)元件121A、121B、121C和多個下開關(guān)元件123A、123B、123C。
參考數(shù)字250表示相位電流檢測器。當(dāng)電流檢測判斷部分233生成第一電流檢測判斷信號ID1時，相位電流檢測器250基于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C的輸出計算各個相位電流。當(dāng)電流檢測判定部233生成第二電流檢測判斷信號ID2時，相位電流檢測器250根據(jù)第二電流檢測判斷信號ID2，基于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C的輸出中的兩個，計算兩個相電流，以及基于兩個所計算的相電流，計算剩余的一個相電流。當(dāng)電壓判斷部分235生成電壓檢測信號時，相電流檢測器250根據(jù)電壓檢測信號，基于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C的輸出信號中的兩個，計算兩個相電流，以及基于兩個所計算的相電流，計算剩余的一個相電流。
在用于檢測具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的逆變器的相電流的裝置中，為了驅(qū)動負(fù)載130，三角形波生成器200生成具有預(yù)定時間周期的三角形波，以及將所生成的三角形波提供給峰值檢測器210和PWM信號生成器240。
峰值檢測器210檢測由三角形波生成器200生成的三角形波的電壓電平。當(dāng)三角形波的檢測電壓電平為峰值時，峰值檢測器210將峰值檢測信號提供給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C的各個采樣/保持端S/H。
然后，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C采樣、保持和轉(zhuǎn)換電流檢測電阻器140A、140B和140C的電壓為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號輸出到相電流檢測器250。
即，當(dāng)由三角形波生成器200生成的三角形波的電壓具有峰值時，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C將電流檢測電阻器140A、140B和140C的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且將數(shù)字信號輸出到相電流檢測器250。
另外，當(dāng)將預(yù)定外部命令信號輸入到控制器230時，控制器230的正弦波發(fā)生器231生成具有預(yù)定頻率的三相正弦電壓做為基準(zhǔn)電壓。由正弦波生成器231生成的三相正弦波電壓被提供給電流檢測判斷部分233、電壓判斷部分235和基準(zhǔn)電壓變化部分237。
此外，將先前設(shè)定電平的閾值電壓從外部輸入到電流檢測判斷部分233中。這里，將閾值電壓預(yù)先設(shè)置為能獲得檢測要被提供到負(fù)載130的相電流所需的最小時間的電平。即，閾值電壓用來確定對應(yīng)于由PWM信號發(fā)生器240生成的PWM信號的間隔的時間，其是檢測相電流所需的最小時間。最小時間表示當(dāng)開關(guān)多個下開關(guān)元件123A、123B、123C時，相電流可以流向電流檢測電阻器140A、140B和140C所需的時間。
電流檢測判斷部分233將來自正弦波發(fā)生器231的三相正弦波電壓分別與閾值電壓進(jìn)行比較。當(dāng)三相正弦波電壓均小于或等于閾值電壓時，電流檢測判斷部分233生成和提供第一電流檢測判斷信號ID1給相電流檢測器250。
因此，基準(zhǔn)電壓變化部分237將為由正弦波發(fā)生器231生成的三相電流電壓的基準(zhǔn)電壓輸出到PWM信號發(fā)生器240，而不改變基準(zhǔn)電壓。PWM信號發(fā)生器240將三相正弦波電壓與由三角形波生成器200生成的三角形波的電壓進(jìn)行比較以便生成PWM信號。根據(jù)所生成的PWM信號，有選擇地接通上開關(guān)元件121A、121B、121C和下開關(guān)元件123A、123B、123C，以便將三相AC功率提供給負(fù)載130，從而負(fù)載130運(yùn)行，并且相電流流入電流檢測電阻器140A、140B和140C。
并且，相電流檢測器250根據(jù)第一電流檢測判斷信號ID1，檢測模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C的輸出信號，作為各自的相電流。
即在電流檢測電阻器140A、140B和140C中，生成根據(jù)各自的相電流的壓降。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C將壓降的電平轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以及將數(shù)字信號提供給相電流檢測器250。相電流檢測器250檢測模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C的輸出信號做為各自的相電流。
做為比較結(jié)果，在三個正弦波電壓中，當(dāng)兩個正弦波電壓低于或等于閾值電壓以及剩余一個正弦波電壓大于閾值電壓時，電流檢測判斷部分233生成和提供第二電流檢測判斷信號ID2給相電流檢測器250。第二電流檢測判斷信號ID2包括告知兩個正弦波電壓小于或等于閾值電壓的信號。
因此，基準(zhǔn)電壓變化部分237將為由正弦波生成器231生成的三相電流電壓的基準(zhǔn)電壓輸出到PWM信號發(fā)生器240，而不改變基準(zhǔn)電壓。PWM信號發(fā)生器240將三相正弦波電壓與由三角形波發(fā)生器200生成的三角形波的電壓進(jìn)行比較，以便生成PWM信號。根據(jù)所生成的PWM信號，有選擇地接通上開關(guān)元件121A、121B、121C和下開關(guān)元件123A、123B、123C，以便將AC功率提供給負(fù)載130，從而負(fù)載130運(yùn)行并且相電流流入電流檢測電阻器140A、140B和140C。
因此，相電流檢測器250根據(jù)第二電流檢測判斷信號ID2，檢測模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C的輸出信號中的兩個做為兩個相電流，以及基于該兩個檢測的相電流，使用第一等式1，計算剩余的一個相電流。
例如，假定A相和B相正弦波電壓小于或等于閾值電壓，以及C相正弦波電壓高于由正弦波發(fā)生器231生成的A相、B相和C相正弦波電壓中的閾值電壓，相電流檢測器250根據(jù)第二電流檢測判斷信號ID2，檢測模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A和220B的輸出信號做為相位A和B的電流。
做為比較結(jié)果，在三相正弦波電壓中，當(dāng)一個正弦波電壓小于或等于閾值電壓，而剩余的兩個正弦波電壓大于閾值電壓時，電流檢測判斷部分233生成和提供第三電流檢測判斷信號ID3給電壓判斷部分235。
電壓判斷部分235將由正弦波發(fā)生器231生成的三相正弦波的電壓電平彼此比較，以及基于比較結(jié)果，判定具有最低電壓電平的正弦波電壓和具有中間電壓電平的正弦波電壓。電壓判斷部分235基于兩個判斷的正弦波電壓，生成和輸出告知相電流的檢測的電流檢測信號到相電流檢測器250。此外，電壓判斷部分235生成和輸出告知具有中間電壓電平的正弦波電壓的變化的基準(zhǔn)電壓變化信號到基準(zhǔn)電壓變化部分237。
基準(zhǔn)電壓變化部分237將正弦波發(fā)生器231生成的三相正弦波電壓中具有中間電壓電平的正弦波電壓的電壓電平改變成能根據(jù)來自電壓判斷部分235的基準(zhǔn)電壓可變信號檢測相電流的閾值電壓的電平，以及將正弦波電壓的改變后的電壓電平輸出到PWM信號發(fā)生器240。此外，基準(zhǔn)電壓變化部分237將具有最高和最低電平的正弦波電壓輸出到PWM信號發(fā)生器240而不改變它們。
然后，PWM信號發(fā)生器240將其電平還沒有被改變的兩個正弦波電壓和其電平已經(jīng)被改變的一個正弦波電壓分別與由正弦波發(fā)生器200生成的正弦波電壓進(jìn)行比較，以便生成PWM信號。當(dāng)將PWM信號輸入到上開關(guān)元件121A、121B、121C和下開關(guān)元件123A、123B、123C的柵極以便有選擇地接通它們。當(dāng)有選擇地接通上開關(guān)元件121A、121B、121C和下開關(guān)元件123A、123B、123C以便將AC功率提供給負(fù)載130時，結(jié)果為負(fù)載130運(yùn)行并且相電流流入電流檢測電阻器140A、140B和140C。
相電流檢測器250根據(jù)來自電壓判斷部分235的電流檢測信號，檢測模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C的輸出信號的對應(yīng)兩個做為兩個相電流，以及基于兩個檢測的相電流，計算和輸出剩余的一個相電流。
如從上述說明看出，在改變一個正弦波電壓的電平以檢測相電流后，基準(zhǔn)電壓判斷部分237補(bǔ)償改變成閾值電壓的對應(yīng)的正弦波電壓，從而使負(fù)載以正常速度連續(xù)驅(qū)動。
將參考圖3，描述將正弦波電壓改變成閾值電壓以及補(bǔ)償正弦波電壓的操作。圖3是描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例改變和補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓的操作的波形圖。
在圖3a中，由正弦波發(fā)生器200生成正弦波。參考數(shù)字VA、VB、VC分別表示由正弦波發(fā)生器231生成的相位A、B和C的正弦波電壓，作為基準(zhǔn)電壓。VT表示閾值電壓。
當(dāng)在三角形波電壓的第一時間周期期間，相位A和B的兩個正弦波電壓VA和VB大于閾值電壓VT，而相位C的正弦波電壓VC小于或等于閾值電壓VT時，PWM信號發(fā)生器240生成和提供PWM信號給下開關(guān)元件123A、123B、123C的柵極，如圖3b至圖3d所示。因此，由于下開關(guān)元件123C的接通時間長，相電流檢測器250可以基于電流檢測電阻器140C的電壓充分地檢測相位C的電流。與此相反，因?yàn)橄麻_關(guān)元件123B和123A的接通時間短于能夠檢測相電流的最小時間，相電流檢測器150不能檢測相A和B的電流。
在這種情況下，電流判斷部分235生成和輸出基準(zhǔn)電壓可變信號到基準(zhǔn)電壓變化部分237。這里，基準(zhǔn)電壓可變信號用來將相B的正弦波電壓VB改變成閾值電壓VT。
在正弦波電壓的第二時間周期期間，基準(zhǔn)電壓變化部分237將由正弦波發(fā)生器231生成的相A和C的正弦波電壓VA和VC輸出到PWM信號發(fā)生器240，而不改變各自的電平。與此相反，基準(zhǔn)電壓變化部分237將相B的正弦波電壓VB改變成閾值電壓VT以及將其輸出到PWM信號發(fā)生器240。
在這種情況下，如圖3C所示，由PWM信號發(fā)生器240生成并施加到下開關(guān)元件123B的柵極的PWM信號具有檢測相電流的足夠的脈寬。
另外，電壓判斷部分235生成和輸出用于檢測相B和C的電流的電流檢測信號到相電流檢測器250。
因此，在第二時間周期期間，相電流檢測器250檢測模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220B和220C的輸出信號做為相B和C的電流，以及基于相B和C的檢測電流，計算相A的電流。
如前所述，完成了相電流的檢測，基準(zhǔn)電壓變化部分237補(bǔ)償相B的正弦波電壓。在三角形波電壓的第三和第四時間周期期間，實(shí)現(xiàn)相B的正弦波電壓的補(bǔ)償。基準(zhǔn)電壓變化部分237計算相B的初始正弦波電壓VB和閾值電壓VT之間的電平差V1。基準(zhǔn)電壓變化部分237將為電平差V1的一半的V1/2添加到相B的初始正弦波電壓VB，并且將和輸出到PWM信號發(fā)生器240。
因此，如圖3C所示，由PWM信號發(fā)生器240生成并施加到下開關(guān)元件123B的柵極的PWM信號的脈寬減小到低于原始寬度。該補(bǔ)償提供給負(fù)載130的AC功率，導(dǎo)致根據(jù)初始命令信號驅(qū)動負(fù)載130。
圖4是示例說明用于檢測根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的逆變器的相電流的方法的流程圖。參考圖4，響應(yīng)負(fù)載130的命令信號，電流檢測控制器230的正弦波發(fā)生器231生成具有預(yù)定頻率的三相正弦波電壓(步驟S400)。電流檢測判斷部分233將三相正弦波電壓分別與預(yù)先設(shè)置的閾值電壓進(jìn)行比較(步驟S402)。
做為比較結(jié)果，當(dāng)三相正弦波電壓均小于或等于閾值電壓(步驟S404)時，電流檢測判斷部分233生成第一電流檢測判斷信號ID1(步驟S406)。然后，當(dāng)由正弦波發(fā)生器200生成的正弦波具有峰值時，相電流檢測器250使用通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C的采樣和保持分別轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電流檢測電阻器140A、140B和140C的電壓，檢測相A、B和C的電流(步驟S408)。
做為比較結(jié)果，當(dāng)三相正弦波電壓的兩個小于或等于閾值電壓，以及剩余的一相正弦波電壓大于閾值電壓時(步驟S410)，電流檢測判斷部分233生成第二電流檢測判斷信號ID2，其用來檢測小于或等于閾值電壓的兩相正弦波電壓做為相電流(步驟S412)。當(dāng)由正弦波發(fā)生器200生成的正弦波具有峰值時，相電流檢測器250檢測由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器220A、220B和220C的采樣和保持的轉(zhuǎn)換數(shù)字信號中的對應(yīng)于第二電流檢測判斷信號ID2的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩個輸出信號做為兩個相電流(步驟S414)。相電流檢測器250基于兩個檢測的相電流，進(jìn)一步計算剩余的一個相電流(步驟S416)。
另一方面，做為比較結(jié)果，當(dāng)三相正弦波電壓的兩個等于或大于閾值電壓，并且剩余一相正弦波電壓小于閾值電壓時，電流檢測判斷部分233生成第三電流檢測判斷信號ID3(步驟S418)。
接著，電壓判斷部分235判斷由正弦波發(fā)生器231生成的三相正弦波電壓的電平(步驟S420)。根據(jù)判斷結(jié)果，基準(zhǔn)電壓變化部分237將具有中間電平的正弦波電壓的電平改變成能檢測相電流的閾值電壓的電平(步驟S422)。此外，電壓判斷部分235生成電流檢測信號以便檢測在判定的三相正弦波電壓中具有最低電壓電平的電流以及改變成閾值電壓的相位的電流，并且相電流檢測器250根據(jù)所生成的電流檢測信號，檢測對應(yīng)的相電流(步驟S424)。另外，相電流檢測器250使用兩個檢測的相電流來計算剩余的一個相電流(步驟S426)。
如上所述，當(dāng)檢測所有相電流時，基準(zhǔn)電壓變化部分237計算補(bǔ)償電壓(步驟S428)，以及按補(bǔ)償周期N劃分所計算的補(bǔ)償電壓以便獲得劃分結(jié)果值(步驟S430)。在補(bǔ)償周期N期間，基準(zhǔn)電壓變化部分237通過將劃分結(jié)果值添加到改變成閾值電壓的相位的正弦波電壓，執(zhí)行補(bǔ)償操作(步驟S432)，從而使負(fù)載以正常速度繼續(xù)驅(qū)動。
如上所述，其中，本發(fā)明檢測逆變器輸出到負(fù)載的AC功率的相電流，當(dāng)PWM信號的脈寬不足以檢測相電流時，調(diào)整PWM信號的脈寬以便檢測相電流。另外，當(dāng)確定相電流的檢測時，補(bǔ)償具有調(diào)節(jié)的脈寬的相位的正弦波電壓。因此，當(dāng)逆變器將AC功率提供給負(fù)載以便驅(qū)動它時，本發(fā)明可以連續(xù)地檢測流入負(fù)載的相電流。
上述實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)僅是示例性的，以及不構(gòu)成為限制本發(fā)明。本教導(dǎo)能易于應(yīng)用于其他類型的裝置。同時，本發(fā)明的實(shí)施例的描述意圖為示例性的，而不限制本發(fā)明的范圍，并且許多替代、修改和改變對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測逆變器的相電流的裝置，包括開關(guān)部分，用于當(dāng)根據(jù)多個脈寬調(diào)制信號接通多個上開關(guān)元件和多個下開關(guān)元件時，將直流電源轉(zhuǎn)換成交流電源，以及將該交流電源提供給負(fù)載；多個電流檢測電阻器，其分別耦合在所述多個下開關(guān)元件和地面之間；多個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其用于將多個電流檢測電阻器的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；三角形波發(fā)生器，其用于生成具有預(yù)定時間周期的三角形波；電流檢測控制器，其用于生成三相正弦波電壓，將所生成的三相正弦波電壓與基準(zhǔn)閾值電壓做比較，以及根據(jù)比較結(jié)果改變?nèi)嗾也妷阂员憧刂葡嚯娏鞯臋z測；脈寬調(diào)制信號發(fā)生器，用于將來自電流檢測控制器的三相正弦波電壓與由三角形波發(fā)生器生成的三角形波的電壓進(jìn)行比較，以便生成多個脈寬調(diào)制信號并輸出到開關(guān)部分；以及相電流檢測器，用于根據(jù)電流檢測控制器的控制，檢測多個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號做為相電流。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括峰值檢測器，用于檢測由所述三角形波發(fā)生器生成的三角形波的峰值并輸出到多個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣/保持端。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，電流檢測控制器包括正弦波發(fā)生器，用于響應(yīng)負(fù)載的命令信號，生成三相正弦波電壓；電流檢測判斷部分，用于將由正弦波發(fā)生器生成的三相正弦波電壓與基準(zhǔn)閾值電壓進(jìn)行比較，用于根據(jù)比較結(jié)果有選擇地生成第一至第三電流檢測判斷信號，以及用于根據(jù)第一和第二電流檢測判斷信號，使相電流檢測器檢測相電流；電壓判斷部分，用于當(dāng)電流檢測判斷部分生成第三電流檢測判斷信號時，產(chǎn)生改變?nèi)嗾也妷旱囊粋€的基準(zhǔn)電壓可變信號和電流檢測信號，以及用于使相電流檢測器根據(jù)所生成的電流檢測信號檢測相電流；以及基準(zhǔn)電壓變化部分，用于當(dāng)電流檢測判斷部分不生成基準(zhǔn)電壓可變信號時，由正弦波發(fā)生器將三相正弦波電壓輸出到脈寬調(diào)制信號發(fā)生器，以及用于當(dāng)電流檢測信號判斷部分生成基準(zhǔn)電壓可變信號時改變對應(yīng)正弦波電壓的電平并輸出到脈寬調(diào)制信號發(fā)生器。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，當(dāng)三相正弦波電壓均小于或等于閾值電壓時，電流檢測判斷部分生成第一電流檢測判斷信號，從而使相電流檢測器檢測多個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號做為各自的三相電流。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，當(dāng)三相正弦波電壓的兩個小于或等于閾值電壓時，電流檢測判斷部分生成第二電流檢測判斷信號，從而使相電流檢測器檢測多個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出信號中的對應(yīng)于等于或小于閾值電壓的三相正弦波電壓的相位的至少一個輸出信號做為兩個相電流，并且基于兩個檢測的相電流計算剩余的一個相電流。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，當(dāng)三相正弦波電壓的一個小于或等于閾值電壓時，電流檢測判斷部分生成第三電流檢測判斷信號，從而使電壓判斷部分生成基準(zhǔn)電壓可變信號和電流檢測信號。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，由電壓判斷部分生成的基準(zhǔn)電壓可變信號用來將三相正弦波電壓中的中間電平的正弦波電壓改變成閾值電壓。
8.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，基準(zhǔn)電壓變化部分將對應(yīng)于基準(zhǔn)電壓變化信號的相位的正弦波電壓改變成閾值電壓，然后，將初始正弦波電壓和閾值電壓間的差值設(shè)置成補(bǔ)償電壓，以及通過所設(shè)定的補(bǔ)償電壓，補(bǔ)償和輸出對應(yīng)相位的正弦波電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，在由正弦波發(fā)生器生成的正弦波的N時間周期期間，通過將補(bǔ)償電壓除以N(其中N為自然數(shù))獲得的電壓添加到對應(yīng)相位的正弦波電壓上來獲得補(bǔ)償電壓。
10.一種用于檢測逆變器的相電流的方法，包括(i)響應(yīng)命令信號，生成三相正弦波電壓；(ii)將三相正弦波電壓分別與基準(zhǔn)閾值電壓進(jìn)行比較；(iii)做為比較結(jié)果，當(dāng)三相正弦波電壓的一個等于或小于閾值電壓時，將大于閾值電壓的、三相正弦波電壓中的兩個三相正弦波電壓的一個改變成閾值電壓；以及(iv)檢測對應(yīng)于改變成閾值電壓的正弦波電壓的相位的電流和對應(yīng)于小于或等于閾值電壓的正弦波電壓的相位的電流，并且基于兩個檢測的相電流，計算剩余的一相電流。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)做為比較結(jié)果三相正弦波電壓均小于或等于閾值電壓時，檢測對應(yīng)于三相正弦波電壓的相電流。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)做為比較結(jié)果三相正弦波電壓的三個小于或等于閾值電壓時，檢測對應(yīng)于小于或等于閾值電壓的兩個正弦波電壓的相位的電流；以及基于兩個檢測的相電流，計算剩余的一相電流。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括在計算相電流后，將初始正弦波電壓和閾值電壓之間的差值設(shè)置成補(bǔ)償電壓；以及將所設(shè)定的補(bǔ)償電壓添加到對應(yīng)的正弦波電壓，用于補(bǔ)償初始正弦波電壓。
全文摘要
本發(fā)明預(yù)先設(shè)置閾值電壓，將所設(shè)置的閾值電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以及判定是否獲得PWM信號的最小脈寬。當(dāng)一個PWM信號的脈寬等于或大于最小脈寬，但兩個PWM信號的每一脈寬小于最小脈寬時，將對應(yīng)于小于最小脈寬的兩個PWM信號的一個的正弦波電壓改變成閾值電壓以便檢測兩個相電流，以及基于兩個檢測的相電流，計算剩余的一相電流。在通過改變閾值電壓檢測相電流后，將初始正弦波電壓和閾值電壓之間的電平差設(shè)置成補(bǔ)償電壓，以及利用補(bǔ)償電壓補(bǔ)償正弦波電壓。
文檔編號H02M7/5387GK1992499SQ20061015313
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者李敬注 申請人:Ls產(chǎn)電株式會社