專利名稱：通過直流環(huán)節(jié)改進(jìn)電機(jī)相電流重構(gòu)的電路的制作方法
ffl31直流環(huán)節(jié)，電機(jī)相電流重構(gòu)的電路
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本發(fā)明要求2005年1月3日提交的題為"ffl31直流環(huán)節(jié)改進(jìn)電機(jī)相電流重構(gòu) 的電路"的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)60/641,175的利皿優(yōu)先權(quán)，其全部的公開內(nèi)容作 為弓間結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
在以數(shù)字PWM交^^變器為基礎(chǔ)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，高質(zhì)量的電機(jī)相電流反 饋要求執(zhí)行閉環(huán)電纟，制。為了降低系統(tǒng)#和簡化戶，電流傳感系統(tǒng)，多個(gè)電機(jī) 相電流信息能M31直流環(huán)節(jié)電流信息而被重構(gòu)。ffi31直流環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)電機(jī)相電流重構(gòu) 的傳統(tǒng)^5別細(xì)與A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)合的單一的采樣及保持電路。然而，當(dāng)產(chǎn)生有效電 壓矢量的開關(guān)模式的,時(shí)間很小時(shí)，由于PWM邏輯的原因，所述相間有效電壓 變小，此時(shí)這種方法對(duì)重構(gòu)產(chǎn)腿著的限制。這里所描述的新方法用兩個(gè)并聯(lián)的采 樣及保持電路替代一個(gè)采樣及保持電路以便最小化所述有效電壓矢量的時(shí)間持續(xù) 限制。禾IJ用這種新的電路，電機(jī)電流重構(gòu)的保真度得到提高，并且微直流環(huán)節(jié)電 流重構(gòu)的{柳延伸到包括永磁電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)的交流電*贓用的廣泛領(lǐng)域。
傳統(tǒng)直流環(huán)節(jié)電流傳感和相電流的重構(gòu)均使用數(shù)字電機(jī)控制應(yīng)用中的硬件和 軟件算法。硬件電路通常由放大器，采樣及保持電路，多路器和A/D轉(zhuǎn)換器組成。 采樣和保持電路的位置可以不同(參見附圖1和圖2)，然而，通用的方法中只采用 —個(gè)采樣和保持電路。在三相交流電機(jī)應(yīng)用中，為了同時(shí)^i共三個(gè)交流相電流，要 求重構(gòu)兩相電流信息。圖3示出了典型的具有交流電機(jī)的逆變器電路，該電機(jī)中的 特定的電流與圖4中的PWM周期中的開關(guān)模式(100)相對(duì)應(yīng)；直流環(huán)節(jié)電流傳 感，該直流環(huán)節(jié)電流傳感能由單個(gè)分流電阻R (圖3)或霍耳效應(yīng)型電流傳感器實(shí) 現(xiàn)，該直流環(huán)節(jié)電流傳感通常包括PWM周期中的兩相電流信息。圖4包括作為示 例的U相和W相電流信息。直流環(huán)節(jié)上的每一個(gè)兩相電流j言息的持續(xù)周期隨著PWM周期中的特定PWM開關(guān)模式的同步而變化。在圖4中，示出了逆變器開關(guān) 的開關(guān)狀態(tài)，"1"表示高邊開關(guān)被導(dǎo)通。因此，有效電壓矢量狀態(tài)"100"是高邊 開關(guān)Ui (圖3)導(dǎo)通(U2斷開)，V,斷開(V2導(dǎo)通)，以及Wi斷開(W2導(dǎo)通)。這 是附圖3的狀態(tài)。如圖4所示，在開關(guān)狀態(tài)或有效電壓矢量100期間，直流環(huán)節(jié)中 的電流是相電流IU，其等于-(IV+IW)。
如圖1或圖2中所示的傳統(tǒng)重構(gòu)電路，艦采樣及保持電路S/H捕麟一相電 流并隨后M31A/D轉(zhuǎn)換器將，換^m字量。在，一相電 樣及轉(zhuǎn)換之后，所 述第二相電流被相同的采樣及保持電路S/H捕獲并l鈔脫A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。因此， 該兩相電流模擬至數(shù)字的轉(zhuǎn),如下順序進(jìn)行
(1) 由采樣及保持電路捕麟一電機(jī)相電流；
(2) 由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換第一電機(jī)相電流；
(3) 由采樣及保持電S繊麟二電機(jī)相電流；
(4) 由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)麟二電機(jī)相電流。 在典型的三相中心點(diǎn)連接的PWM調(diào)制方案中，上^i^賣事件在圖4所示的
PWM周期中發(fā)生兩次。每相電流的jl,如下第一電機(jī)相電流(Tl時(shí)間周期)— 第二電機(jī)相電流(T2時(shí)間周期)—第二電機(jī)相電流(T2時(shí)間周期)—第一電機(jī)相 電流(Tl期間)。當(dāng)沒有電流時(shí)，戶脫兩個(gè)事件被零電壓矢量lll所隔開。
在該實(shí)施例中，第一電機(jī)相電流代^0M電機(jī)U相電流，而戶脫第二電機(jī)相 電流代表負(fù)值的所述電機(jī)W相電流。所述V相電機(jī)相電流^MH相電機(jī)電流的 總和等于零的事，導(dǎo)出來的。
當(dāng)相電流的搟賣時(shí)間(圖4中的Tl禾tV或T2)變得小于戶;M^樣及保持電路 和A/D轉(zhuǎn)換 獲相電流模擬量并完成A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間時(shí)，這種傳統(tǒng)的兩 相電機(jī)電流重構(gòu)方法具有局限性。所述采樣及保持電路捕獲模擬量的典型時(shí)間是大 約幾百納紗到1微秒，然而對(duì)于12位的A/D轉(zhuǎn)換器來說，典型的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間的 范圍從幾微秒到IO微秒之間。因此，實(shí)際上3微秒是一個(gè)限制，低于3微秒是不能實(shí)現(xiàn)電流重構(gòu)的。戶;M持
續(xù)周期(T1和T2)是有效電壓矢量的確切時(shí)間周期。例如，在圖3中，它們是分 別代表T1和T2周期的矢量(100)禾Q (110)。
女瞎空間矢量范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的戶皿電壓矢量(圖5)，當(dāng)其到達(dá)陰影區(qū)所示的所 謂"扇形交叉"區(qū)域時(shí)，電機(jī)相電流重構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)。在這些區(qū)域中，T1或T2變得 非常小，不^^^捕獲和A/D轉(zhuǎn)換足夠的時(shí)間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供解決上述問題的方案，與現(xiàn)有技7l^目比，本發(fā)明允許對(duì)于減小的持 續(xù)脈沖寬度進(jìn)行捕獲和A/D轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本發(fā)明，^l共一種用于重構(gòu)由直流環(huán)節(jié)供電且由PWM控制，制的多相
逆變器所驅(qū)動(dòng)的多相負(fù)載的相電流的裝置，該^a包括直流環(huán)節(jié)中的傳感器；M
AA^M傳繊獲得輸出而對(duì)直流環(huán)節(jié)中的電艦行采樣的第一和第二采樣裝置，所 述第一采樣裝置在與所述多相逆變器的第一開關(guān)模式相應(yīng)的第一時(shí)間周期內(nèi)獲得
直流環(huán)節(jié)中的電流的第一采樣^H諸存該第一采樣；戶; ^第二采樣,^0fM第一時(shí)
間周期之后且與所述多相逆變器的第二開關(guān)模式相應(yīng)的第二時(shí)間周期內(nèi)獲得直流 環(huán)節(jié)中的電流的第二采樣^H諸存i，二采樣；A/D轉(zhuǎn)換M戶;M第一時(shí)間周期后的 時(shí)間周期內(nèi)將戶，第一采樣轉(zhuǎn)換] 字信號(hào)，并在隨后的第三時(shí)間周期內(nèi)將所述第 二采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
本發(fā)明將結(jié)合附圖在隨后的描述中進(jìn)行更加詳細(xì)的描述，其中
圖1示出了用于從電豐鵬制器的直流環(huán)節(jié)確定電機(jī)相電流的現(xiàn)有技術(shù)的電路;
圖2示出了另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的電路；
圖3示出了電豐鵬制器的直流環(huán)節(jié)和逆變器；圖4示出了表示開關(guān)模式的逆變器的PWM周期以及因此如何產(chǎn)生有效電壓矢
圖5示出了用于逆變器的空間矢量的示意圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的電路的一種實(shí)施方式。
圖7示出了用于三相調(diào)制的圖6中的電路的開關(guān)模式和采樣時(shí)間；
圖8示出了用于兩相調(diào)制的開關(guān)模式和采樣時(shí)間；以及
圖9示出了所，變器的電路的另一種實(shí)施方式；
具體實(shí)施例方式
為了最小化因有效矢量(T1和T2)的時(shí)間持續(xù)導(dǎo)致柳艮制，發(fā)展了一種新的 電路，其實(shí)施方式如圖6所示。該電路具有兩個(gè)并聯(lián)的采樣及f親電路S/Hl和S/H2，
用以捕獲出現(xiàn)錢流環(huán)節(jié)中的兩個(gè)電機(jī)電流信號(hào)。在該電路中，即〗妙脫電壓矢量 位于所述"扇形交叉"區(qū)域中，該相關(guān)的電機(jī)相電流也能 樣時(shí)刻被捕獲。A/D 轉(zhuǎn)換會(huì)辦不必在捕獲相電流反饋的模擬量之后立刻進(jìn)行，而是在第二相電流捕獲完 成之后再發(fā)生轉(zhuǎn)換。
該方法的優(yōu)點(diǎn)在于fflil消除第一電機(jī)相電流重構(gòu)的A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間要求，從 而最小化有效電壓矢量(T1和T2)的時(shí)間限制。
該電,^t算放大器A和兩個(gè)并聯(lián)的采樣/i，電路S/H1和S/H2。所^ii 算放大器A被用于調(diào)整^31直流環(huán)節(jié)的分流電阻R所產(chǎn)生的模擬輸入電壓。戶皿 運(yùn)算放大器包括用于消除可能出現(xiàn)在系統(tǒng)中的共模噪聲的差分模式放大器。兩個(gè)并
機(jī)相斬波電流信息。如所示，旨采樣及保持電路典型地由開關(guān)和電容器組成。所 述開關(guān)典型地由串聯(lián)的傳輸MOS晶體管實(shí)現(xiàn)，且保持電容器連接在傳輸晶體管開
關(guān)之后并設(shè)計(jì)成不需要電壓降的下降就能保持所捕獲的模擬值。戶;f^樣/保持開關(guān)(Tl和T2開關(guān))通常在^W效電壓矢量的中心點(diǎn)閉合和斷開。當(dāng)Tl開關(guān)斷開時(shí)， 儲(chǔ)存在電容器中的模擬值保持不變并隨后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以數(shù)字化第一電機(jī)相電流。 在一種實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)相電流的A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行時(shí)，即使T1周期變得非常 小，開關(guān)T2也能獨(dú):i^也捕獲第二電機(jī)電流。 一旦與所:^第一電機(jī)相電流相關(guān)的A/D 轉(zhuǎn)換完成，基于用開關(guān)T2的保持電容所儲(chǔ)存的模擬值的0M第二電機(jī)相電流的A/D 轉(zhuǎn)換便開始。這樣，所述電路能在捕獲第二電機(jī)相電流和執(zhí)行第一電機(jī)相電流的 A/D轉(zhuǎn)換之間進(jìn)行并行動(dòng)作。
在該新方法中，約束在Tl禾Q/或T2周期上的時(shí)間僅由采樣及保持電路的捕獲 時(shí)間所限制，所述捕獲時(shí)間典型的小于500納秒，且取決于戶，保持電容器的尺寸。 因此，當(dāng)與戰(zhàn)傳統(tǒng)方法相比時(shí)，該新方法顯著地減小了相電流不確定的空間矢量 范圍中的扇形交叉區(qū)域，因此，依次改善了重構(gòu)電流波形的保真度并M^了失真。
圖7示出了在具有兩個(gè)分離的采樣及保持動(dòng)作的三相PWM調(diào)制中的典型開關(guān) 模式。在該實(shí)施例中，盡管T1周期變得非常小，但在T1周期的信息在其中點(diǎn)上能 被開關(guān)T1的保持電容所捕獲。Tl周期(S/H1)的A/D轉(zhuǎn)換的機(jī)時(shí)間會(huì)^^131專用 采樣及保銜S/H2)與T2周期的捕獲相S4。
圖8示出了在具有兩個(gè)分離的采樣及保持電路的兩相PWM調(diào)制中的典型開關(guān) 模式。在該兩相PWM中，W相開關(guān)總具有相同的狀態(tài)，例如，上面的開關(guān)W,斷 開，并且開關(guān)W2總是閉合。當(dāng)戶脫T1周期變得非常小，以同樣的方式，發(fā)生兩個(gè) 動(dòng)作，Tl周期的A/D轉(zhuǎn)換和M31采樣及保持電i^S/H2)捕獲T2周期的電機(jī)電流。
因此，該新的電路將能在戶;f^H相和兩相PWM調(diào)式方案中操作。
盡管本發(fā)明是參考特定實(shí)施例進(jìn)行描述的，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說， 許多其他的變化和修g^:其他使用都是顯而易見的。因此，本發(fā)明不能局限于此處 所公開的具體內(nèi)容，而僅由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1、一種用于重構(gòu)由直流環(huán)節(jié)供電且由PWM控制器控制的多相逆變器所驅(qū)動(dòng)的多相負(fù)載的相電流的裝置，該裝置包括位于所述直流環(huán)節(jié)中的傳感器；通過獲取所述傳感器的輸出而對(duì)直流環(huán)節(jié)中的電流進(jìn)行采樣的第一和第二采樣裝置，所述第一采樣裝置在與所述多相逆變器的第一開關(guān)模式相應(yīng)的第一時(shí)間周期內(nèi)獲得直流環(huán)節(jié)中的電流的第一采樣并存儲(chǔ)所述第一采樣；所述第二采樣裝置在所述第一時(shí)間周期之后的與所述多相逆變器的第二開關(guān)模式相應(yīng)的第二時(shí)間周期內(nèi)獲得直流環(huán)節(jié)中的電流的第二采樣并存儲(chǔ)所述第二采樣；A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器在所述第一時(shí)間周期之后的時(shí)間周期內(nèi)將所述第一采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并在隨后的第三時(shí)間周期內(nèi)將所述第二采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1臓的裝置，其中臓第一和第二采樣驢包括采樣和 保持電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所g樣裝置的操作使得在一時(shí)間周期內(nèi)，所，樣，對(duì)該時(shí)間周期內(nèi)的直流環(huán)節(jié)中的電 行采樣并且戶;^ A/D轉(zhuǎn)換器將前一時(shí)間周期內(nèi)的采樣轉(zhuǎn)換 字量；
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所，變器^H相調(diào)制的；
5、 根據(jù)權(quán)利要求4戶服的裝置，其中戶;f^采樣體i^賣采樣，使得戶腿第一采樣，采樣，然后所述第二采樣裝置在PWM周期內(nèi)再跟隨所述第一采樣裝置 進(jìn)行兩減樣。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1戶腿的裝置，其中戶;M^變器是兩相調(diào)制的；
7、 根據(jù)權(quán)禾頓求6戶腿的裝置，其中戶; ^^樣體遊賣采樣，使得戶;M第 一采樣，采樣，然后戶;M第二采樣裝置在pwM周期內(nèi)再跟隨戶/M第一采樣^s 進(jìn)行采樣。
8、 根據(jù)權(quán)利要求i戶M的，，該裝置進(jìn)一步包括置于戶腿第一和第二采 樣裝置與戶;M a/d轉(zhuǎn)換器之間的多路器電路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求i戶;M的，，該，進(jìn)一步包括耦合至戶;f^傳自的多 路器電路，戶;M第一和第二采樣體接斷脫多路器的輸出并給戶脫a/d轉(zhuǎn)換器提 供輸出。
10、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的^a，其中戶;^傳 包括直流環(huán)節(jié)中的電阻器。
11、 根據(jù)權(quán)利要求i戶皿的，，其中戶，傳感器包括霍耳$娘傳 0
12、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的裝置，其中所述a/D轉(zhuǎn)換器^0M第二時(shí)間周期內(nèi)將戶;M第一采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述a/d轉(zhuǎn)換皿戶皿第三時(shí)間周期內(nèi)將臓第二采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)報(bào)號(hào)。
14、 根據(jù)權(quán)禾腰求2戶脫的裝置，其中，戶;M針采樣及保持電路都包括開 關(guān)和存儲(chǔ)電容。
全文摘要
一種用于重構(gòu)由直流環(huán)節(jié)供電且由PWM控制器控制的多相逆變器所驅(qū)動(dòng)的多相負(fù)載的相電流的裝置，該裝置包括直流環(huán)節(jié)中的傳感器，通過從所述傳感器獲得輸出而對(duì)直流環(huán)節(jié)中的電流進(jìn)行采樣的第一和第二采樣裝置，所述第一采樣裝置在與所述多相逆變器的第一開關(guān)模式相應(yīng)的第一時(shí)間周期內(nèi)獲得直流環(huán)節(jié)中的電流的第一采樣并儲(chǔ)存該第一采樣；所述第二采樣裝置在所述第一時(shí)間周期之后的且與所述多相逆變器的第二開關(guān)模式相應(yīng)的第二時(shí)間周期內(nèi)獲得直流環(huán)節(jié)中的電流的第二采樣并儲(chǔ)存該第二采樣；A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器在所述第一時(shí)間周期后的時(shí)間周期內(nèi)將所述第一采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并在隨后的第三時(shí)間周期內(nèi)將所述第二采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
文檔編號(hào)H02P23/00GK101496276SQ200680001745
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2006年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月3日
發(fā)明者T·塔卡哈希 申請(qǐng)人:國際整流器公司