[發明專利]擷取三相電流信息調整脈沖寬度的方法及其脈寬調制系統

有效

• 申請號: 200810083137.2
• 申請日: 2008-03-07
• 公開（公告）號: CN101527537A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: 謝東錦;鄭光耀
• 申請（專利權）人: 旺玖科技股份有限公司
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/14;H02P27/00;H02P27/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 蒲邁文

技術領域

本發明涉及一種藉由擷取三相電流的信息以調整脈沖的寬度的方法，特別是涉及一種藉由單一直流鏈電流傳感器擷取三相電流的信息以調整脈沖的寬度的方法。

背景技術

近年來，隨著電機變頻技術的蓬勃發展，交流電機在工商業的用途上日趨重要，從工具機、電動車輛，到家用的變頻冷氣都需要采用交流電機的驅動控制技術。而在交流電機的驅動器系統中，核心的直流交流換流器(DC/AC?inverter)的操作原理是以脈寬調制(Pulse?Width?Modulation，PWM)的技術為基礎。例如由PWM更進一步發展出的正弦波寬調制(Sinusoidal?Pulse?Width?Modulation，SPWM)，利用三相弦波的電壓與一三角載波做比較，并依據其差異產生不同的波寬調制，因為設計簡單，可降低噪音及鏈波，而普遍被應用于一般的交流電機的設計中。而近幾年來，另一由PWM發展出的空間向量脈寬調制(Space?Vector?Pulse?Width?Modulation，SVPWM)的技術，利用跟蹤圓形旋轉磁場來控制PWM的電壓，將電壓空間向量相加，以得到磁鏈的軌跡，還因為可減少輸出電流的諧波成分及電機的諧波損耗，降低了轉矩的脈動，而具有噪音低、電壓利用率高、容易數字化等優點，有后來居上的趨勢。SVPWM不僅比相同頻率的SPWM可以得到較高的輸出電壓能力，及較少的切換次數，還可以根據所送出的空間向量電壓，得到直流鏈電流與相電流的關系，因此逐漸被應用在較高階的電機設計中。

三相交流電機在進行閉回路控制時，若欲提升控制回路的頻寬，電流內回路的控制就變得相當重要。在交流電機的驅動控制的核心技術中，如何藉由調制脈寬的訊號來控制換流器的輸出電壓，進而控制交流電機的電流以產生扭矩(torque)，同時可以有效地控制交流電機的扭矩輸出，得到較佳的電機運轉效率，根本問題即是如何控制三相交流電機的三相電流。因此在一般三相交流電機的驅動器中，會使用至少兩個相電流傳感器以得到電流的回授信號，以便進行電流控制回路的設計；然而由于成本、體積、重量及驅動電路電路板尺寸的考慮，此至少兩個的相電流傳感器(例如霍爾電流傳感器，Hall?current?sensor)，會增加整個驅動系統的成本，同時因為只感測三相電流中的兩相電流，第三相電流在估測時，可能會因為外部電路組件特性的差異與漂移導致誤差，而此誤差可能會反映在電機輸出的扭矩的特性上，造成扭矩漣波。因此部分現有技術中，都提出省略此多個相電流傳感器，直接使用單一個直流鏈電流傳感器(DC-link?current?sensor)的方法，以期解決此問題。因為單一直流鏈電流傳感器較霍爾電流傳感器的成本低、體積小且重量輕，并且可經由單一直流鏈電流(DC-link?current)來得到所需的三相電流。

藉由單一直流鏈電流來得到所需的三相電流的技術常僅限于前述的SVPWM的切換方式。但SVPWM的方法會面臨當電壓空間向量長度太短而落于不可量測(immeasurable?region)區域時，無法有效地量測電流的問題，因此在先前技術的美國專利US?6,735,537?B2中教導利用移動原來電壓空間向量所產生的PWM的信號，使得所產生的電壓空間向量的長度都符合最短的可量測得到相電流的時間，同時這種PWM的位移技術并不會改變原來期望產生的合成的電壓空間向量，因為經由位移所產生的位移空間向量會互相抵消。但此作法的缺點是技術實現的方式復雜，電流取樣(sampling)的時間點也必須根據PWM位移的條件來調整，因此所量測到的相電流并不一定是平均電流，而可能影響到電流控制的性能。