[發(fā)明專利]具有死區(qū)開路補償功能的驅(qū)動器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110274911.X
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN103001577A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 紀(jì)建宇;黃建評
• 申請（專利權(quán)）人: 臺達電子工業(yè)股份有限公司
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 趙根喜;馮志云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種驅(qū)動器，尤其涉及一種具有死區(qū)開路補償功能的驅(qū)動器。

背景技術(shù)

現(xiàn)今應(yīng)用于驅(qū)動馬達運作同時控制馬達轉(zhuǎn)速的變頻器(inverter)的控制技術(shù)，大略可廣義分為純量控制(scalar?control)與向量控制(vector?control)兩種。雖然純量控制在速度動態(tài)響應(yīng)、控速比及控制精度等方面比向量控制較差，但由于純量控制的控制架構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)且比較不容易發(fā)散，因此在一些非伺服目的的工業(yè)應(yīng)用上仍然被廣泛采用。純量控制亦即電壓/頻率控制(V/f?control)，也稱為變壓變頻控制(variable?voltage?variable?frequency?control，VVVF)。一般而言，純量控制是一種開回路的控制方法，不需要反饋馬達的轉(zhuǎn)速。其基本原理是根據(jù)轉(zhuǎn)速命令調(diào)整馬達供應(yīng)電源的頻率，亦即變頻器的輸出頻率。因為馬達的磁通大小與此電壓與頻率比值成正比，因此也必須調(diào)整變頻器輸出電壓的大小，使得電壓與馬達運轉(zhuǎn)頻率的比值維持一定值，藉此達成維持磁通大小并控制轉(zhuǎn)速的目的。

雖然電壓/頻率控制較容易實現(xiàn)，然而在低頻輕載時，由于變頻器的輸出電壓極小，再加上切換開關(guān)上的壓降等等因素，造成變頻器輸出電壓上的誤差加劇，因此馬達運轉(zhuǎn)在低頻輕載時的控制性能就變得較差。此外，在變頻器驅(qū)動電路中，由于功率晶體管會有導(dǎo)通延遲(turn-on?delay)與截止延遲(turn-off?delay)的非理想現(xiàn)象，因此，實際上，功率晶體管并不會在輸入命令到達后立即導(dǎo)通或截止。為了避免同一臂上兩晶體管在非完全導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生短路的情況，須要在上下臂晶體管導(dǎo)通與截止中間錯開，延遲一段時間，此段時間稱為死區(qū)時間(dead?time)或稱短路防止時間。

交流感應(yīng)馬達驅(qū)動器常利用脈沖寬度調(diào)制(Pulse?width?modulation，PWM)的技術(shù)來改變輸出電壓振幅與頻率，以控制馬達的轉(zhuǎn)速。由于功率晶體管的架構(gòu)，為防止功率晶體管同時導(dǎo)通，死區(qū)時間(dead?time)的存在則是變頻器操作時所必需的。然而，死區(qū)時間將使得實際輸出電壓與電壓命令有所差異，更導(dǎo)致電流輸出無法呈現(xiàn)平滑的弦波，也因此馬達的轉(zhuǎn)速將產(chǎn)生不連續(xù)的現(xiàn)象，若于無額外控制回路的情況下為避免此一現(xiàn)象，通常需要對脈沖寬度調(diào)制的死區(qū)做開路補償。

圖1A為公知變頻器死區(qū)補償?shù)碾娐纺K圖，此種變頻器的死區(qū)補償方式為目前常用的補償方式之一。如圖所示，此一變頻器10的死區(qū)補償方式是利用檢測一馬達11的三相電流計算所需的死區(qū)補償量。亦即，利用一電流檢測電路12檢測該馬達11的輸入電源電流，也就是該變頻器10的三相輸出電流。該三相輸出電流由一死區(qū)補償模塊13接收該變頻器10的三相輸出電流，并根據(jù)該三相電流的極性，在每一相的脈沖寬度調(diào)制(PWM)參考命令值，加上或減去(視電流極性而定)一個修正量，使得產(chǎn)生的死區(qū)補償量為一與電流同相位的梯形補償曲線。此種變頻器的死區(qū)補償方式具有計算簡單的優(yōu)點，但其缺點是電壓補償量與梯形斜率會偏離理想值，導(dǎo)致輸出電流波形激變，使得馬達在轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生忽快忽慢的轉(zhuǎn)速不連續(xù)現(xiàn)象，此種失真現(xiàn)象在低頻輕載時(特別是1Hz以下的輕載甚至無載運轉(zhuǎn))會特別明顯。

為了改善上述所提的馬達運轉(zhuǎn)在低頻輕載時的輸出電流波形激變現(xiàn)象，另一種目前常用的補償方式描述如下。圖1B為另一公知變頻器死區(qū)補償?shù)碾娐纺K圖。此種變頻器的死區(qū)補償方式為采用電壓反饋的死區(qū)補償方式。亦即，此種變頻器的死區(qū)補償方式除了采用上述的補償方式外，另外再增加一電壓檢測電路14。該電壓檢測電路14用以檢測該變頻器10的三相輸出電壓，并且求出其瞬時的電壓輸出差量。并根據(jù)該電壓輸出差量以及所檢測到的三相電流極性，求出電壓補償量及其補償量的方向。此種以電壓反饋方式進行死區(qū)補償?shù)姆绞剑敵鲭娏鞯牟ㄐ谓咏兿也ǎ瑸槠交难a償曲線。相較于第一種變頻器死區(qū)補償方式(如圖1A)的補償量為一梯形，除了造成在高電壓輸出時梯形的轉(zhuǎn)折點處會產(chǎn)生電流激變外，也由于梯形的補償量與真實補償量不一致，將產(chǎn)生電壓補償過大的問題。因此，此種變頻器的死區(qū)補償方式除了可得到高準(zhǔn)確度補償量的優(yōu)點外，更可得到幾乎無失真的弦波電流，以改善馬達運轉(zhuǎn)在低頻輕載時的輸出電流波形激變現(xiàn)象。但其缺點是為了直接檢測以求出電壓輸出差量，必須額外增加該電壓檢測電路14，故需要增加額外硬件電路的成本。

由于現(xiàn)有技術(shù)與方法皆以電壓輸出與實際命令值不同的觀點，來企圖補償死區(qū)造成的影響，使電流輸出更近似于正弦波，然而這些方法將會造成電壓補償量與梯形斜率會偏離理想值，導(dǎo)致輸出電流波形激變，使得馬達在轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生忽快忽慢的轉(zhuǎn)速不連續(xù)現(xiàn)象，或是增加額外硬件電路的成本。