[發明專利]用于確定調制方案的控制器和方法

有效

• 申請號: 201210266283.5
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102904523A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: R·伯克
• 申請（專利權）人: 普羅蒂恩電子有限公司
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;王博

技術領域

本發明涉及一種用于確定調制方案的控制器和方法，尤其涉及一種用于控制逆變器的調制方案以產生驅動電動馬達的電壓波形。

背景技術

多相電動馬達的工作通常使用逆變器來進行控制，其中逆變器被設置成將直流電壓轉換成多相電壓波形。

圖1示出了三相橋式逆變器10，本領域技術人員熟知其含有六個開關11。該六個開關11被設置成三個并聯的兩個開關組，每組開關為串聯以構成三相橋式電路的一個臂。該逆變器的每一個臂被耦合到三相電動馬達12的一個相應的線圈組，以允許單個電壓相位施加到相應的電動馬達線圈組。

通常被耦合到直流電壓的上面三個開關構成高側驅動器。下面三個開關構成低側驅動器。

通過利用相應的脈寬調制PWM信號來驅動高側驅動器開關，PWM信號的占空比根據所需的調制方案而隨時間變化，可以施加大體上的正弦電壓到電動馬達的每個線圈繞組。

為了避免短路的情況，高側驅動器開關關斷時，低側驅動器開關導通，反之亦然。為了確保高側驅動器和低側驅動器開關不同時導通，在關斷一側并導通另一側之間設置一個小的死區時間。

在調制深度為1（即，開關占空比為100%）時，為線圈繞組施加全電池電壓。在在調制深度為0時，為線圈繞組施加0V電壓。

圖2中示出了生成PWM信號以表征正弦調制方案，任意兩個線圈之間的最大電壓差值為0.866*電池電壓或

3^1/2×V_bat/2

參考圖2，y軸表示調制深度，x軸表示電角度。

為了增加任意兩個電動馬達線圈繞組之間的最大電壓差，從而增大電動馬達的最大速度，通常采用不連續PWM最小（DPWMMIN?DiscontinuousPWM?Minimum）或不連續PWM最大（DPWMMAX?Discontinuous?PWM?Maximum）調制方案。對于DPWMMIN，多相交變信號的最小電壓值被從每個交變信號中減去，由此允許交變調制方案的一個相位總是為零。對于DPWMMAX，多相交變信號的最大電壓值之間的差值被加到每個交變信號中，由此允許交變調制方案的一個相位總是為最大調制值。

圖3示出了DPWMMIN調制方案，其通過施加具有變化占空比的PWM信號而被施加到逆變器的高側驅動器開關。如上所述，為了避免短路情況,施加反向調制方案到低側驅動器開關。

圖4示出了被施加到逆變器的高側驅動器開關的DPWMMAX調制方案。

使用這些方案，任意兩個電動馬達線圈之間的最大電壓差為電池電壓，從而與正弦調制相比顯著增加了馬達的基礎速度。額外的一個益處在于在三分之一的時間內，高側或低側驅動器中的一個開關關斷，從而降低開關損耗。

不幸的是，控制設計要求限制了DPWMMIN和DPWMMAX調制方案的實施。盡管根據DPWMMIN和DPWMMAX調制方案驅動線圈的逆變器開關可以被關斷，但如果它們導通，則理想地存在一個必須施加的最小脈寬。如果施加短于該期間的脈寬（這在DPWMMIN和DPWMMAX調制方案的調制信號的不連續點處將是必須的），則相關逆變器開關在這樣一個區域工作，在該區域中它們沒有完全關斷或導通并具有高阻抗。這導致了熱損耗以及逆變器開關壽命降低。

為了克服這一問題，通常的解決方案是確保在實施DPWMMIN和DPWMMAX調制方案時，逆變器開關絕不全部關斷，這會限制最大調制深度，如圖5所示。其后果是降低了任意兩個線圈之間的最大電壓。另外，這也沒有能夠在三分之一的時間內關斷一個逆變器開關的益處。

發明內容

因此，期望改進該方案。

根據本發明的一個方面，提供了一種根據所附權利要求的控制器和方法。

該方案有益地允許任意兩個電動馬達線圈繞組之間的電壓差保持為正弦，同時還允許每個電壓相位在三分之一的時間內可以關斷而不違反最小脈寬要求，從而使得調制深度得以最大化。

附圖說明

下面將結合附圖通過實施例描述本申請，其中

圖1示出了三相橋式逆變器；

圖2示出了正弦三相調制方案；

圖3示出了DPWMMIN調制方案；

圖4示出了DPWMMAX調制方案；

圖5示出了最小調制深度大于零的DPWMMIN調制方案；

圖6示出了本發明一個實施例所使用的電動馬達的分解圖；

圖7從另一個角度示出了圖6所示的電動馬達的分解圖；

圖8示出了本發明一個實施例所使用的電動馬達的線圈組的示例布置；