[發明專利]脈寬調制輸出電壓測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201410783925.8
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104714083A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 蘭加拉詹·塔拉姆;多伊爾·F·布塞;布萊恩·P·布朗;拉塞爾·J·克爾克曼
• 申請（專利權）人: 洛克威爾自動控制技術股份有限公司
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;韓雪梅

技術領域

本公開涉及脈寬調制輸出電壓測量裝置及方法。

背景技術

電機驅動器和其他開關電源用于提供多相AC輸出電力，以驅動負載，例如，感應電動機。大多數傳統AC驅動器包括開關逆變器輸出級，其利用分別連接在DC總線的相應端子與輸出端子中的一個之間的開關陣列來轉換來自DC總線的電力，以提供AC輸出電壓，從而驅動負載。為了在各個負載端子處產生可變頻率、可變幅度的輸出電壓信號，采用脈寬調制型開關控制，以選擇性激勵逆變器開關。通常根據一個或更多個設定點信號或值并且還根據來自逆變器輸出的反饋，以閉環方式控制開關操作。在通常情況下，電機驅動器接收速度和位置設定點，并且還可以接收轉矩設定點以及反饋信號，該反饋信號表示逆變器的測量輸出電壓和驅動器的其他操作條件。一個或更多個內部控制回路用于基于所接收的設定點和反饋值來調整輸出負載電機速度、轉矩、電壓和/或電流。

然而，由于輸出逆變器的脈沖寬度調制操作，所以難以準確評估在逆變器輸出端的電壓波形。具體地，逆變器開關在相對較高脈沖寬度調制頻率下(例如，幾千赫茲)操作，使得輸出電壓波形包括高頻成分。另外，開關式電源處于嘈雜的電氣環境，因此電壓輸出波形不是純粹的正弦曲線。此外，在許多應用中，所驅動的負載的額定輸出相對較高，從而DC總線電壓和AC輸出電壓是相對較高的值。因此，在這些情況下，難以獲得準確的反饋，原因是所感測的信號有時具有很高的電壓幅值，并且在逆變器內對大電流的切換造成了難以準確地感知輸出電壓信號的嘈雜環境。然而，同時，出于反饋目的，需要能夠準確地再現PWM電壓輸出波形的高帶寬感測電路，而高帶寬感測電路更易受噪聲影響。此外，在非常低的調制指數操作水平下，電壓波形脈沖寬度非常窄，并且反射波影響以及空載時間補償影響變得更加顯著，導致更加難以確定反饋信號。因此，仍然需要用于感測輸出電壓以控制電機驅動器的開關逆變器和其他電力轉換應用的改進的方法和裝置。

發明內容

現在概述本公開的一個或更多個方面，以助于基本理解本公開，其中，此概述不是對本公開的廣泛概覽，其目的不是確定本公開的特定特征，也不是劃定其范圍。替代地，該概覽的主要目的是在下文中給出更詳細的描述之前以簡化形式給出本公開的各個方面。

本公開提供了包括低調制指數操作點的用于測量逆變器輸出電壓的裝置和技術，通過該裝置和技術，能夠緩解或克服上面的一些缺點并且能夠降低反饋系統部件成本，卻不會犧牲對提供至負載的AC電壓的準確控制的能力。發明人已認識到，代替試圖準確再現在開關逆變器的輸出端提供的、包括所有非理想因素和高頻成分的PWM電壓波形，使用低帶寬感測電路來測量或估計在對逆變器開關操作的反饋控制中使用的輸出的伏秒或PWM周期平均電壓，有助于改善控制和噪聲抗擾性。因此，能夠使用降低的采樣頻率，并且能夠在使用更低成本的低帶寬模擬運算放大器和電路部件的同時對模擬輸入信號進行低通濾波。此外，由于能夠使用高阻抗分壓電路來按比例確定反饋信號，所以轉換速率要求變得不嚴格，因此便于成本降低。

根據本公開的一個或更多個方面，提供了一種反饋系統，該系統包括：低通濾波器電路，該低通濾波器電路所具有的截止頻率低于準確量化被感測的PWM電壓信號的所有高頻成分所需的頻率；轉換器電路，其對來自低通濾波器的信號進行采樣；以及處理器，其估計所關注的相電壓或線-線電壓的伏秒值。在某些實現中，例如，通過在相應的PWM周期中將采樣值累加并且將累加總值除以采樣數量，來在PWM周期上對采樣值求平均，以計算估計伏秒值。此外，在某些實施例中，處理器避免累加落入0伏附近的容差范圍內的采樣值，從而改善伏秒估計的準確性。

此外，本公開的其他方面提供了用于估計PWM逆變器輸出電壓的方法，其包括：使用截止頻率低于與輸出電壓波形的最大上升率或下降率對應的輸出電壓波形頻率的低通濾波器對輸出電壓信號進行低通濾波，以及使用模擬緩沖電路對低通濾波輸出電壓信號分別進行緩沖。該方法還涉及對緩沖信號進行采樣并且根據至少一些采樣值來確定所關注的相電壓或線-線電壓的估計伏秒值。

附圖說明

下面的描述和附圖詳細地給出了本公開的某些例示性實現，這些示例性實現表示可執行本公開的不同原理的幾個示例性方式。然而，所例示的的示例沒有窮舉本公開的許多可能實施例。當結合附圖來考慮時，將在下面的詳細描述中給出本公開的其他目的、優點和新特征，其中：

圖1是例示根據本公開的一個或更多個方面的具有輸出電壓反饋系統的示例性電機驅動電力轉換系統的示意圖；