[發(fā)明專利]擴展脈沖寬度調(diào)制電壓源逆變器中的線性調(diào)制范圍的占空比生成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202080047426.6
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN114097171A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設計）人: C·W·西克里斯特
• 申請（專利權(quán)）人: 博格華納公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/5387;H02M1/38;H02P27/08
• 代理公司: 中國貿(mào)促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 曾祥生

本發(fā)明涉及控制多相電機(28)的控制系統(tǒng)(20)和方法，用于控制電流在電壓源(22)和多相電機或其它應用/負載之間的流動。控制系統(tǒng)在多相電機的每一相和電壓源之間包括：并聯(lián)定位在電壓源的正極端子和電機之間的高側(cè)二極管(30A?C)和高側(cè)開關(guān)(34A?C)，其中高側(cè)二極管相對于正極端子反向偏置；以及并聯(lián)定位在電壓源的負極端子和電機之間的低側(cè)二極管(32A?C)和低側(cè)開關(guān)(36A?C)，其中低側(cè)二極管相對于電機反向偏置。控制系統(tǒng)操作高側(cè)和低側(cè)開關(guān)以提供電機的高效操作。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2019年10月4日提交的、名稱為“A METHOD OF DUTY CYCLEGENERATION FOR EXTENDING THE LINEAR MODULATION RANGE IN A PULSE WIDTHMODULATED VOLTAGE SOURCE(用于擴展脈沖寬度調(diào)制電壓源中的線性調(diào)制范圍的占空比生成方法)”的、序列號為62/910,529的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及擴展脈沖寬度調(diào)制電壓源逆變器中的線性調(diào)制范圍的占空比生成方法。

背景技術(shù)

將脈沖寬度調(diào)制電壓源逆變器與電動馬達一起使用正變得越來越流行。

當使用這種脈沖寬度調(diào)制電壓源逆變器時，電動馬達的每一相通常使用一對開關(guān)功率半導體裝置(即開關(guān))，并且該開關(guān)功率半導體裝置位于電動馬達和直流(DC)電壓源之間。開關(guān)被控制打開和關(guān)閉，從而合成期望的電壓波形并控制電流在電動馬達的各相內(nèi)的流動。這種打開和關(guān)閉功率半導體裝置以合成期望電壓波形和/或電流波形的技術(shù)稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。

這種布置的一個缺點是控制電流的開關(guān)的操作需要可測量的時間量，通常稱為死區(qū)時間，在該時間量中必須控制兩個開關(guān)打開。需要該死區(qū)時間以防止DC電壓源的正負極端子短路，并且該死區(qū)時間會影響在需要占空比鉗制和/或過調(diào)制之前可以由電壓源逆變器(VSI)合成的最大線性電壓。

除了死區(qū)時間之外，存在半導體開關(guān)可以從閉合轉(zhuǎn)變?yōu)榇蜷_再轉(zhuǎn)變回閉合或從打開轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合再轉(zhuǎn)變回打開的最小時間量。該最小時間量通常被稱為功率半導體裝置最小脈沖寬度，并且是該裝置及其相關(guān)電路的物理特性。該最小脈沖寬度也對電壓源逆變器(VSI)可以合成的最大線性電壓產(chǎn)生影響。

盡管解決此類死區(qū)時間和最小脈沖寬度的一些方法是已知的，但仍需要進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種方法和系統(tǒng)，用于生成占空比并擴展用于為電動馬達或其它VSI應用供電的脈沖寬度調(diào)制電壓源逆變器的最大線性電壓容量。

本發(fā)明在其一種形式中包括用于多相電機的控制系統(tǒng)，其用于控制電流在電壓源和多相電機之間的流動以將電機作為馬達或發(fā)電機操作。在多相電機的每一相和電壓源之間，控制系統(tǒng)包括：并聯(lián)定位在電壓源的正極端子和電機的相之間的高側(cè)二極管和高側(cè)開關(guān)，其中高側(cè)二極管相對于正極端子反向偏置；以及并聯(lián)定位在電壓源的負極端子和電機的相之間的低側(cè)二極管和低側(cè)開關(guān)，其中低側(cè)二極管相對于電機的相反向偏置。控制系統(tǒng)經(jīng)由預定PWM頻率下的脈沖寬度調(diào)制進行操作，系統(tǒng)的物理部件限定最小非零占空比(Dmin)，控制系統(tǒng)進一步限定死區(qū)時間占空比(Ddead)，其中控制系統(tǒng)可操作以限定可變占空比。Dmin是在電機作為馬達或發(fā)電機操作期間由控制系統(tǒng)限定的最小非零占空比；并且在電機操作期間由控制系統(tǒng)限定的最大非單位占空比(Dmax)等于一減去Dmin。

在控制系統(tǒng)的一些實施例中，由控制系統(tǒng)限定的最大非單位占空比(Dmax)在單個PWM周期內(nèi)對稱地取向，其中前斷開時間等于Dmin/2且后斷開時間等于Dmin/2。