電流採樣方法與電流採樣裝置製造方法
2023-07-11 23:59:01 1
電流採樣方法與電流採樣裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種電流採樣方法與電流採樣裝置。本發明提供的電流採樣方法，用於測量三相逆變電路的各相逆變電流，包括：判斷電壓矢量目前所在的扇區以及該扇區對應的兩個電流採樣有效相；對兩個電流採樣有效相的電流進行採樣；利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值計算另一相的電流。從而根據電壓矢量的扇區判斷目前哪兩相的下橋臂處於開通狀態，也就是當前哪兩相的電流通過採樣電阻，對該兩相的電流進行採集，使用電流之間的關係計算得出第三相的電流，從而不需要在三相逆變控制中強制插入採樣窗口以創造三相同時具備下橋臂開通的條件，減小了對逆變正常控制的影響。
【專利說明】電流採樣方法與電流採樣裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電機控制領域，具體而言，涉及一種電流採樣方法與電流採樣裝置。
【背景技術】
[0002]在變頻空調器中，三相逆變電路是功率轉換模塊(IPM，Intelligent PowerModule)中的重要部分，而為了保證IPM的正常工作，需要對逆變電路的三相電流進行採集和檢測。
[0003]圖1是根據現有技術的三相逆變電路的示意圖，如圖所示，三相逆變電路包括由直流電源、三個橋臂、採樣電阻，其中橋臂由開關管GfG6構成，G1、G3、G5分別為U相、V相、W相的上橋臂開關管、G2、G4、G6分別為U相、V相、W相的下橋臂開關管。上下橋臂在各自的PWM信號的控制下進行開斷，完成逆變工作。而同一相的上下橋臂不能同時開通，否則會出現短路事故。所以六個開關器件的狀態組合有8種，其中兩種為三個上橋同時開(此時三個下橋同時關)和三個上橋同時關(此時三個下橋同時開)，另外6種狀態可以表示為6個基本電壓矢量。
[0004]現有技術的三相逆變電路電流採樣方法可分為兩種:第一種是直接應用電流採樣元件如電流互感器或者霍爾電流傳感器進行電流採樣，這種方法使用電流互感器或者霍爾電流傳感器進行電流採樣，不受PWM脈寬的限制，但成本高，影響了應用範圍。第二種是在IPM模塊的下橋臂與地之間連接採樣電阻，通過採樣電阻獲取該相的電流信號。顯然，該控制方法要在IPM模塊三個下橋臂同時導通時對三個採樣電阻同時進行採樣。
[0005]這種方法使用採樣電阻進行電流採樣，成本較低，在目前IPM中使用更加廣泛。
[0006]使用上述第二種電流採樣方法需要在電流採點插入採樣窗口，在採樣時間內強制將三個上橋臂關斷，使電流從下橋臂通過，從而可以利用採樣電阻獲得電流大小。這樣操作在PWM波中強制插入採樣窗口，影響了逆變的正常控制。而且這種方法不能應用於過調製技術方法中。
[0007]針對使用現有技術的電流採樣方法PWM波中強制插入採樣窗口影響逆變控制的問題，尚未提出有效的解決方案。
【發明內容】
[0008]本發明旨在提供一種電流採樣方法與電流採樣裝置，以解決現有技術中電流採樣方法PWM波中強制插入採樣窗口影響逆變控制的問題。
[0009]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種電流採樣方法，用於測量三相逆變電路的各相逆變電流，該電流採樣方法包括:判斷電壓矢量目前所在的扇區以及該扇區對應的兩個電流採樣有效相；對兩個電流採樣有效相的電流進行採樣；利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值計算另一相的電流。
[0010]進一步地，判斷電壓矢量目前所在的扇區以及該扇區對應的兩個電流採樣有效相之後還包括:判斷扇區對應的需限制脈寬的相；判斷需限制脈寬的相的PWM的脈寬是否大於第一預設值；當需限制脈寬的相的PWM的脈寬大於第一預設值時，減小需限制脈寬的相的PWM脈寬為第二預設值。
[0011]進一步地，第一預設值為TPWM-Tsample，第二預設值不大於TPWM-Tsample，其中TPWM為PWM波的周期，Tsample為對電流採樣需要的時間。
[0012]進一步地，判斷扇區對應的需限制脈寬的相包括:當電壓矢量處於第一扇區或電壓矢量處於第四扇區時，V相為需限制脈寬的相；當電壓矢量處於第二扇區或電壓矢量處於第五扇區時，U相為需限制脈寬的相；當電壓矢量處於第三扇區或電壓矢量處於第六扇區時，W相為需限制脈寬的相。
[0013]進一步地，判斷電壓矢量目前所在的扇區以及該扇區對應的兩個電流採樣有效相包括:當電壓矢量處於第一扇區或電壓矢量處於第六扇區時，V相和W相為電流米樣有效相；當電壓矢量處於第二扇區或電壓矢量處於第三扇區時，u相和W相為電流米樣有效相；當電壓矢量處於第四扇區或電壓矢量處於第五扇區時，V相和U相為電流採樣有效相。
[0014]進一步地，對兩個電流採樣有效相的電流進行採樣包括:對兩個電流採樣有效相下橋臂連接的採樣電阻兩端的電壓進行採樣；根據採樣得到的電壓值計算得出兩個電流採樣有效相的電流值。
[0015]進一步地，利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值計算得出另一相的電流包括:利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值按照基爾霍夫電流定律計算得出另一相的電流。
[0016]進一步地，利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值按照基爾霍夫電流定律計算得出另一相的電流包括:當電壓矢量處於第一扇區或電壓矢量處於第六扇區時，iu-dv+iw);當電壓矢量處於第二扇區或電壓矢量處於第三扇區時，ivz-du+ij ;當電壓矢量處於第四扇區或電壓矢量處於第五扇區時，iff = -dv+iu)，其中，iu> iv> iw分別為u相、ν相、w相的電流。
[0017]根據本發明的另一方面，提供了 一種電流採樣裝置。該電流採樣裝置包括:扇區判斷模塊，用於判斷電壓矢量目前所在的扇區以及該扇區對應的兩個電流採樣有效相；有效電流採集模塊，用於對兩個電流採樣有效相的電流進行採樣；電流計算模塊，用於利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值計算得出另一相的電流。
[0018]進一步地，該電流採樣裝置還包括:需限制脈寬的相判斷模塊，用於判斷扇區對應的需限制脈寬的相；脈寬比較模塊，用於判斷需限制脈寬的相的PWM的脈寬是否大於第一預設值；脈寬限制模塊，用於當需限制脈寬的相的PWM的脈寬大於第一預設值時，減小需限制脈寬的相的PWM的脈寬為第二預設值。
[0019]應用本發明的技術方案，使用本發明實施例的提供的電流採樣裝置，首先根據電壓矢量的扇區判斷目前哪兩相的下橋臂處於開通狀態，也就是當前哪兩相的電流通過採樣電阻，從而對該兩相的電流進行採集，使用電流之間的關係計算得出第三相的電流，從而不需要在三相逆變控制中強制插入採樣窗口以創造三相同時具備下橋臂開通的條件，減小了對逆變正常控制的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0021]圖1是根據現有技術的三相逆變電路的示意圖；
[0022]圖2是三相逆變電路的電壓矢量圖；[0023]圖3是三相逆變電路的電壓矢量扇區判斷流程圖；
[0024]圖4是根據本發明實施例的電流採樣裝置的示意圖；
[0025]圖5是根據本發明實施例的電流採樣方法的示意圖；
[0026]圖6A是使用現有技術的電流採樣方法的脈寬較窄時的PWM波形圖；
[0027]圖6B是是使用現有技術的電流採樣方法的的脈寬較寬時的PWM波形圖；
[0028]圖6C是是使用現有技術的電流採樣方法的限制後的PWM波形圖；
[0029]圖7是根據本發明實施例的電流採樣方法的減小需限制脈寬的相的PWM脈寬為第二預設值的流程圖；
[0030]圖8是根據本發明實施例的電流採樣方法的利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值計算得出另一相的電流的流程圖；
[0031 ] 圖9是根據本發明實施例的電流採樣方法的第一扇區的PWM波形圖；
[0032]圖10是根據本發明實施例的電流採樣方法的第一扇區的電流採樣時刻電流流向示意圖；
[0033]圖11是根據本發明實施例的電流採樣方法的第二扇區的PWM波形圖；
[0034]圖12是根據本發明實施例的電流採樣方法的第二扇區的電流採樣時刻電流流向示意圖。
【具體實施方式】
[0035]需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
[0036]首先對三相逆變電路的控制電壓矢量進行介紹，研究逆變電路的電壓矢量控制時，電壓矢量圖是一種通用的簡潔的表達方式。圖2是三相逆變電路的電壓矢量圖。如圖2所示，Ul(lOO)表示UVW的上橋狀態依次為「開關關」，下橋狀態為「關開開」，其它電壓矢量的表示方法與此類似，如U5 (001)表示UVW的上橋狀態依次為「關關開」，下橋狀態為「開開關」。因此，根據電壓矢量的相位Θ可將整個矢量區域分為六個扇區，其中，θ〈π/3，0≤Θ〈 ji/3時為第一扇區，31/3≤Θ〈2 31/3時為第二扇區，2 31/3≤Θ < ji時為第三扇區，5ji/3< Θ〈4ji/3時為第四扇區，4 ji/3 < Θ〈5 π/3時為第五扇區，5 π/3 < Θ <2 π時為第六扇區。圖3是三相逆變電路的電壓矢量扇區判斷流程圖。扇區的判斷方法可以按照圖3的流程判斷，在圖中Θ為電壓矢量的相位，Ρ代表扇區序號。
[0037]本發明實施例提供了一種電流採樣裝置，圖4是根據本發明實施例的電流採樣裝置的示意圖，如圖4所示，該電流採樣裝置包括:扇區判斷模塊41，用於判斷電壓矢量目前所在的扇區以及該扇區對應的兩個電流採樣有效相；有效電流採集模塊43，用於對兩個電流採樣有效相的電流進行採樣；電流計算模塊45，用於利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值計算得出另一相的電流。其中，扇區判斷模塊41中判斷電壓矢量目前所在的扇區的具體方法可以使用圖3所示的流程圖。
[0038]使用本發明實施例的提供的電流採樣裝置，首先根據電壓矢量的扇區判斷目前哪兩相的下橋臂處於開通狀態，也就是當前哪兩相的電流通過採樣電阻，從而對該兩相的電流進行採集，使用電流之間的關係計算得出第三相的電流，而不需要創造三相同時出現下橋臂開通的條件，避免強制插入採樣窗口。減小了對逆變正常控制的影響。
[0039]進一步地，本發明實施例的電流採樣裝置還可以包括:需限制脈寬的相判斷模塊，用於判斷扇區對應的需限制脈寬的相；脈寬比較模塊，用於判斷需限制脈寬的相的PWM的脈寬是否大於第一預設值；脈寬限制模塊，用於當需限制脈寬的相的PWM的脈寬大於第一預設值時，減小需限制脈寬的相的PWM的脈寬為第二預設值。其中，第一預設值為
第二預設值不大於 TpWM ^sample， 其中TPWM為PWM波的周期，Tsample為對電流採樣需
要的時間。
[0040]根據上述的分析看出，電流採集需要在下橋臂開通的情況下進行，在逆變電路輸出電壓值要求較高的情況下，控制時相應需要增大PWM波的佔空比，然而電流採集也需要一定的時間，隨著P麗波佔空比的增加，留給電流採集的時間可能不滿足電流採集的需要。在現有技術中採用的方式增大電流採樣的窗口的寬度，帶來的後果是三相的PWM波的佔空比都受到限制造成逆變輸出電壓的最大值降低。在本發明的實現過程中，發明人發現由於電壓矢量所在扇區的不同，每相的PWM佔空比不同，也就是說，在每個扇區只有兩相的PWM需要達到最大的佔空比，而且兩相中的一相還可以不需要電流採集而使用上述的計算方法得出，從而本實施例首先查找當前扇區對應的PWM波佔空比最大的相，也就是需要限制脈寬的一相，比較此時的脈寬是否滿足電流採樣時間的要求，在不滿足的情況下，限制該相脈寬，而對不需要採集電流的那一相不做限制，使該相佔空比甚至可以達到100%。從而保證了輸出電壓的最大值可以達到理論計算值。
[0041]本發明實施例還根據電壓矢量的不同扇區的PWM波的性質，將每個扇區的電流採樣有效相和需限制脈寬的相製作為對應表，表1是根據本發明實施例的電流採樣裝置的各扇區的電流米樣控制方式對應表。
[0042]表1各扇區電流採樣控制方式
[0043]
【權利要求】
1.一種電流採樣方法，用於測量三相逆變電路的各相逆變電流，其特徵在於，包括:判斷電壓矢量目前所在的扇區以及該扇區對應的兩個電流採樣有效相；對所述兩個電流採樣有效相的電流進行採樣；利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值計算另一相的電流。
2.根據權利要求1所述的電流採樣方法，其特徵在於，判斷電壓矢量目前所在的扇區以及該扇區對應的兩個電流採樣有效相之後還包括:判斷所述扇區對應的需限制脈寬的相；判斷所述需限制脈寬的相 的PWM的脈寬是否大於第一預設值；當所述需限制脈寬的相的PWM的脈寬大於第一預設值時，減小所述需限制脈寬的相的PWM脈寬為第二預設值。
3.根據權利要求2所述的電流採樣方法，其特徵在於，第一預設值為TPWM-Tsample，第二預設值不大於 TpWM ^sample，其中TPWM為PWM波的周期，Tsample為對電流採樣需要的時間。
4.根據權利要求2或3所述的電流採樣方法，其特徵在於，判斷所述扇區對應的需限制脈寬的相包括:當電壓矢量處於第一扇區或電壓矢量處於第四扇區時，V相為需限制脈寬的相；當電壓矢量處於第二扇區或電壓矢量處於第五扇區時，U相為需限制脈寬的相；當電壓矢量處於第三扇區或電壓矢量處於第六扇區時，W相為需限制脈寬的相。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的電流採樣方法，其特徵在於，判斷電壓矢量目前所在的扇區以及該扇區對應的兩個電流採樣有效相包括:當電壓矢量處於第一扇區或電壓矢量處於第六扇區時，V相和W相為電流米樣有效相；當電壓矢量處於第二扇區或電壓矢量處於第三扇區時，U相和W相為電流採樣有效相；當電壓矢量處於第四扇區或電壓矢量處於第五扇區時，V相和U相為電流採樣有效相。
6.根據權利要求1所述的電流採樣方法，其特徵在於，對所述兩個電流採樣有效相的電流進行採樣包括:對所述兩個電流採樣有效相下橋臂連接的採樣電阻兩端的電壓進行採樣；根據採樣得到的電壓值計算得出兩個電流採樣有效相的電流值。
7.根據權利要求1所述的電流採樣方法，其特徵在於，利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值計算得出另一相的電流包括:利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值按照基爾霍夫電流定律計算得出另一相的電流。
8.根據權利要求7所述的電流採樣方法，其特徵在於，利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值按照基爾霍夫電流定律計算得出另一相的電流包括:當電壓矢量處於第一扇區或電壓矢量處於第六扇區時，Iu-dv+iw)；當電壓矢量處於第二扇區或電壓矢量處於第三扇區時，Iv=-du+iw)；當電壓矢量處於第四扇區或電壓矢量處於第五扇區時，if-dv+iu)，其中，iv、iw*別為u相、ν相、w相的電流。
9.一種電流採樣裝置，其特徵在於，包括:扇區判斷模塊，用於判斷電壓矢量目前所在的扇區以及該扇區對應的兩個電流採樣有效相；有效電流採集模塊，用於對所述兩個電流採樣有效相的電流進行採樣；電流計算模塊，用於利用採樣得到的兩個電流採樣有效相的電流值計算得出另一相的電流。
10.根據權利要求9所述的電流採樣裝置，其特徵在於，還包括:需限制脈寬的相判斷模塊，用於判斷所述扇區對應的需限制脈寬的相；脈寬比較模塊，用於判斷所述需限制脈寬的相的PWM的脈寬是否大於第一預設值；脈寬限制模塊，用於當所述需限制脈寬的相的PWM的脈寬大於第一預設值時，減小所述需限制脈寬的相的PWM的脈寬為·第二預設值。
【文檔編號】G01R19/00GK103713178SQ201210380220
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月29日 優先權日:2012年9月29日
【發明者】李發順, 卓森慶, 遊劍波 申請人:珠海格力電器股份有限公司