專利名稱：逆變器及轉(zhuǎn)換器停滯時(shí)間適應(yīng)性補(bǔ)償?shù)姆椒把b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種應(yīng)用于補(bǔ)償轉(zhuǎn)換器(converter)、逆變器(inverter)或馬達(dá)控制時(shí)，因開關(guān)元件的停滯時(shí)間(dead time)效應(yīng)所產(chǎn)生電壓誤差的裝置及方法，尤指一種應(yīng)用于補(bǔ)償PWM轉(zhuǎn)換器或PWM逆變器中開關(guān)元件的停滯時(shí)間效應(yīng)所產(chǎn)生的電壓誤差及輸出電流失真的裝置及方法。
(2)背景技術(shù)請(qǐng)參閱圖1，圖1是為半導(dǎo)體開關(guān)元件所構(gòu)成的逆變器電路示意圖。其中，該逆變器是由一相位電橋所形成，而該相電橋是由一對(duì)具有反向恢復(fù)二極管(reverse recovery diode)并聯(lián)的開關(guān)元件串聯(lián)連接所構(gòu)成。而一負(fù)載則連接于該等串聯(lián)連接的開關(guān)元件的節(jié)點(diǎn)上，且該節(jié)點(diǎn)定義為該逆變器的一輸出端。
眾所周知，當(dāng)?shù)湫偷陌雽?dǎo)體開關(guān)元件接收到閘極驅(qū)動(dòng)訊號(hào)的導(dǎo)通(on)或截止(off)訊號(hào)時(shí)，半導(dǎo)體開關(guān)元件都具有一″固有延遲時(shí)間″(intrinsic delay)才開始進(jìn)行切換動(dòng)作。一般而言，開關(guān)元件的導(dǎo)通(turn on)動(dòng)作一般比截止(turnoff)動(dòng)作快。且，閘極驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作是依據(jù)其特性而定。因此，如果一相電橋之上臂或下臂的開關(guān)元件，其之一被給予截止(off)訊號(hào)而另一開關(guān)元件被給予導(dǎo)通(on)訊號(hào)，但截止(off)訊號(hào)與導(dǎo)通(on)訊號(hào)之間沒有給予任何延遲，則可能發(fā)生相電橋之上臂或下臂的開關(guān)元件的短路現(xiàn)象。為了防止電源供應(yīng)器中脈寬調(diào)制(pulse width modulated，PWM)逆變器或轉(zhuǎn)換器的操作時(shí)電源短路，閘極驅(qū)動(dòng)訊號(hào)必須包含一停滯時(shí)間(dead time)，其是根據(jù)元件與電路之間所具有的固有延遲時(shí)間來決定。因此，停滯時(shí)間控制對(duì)于電源供應(yīng)器的脈寬調(diào)制(PWM)逆變器或轉(zhuǎn)換器的控制是必要的，以防止電源供應(yīng)器的短路，但會(huì)造成輸出偏移。雖然在個(gè)別的情況下，其造成偏移量很小，當(dāng)經(jīng)過一段運(yùn)作周期后，此輸出電壓偏移會(huì)造成PWM輸入訊號(hào)的失真。
實(shí)際上，停滯時(shí)間會(huì)造成命令電壓(command voltage)訊號(hào)與實(shí)際輸出電壓之間的電壓誤差，因此造成電流失真及力矩漣波(torque ripple)等缺失。為簡(jiǎn)化說明，停滯時(shí)間效應(yīng)可以從三相逆變器的其中一相來說明，以U相為例。
請(qǐng)參照?qǐng)D1及圖2，PWMu為不具有停滯時(shí)間補(bǔ)償?shù)腜WM命令訊號(hào)。PWM1及PWM4是分別加入停滯時(shí)間Td控制的開關(guān)元件T1與T4的實(shí)際閘極驅(qū)動(dòng)訊號(hào)。其中，逆變器輸出電壓UUO是相對(duì)于中性線″O″的U相輸出電壓，且中性地線″O″為直流(DC)總線電壓的假設(shè)中性線。相電流的正方向是定義于圖1及圖2中。假設(shè)iu＞0，于PWM1重置之后，在停滯時(shí)間期間，開關(guān)元件T1及T4二者皆為不導(dǎo)通。然而，由于電感性負(fù)載使得輸出電流必須是連續(xù)的。所以電流流經(jīng)續(xù)流二極管(freewheeling diode)D4以維持輸出電流的連續(xù)性，此時(shí)，負(fù)直流電壓被連接至輸出端輸出。同樣地，當(dāng)輸出電流iu流入逆變器時(shí)，亦即iu＜0，于PWM4重置時(shí)，在停滯時(shí)間期間，輸出電流流經(jīng)續(xù)流二極管D1，而逆變器的輸出端為正電壓。因此可知，輸出電壓是由輸出電流方向所決定，而非由開關(guān)元件在停滯時(shí)間期間的控制訊號(hào)所決定。
請(qǐng)參閱圖2，如圖2所示的Uerror，其說明停滯時(shí)間所導(dǎo)致的脈波偏移電壓。假設(shè)開關(guān)元件是理想的，也就是說，開關(guān)元件的電壓降及切換時(shí)間皆可被忽略，則所有這些脈波偏移具有相同的電壓高度Ud以及相同的脈波寬度。由停滯時(shí)間所產(chǎn)生的脈波偏移電壓，無論電流方向?yàn)楹?，皆與電流方向相反。因此，不論輸出電流極性為何，輸出電流的大小均因此而減少。
在現(xiàn)今PWM工業(yè)技術(shù)中雖然已經(jīng)提出了許多關(guān)于停滯時(shí)間控制的補(bǔ)償方法。該等方法中大多采用平均值理論控制方法，該方法是將電壓誤差對(duì)整個(gè)運(yùn)作周期取平均值，然后再將其加到一命令電壓訊號(hào)。此外，以脈波為基礎(chǔ)所考慮的停滯時(shí)間補(bǔ)償方法中也可以適用于上述的方法。且以脈波為基礎(chǔ)所考慮的停滯時(shí)間補(bǔ)償方法可提供較精確的補(bǔ)償，但也增加了微處理器運(yùn)算處理上的負(fù)擔(dān)。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，是為一種習(xí)知的停滯時(shí)間控制補(bǔ)償方法。如圖3所示，是根據(jù)停滯時(shí)間的大小，計(jì)算補(bǔ)償電壓Vcomp以便補(bǔ)償電壓失真的流程圖。一電流檢測(cè)器檢測(cè)一輸出電流iu(步驟S1)，由一控制器判斷輸出電流iu的極性(步驟S2)。如果該輸出電流iu為正值，將該補(bǔ)償電壓Vcomp設(shè)定為一正值(步驟S3)。如果一輸出電流iu值維持在負(fù)，該補(bǔ)償電壓Vcomp被設(shè)定為一負(fù)值(步驟S4)。然后，藉由將補(bǔ)償電壓Vcomp加到一命令電壓Vcmd而獲得(步驟S5)一新的命令電壓V’cmd。
其中，當(dāng)該輸出電流iu的極性若判斷為負(fù)值時(shí)，藉由減去逆變器的停滯時(shí)間補(bǔ)償電壓Vcomp而獲得新的命令電壓V’cmd。當(dāng)輸出電流iu的極性若判斷為正時(shí)，藉由加上逆變器的停滯時(shí)間補(bǔ)償電壓Vcomp而獲得新的命令電壓V’cmd。
然而，當(dāng)電流在電流零交越點(diǎn)(zero crossing point，ZCP)附近時(shí)，其值很小時(shí)，由PWM訊號(hào)所導(dǎo)致的雜訊及暫態(tài)電流被加在小電流訊號(hào)上。使得電流檢測(cè)器難以精確地檢測(cè)出電流方向，且停滯時(shí)間的補(bǔ)償電壓方向難與實(shí)際電流方向一致。因此，造成電流失真更為惡化。
如前所述，停滯時(shí)間效應(yīng)是在開關(guān)元件的延遲時(shí)間被忽略的假設(shè)條件下所做的分析。此種假設(shè)僅在輸出電流較大的情況下是合理的，但不適用于較小的輸出電流，特別是在ZCP附近的情況。請(qǐng)參閱圖4，圖4說明在開關(guān)元件的截止時(shí)間，對(duì)于輸出電壓上的效應(yīng)，其中，a)部份是不具停滯時(shí)間的理想PWM訊號(hào)，而b)部份及c)部份是分別對(duì)應(yīng)上臂開關(guān)元件與下臂開關(guān)元件具有停滯時(shí)間的真實(shí)PWM訊號(hào)。Td表示被插入的停滯時(shí)間大小。b)部份的粗體的實(shí)線表示較大正電流輸出的情況，而虛線則表示較小正電流輸出的情況。對(duì)于較大的正電流輸出，由于電感效應(yīng)使得在停滯時(shí)間期間內(nèi)快速地促使Uuo降至低電壓。然而，對(duì)于較小正電流，在停滯時(shí)間期間，由于較大的截止時(shí)間Toff以及寄生電感及系統(tǒng)的電容而使得Uuo難以降低。因此高電壓Uuo在停滯時(shí)間期間緩慢地衰減。因此，上述的脈波偏移電壓可被縮短。降低停滯時(shí)間所造成的電壓誤差，換言之，停滯時(shí)間部份自動(dòng)被補(bǔ)償修正。當(dāng)正電流夠小時(shí)，Uuo可能達(dá)到其最大值，其表示為d)部份的最上面的虛線，而前述的脈波偏移電壓將為0。所以輸出電壓Uuo的寬度等于理想的PWM命令訊號(hào)，其清楚地表示于a)及d)部份Ta＝Tb。這表示停滯時(shí)間完全被自動(dòng)補(bǔ)償。同樣地對(duì)負(fù)電流而言，Uuo緩慢地增加，如e)部份所示，且由停滯時(shí)間所導(dǎo)致的電壓偏移逐漸地隨電流下降而降低。
上述的分析是基于在一個(gè)完整的PWM周期，輸出電流的方向并未改變的假設(shè)條件下。實(shí)際上，在一或多個(gè)連續(xù)PWM周期，通常會(huì)存在著復(fù)數(shù)個(gè)電流零交越點(diǎn)(zero crossing point，ZCP)，一般我們稱的為多重ZCP(multi-ZCP)。有各種不同多重ZCP的情況，為簡(jiǎn)化起見，以下針對(duì)其中一種典型情況進(jìn)行描述。
如圖5所示，當(dāng)輸出電流是足夠小的，此時(shí)，截止時(shí)間Toff將會(huì)有顯著影響而不能被忽略。類似上述的分析流程，在標(biāo)示為Tx的期間，從PWM1下降的暫態(tài)過程，輸出電壓Uuo緩慢地降低達(dá)到低準(zhǔn)位，如虛線所示。藉由輸出電流的下降，Uuo將延著圖示中最上面那一條虛線，并可能達(dá)到與虛線準(zhǔn)位最大值。下一個(gè)期間被標(biāo)示為Ty的停滯時(shí)間以相同的運(yùn)作被執(zhí)行。其中，Uuo的平均寬度可被表示為Tb。因此，Ta＝Tb，換言之，輸出電壓Uuo的寬度等于理想命令PWM的寬度。因此，停滯時(shí)間可自動(dòng)被補(bǔ)償。
由此可見，在一輸出電流周期中，電壓偏移并不具有相同效應(yīng)。當(dāng)輸出電流大時(shí)，由停滯時(shí)間所造成的電壓偏移則相當(dāng)大，而當(dāng)輸出電流小時(shí)，由停滯時(shí)間所造成的電壓偏移則相當(dāng)小。圖6中所示為電流零交越點(diǎn)附近的電流平坦化正是由此偏移電壓所造成。
鑒于習(xí)知技術(shù)的缺失，需要一種『逆變器及轉(zhuǎn)換器停滯時(shí)間適應(yīng)性補(bǔ)償?shù)姆椒把b置』，以提供一最佳化的低電壓、高電流輸出的直流-直流轉(zhuǎn)換器。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種停滯時(shí)間補(bǔ)償方法，其中藉由施加一偏壓電流而找出補(bǔ)償電壓與電流失真之間的關(guān)連性。然后藉由依據(jù)電流相位角(current phase angel)調(diào)整PWM空閑度(duty cycle)，將此適應(yīng)性補(bǔ)償電壓加入命令電壓上。因此，電流失真在回饋中被補(bǔ)償而能獲致良好的性能及高穩(wěn)定性能。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種方法及裝置以補(bǔ)償逆變器或轉(zhuǎn)換器中的停滯時(shí)間效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，一種應(yīng)用于電子裝置中補(bǔ)償停滯時(shí)間(dead time)效應(yīng)的方法，包括下列步驟提供一脈寬調(diào)制(pulse width modulation，PWM)參考訊號(hào)；基于該脈寬調(diào)制參考訊號(hào)提供一第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)；檢測(cè)一偏壓電流交越點(diǎn)，其為一輸出電流與一預(yù)定偏壓準(zhǔn)位的交越；根據(jù)該被檢測(cè)的偏壓電流交越點(diǎn)，產(chǎn)生一第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)，即時(shí)取代該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)；以及將該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)加至該脈寬調(diào)制參考訊號(hào)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該電子裝置是為一逆變器或一轉(zhuǎn)換器。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該停滯時(shí)間效應(yīng)是為一輸出電壓誤差或一輸出電流失真。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)中極性改變的一交越點(diǎn)是根據(jù)該偏壓電流交越點(diǎn)而自動(dòng)調(diào)整，并偏移該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)的交越點(diǎn)使其與該輸出電流的一零交越點(diǎn)接近一致。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)的一波形是根據(jù)該偏壓電流交越點(diǎn)，由該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)偏移補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)整而得。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)及該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)之一亦連續(xù)性由負(fù)值變化成正值，當(dāng)補(bǔ)償訊號(hào)的斜率比例值根據(jù)該偏壓電流交越點(diǎn)做即時(shí)變化時(shí)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)及該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)之一亦連續(xù)地極性改變，當(dāng)補(bǔ)償訊號(hào)的斜率比例值根據(jù)該偏壓電流交越點(diǎn)做即時(shí)變化時(shí)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)與該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)之一的極性改變交越點(diǎn)即時(shí)偏移，使其與該輸出電流的零交越點(diǎn)接近一致。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)的波形為接近該輸出電流的零交越點(diǎn)的具間隙斷線的近似周期性的波形。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中檢測(cè)該偏壓電流交越點(diǎn)的步驟還包括以下步驟于一期間，加入一偏壓電流至該電子裝置的一輸出端；于該期間內(nèi)，對(duì)一端點(diǎn)電壓進(jìn)行取樣；以及比較該被取樣電壓與一預(yù)定值以獲得一比較輸出訊號(hào)，其中，該比較輸出訊號(hào)的邏輯準(zhǔn)位改變，指出該偏壓電流交越點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中該偏壓電流是位于正方向與負(fù)方向中之一。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中用以檢測(cè)該偏壓電流交越點(diǎn)的一取樣電路包括一二極管，其陰極端連接至該逆變器及該轉(zhuǎn)換器之一的一臂的輸出端；一電阻，其一端連接至該二極管的一陽極端，而其另一端連接至一直流電源，其中，該電阻的值等于該預(yù)定偏壓電流的值除該直流電源的振幅所得的結(jié)果；一比較器，其輸入端之一連接至該二極管的該陽極端，而其另一輸入端連接至一預(yù)定電準(zhǔn)位；以及一取樣器，其輸入端連接至該比較器的一輸出端，其中于該逆變器及該轉(zhuǎn)換器之一的該輸出端被連接至其內(nèi)的一直流總線的一接地端的期間，致能一取樣動(dòng)作。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中調(diào)整該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)的步驟還包括以下步驟檢測(cè)一初始輸出電流方向訊號(hào)；記錄在一期間該輸出電流的極性的及該電流周期；計(jì)算該輸出電流平均值；以及延展一個(gè)周期中該輸出電流較窄的期間，并壓縮該輸出電流較寬的期間，使原輸出電流較窄的期間與原輸出電流較寬的期間實(shí)質(zhì)上相同。
根據(jù)上述的構(gòu)想，其中計(jì)算該輸出電流的周期的方法是以一相位角或時(shí)間的方式來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的方法主要包括以下步驟提供一脈寬調(diào)制(pulse width modulation，PWM)參考訊號(hào)，經(jīng)由一預(yù)定偏壓值檢測(cè)輸出電流的交越點(diǎn)，提供一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)，該停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)是根據(jù)該交越點(diǎn)而調(diào)整，并將該停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)加到該P(yáng)WM參考訊號(hào)上。因此，適應(yīng)性補(bǔ)償?shù)耐瓿膳c開關(guān)元件型態(tài)及負(fù)載狀況無關(guān)。一低成本的高可靠度電路可做為偏壓電流交越點(diǎn)檢測(cè)的較佳實(shí)施例。于本發(fā)明中，所述的補(bǔ)償方法具有下述的特點(diǎn)。偏壓電流交越點(diǎn)的檢測(cè)取代了習(xí)知技術(shù)中輸出電流的零交越點(diǎn)的檢測(cè)。停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)中的極性切換的時(shí)間點(diǎn)是根據(jù)被檢測(cè)的偏壓電流交越點(diǎn)而進(jìn)行自動(dòng)自動(dòng)調(diào)整，特別是當(dāng)輸出電流反饋的零交越點(diǎn)或輸出電流參考訊號(hào)與該停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)中的極性切換的時(shí)間點(diǎn)實(shí)質(zhì)上不同步時(shí)。此停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)是根據(jù)被檢測(cè)的偏壓電流交越點(diǎn)做即時(shí)調(diào)整，且其波形是由原始補(bǔ)償訊號(hào)偏移而得。此原始補(bǔ)償訊號(hào)的波形為在該輸出電流的零交越點(diǎn)附近具有一間隙的近似周期性波形。停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)中的極性改變的時(shí)間點(diǎn)是領(lǐng)先輸出電流中的時(shí)間點(diǎn)。此補(bǔ)償訊號(hào)是連續(xù)地從負(fù)變成正，反之亦然，斜率比例可根據(jù)被檢測(cè)的偏壓電流交越點(diǎn)而即時(shí)改變。該偏壓電流交越點(diǎn)的檢測(cè)步驟如下于輸出端連接至直流總線的接地端期間，從一取樣電路注入一偏壓電流，于此期間取樣該端點(diǎn)電壓，并比較該被取樣的電壓與一預(yù)定值。最后，比較輸出中的邏輯準(zhǔn)位改變時(shí)間點(diǎn)以指出偏壓電流交越點(diǎn)。
為更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
(4)


圖1是習(xí)知技術(shù)的逆變器的的電路示意圖；圖2是習(xí)知技術(shù)中未考慮開關(guān)元件的時(shí)間延遲情況下，停滯時(shí)間對(duì)輸出電壓的影響的波形示意圖；圖3是習(xí)知技術(shù)中根據(jù)開關(guān)元件的停滯時(shí)間控制電壓誤差補(bǔ)償?shù)牧鞒虉D；圖4是習(xí)知技術(shù)中因?yàn)橥r(shí)間變動(dòng)所導(dǎo)致的偏移電壓的波形與電路示意圖；圖5是在習(xí)知技術(shù)中，當(dāng)一PWM周期中輸出電流方向改變時(shí)，因停滯時(shí)間變化所導(dǎo)致偏移電壓的波形示意圖；圖6是習(xí)知技術(shù)中由停滯時(shí)間變化所造成的電流平坦波形示意圖；圖7是由停滯時(shí)間變化所造成的偏移電壓與補(bǔ)償電壓的波形示意圖；圖8是當(dāng)輸出電流對(duì)稱時(shí)，較佳實(shí)施例的輸出電流方向補(bǔ)償?shù)牟ㄐ问疽鈭D；圖9是當(dāng)輸出電流不對(duì)稱且落后于補(bǔ)償電壓，較佳實(shí)施例的輸出電流方向補(bǔ)償?shù)牟ㄐ问疽鈭D；圖10是當(dāng)輸出電流不對(duì)稱且超前于補(bǔ)償電壓，較佳實(shí)施例的輸出電流方向補(bǔ)償?shù)牟ㄐ问疽鈭D；圖11是本案較佳實(shí)施例的輸出電流檢測(cè)及偏壓電流注入電路；以及圖12是另一較佳實(shí)施例當(dāng)偏壓電流處于負(fù)方向時(shí)的輸出電流方向補(bǔ)償?shù)牟ㄐ问疽鈭D。
(5)具體實(shí)施方式
雖然本發(fā)明可以有各種不同形式的實(shí)施例，為簡(jiǎn)化說明起見，在下文中將針對(duì)某些較佳實(shí)施例的細(xì)節(jié)做一步描述及說明。然而本處所揭示的內(nèi)容是例示本發(fā)明的原理，但并不局限于下述實(shí)施例。
如上所述，由停滯時(shí)間所造成的電壓偏移是位于與輸出電流相反的方向，且其大小是依據(jù)輸出電流方向而決定。為簡(jiǎn)化起見，電壓偏移波形簡(jiǎn)化如圖7所示的梯形。請(qǐng)參閱圖7，在t2與t3期間，因?yàn)檠舆t時(shí)間大到足以自動(dòng)補(bǔ)償停滯時(shí)間，而在t1與t2期間及t3與t4期間，延遲時(shí)間的逐漸增加，停滯時(shí)間部份被自動(dòng)補(bǔ)償。為補(bǔ)償此偏移電壓，如圖7的c)部份所示的反向電壓需要被加到輸出電壓上。然而很不幸地，這樣的方式太復(fù)雜而無法被直接使用。其理由在于，當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)，精確檢測(cè)輸出電流從何時(shí)開始進(jìn)入延遲時(shí)間控制或離開延遲時(shí)間控制的時(shí)刻是極為困難的。故加入一領(lǐng)先的或在前的梯形補(bǔ)償電壓，以便克服此問題，如d)部份所示。在t0時(shí)刻，其為補(bǔ)償電壓的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(彎曲點(diǎn))，對(duì)于偏移電壓的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的領(lǐng)先時(shí)間Δt是由停滯時(shí)間來決定。
請(qǐng)參閱圖8，時(shí)刻t1，t2及t3是實(shí)際的電流ZCPs。如上所述，準(zhǔn)確地檢測(cè)這些時(shí)間是困難的或需耗費(fèi)高成本。除了ZCPs附近的電流平坦化的出現(xiàn)外，電流上的小誤差對(duì)應(yīng)相當(dāng)大的相位角。因此，在電流上的小誤差將導(dǎo)致相當(dāng)多的誤差補(bǔ)償運(yùn)作。于此發(fā)明中，一偏壓電流被加到一電流檢測(cè)電路上且對(duì)應(yīng)的ZCPs發(fā)生在時(shí)刻t4，t5及t6。明顯地，所檢測(cè)的電流方向訊號(hào)不是對(duì)稱的。換句話說，其并非為50％的空閑度(duty)，即使輸出電流為理想的正弦波。此情況被描述于b)部份，其中在時(shí)間Tp的周期中輸出電流為正，而于時(shí)間Tn的周期中電流為負(fù)。參照c)部份，電流檢測(cè)訊號(hào)藉由使時(shí)間Tp的期間延長(zhǎng)Ta至輸出電流的零交越點(diǎn)，以及延長(zhǎng)Tb至輸出電流的零交越點(diǎn)，其中Ta及Tb遵循以下的程式Ta＝Tb＝|Tn-Tp|/4(1)可以看見電流檢測(cè)訊號(hào)是對(duì)稱的，亦即，Tp’＝Tn’，且被修改的電流零交越點(diǎn)訊號(hào)正確地指示實(shí)際的ZCP。
以上的描述是在電流對(duì)稱的假設(shè)下進(jìn)行的，然而，當(dāng)此假設(shè)不符時(shí)，偏壓電流技術(shù)可調(diào)整此電流使其為對(duì)稱。換句話說，此電流失真可被消除。圖9表示輸出電流的情況，其中失真是由過于落后的補(bǔ)償電壓所造成。當(dāng)此偏壓電流被使用時(shí)，對(duì)應(yīng)的被檢測(cè)的ZCP訊號(hào)在時(shí)刻t4，t5及t6發(fā)生。此被檢測(cè)的電流方向檢測(cè)訊號(hào)是依據(jù)程式(1)而被補(bǔ)償，而修改后的ZCP訊號(hào)則被表示于c)部份。此訊號(hào)并不與實(shí)際電流同步，且因此補(bǔ)償電壓的斷點(diǎn)(break point)更早被提前導(dǎo)入失真電壓。因此，輸出電壓傾向于對(duì)稱且失真可以被大幅消除。
當(dāng)輸出電流是處于圖10所示的波形時(shí)，并使用偏壓電流且ZCP訊號(hào)如上所述那樣補(bǔ)償，被修改的ZCPs在時(shí)刻t1，t2及t3發(fā)生。這表示補(bǔ)償電壓的領(lǐng)先被等量縮短。因此，輸出電流傾向于對(duì)稱且失真可以被大幅消除。
因此，偏壓電流方法的使用，補(bǔ)償電壓的斷點(diǎn)是依據(jù)電流波形而被調(diào)整以補(bǔ)償失真。此外，不同型態(tài)的開關(guān)元件所造成的問題及電流方向訊號(hào)的不精確可以利用反饋方式加以克服。
本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例如圖11所示，為簡(jiǎn)化起見，僅表示逆變器或轉(zhuǎn)換器的一相。于圖中，電流方向是藉由電路檢測(cè)，其包括一二極管1，一電阻2以及一比較器3。偏壓電流方法可輕易地藉由設(shè)定電阻2至一適合的值來實(shí)施。例如，設(shè)定此電阻2為100Ω并假設(shè)電源Vcc為15V，偏壓電流將大約是130mA。比較器8的輸出藉由隔離器4隔離并傳輸至控制器5。此控制器5對(duì)電流方向訊號(hào)取樣并立即依據(jù)程式(1)修改原始的電流方向訊號(hào)，以便產(chǎn)生指示導(dǎo)入補(bǔ)償電壓的斷點(diǎn)的適合時(shí)刻。因此，控制器5依據(jù)修改的電流方向訊號(hào)，藉由擴(kuò)張或窄化PWM命令訊號(hào)而將間隙(gappy)波形的補(bǔ)償電壓加到命令電壓訊號(hào)，并輸出一新的PWM命令訊號(hào)。
綜合上述，本發(fā)明可提供一種逆變器及轉(zhuǎn)換器停滯時(shí)間適應(yīng)性補(bǔ)償?shù)姆椒把b置以減少該輸出電壓誤差與該輸出電流失真，因此得以解決習(xí)知技術(shù)的失，進(jìn)而達(dá)成本發(fā)明的研發(fā)目的。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于電子裝置中補(bǔ)償停滯時(shí)間效應(yīng)的方法，其特征在于，包括下列步驟提供一脈寬調(diào)制參考訊號(hào)；基于該脈寬調(diào)制參考訊號(hào)提供一第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)；檢測(cè)一偏壓電流交越點(diǎn)，其為一輸出電流與一預(yù)定偏壓準(zhǔn)位的交越；根據(jù)該被檢測(cè)的偏壓電流交越點(diǎn)，產(chǎn)生一第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)，即時(shí)取代該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)；以及將該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)加至該脈寬調(diào)制參考訊號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該電子裝置是為一逆變器或一轉(zhuǎn)換器。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，用以檢測(cè)該偏壓電流交越點(diǎn)的一取樣電路包括一二極管，其陰極端連接至該逆變器及該轉(zhuǎn)換器之一的一臂的輸出端；一電阻，其一端連接至該二極管的一陽極端，而其另一端連接至一直流電源，其中該電阻的值等于該預(yù)定偏壓電流的值除該直流電源的振幅所得的結(jié)果；一比較器，其輸入端之一連接至該二極管的該陽極端，而其另一輸入端連接至一預(yù)定電準(zhǔn)位；以及一取樣器，其輸入端連接至該比較器的一輸出端，其中，于該逆變器及該轉(zhuǎn)換器之一的該輸出端被連接至其內(nèi)的一直流總線的一接地端的期間，致能一取樣動(dòng)作。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該停滯時(shí)間效應(yīng)是為一輸出電壓誤差或一輸出電流失真。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)中極性改變的一交越點(diǎn)是根據(jù)該偏壓電流交越點(diǎn)而自動(dòng)調(diào)整，并偏移該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)的交越點(diǎn)使其與該輸出電流的一零交越點(diǎn)接近一致。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)的一波形是根據(jù)該偏壓電流交越點(diǎn)，由該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)偏移補(bǔ)償自動(dòng)調(diào)整而得。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)及該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)之一亦連續(xù)性由負(fù)值變化成正值，當(dāng)補(bǔ)償訊號(hào)的斜率比例值根據(jù)該偏壓電流交越點(diǎn)進(jìn)行即時(shí)變化時(shí)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)及該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)之一亦連續(xù)地極性改變，當(dāng)補(bǔ)償訊號(hào)的斜率比例值根據(jù)該偏壓電流交越點(diǎn)進(jìn)行即時(shí)變化時(shí)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)與該第二停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)之一的極性改變交越點(diǎn)即時(shí)偏移，使其與該輸出電流的零交越點(diǎn)接近一致。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)的波形為接近該輸出電流的零交越點(diǎn)的具有間隙斷線的近似周期性的波形。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，檢測(cè)該偏壓電流交越點(diǎn)的步驟還包括以下步驟于一期間，加入一偏壓電流至該電子裝置的一輸出端，其中，該偏壓電流是位于正方向與負(fù)方向中之一；于該期間內(nèi)，對(duì)一端點(diǎn)電壓進(jìn)行取樣；以及比較該被取樣電壓與一預(yù)定值以獲得一比較輸出訊號(hào)，其中該比較輸出訊號(hào)的邏輯準(zhǔn)位改變，指出該偏壓電流交越點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)整該第一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)的步驟還包括以下步驟檢測(cè)一初始輸出電流方向訊號(hào)；記錄在一期間該輸出電流的極性的及該電流周期，其中計(jì)算該輸出電流的周期的方法是以一相位角或時(shí)間的方式來實(shí)現(xiàn)；計(jì)算該輸出電流平均值；以及延展一個(gè)周期中該輸出電流較窄的期間，并壓縮該輸出電流較寬的期間，使原輸出電流較窄的期間與原輸出電流較寬的期間實(shí)質(zhì)上相同。
全文摘要
本發(fā)明是提供一種逆變器或轉(zhuǎn)換器停滯時(shí)間效應(yīng)的補(bǔ)償方法，其是應(yīng)用在具有至少一上下二互補(bǔ)開關(guān)的逆變器或轉(zhuǎn)換器中停滯時(shí)間效應(yīng)的補(bǔ)償。本發(fā)明方法主要包括以下步驟提供一起始脈寬調(diào)制(PWM)參考訊號(hào)；提供一偏壓電流訊號(hào)并檢測(cè)該偏壓電流交越點(diǎn)；根據(jù)該交越點(diǎn)而提供一停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)；以及將該停滯時(shí)間補(bǔ)償訊號(hào)加至該脈寬調(diào)制參考訊號(hào)。因此，適應(yīng)性補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)與開關(guān)元件種類及負(fù)載無關(guān)。本發(fā)明中還包括一低成本、高可靠度的偏壓電流交越點(diǎn)檢測(cè)電路。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK1467907SQ0310414
公開日2004年1月14日 申請(qǐng)日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者應(yīng)建平, 吳志敢, 王進(jìn) 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司