專利名稱：用于控制連接到dc－總線電容器的功率變換器系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及控制功率變換器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
降低功率變換系統(tǒng)中的紋波電流的需求和期望是眾所周知的。高紋波電流可提高連接到直流(DC)總線的組件的溫度，以及提高功率變換系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾量。而且，高紋波電流可劣化功率變換系統(tǒng)中組件的運(yùn)行或壽命，還會(huì)降低功率變換系統(tǒng)的耐用性或性能。用來(lái)降低功率變換系統(tǒng)中的紋波電流的電容器可能是相對(duì)昂貴的組件。較大的電容器通常用作流過(guò)DC總線的紋波電流的期望增加等級(jí)。然而，電容器的花費(fèi)隨著電容器大小的增加而增加。因此，可能希望降低功率變換系統(tǒng)中的期望紋波電流，這允許功率變換系統(tǒng)使用較小的DC-總線電容器。較小的DC-總線電容器可以降低功率變換系統(tǒng)的重量、大小和體積。

發(fā)明內(nèi)容
用于控制具有連接到直流(DC)-總線電容器的第一、第二和第三相臂(phase leg)的功率變換器系統(tǒng)的系統(tǒng)或方法的各個(gè)實(shí)施例確定相臂電流中至少兩個(gè)相臂電流的電流的方向，并且會(huì)響應(yīng)電流的方向，控制功率變換器系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以降低DC-總線電容器中的紋波電流。


圖1是說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例用于控制具有連接到直流(DC)-總線電容器的第一、 第二和第三相臂的功率變換器系統(tǒng)的系統(tǒng)的示意圖；圖2是說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的功率變換器系統(tǒng)中的三相變換器的有效狀態(tài)的矢
量圖；圖3是說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)連續(xù)脈寬調(diào)制(CPWM)方案的第一、第二和第三相臂相對(duì)時(shí)間的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)圖；圖4是類(lèi)似于圖3的開(kāi)關(guān)圖，但顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的當(dāng)至少兩個(gè)相臂的相電流以相同方向流動(dòng)時(shí)，被改變的相臂A的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；圖5是類(lèi)似于圖3的開(kāi)關(guān)圖，但顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例當(dāng)至少兩個(gè)相臂的相電流以相同方向流動(dòng)時(shí)，被改變的相臂A和B的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；圖6是一幅開(kāi)關(guān)圖，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，依照不連續(xù)脈寬調(diào)制(DPWM)方案說(shuō)明第一、 第二和第三相臂相對(duì)時(shí)間的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；圖7a是類(lèi)似于圖6的開(kāi)關(guān)圖，但顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例當(dāng)至少兩個(gè)相臂的相電流以相同方向流動(dòng)時(shí)，被改變的相臂B相對(duì)于其它相臂中的一個(gè)相臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；
圖7b是類(lèi)似于圖6的開(kāi)關(guān)圖，但顯示與&波形的下降沿對(duì)齊的&波形的上升沿；圖7c是類(lèi)似于圖6的開(kāi)關(guān)圖，但顯示與&波形的下降沿對(duì)齊的&波形的上升沿； 以及圖8是說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例控制功率變換器系統(tǒng)，諸如圖1的功率變換器系統(tǒng)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本公開(kāi)的實(shí)施例一般提供一種控制具有直流(DC)-總線電容器的功率變換器系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)。在操作中，功率變換器系統(tǒng)被控制以降低流過(guò)DC-總線電容器的紋波電流。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，圖示并參照任何一幅圖描述的實(shí)施例的各種特征可以與一個(gè)或多個(gè)其它圖中圖示的特征組合以產(chǎn)生沒(méi)有明確圖示或描述的可替代實(shí)施例。圖示特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代表性實(shí)施例。但是，對(duì)于具體應(yīng)用或?qū)嵤┓绞?，可能需要采用與本公開(kāi)內(nèi)容中的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和修改。參照?qǐng)D1，提供系統(tǒng)10以控制功率變換器系統(tǒng)12。圖1的功率變換器系統(tǒng)12顯示為包括具有第一相臂16、第二相臂18和第三相臂20的變換器14。盡管變換器14顯示為三相變換器，但變換器14可以包括附加相臂。例如，變換器14可以是四相變換器，五相變換器，六相變換器等等。此外，功率變換器系統(tǒng)12可以包括多個(gè)變換器，變換器系統(tǒng)12 中的每個(gè)變換器14包括三個(gè)相臂或多個(gè)相臂。例如，系統(tǒng)10可以控制功率變換器系統(tǒng)12 中的兩個(gè)或更多變換器14。圖1的變換器14顯示為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器。但是，變換器14可以是具有至少第一相臂16、第二相臂18和第三相臂20的任何類(lèi)型的變換器。第一相臂16、第二相臂18和第三相臂20具有各自的第一、第二和第三關(guān)聯(lián)相電流，諸如圖1中所示的相電流ia，ib和ic。如圖1中所示，變換器14可以是DC到AC變換器。在操作中，DC到AC變換器通過(guò) DC總線M接收來(lái)自DC電源鏈(power link) 22的DC功率，并將DC功率轉(zhuǎn)換成AC功率。 AC功率是通過(guò)相電流ia，ib和i。傳送的，以驅(qū)動(dòng)AC電機(jī)26，諸如圖1中描繪的三相永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)。在此例子中，DC電源鏈22可以包括向DC總線M提供DC功率的DC蓄電池。在另一例子中，變換器14可作為將來(lái)自AC電機(jī)沈(例如發(fā)電機(jī))的AC功率變換成 DC功率的AC到DC變換器運(yùn)行，DC總線M可以向DC電源鏈22提供DC功率。而且，系統(tǒng) 10可以以其它功率電子拓?fù)淇刂乒β首儞Q器系統(tǒng)12。繼續(xù)參照?qǐng)D1，變換器14中的每個(gè)相臂16、18和20包括電源開(kāi)關(guān)28，電源開(kāi)關(guān)可以由各種類(lèi)型的可控開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)電源開(kāi)關(guān)觀可以包括二極管和三極管，諸如舉例講IGBT。圖1的二極管被標(biāo)記為Dal，Da2，Dbl，Db2，Dcl和D。2，而圖1的IGBT被分別標(biāo)記為Sa2，Sbl, Sb2, Scl和、。具有Sa2，Dal和Da2的電源開(kāi)關(guān)是三相變換器的相臂A的一部分，所述相臂A在圖1中標(biāo)記為第一相臂16。同樣，具有i5bl，Sb2, Dbl和Db2的電源開(kāi)關(guān)是相臂B的一部分，并且具有S。1; Sc2, Dcl和D。2的電源開(kāi)關(guān)是三相變換器的相臂C 的一部分。根據(jù)變換器14的具體配置，變換器14可以包括任何數(shù)目的電源開(kāi)關(guān)觀或電路元件。如圖1所示，配備了電流傳感器CSa，(^b*CS。，以感測(cè)在各個(gè)相臂16、18和20中的電流。圖1顯示與功率變換器系統(tǒng)12分離的電流傳感器CSa，C^^n CS。。但是，根據(jù)其配置，電流傳感器CSa，CSb和CS。可以被集成作為功率變換器系統(tǒng)12的一部分。圖1的電流傳感器CSa，CSb和CS。與每個(gè)相臂A，B和C(即圖1中的相臂16、18和20)串聯(lián)安裝，并為系統(tǒng)10提供各個(gè)反饋信號(hào)ias，ibs和i。s(在圖1中也圖示出)。反饋信號(hào)ias，ibs和ics可以是由邏輯器件(LD) 30處理的原始電流信號(hào)，或可以嵌入關(guān)于通過(guò)各自的相臂16、18和20 的電流的數(shù)據(jù)或信息或者利用其來(lái)編碼。在操作中，由ias，ibs和i。s代表的反饋數(shù)據(jù)/信號(hào)可以指示電流的方向，電流的幅度或通過(guò)各個(gè)相臂A，B和C的電流的方向和幅度二者。再次參照?qǐng)D1，系統(tǒng)10包括邏輯器件(LD)或控制器30。控制器或LD 30可以由各種類(lèi)型的電子器件和/或基于微處理器的計(jì)算機(jī)或控制器或電子器件和/或基于微處理器的計(jì)算機(jī)或控制器的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)控制功率變換器系統(tǒng)12的方法，控制器30 可以執(zhí)行嵌入的或?qū)⒎椒ň幋a并存儲(chǔ)在易失性和/或永久性存儲(chǔ)器34中的計(jì)算機(jī)程序或算法?？商娲?，邏輯可以在一個(gè)或多個(gè)集成電路芯片上存儲(chǔ)的邏輯或門(mén)陣列中編碼。如圖1的實(shí)施例所示，控制器30接收并處理反饋信號(hào)ias，ibs和ics以控制相電流ia，ib和i。， 使得相電流ia，ib和i。根據(jù)各個(gè)電流或電壓模式，流過(guò)相臂16、18和20，并進(jìn)入AC電機(jī)沈的各自繞組。例如，電流模式可以包括流入并離開(kāi)DC-總線M或DC-總線電容器32的相電流ia，ib和i。的模式。圖1的DC-總線電容器32顯示為與功率變換器系統(tǒng)12分開(kāi)。但是，DC-總線電容器32可以集成作為功率變換器系統(tǒng)12的一部分。如圖1中所示，存儲(chǔ)介質(zhì)34(后文稱作“存儲(chǔ)器”)，諸如計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)嵌入或?qū)⒎椒ň幋a的計(jì)算機(jī)程序或算法。此外，存儲(chǔ)器34可以存儲(chǔ)關(guān)于功率變換器系統(tǒng) 12中的各個(gè)操作條件或組件的數(shù)據(jù)或信息。例如，存儲(chǔ)器34可以存儲(chǔ)關(guān)于通過(guò)各個(gè)相臂 16、18和20的電流的數(shù)據(jù)或信息。存儲(chǔ)器34可以是如圖1所示的控制器30的一部分。但是，存儲(chǔ)器34可以被定位在控制器30可訪問(wèn)的任何適當(dāng)位置。如圖1中所示，控制器30向功率變換器系統(tǒng)12傳送至少一個(gè)控制信號(hào)36。功率變換器系統(tǒng)12接收控制信號(hào)36，以控制變換器14的開(kāi)關(guān)配置，并且因此控制通過(guò)各個(gè)相臂 16、18和20的電流。開(kāi)關(guān)配置是變換器14中的電源開(kāi)關(guān)觀的一組開(kāi)關(guān)狀態(tài)。通常，變換器14的開(kāi)關(guān)配置確定變換器14如何在DC電源鏈22和AC電機(jī)沈之間變換功率。為了控制變換器14的開(kāi)關(guān)配置，變換器14根據(jù)控制信號(hào)36將變換器14中的每個(gè)電源開(kāi)關(guān)觀的開(kāi)關(guān)狀態(tài)改變?yōu)榻油?ON)狀態(tài)或關(guān)斷(OFF)狀態(tài)。在所示的實(shí)施例中， 為了將電源開(kāi)關(guān)觀切換為接通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)，變換器14控制施加到每個(gè)電源開(kāi)關(guān)觀的柵極電壓(Vg)，并因此控制每個(gè)電源開(kāi)關(guān)觀的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。(圖1中所示的)柵極電壓Vgal, Vga2, Vgbl, Vgb2, Vgcl, Vgc2控制各個(gè)電源開(kāi)關(guān)28的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)變換器14被顯示為圖1的電壓驅(qū)動(dòng)的器件時(shí)，變換器14可以是電流驅(qū)動(dòng)的器件或由使電源開(kāi)關(guān)觀在接通和關(guān)斷狀態(tài)之間切換的其它策略來(lái)控制。同樣如圖1所示，每個(gè)相臂16、18和20包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)觀。但是，在不使DC電源鏈22短路情況下，在每個(gè)相臂16、18和20中只有一個(gè)開(kāi)關(guān)可以處在接通狀態(tài)。因此，在每個(gè)相臂中，下面開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)典型地與相應(yīng)的上面開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)相反。因此，相臂的高(HIGH)狀態(tài)指臂中的上面開(kāi)關(guān)處在接通狀態(tài)，下面開(kāi)關(guān)處在關(guān)斷狀態(tài)。同樣，相臂的低 (LOW)狀態(tài)指臂中的上面開(kāi)關(guān)處在關(guān)斷狀態(tài)，下面開(kāi)關(guān)處在接通狀態(tài)。改變變換器14中的一個(gè)或多個(gè)電源開(kāi)關(guān)觀的開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以改變變換器14的開(kāi)關(guān)配置，并因此改變變換器14如何在DC電源鏈22和AC電機(jī)沈之間變換功率。例如，如果變換器14是三相變換器，則變換器14的開(kāi)關(guān)配置包括<000>，<100>，<110>，<010>，<011>， <001>，<101>，和<111>，其中<000>和<111>是變換器14的無(wú)效(或空)狀態(tài)，而其它狀態(tài)(即，<100>，<110>，<010>，<011>，<001>，和 <101 是變換器 14 的有效狀態(tài)。在圖1所示的三相變換器例子的有效狀態(tài)期間，可以出現(xiàn)兩種情況(1)兩個(gè)相臂處于高狀態(tài)，而第三相臂處于低狀態(tài)，或(2) —個(gè)相臂處于高狀態(tài)，而另兩個(gè)相臂處于低狀態(tài)。因此，三相變換器中的一個(gè)相臂可以(其針對(duì)變換器14的特定有效狀態(tài)被定義為“參考”相)處于與另兩個(gè)具有相同狀態(tài)的相臂或“非參考相”相反的狀態(tài)。因此，非參考相在變換器14的有效狀態(tài)期間，要么全在高狀態(tài)，或全在低狀態(tài)。如圖2中所示，圖1的三相變換器的有效狀態(tài)可以被繪制成矢量圖。圖2的矢量圖具有彼此之間相隔120度的三個(gè)相軸。當(dāng)變換器14中的相臂處于高狀態(tài)時(shí)，該相臂被表示為矢量或沿特定的相軸的正箭頭。另一方面，當(dāng)變換器14中的相臂處于低狀態(tài)時(shí)，該相臂被表示為負(fù)矢量或指向與高狀態(tài)中的相同相臂比較而言相反方向的負(fù)箭頭。表示變換器 14的開(kāi)關(guān)配置的整個(gè)有效矢量是三個(gè)相臂A，B和C的矢量和。圖2的矢量圖顯示具有六個(gè)有效狀態(tài)(即<100>，<110>，<010>，<011>，<001>，和<101>)的變換器14。但是，根據(jù)變換器14中的附加相臂的數(shù)目，變換器14可以具有附加的有效狀態(tài)。例如，變換器14可以是具有14個(gè)有效狀態(tài)和兩個(gè)空狀態(tài)(例如<0000〉和<1111 的四相變換器。繼續(xù)參照?qǐng)D2，變換器具有許多個(gè)相鄰狀態(tài)。相鄰狀態(tài)指表示下一個(gè)矢量或彼此相鄰矢量的變換器14的兩個(gè)狀態(tài)。例如，狀態(tài)<101>和<110>相對(duì)于狀態(tài)<100>是有效相鄰狀態(tài)。狀態(tài)<001>，<011>，和<010>相對(duì)于狀態(tài)<100>是非相鄰有效狀態(tài)。控制器30可以采用根據(jù)變換器14的相鄰狀態(tài)來(lái)控制變換器14的開(kāi)關(guān)配置的策略，以有利于降低DC-總線電容器32中的紋波電流。如圖1中所示，在變換器14的無(wú)功(或空)狀態(tài)期間，電流ia，ib和i。在相臂16、 18和20中循環(huán)，而不返回DC總線24。因此，當(dāng)變換器14處于無(wú)功狀態(tài)時(shí)，返回DC總線M 的凈電流ibus (如圖1中所示)是0。在變換器14的有效狀態(tài)期間，當(dāng)參考相臂處于高狀態(tài)時(shí)，從變換器14到DC電源鏈22的凈電流ibus等于參考相臂的相電流。但是，在變換器14 的有效狀態(tài)期間，當(dāng)參考相臂處于低狀態(tài)時(shí)，流向DC電源鏈22的凈電流ibus等于參考相臂的負(fù)的相電流(或相反的電流極性)。由于所有的相電流之和等于0(即ia+ib+i。= 0)，控制器30可以根據(jù)通過(guò)兩個(gè)非參考相的電流，計(jì)算返回DC電源鏈22的DC電流。例如，當(dāng)兩個(gè)非參考相處于高狀態(tài)時(shí)，控制器30可以將返回DC電源鏈22的DC電流計(jì)算為通過(guò)這兩個(gè)非參考相的電流的和。同樣地，當(dāng)非參考相處于低狀態(tài)時(shí)，控制器30可以將返回DC電源鏈22的DC電流計(jì)算為通過(guò)兩個(gè)非參考相的電流的和的負(fù)值。在操作中，在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期期間，控制器30確定在至少兩個(gè)相臂中的電流的方向，然后響應(yīng)于電流的方向控制變換器14的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以降低DC-總線電容器32中的紋波電流?？刂破?0可以針對(duì)系統(tǒng)10的方向性參考，確定相對(duì)于DC總線電容器32在兩個(gè)相臂中的電流的方向。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器30控制變換器14的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以降低DC總線 M中的均方根(RMS)電流，從而降低DC-總線電容器32中的紋波電流。控制器30還可以控制變換器14的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以增大在非參考相臂中，以相反方向(即相反的電流極性)流動(dòng)的電流有效狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。如果在原始開(kāi)關(guān)模式中的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段具有電流以相同方向流過(guò)非參考相臂的有效狀態(tài)，則控制器30可以控制開(kāi)關(guān)模式，以移出此不期望的(一
6個(gè)或多個(gè))區(qū)段或降低變換器14具有不期望的(一個(gè)或多個(gè))區(qū)段的時(shí)間。此外，控制器 30可以控制開(kāi)關(guān)模式，以不僅移出不期望的(一個(gè)或多個(gè))區(qū)段，還降低變換器14中一個(gè)或多個(gè)無(wú)效(或空)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，并增加鄰近于不期望的(一個(gè)或多個(gè))區(qū)段的不期望矢量的附加的有效矢量。這些策略通過(guò)圖3-7c的開(kāi)關(guān)圖的例子進(jìn)行解釋。參照?qǐng)D3_7c，提供開(kāi)關(guān)圖以說(shuō)明由控制器30控制的第一相臂16、第二相臂18和第三相臂20的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。Sa代表變換器14的相臂A。\的值要么是“1”，要么是“0”。如所示的，“ 1，，代表相臂A處于高狀態(tài)，其中相臂A的上面開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)，且下面開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)。同樣地，“0”代表相臂A處于低狀態(tài)，其中相臂A的上面開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)， 且下面開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)。同樣，代表值要么為“1”要么為“0”的變換器14的各個(gè)相臂B和C。如同相臂A，“l(fā)”代表相臂B中的高狀態(tài)，而“0”代表相臂“B”中的低狀態(tài)。 同樣，“1”代表相臂C中的高狀態(tài)，而“0”代表相臂C中的低狀態(tài)。符號(hào)“Τ” (在圖3-7a中顯示)代表控制器30為功率變換器系統(tǒng)12確定期望的電壓模式的一個(gè)開(kāi)關(guān)循環(huán)或周期。 例如，開(kāi)關(guān)循環(huán)可以是100微秒。同樣，符號(hào)“2T”代表兩個(gè)開(kāi)關(guān)循環(huán)或周期。參照?qǐng)D3，提供第一開(kāi)關(guān)圖40，以說(shuō)明根據(jù)連續(xù)脈寬調(diào)制(CPWM)方案的相臂A，B 和C相對(duì)于時(shí)間的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。第一開(kāi)關(guān)圖40顯示變換器14的不同的開(kāi)關(guān)配置的模式。在第一開(kāi)關(guān)圖40中所示的模式包括在開(kāi)關(guān)循環(huán)T期間的三個(gè)無(wú)效(或空)狀態(tài)。圖3中的變換器14在開(kāi)關(guān)循環(huán)T期間的三個(gè)無(wú)效狀態(tài)是<000>，<111>和<000>，分別標(biāo)記為“零矢量-0”，“零矢量-7”和“零矢量-0”。變換器14在開(kāi)關(guān)循環(huán)T期間的有效狀態(tài)包括<001> 和<011>，分別標(biāo)記為“非零矢量-1”和“非零矢量_2”。當(dāng)變換器14處于狀態(tài)<001>時(shí)， 返回DC總線對(duì)的凈電流ibus(在圖1中顯示)等于相電流+i。。而且，當(dāng)變換器14處于狀態(tài)<011>時(shí)，電流ibus等于相電流_ia (相反極性的相電流U。注意，如圖2中所示，變換器 14的狀態(tài)<001>和<011>彼此相鄰。參照?qǐng)D3和圖4，為了降低流向DC總線M的總RMS電流(或流向DC-總線電容器32的紋波電流)，假設(shè)狀態(tài)<001>是不期望的(一個(gè)或多個(gè))區(qū)段中的不期望狀態(tài)，其中相臂A和B是相同極性的電流(即相臂A和B具有相同方向的電流)，控制器30通過(guò)將與不期望狀態(tài)關(guān)聯(lián)的有效矢量和與此不期望的矢量相鄰的不同的有效矢量進(jìn)行交換，來(lái)降低 RMS電流的持續(xù)時(shí)間，這也可以降低變換器14中的一個(gè)或多個(gè)無(wú)效矢量的持續(xù)時(shí)間。參照?qǐng)D2，與<001>相鄰的矢量是<011>和<101>。但是，矢量<011>(標(biāo)記為“非零矢量-2”)處于圖3的原始開(kāi)關(guān)模式中。因此，控制器30選擇矢量<101>作為用于移位模式的有效矢量，如圖4所示的第二開(kāi)關(guān)圖42?？刂破?0控制變換器14的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以從原始&模式要么向右要么向左移位開(kāi)關(guān)模式&，或波形&，從而降低矢量<001>的長(zhǎng)度，同時(shí)產(chǎn)生期望的替代矢量<101>。在第二開(kāi)關(guān)圖42中標(biāo)記為“原始模式”的\波形對(duì)應(yīng)于圖3的第一開(kāi)關(guān)圖40中的\波形。例如，控制器30可以在開(kāi)關(guān)循環(huán)T上控制相臂A，B和C的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以將標(biāo)記為“原始模式” 的\波形移位到標(biāo)記為“移位模式”的\波形。而且，圖4顯示的例子中&向右移位，這降低了原始不期望的矢量<001>的持續(xù)時(shí)間，以及降低了原始無(wú)效矢量<111>的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)控制器30改變相臂A的開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，控制器30可以如圖4中所示將例如相臂 A的高狀態(tài)與相臂B和C的各自的低和高狀態(tài)對(duì)齊，以降低功率變換器系統(tǒng)12中空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。第二開(kāi)關(guān)圖42(圖4)還顯示功率變換器系統(tǒng)12中比第一開(kāi)關(guān)圖40(圖3)更短的空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。因此，當(dāng)控制器30將圖4中標(biāo)記為“原始模式”的\波形移位到圖4中標(biāo)記為“移位模式”的\波形時(shí)，功率變換器系統(tǒng)12中的空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間在諸如開(kāi)關(guān)循環(huán)T的給定的時(shí)間內(nèi)被降低。而且，當(dāng)變換器14中的兩個(gè)非參考相臂的相電流以相反方向流動(dòng)時(shí)，DC-總線電容器32中的紋波電流降低。參照?qǐng)D3和圖5，假設(shè)在第一開(kāi)關(guān)圖40中的不期望的矢量是<011>(在圖3中標(biāo)記為“非零矢量_2” )，且相臂B和C是相同極性的電流(即相臂B和C具有相同方向的電流)，則控制器30通過(guò)將圖3的第一開(kāi)關(guān)圖40中的原始開(kāi)關(guān)模式移位到第三開(kāi)關(guān)圖44，諸如圖5中所示的示例性的開(kāi)關(guān)圖來(lái)降低矢量<011>的持續(xù)時(shí)間?？刂破?0可以產(chǎn)生與不期望的矢量<011>相鄰的另一有效矢量，以降低矢量<011>的持續(xù)時(shí)間，以及降低一個(gè)或多個(gè)無(wú)效矢量的持續(xù)時(shí)間。參照?qǐng)D2，與矢量<011>相鄰的矢量是矢量<001>和<010>。但是，矢量<001>(標(biāo)記為“非零矢量-1”)處于圖3的原始開(kāi)關(guān)模式中。因此，控制器30選擇矢量<010>作為用于移位模式的有效矢量?？刂破?0控制變換器14的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以將&的開(kāi)關(guān)模式從原始位置向右或向左移位，以降低矢量<011>的長(zhǎng)度，同時(shí)產(chǎn)生期望的替代矢量<010>，并降低無(wú)效矢量<000>(在圖3中標(biāo)記為“零矢量-0”)的持續(xù)時(shí)間。但是，控制器30改變Sa 的開(kāi)關(guān)模式，使得在不產(chǎn)生另一有效矢量情況下，保持原始無(wú)效矢量<111> (標(biāo)記為“零矢量-7”)。如圖5中所示，第三開(kāi)關(guān)圖44顯示當(dāng)變換器14中的兩個(gè)非參考相臂(即相臂B 和C)的相電流以相同方向流動(dòng)時(shí)，被改變的相臂A和B的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在第三開(kāi)關(guān)圖44中標(biāo)記為“原始模式”的Sa和&波形對(duì)應(yīng)于圖3中所示的第一開(kāi)關(guān)圖40中的相應(yīng)的Sa和 Sb波形。在操作中，控制器30可以控制相臂A，B和C在開(kāi)關(guān)循環(huán)T上的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以將標(biāo)記為“原始模式”的Sa和&波形移位到標(biāo)記為“移位模式”的相應(yīng)Sa和&波形。圖5顯示其中第一開(kāi)關(guān)圖40 (圖3)的&波形被向右移位的例子。當(dāng)控制器30 改變相臂A和B的開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，控制器30可以例如如圖5中所示將相臂B的高狀態(tài)和相臂C的低狀態(tài)對(duì)齊，以降低在功率變換器系統(tǒng)12中空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。第三開(kāi)關(guān)圖44顯示在功率變換器系統(tǒng)12中比第一開(kāi)關(guān)圖40更短的空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。因此，當(dāng)控制器30 將標(biāo)記為“原始模式”的Sa和&波形移位到如圖5所示的標(biāo)記為“移位模式”的Sa和&波形時(shí)，功率變換器系統(tǒng)12中的空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間在給定的時(shí)間，諸如開(kāi)關(guān)循環(huán)T內(nèi)被降低。 而且，當(dāng)變換器14中的兩個(gè)非參考相臂的相電流以相反方向流動(dòng)時(shí)，DC-總線電容器32中的紋波電流降低。如圖4-5中所示，相臂A，B和C的開(kāi)關(guān)模式的相對(duì)時(shí)序可以從圖3中描繪的開(kāi)關(guān)模式變化。相臂A，B和C之間的相對(duì)時(shí)序的變化改變變換器14的有效狀態(tài)和無(wú)效狀態(tài)的開(kāi)關(guān)配置，且因此改變流向DC總線M的紋波電流的量。因此，控制器30可以改變相臂A， B和C之間的相對(duì)時(shí)序，以降低通過(guò)DC-總線電容器32的紋波電流。參照?qǐng)D6，提供第四開(kāi)關(guān)圖46，以說(shuō)明根據(jù)不連續(xù)脈寬調(diào)制(DPWM)方案的相臂A， B和C對(duì)于時(shí)間的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在DPWM中，變換器14中的兩個(gè)相臂在開(kāi)關(guān)周期T中開(kāi)關(guān)。為了便于下文的解釋，不開(kāi)關(guān)的臂被定義為“參考相”，另兩個(gè)相臂被定義為“非參考相”。遵從與CPWM情況相似的策略，控制器30確定當(dāng)兩個(gè)“非參考相”具有相同的相位狀態(tài)時(shí)(即當(dāng)“非參考相”要么全是高或要么全是低時(shí))，兩個(gè)“非參考相”是否是相同的電流極性。第四開(kāi)關(guān)圖46顯示變換器14的不同開(kāi)關(guān)配置的模式。第四開(kāi)關(guān)圖46所示的模式在開(kāi)關(guān)循環(huán)T期間包括兩個(gè)無(wú)效狀態(tài)(在圖6中標(biāo)記為“零矢量-0”)。變換器14在開(kāi)關(guān)循環(huán)T期間的有效狀態(tài)包括<001>和<011>，它們分別標(biāo)記為“非零矢量-1”和“非零矢量_2”?？刂破?0確定在相臂B和C處于相同的相位狀態(tài)的“非零矢量_2”期間，兩個(gè)“非參考相”是否是相同的電流極性。如果相臂B和C在“非零矢量_2”期間具有相反的電流極性，則控制器30可以確定不需要進(jìn)行模式移位，這是由于通過(guò)DC-總線電容器32的紋波電流可能不是特別高。如果相臂B和C在“非零矢量-2” (即變換器14的狀態(tài)<011>)期間具有相同的電流極性，則控制器30移位第四開(kāi)關(guān)圖46的原始開(kāi)關(guān)模式，以降低通過(guò)DC-總線電容器32 的紋波電流。由于對(duì)于DPWM方案，在開(kāi)關(guān)循環(huán)T期間只有兩個(gè)開(kāi)關(guān)模式變化，所以控制器 30相對(duì)另一模式移位一個(gè)模式，以降低不期望的矢量，這降低原始無(wú)效(即空)矢量的持續(xù)時(shí)間，并產(chǎn)生附加的有效矢量。參照?qǐng)D7a，提供第五開(kāi)關(guān)圖48，以顯示當(dāng)變換器14的兩個(gè)相臂的相電流以相同方向流動(dòng)時(shí)，被改變的相臂B的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在第五開(kāi)關(guān)圖48中標(biāo)記為“原始模式”的&波形對(duì)應(yīng)于圖6的第四開(kāi)關(guān)圖46的&波形。在操作中，控制器30可以控制相臂A，B和C在開(kāi)關(guān)循環(huán)T上的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以將標(biāo)記為“原始模式”的&波形移位到標(biāo)記為“移位模式”的& 波形。控制器30可以相對(duì)于標(biāo)記為“移位模式”的&波形將標(biāo)記為“原始模式”的&波形移位約180度角?？梢愿鶕?jù)功率變換器系統(tǒng)12中空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，選擇標(biāo)記為“原始模式”和“移位模式”的&波形之間的角度。例如，該角度可以隨著功率變換器系統(tǒng)12中的空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間在開(kāi)關(guān)循環(huán)T中的增加而改變更多。當(dāng)控制器30改變相臂B的開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，控制器30可以例如如圖7a所示將相臂B 的高狀態(tài)與相臂C的低狀態(tài)對(duì)齊，或?qū)⑾啾跜的高狀態(tài)與相臂B的低狀態(tài)對(duì)齊，以降低功率變換器系統(tǒng)12中的空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。第五開(kāi)關(guān)圖48顯示功率變換器系統(tǒng)12中比第四開(kāi)關(guān)圖46更短的空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。因此，當(dāng)控制器30將標(biāo)記為“原始模式”的&波形移位到如圖7a中所示的標(biāo)記為“移位模式”的&波形時(shí)，功率變換器系統(tǒng)12中的空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間在諸如開(kāi)關(guān)循環(huán)T的給定時(shí)間內(nèi)被降低。而且，當(dāng)變換器14中的兩個(gè)相臂的相電流以相反方向流動(dòng)時(shí)，DC-總線電容器32中的紋波電流降低。參照?qǐng)D7b_7c，圖7a的第五開(kāi)關(guān)圖48中的開(kāi)關(guān)模式可以在一時(shí)間范圍內(nèi)被移位， 而仍允許在DC-總線電容器32中的紋波電流降低。圖7b顯示與圖7a的開(kāi)關(guān)模式類(lèi)似不過(guò)具有相對(duì)短的有效狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的開(kāi)關(guān)模式。由于相對(duì)短的有效狀態(tài)持續(xù)時(shí)間，此開(kāi)關(guān)模式可以在更大的時(shí)間范圍內(nèi)被移位，同時(shí)仍允許在DC-總線電容器32中的紋波電流降低。 例如，圖7b顯示一種極端情況，其中&波形的上升沿與&波形的下降沿對(duì)齊。另一方面， 圖7c顯示另一種極端情況，其中&波形的上升沿與&波形的下降沿對(duì)齊。只要相移在這兩種極端情況之間，則DC-總線電容器32中的紋波電流可以被降低。隨著原始開(kāi)關(guān)模式中空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間增加，開(kāi)關(guān)模式可以移位同時(shí)仍降低DC-總線電容器32中的紋波電流的范圍也會(huì)增加。參照?qǐng)D8，提供流程圖50以說(shuō)明控制諸如系統(tǒng)12的功率變換器系統(tǒng)的系統(tǒng)或方法的操作。圖8的圖提供如所示的功率變換器系統(tǒng)的一種代表控制策略。圖8中所示的控制策略或邏輯可以由一個(gè)或多個(gè)邏輯陣列和/或基于微處理器的計(jì)算機(jī)或控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)由基于微處理器的控制器實(shí)現(xiàn)時(shí)，控制策略可以包括使用許多已知的諸如事件驅(qū)動(dòng)的，中斷驅(qū)動(dòng)的，多任務(wù)，多線程等等的策略中的任何一個(gè)處理的指令或代碼。不管主要是用代碼還是用硬件器件實(shí)現(xiàn)，可以以所示的順序并行執(zhí)行所示的各個(gè)步驟或功能，或者在一些情況下可以省略。盡管沒(méi)有明確示出，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到根據(jù)具體實(shí)施方式
可以重復(fù)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)所示的功能。同樣，要實(shí)現(xiàn)所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)并不一定要求處理的次序， 提供該次序是為了方便圖示和描述。當(dāng)然，根據(jù)具體應(yīng)用，可以以軟件、硬件或軟件和硬件的組合來(lái)在一個(gè)或多個(gè)控制器和/或電子器件中實(shí)現(xiàn)控制邏輯。當(dāng)以軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，控制邏輯優(yōu)選提供于一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，其具有代表由計(jì)算機(jī)執(zhí)行以控制引擎的代碼或指令的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括許多種已知的利用電的、磁的、光的和/或混合存儲(chǔ)的物理器件中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)保存可執(zhí)行的指令和相關(guān)的校準(zhǔn)信息、操作變量等等。在流程圖50的塊52處，為功率變換器系統(tǒng)12中的相臂16，18和20確定期望的電壓模式。控制器30可以根據(jù)命令控制器30如何在DC電源鏈22和AC電機(jī)沈之間變換功率來(lái)確定期望的電壓模式。例如，可以確定對(duì)于功率變換器系統(tǒng)12的期望電壓模式，以將功率變換器系統(tǒng)12作為驅(qū)動(dòng)AC電機(jī)沈的DC到AC變換器操作。期望電壓模式可以根據(jù)命令控制器30如何驅(qū)動(dòng)AC電機(jī)沈來(lái)改變。在另一例子中，可以確定期望電壓模式以將功率變換器系統(tǒng)12作為AC到DC變換器來(lái)操作。在塊M處，確定開(kāi)關(guān)狀態(tài)的模式以獲得期望的電壓模式?？刂破?0可以確定相臂16、18和20的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的模式，以獲得相臂16、18和20間的期望電壓模式。例如，如果DC總線M的電壓是Nic,且相臂16、18和20的期望輸出電壓相對(duì)于DC總線M的負(fù)軌 (negative rail)是Va，Vb和V。，則在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中所需的高狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間可以分別是 Va/Vdc*T, Vb/Vdc*T，和 Vc/Vdc*T。在塊56處，確定在相臂16、18和20中的至少兩個(gè)相臂中的電流的方向。圖1中所示的電流傳感器csa，CSbdn Cs?？梢愿袦y(cè)在各個(gè)相臂16、18和20中的電流，并提供嵌入或編碼了相臂16、18和20中電流的方向的各個(gè)反饋信號(hào)ias，ibs，和i。s(也在圖1中示出)。 控制器30可以接收反饋信號(hào)ias，ibs，和i。s，以確定在相臂16、18和20中的至少兩個(gè)相臂中的電流的方向。對(duì)于系統(tǒng)10的方向性參考，控制器30可以相對(duì)于DC總線電容器32確定在兩個(gè)相臂中的電流的方向。在流程圖50的塊58處，響應(yīng)于電流的方向，功率變換器系統(tǒng)12的開(kāi)關(guān)狀態(tài)被控制以降低DC-總線電容器32中的紋波電流?？刂破?0通過(guò)向功率變換器系統(tǒng)12傳送控制信號(hào)36來(lái)控制功率變換器系統(tǒng)12的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。根據(jù)控制信號(hào)36，變換器14中的每個(gè)電源開(kāi)關(guān)觀的開(kāi)關(guān)狀態(tài)被控制為要么在接通狀態(tài)要么在關(guān)斷狀態(tài)。根據(jù)電源開(kāi)關(guān)觀的接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)，生成相臂16、18和20的高和/或低狀態(tài)，且獲得變換器14的開(kāi)關(guān)配置。 控制器30控制變換器14隨時(shí)間的開(kāi)關(guān)配置，以降低DC-總線電容器32中的紋波電流。在操作中，控制器30可以相對(duì)于變換器系統(tǒng)12中的至少一個(gè)其它相臂來(lái)修改一個(gè)或多個(gè)相臂16、18和20的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以在與非參考相臂16、18和20中的兩個(gè)相臂關(guān)聯(lián)的兩個(gè)電流以相同方向流動(dòng)時(shí)降低變換器系統(tǒng)12中空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)非參考相電流以相反方向流動(dòng)，且控制器30降低變換器系統(tǒng)12 (諸如在圖4-5和圖7a-7c的三相變換器例子)中的空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，DC-總線電容器32的紋波電流降低。
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在圖4中的三相變換器的例子中，控制器30可以控制相臂A在開(kāi)關(guān)循環(huán)T上的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以在非參考相電流(即相電流、和ib，相電流ib和i。，或相電流、和U以相同方向流動(dòng)時(shí)，將標(biāo)記為“原始模式”的\波形移位到標(biāo)記為“移位模式”的\波形(圖4中所示)°在圖5中的三相變換器的例子中，控制器30可以控制相臂A和B在開(kāi)關(guān)循環(huán)T上的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以在非參考相電流(即相電流、和ib，相電流ib和i。，或相電流、和U以相同方向流動(dòng)時(shí)，將標(biāo)記為“原始模式”的Sa和&波形移位到標(biāo)記為“移位模式”的Sa和& 波形(圖5中所示)。在圖7a的三相變換器的例子中，控制器30可以控制相臂B在開(kāi)關(guān)循環(huán)T上的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以在非參考相電流(即相電流、和ib，相電流ib和i。，或相電流、和U以相同方向流動(dòng)時(shí)，將標(biāo)記為“原始模式”的&波形移位到標(biāo)記為“移位模式”的&波形(圖7a中所示)。如上所述，根據(jù)本公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例響應(yīng)于電流的方向來(lái)控制功率變換器系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以降低DC-總線電容器中的紋波電流，這可以有利于對(duì)于具體應(yīng)用使用較小且通常不那么昂貴的電容器。盡管已經(jīng)圖示并描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但這些實(shí)施例并非旨在圖示和描述本發(fā)明的所有可能形式。而是，說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)是說(shuō)明性詞語(yǔ)而非限制性詞語(yǔ)，要理解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可做出各種變化。盡管可能將各個(gè)實(shí)施例描述為提供優(yōu)點(diǎn)或關(guān)于一個(gè)或多個(gè)期望特征相對(duì)于其它實(shí)施例是優(yōu)選的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員了解一個(gè)或多個(gè)特征可以被折衷以獲得取決于特定應(yīng)用和實(shí)施方式的期望的系統(tǒng)屬性。這些屬性包括但不局限于成本、強(qiáng)度、耐用性、壽命周期成本、可市場(chǎng)化、外觀、封裝、大小、可維護(hù)性、重量、可制造性、組裝的簡(jiǎn)便等等。本文描述的實(shí)施例中，與關(guān)于一個(gè)或多個(gè)特征的其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式相比，期望度更低的實(shí)施例不在本公開(kāi)的范圍之外，且對(duì)于具體應(yīng)用可能是期望的。
權(quán)利要求
1.一種用于控制具有第一、第二和第三相臂的功率變換器系統(tǒng)的系統(tǒng)，所述第一、第二和第三相臂具有各自的第一、第二和第三關(guān)聯(lián)的相電流，所述相臂連接到直流(DC)-總線電容器，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)邏輯器件，所述至少一個(gè)邏輯器件被配置成確定至少兩個(gè)相臂中的電流的方向，并響應(yīng)所述電流的方向，控制所述功率變換器系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以降低所述DC-總線電容器中的紋波電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述邏輯器件是包括處理器、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的一組軟件指令的控制器，以確定兩個(gè)相臂中的電流的方向并控制所述功率變換器系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所述處理器能夠操作用來(lái)執(zhí)行軟件指令，所述計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器能夠操作用來(lái)存儲(chǔ)能夠由所述處理器訪問(wèn)的軟件指令。
3.在其上具有用于執(zhí)行一種方法的邏輯器件可讀代碼的至少一種邏輯存儲(chǔ)介質(zhì)，所述方法控制具有第一、第二和第三相臂的功率變換器系統(tǒng)，所述第一、第二和第三相臂具有各自的第一、第二和第三關(guān)聯(lián)的相電流，所述相臂連接到直流(DC) -總線電容器，所述方法包括確定在至少兩個(gè)相臂中的電流的方向；以及響應(yīng)電流的方向，控制所述功率變換器系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)以降低所述DC-總線電容器中的紋波電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，其中控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)包括參照變換器系統(tǒng)中的至少一個(gè)其它相臂來(lái)改變各相臂中的一個(gè)相臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以在關(guān)聯(lián)的非參考相電流以相同方向流動(dòng)時(shí)降低所述變換器系統(tǒng)中的空狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。
全文摘要
用于控制具有第一、第二和第三相臂的功率變換器系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)確定在至少兩個(gè)相臂中的電流的方向，并響應(yīng)該電流方向，控制功率變換器系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以降低相連的直流(DC)-總線電容器中的紋波電流，所述第一、第二和第三相臂具有各自的第一、第二和第三關(guān)聯(lián)的相電流。
文檔編號(hào)H02M7/48GK102377359SQ20111022681
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者M·W·丹格尼, S·圖塔, 陳清麒 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司