電流采樣方法與電流采樣裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種電流采樣方法與電流采樣裝置。本發明提供的電流采樣方法，用于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采樣有效相；對兩個電流采樣有效相的電流進行采樣；利用采樣得到的兩個電流采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于開通狀態，也就是當前哪兩相的電流通過采樣電阻，對該兩相的電流進行采集，使用電流之間的關系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采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】電流采樣方法與電流采樣裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電機控制領域，具體而言，涉及一種電流采樣方法與電流采樣裝置。
【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采集和檢測。
[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、采樣電阻，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采樣方法可分為兩種:第一種是直接應用電流采樣元件如電流互感器或者霍爾電流傳感器進行電流采樣，這種方法使用電流互感器或者霍爾電流傳感器進行電流采樣，不受PWM脈寬的限制，但成本高，影響了應用范圍。第二種是在IPM模塊的下橋臂與地之間連接采樣電阻，通過采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采樣電阻同時進行采樣。
[0005]這種方法使用采樣電阻進行電流采樣，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采樣方法需要在電流采點插入采樣窗口，在采樣時間內強制將三個上橋臂關斷，使電流從下橋臂通過，從而可以利用采樣電阻獲得電流大小。這樣操作在PWM波中強制插入采樣窗口，影響了逆變的正常控制。而且這種方法不能應用于過調制技術方法中。
[0007]針對使用現有技術的電流采樣方法PWM波中強制插入采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采樣方法與電流采樣裝置，以解決現有技術中電流采樣方法PWM波中強制插入采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，提供了一種電流采樣方法，用于測量三相逆變電路的各相逆變電流，該電流采樣方法包括: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采樣有效相；對兩個電流采樣有效相的電流進行采樣；利用采樣得到的兩個電流采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采樣有效相之后還包括: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的脈寬是否大于第一預設值；當需限制脈寬的相的PWM的脈寬大于第一預設值時，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，第二預設值不大于TPWM-Tsample，其中TPWM為PWM波的周期，Tsample為對電流采樣需要的時間。
[0012]進一步地，判斷扇區對應的需限制脈寬的相包括:當電壓矢量處于第一扇區或電壓矢量處于第四扇區時，V相為需限制脈寬的相；當電壓矢量處于第二扇區或電壓矢量處于第五扇區時，U相為需限制脈寬的相；當電壓矢量處于第三扇區或電壓矢量處于第六扇區時，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采樣有效相包括:當電壓矢量處于第一扇區或電壓矢量處于第六扇區時，V相和W相為電流米樣有效相；當電壓矢量處于第二扇區或電壓矢量處于第三扇區時，u相和W相為電流米樣有效相；當電壓矢量處于第四扇區或電壓矢量處于第五扇區時，V相和U相為電流采樣有效相。
[0014]進一步地，對兩個電流采樣有效相的電流進行采樣包括:對兩個電流采樣有效相下橋臂連接的采樣電阻兩端的電壓進行采樣；根據采樣得到的電壓值計算得出兩個電流采樣有效相的電流值。
[0015]進一步地，利用采樣得到的兩個電流采樣有效相的電流值計算得出另一相的電流包括:利用采樣得到的兩個電流采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，利用采樣得到的兩個電流采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:當電壓矢量處于第一扇區或電壓矢量處于第六扇區時，iu-dv+iw);當電壓矢量處于第二扇區或電壓矢量處于第三扇區時，ivz-du+ij ;當電壓矢量處于第四扇區或電壓矢量處于第五扇區時，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 一種電流采樣裝置。該電流采樣裝置包括:扇區判斷模塊，用于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采樣有效相；有效電流采集模塊，用于對兩個電流采樣有效相的電流進行采樣；電流計算模塊，用于利用采樣得到的兩個電流采樣有效相的電流值計算得出另一相的電流。
[0018]進一步地，該電流采樣裝置還包括:需限制脈寬的相判斷模塊，用于判斷扇區對應的需限制脈寬的相；脈寬比較模塊，用于判斷需限制脈寬的相的PWM的脈寬是否大于第一預設值；脈寬限制模塊，用于當需限制脈寬的相的PWM的脈寬大于第一預設值時，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采樣裝置，首先根據電壓矢量的扇區判斷目前哪兩相的下橋臂處于開通狀態，也就是當前哪兩相的電流通過采樣電阻，從而對該兩相的電流進行采集，使用電流之間的關系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采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于解釋本發明，并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采樣裝置的示意圖；
[0025]圖5是根據本發明實施例的電流采樣方法的示意圖；
[0026]圖6A是使用現有技術的電流采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采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采樣方法的限制后的PWM波形圖；
[0029]圖7是根據本發明實施例的電流采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采樣方法的利用采樣得到的兩個電流采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采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采樣方法的第一扇區的電流采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采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采樣方法的第二扇區的電流采樣時刻電流流向示意圖。
【具體實施方式】
[0035]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并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采樣裝置，圖4是根據本發明實施例的電流采樣裝置的示意圖，如圖4所示，該電流采樣裝置包括:扇區判斷模塊41，用于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采樣有效相；有效電流采集模塊43，用于對兩個電流采樣有效相的電流進行采樣；電流計算模塊45，用于利用采樣得到的兩個電流采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采樣裝置，首先根據電壓矢量的扇區判斷目前哪兩相的下橋臂處于開通狀態，也就是當前哪兩相的電流通過采樣電阻，從而對該兩相的電流進行采集，使用電流之間的關系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，避免強制插入采樣窗口。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采樣裝置還可以包括:需限制脈寬的相判斷模塊，用于判斷扇區對應的需限制脈寬的相；脈寬比較模塊，用于判斷需限制脈寬的相的PWM的脈寬是否大于第一預設值；脈寬限制模塊，用于當需限制脈寬的相的PWM的脈寬大于第一預設值時，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
第二預設值不大于 TpWM ^sample， 其中TPWM為PWM波的周期，Tsample為對電流采樣需
要的時間。
[0040]根據上述的分析看出，電流采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波的占空比，然而電流采集也需要一定的時間，隨著P麗波占空比的增加，留給電流采集的時間可能不滿足電流采集的需要。在現有技術中采用的方式增大電流采樣的窗口的寬度，帶來的后果是三相的PWM波的占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，發明人發現由于電壓矢量所在扇區的不同，每相的PWM占空比不同，也就是說，在每個扇區只有兩相的PWM需要達到最大的占空比，而且兩相中的一相還可以不需要電流采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波占空比最大的相，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采樣時間的要求，在不滿足的情況下，限制該相脈寬，而對不需要采集電流的那一相不做限制，使該相占空比甚至可以達到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，將每個扇區的電流采樣有效相和需限制脈寬的相制作為對應表，表1是根據本發明實施例的電流采樣裝置的各扇區的電流米樣控制方式對應表。
[0042]表1各扇區電流采樣控制方式
[0043]
【權利要求】
1.一種電流采樣方法，用于測量三相逆變電路的各相逆變電流，其特征在于，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采樣有效相；對所述兩個電流采樣有效相的電流進行采樣；利用采樣得到的兩個電流采樣有效相的電流值計算另一相的電流。
2.根據權利要求1所述的電流采樣方法，其特征在于，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采樣有效相之后還包括: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的脈寬是否大于第一預設值；當所述需限制脈寬的相的PWM的脈寬大于第一預設值時，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所述的電流采樣方法，其特征在于，第一預設值為TPWM-Tsample，第二預設值不大于 TpWM ^sample，其中TPWM為PWM波的周期，Tsample為對電流采樣需要的時間。
4.根據權利要求2或3所述的電流采樣方法，其特征在于，判斷所述扇區對應的需限制脈寬的相包括:當電壓矢量處于第一扇區或電壓矢量處于第四扇區時，V相為需限制脈寬的相；當電壓矢量處于第二扇區或電壓矢量處于第五扇區時，U相為需限制脈寬的相；當電壓矢量處于第三扇區或電壓矢量處于第六扇區時，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采樣方法，其特征在于，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采樣有效相包括:當電壓矢量處于第一扇區或電壓矢量處于第六扇區時，V相和W相為電流米樣有效相；當電壓矢量處于第二扇區或電壓矢量處于第三扇區時，U相和W相為電流采樣有效相；當電壓矢量處于第四扇區或電壓矢量處于第五扇區時，V相和U相為電流采樣有效相。
6.根據權利要求1所述的電流采樣方法，其特征在于，對所述兩個電流采樣有效相的電流進行采樣包括:對所述兩個電流采樣有效相下橋臂連接的采樣電阻兩端的電壓進行采樣；根據采樣得到的電壓值計算得出兩個電流采樣有效相的電流值。
7.根據權利要求1所述的電流采樣方法，其特征在于，利用采樣得到的兩個電流采樣有效相的電流值計算得出另一相的電流包括:利用采樣得到的兩個電流采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所述的電流采樣方法，其特征在于，利用采樣得到的兩個電流采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:當電壓矢量處于第一扇區或電壓矢量處于第六扇區時，Iu-dv+iw)；當電壓矢量處于第二扇區或電壓矢量處于第三扇區時，Iv=-du+iw)；當電壓矢量處于第四扇區或電壓矢量處于第五扇區時，if-dv+iu)，其中，iv、iw*別為u相、ν相、w相的電流。
9.一種電流采樣裝置，其特征在于，包括:扇區判斷模塊，用于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采樣有效相；有效電流采集模塊，用于對所述兩個電流采樣有效相的電流進行采樣；電流計算模塊，用于利用采樣得到的兩個電流采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所述的電流采樣裝置，其特征在于，還包括:需限制脈寬的相判斷模塊，用于判斷所述扇區對應的需限制脈寬的相；脈寬比較模塊，用于判斷所述需限制脈寬的相的PWM的脈寬是否大于第一預設值；脈寬限制模塊，用于當所述需限制脈寬的相的PWM的脈寬大于第一預設值時，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, 游劍波 申請人:珠海格力電器股份有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
