电力转换装置及其控制方法制造方法及图纸

公开了一种电力转换装置及其控制方法。空间矢量PWM技术包括：定义位于由两个开关电压矢量限定的扇区中的目标电压矢量，在固定开关周期的第一子周期内将一个开关电压矢量施加到电力转换装置的每个支路，在开关周期的第二子周期内将另一个开关电压矢量施加到每个支路，并且在开关周期的第三子周期内将零电压矢量的一些分配施加到每个支路，使得装置在开关周期期间大致输出由目标电压矢量定义的电压。基于对电流传感器指定的用于准确地感测电流的最小时间量来分配零电压矢量，使得与另外的零电压矢量相比，在第三子周期的不同长度内施加致使电流流过电流传感器的零电压矢量。

Power conversion device and its control method

A power conversion device and its control method are disclosed. Space vector PWM technology includes: defining the target voltage vector in a sector limited by two switching voltage vectors, applying one switch voltage vector to each branch of the power conversion device in the first subperiod of the fixed switch period, and applying another switching voltage vector within the second subcycle period of the switch period. To each branch, some distribution of the zero voltage vector is applied to each branch in the third subperiod of the switching period so that the device roughly outputs the voltage defined by the target voltage vector during the switching period. The zero voltage vector is allocated based on the minimum amount of time used to accurately sense the current by the current sensor, making the zero voltage vector of the current flow passing through the current sensor in different lengths of the third subperiod compared to the other zero voltage vector.

【技术实现步骤摘要】
电力转换装置及其控制方法
本申请涉及电流传感器，更具体地，涉及减少电流传感器的功率损耗。
技术介绍
分流电阻器和磁性电流传感器广泛用于诸如转换器和逆变器这样的电力转换装置中的电流测量。然而，分流电阻器和磁性电流传感器两者都受到热性能的限制。经由电阻式电流传感器的功率损耗提高了系统温度，因此常规的分流电阻器和磁性电流传感器不太适用于高电流测量，这限制了其应用领域。可以使用较小的电阻装置，但是更昂贵。可以重新设计封装以降低电流传感器的热阻。然而，这种解决方案也会增加成本，并且新的设计可能与早期版本不兼容。
技术实现思路
电力转换装置具有使用定义多个开关电压矢量和零电压矢量的调制技术的一个或更多个支路(leg)，每个开关电压矢量定义电力转换装置的输出电压具有非零的幅值和相位的状态，而零电压矢量定义输出电压具有零幅值和相位的状态，每个支路具有与该支路串联连接的电流传感器。根据控制电力转换装置的方法的实施例，该方法包括：定义在由开关电压矢量中的第一开关电压矢量和第二开关电压矢量定义的扇区(sector)中的目标电压矢量；在固定开关周期的第一子周期内将第一开关电压矢量施加到每个支路，在开关周期的第二子周期内将第二开关电压矢量施加到每个支路，并且在开关周期的第三子周期内将零电压矢量的分配施加到每个支路，使得电力转换装置在开关周期期间大致输出由目标电压矢量定义的电压；以及基于针对电流传感器指定的用于准确地感测电流的最小时间量，确定零电压矢量在第三子周期内的分配，使得与不致使电流流过电流传感器的零电压矢量相比，在所述第三子周期的不同长度内施加致使电流流过电流传感器的零电压矢量。根据另一实施例，提供一种电力转换装置，其用于使用定义多个开关电压矢量和零电压矢量的调制技术来将AC(交流)转换为DC(直流)或DC转换为AC，每个开关电压矢量定义电力转换装置的输出电压具有非零的幅值和相位的状态，而零电压矢量定义输出电压具有零幅值和相位的状态。电力转换装置包括：一个或更多个支路，每个支路连接在正电压轨和负电压轨或地之间；与每个支路串联连接的电流传感器。控制器可操作成：定义在由开关电压矢量中的第一开关电压矢量和第二开关电压矢量定义的扇区中的目标电压矢量；在固定开关周期的第一子周期内将第一开关电压矢量施加到每个支路，在开关周期的第二子周期内将第二开关电压矢量施加到每个支路，并且在开关周期的第三子周期内将零电压矢量的分配施加到每个支路，使得电力转换装置在开关周期期间大致输出由目标电压矢量定义的电压；以及基于针对电流传感器指定的用于准确地感测电流的最小时间量，确定零电压矢量在第三子周期内的分配，使得与不致使电流流过电流传感器的零电压矢量相比，在第三子周期的不同长度内施加致使电流流过电流传感器的零电压矢量。根据使用空间矢量PWM(SVPWM)调制技术来控制电力转换装置的方法的另一实施例，其中，电力转换装置的输出电压具有非零幅值和相位并且零电压矢量定义输出电压具有零幅值和相位的状态，每个支路包括与该支路串联连接的电流传感器，方法包括：定义在由开关电压矢量中的第一开关电压矢量和第二开关电压矢量定义的扇区中的目标电压矢量；施加开关周期的第一子周期以使电力转换装置保持在由第一空间矢量定义的状态、施加开关周期的第二子周期以使电力转换装置保持在由第二空间矢量定义的状态，以及施加开关周期的第三子周期以使电力转换装置保持在由零电压矢量定义的状态，使得电力转换装置在开关周期期间大致输出由目标电压矢量定义的电压；以及在开关周期期间，将第三子周期的较小份额分配给零电压矢量中的导致电流流过电流传感器的第一零电压矢量，并且将第三子周期的较大份额分配给零电压矢量中的不导致电流流过电流传感器的第二零电压矢量。阅读下面的详细描述以及查看附图时，本领域技术人员会认识到附加的特征和优点。附图说明附图的元素不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记表示相应的相似部分。各种所示实施例的特征可以组合，除非它们彼此排斥。在附图中示出实施例，并在下面的描述中对其进行详细描述。图1示出了三相逆变器的实施例的示意图；图2至图6示出了与控制图1所示的电力转换装置的方法的实施例相关联的各种图；图7示出了三相逆变器的另一实施例的示意图；图8示出了与控制图7所示的电力转换装置的方法的实施例相关联的图；图9示出了与在重负载条件期间控制电力转换装置的方法的实施例相关联的图。具体实施方式本文所描述的实施例提供了一种空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术，其用于控制诸如逆变器或转换器这样的电力转换装置，以便减少经由用于感测装置中的电流的电流传感器的功率损耗。空间矢量调制(SVM)是一种用于控制脉冲宽度调制(PWM)的算法，并且在逆变器的情况下被用于从直流(DC)源创建交流(AC)波形，或者在转换器的情况下被用于从AC波形创建DC信号。电力转换装置的每个支路被连接在正电压轨与负电压轨或地之间，并且电流传感器与每个支路串联连接。每个支路的开关均被控制，使得在同一支路中，两个开关决不会同时接通(导通)。该要求是通过每个支路内的开关的互补操作来实现的。如果高边(顶部)开关接通，则相应的低边(底部)开关关断，反之亦然，以防止损坏性的直通电流。在三相逆变器或转换器的情况下，这导致八个可能的空间矢量u0至u7，其中六个空间矢量u1至u6是有效的开关电压矢量而两个空间矢量u0和u7是零电压矢量。每个开关电压矢量定义电力转换装置的输出电压具有非零的幅值和相位的状态，而每个零电压矢量定义输出电压具有零幅值和相位的状态。本文所描述的SVPWM(spacevectorpulsewidthmodulation)技术定义在由两个开关电压矢量定义的扇区中的目标电压矢量，在固定开关周期的第一子周期内将第一开关电压矢量施加到电力转换装置的每个支路，在开关周期的第二子周期内将第二开关电压矢量施加到每个支路，并且在开关周期的第三子周期内将零电压矢量的一些预定义分配施加到每个支路，使得电力转换装置在开关周期期间大致输出由目标电压矢量定义的电压。SVPWM技术对零电压矢量进行分配，使得与不导致电流流过电力转换装置的电流传感器的零电压矢量相比，在第三子周期的不同长度内施加导致电流流过电流传感器的零电压矢量。例如，在电力转换装置没有在全功率下工作的饱和余度(back-off)条件下，可以在第三子周期内分配零电压矢量，使得：仅在针对电流传感器指定的用于准确地感测流过支路的电流的最小时间量内，施加致使电流流过电流传感器的零电压矢量。在第三子周期的剩余部分内，施加不致使电流流过电流传感器的零电压矢量。通过这种方式，电流仅在准确地感测该电流所需的最小时间量内流过电流传感器，从而使经由电流传感器的功率损耗最小。下面参照图1至图9更详细地描述SVPWM技术。图1示出三相逆变器100的实施例。逆变器100针对每个相具有支路102，每个支路102包括与低边(底部)开关器件106串联连接以形成相应的公共开关节点(A，B，C)的高边(顶部)开关器件104。电流传感器108与每个支路102串联连接。实现本文所描述的SVPWM技术的控制器110控制三相逆变器100的每个支路102，以使逆变器100将由UDC提供的直流(DC)改变为三相(A，B，C)交流(AC)。控制器11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用定义多个开关电压矢量和零电压矢量的调制技术来控制具有一个或更多个支路的电力转换装置的方法，每个开关电压矢量定义所述电力转换装置的输出电压具有非零的幅值和相位的状态，并且所述零电压矢量定义所述输出电压具有零幅值和相位的状态，每个支路具有与该支路串联连接的电流传感器，所述方法包括：定义位于由所述开关电压矢量中的第一开关电压矢量和第二开关电压矢量限定的扇区中的目标电压矢量；在固定的开关周期的第一子周期内将所述第一开关电压矢量施加到每个支路，在所述开关周期的第二子周期内将所述第二开关电压矢量施加到每个支路，并且在所述开关周期的第三子周期内将所述零电压矢量的分配施加到每个支路，使得所述电力转换装置在所述开关周期期间大致输出由所述目标电压矢量限定的电压；以及基于针对所述电流传感器指定的用于准确地感测电流的最小时间量，确定针对所述第三子周期的所述零电压矢量的分配，使得与不致使电流流过所述电流传感器的零电压矢量相比，在所述第三子周期的不同长度内施加致使电流流过所述电流传感器的零电压矢量。

【技术特征摘要】
2016.10.25 US 15/333,6781.一种使用定义多个开关电压矢量和零电压矢量的调制技术来控制具有一个或更多个支路的电力转换装置的方法，每个开关电压矢量定义所述电力转换装置的输出电压具有非零的幅值和相位的状态，并且所述零电压矢量定义所述输出电压具有零幅值和相位的状态，每个支路具有与该支路串联连接的电流传感器，所述方法包括：定义位于由所述开关电压矢量中的第一开关电压矢量和第二开关电压矢量限定的扇区中的目标电压矢量；在固定的开关周期的第一子周期内将所述第一开关电压矢量施加到每个支路，在所述开关周期的第二子周期内将所述第二开关电压矢量施加到每个支路，并且在所述开关周期的第三子周期内将所述零电压矢量的分配施加到每个支路，使得所述电力转换装置在所述开关周期期间大致输出由所述目标电压矢量限定的电压；以及基于针对所述电流传感器指定的用于准确地感测电流的最小时间量，确定针对所述第三子周期的所述零电压矢量的分配，使得与不致使电流流过所述电流传感器的零电压矢量相比，在所述第三子周期的不同长度内施加致使电流流过所述电流传感器的零电压矢量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电力转换装置的每个支路包括耦合在正电压轨与公共开关节点之间的第一晶体管和耦合在所述公共开关节点与负电压轨或地之间的第二晶体管，其中，每个电流传感器串联连接在相应的第二晶体管与所述负电压轨或地之间，其中，第一零电压矢量致使每个第二晶体管接通并且每个第一晶体管关断，其中，第二零电压矢量致使每个第一晶体管接通并且每个第二晶体管关断，以及其中，确定所述零电压矢量的分配，使得在所述开关周期的第三子周期期间，所述第二晶体管比所述第一晶体管的导通时间更少。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电力转换装置的每个支路包括耦合在正电压轨与公共开关节点之间的第一晶体管和耦合在所述公共开关节点与负电压轨或地之间的第二晶体管，其中，每个电流传感器串联连接在相应的第一晶体管与所述正电压轨之间，其中，第一零电压矢量致使每个第一晶体管接通并且每个第二晶体管关断，其中，第二零电压矢量致使每个第二晶体管接通并且每个第一晶体管关断，以及其中，确定所述零电压矢量的分配，使得在所述开关周期的第三子周期期间，所述第一晶体管比所述第二晶体管的导通时间更少。4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述零电压矢量在所述第三子周期内的分配，使得：仅在针对所述电流传感器指定的用于准确地感测流过所述支路的电流的最小时间量内，施加致使电流流过所述电流传感器的零电压矢量，并且在所述第三子周期的剩余部分内，施加不致使电流流过所述电流传感器的零电压矢量。5.根据权利要求4所述的方法，其中，针对所述电流传感器指定的用于准确地感测流过所述支路的电流的最小时间量是所述电流传感器的开关延迟。6.根据权利要求4所述的方法，其中，针对所述电流传感器指定的用于准确地感测流过所述支路的电流的最小时间量是所述电流传感器的采样时间。7.根据权利要求4所述的方法，其中，针对所述电流传感器指定的用于准确地感测流过所述支路的电流的最小时间量是所述电流传感器的噪声过滤要求。8.根据权利要求4所述的方法，其中，针对所述电流传感器指定的用于准确地感测流过所述支路的电流的最小时间量是所述电流传感器的数据采集时延。9.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述零电压矢量在所述第三子周期内的分配，使得与致使电流流过所述电流传感器的零电压矢量相比，在所述第三子周期的更短长度内施加致使电流流过所述电流传感器的零电压矢量。10.根据权利要求1所述的方法，其中，在重负载条件期间，确定所述零电压矢量在所述第三子周期内的分配，使得在整个所述第三子周期内施加致使电流流过所述电流传感器的零电压矢量，并且在所述第三子周期期间不施加不致使电流流过所述电流传感器的零电压矢量。11.一种用于使用定义多个开关电压矢量和零电压矢量的调制技术来将交流AC转换为直流DC或将DC转换为AC的电力转换装置，每个开关电压矢量定义所述电力转换装置的输出电压具有非零的幅值和相位的状态，并且所述零电压矢量定义所述输出电压具有零幅值和相位的状态，所述电力转换装置包括：一个或更多个支路，每个支路连接在正电压轨与负电压轨或地之间；与每个支路串联连接的电流传感器；以及控制器，其能够操作成：定义位于由所述开关电压矢量中的第一开关电压矢量和第二开关电压矢量限定的扇区中的目标电压矢量；在固定的开关周期的第一子周期内将所述第一开关电压矢量施加到每...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱伟喆，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE