一种基于相电流的逆变器死区补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相电流的逆变器死区补偿方法，包括：测量逆变器的死区时间；测量开通延时和关断延时；测量不同电流下的电压损失；计算不同相电流情况下的补偿量，绘制二维表，分四段进行函数拟合，得到电流‑补偿量的分段函数表达式；对三相电流进行采样变换处理，计算电流矢量角，校对电流极性；根据输入相电流的瞬时值，根据分段函数表达式计算各相的补偿值，换算成数字量调整PWM占空比。提高逆变器的线性度，提高线性控制器对其的控制性能，在伺服驱动器应用场合，能有效提高电流环性能，进而提高速度环、位置环的性能，尤其适用于低速、小负载、PWM载波频率高等场合。

A dead time compensation method of inverter based on phase current

【技术实现步骤摘要】
一种基于相电流的逆变器死区补偿方法
本专利技术属于伺服控制领域，涉及一种基于相电流的逆变器死区补偿方法。
技术介绍
逆变器是将直流电能转换成定频定压或者调频调压交流电能的转换器，广泛用于变频器、伺服驱动器中，进而在空调、电动汽车、洗衣机、电风扇、电动工具等家用电器和工业设备中应用。逆变器是弱电与强电的媒介，通过数字信号处理芯片发出的低压弱电驱动信号，控制绕组两端的强电。永磁同步电机的逆变器结构一般为三相半桥型，如图1所示，通常为了避免电源直通，每个桥臂的上下两功率管的驱动信号为互补信号。然而，功率管的开关往往伴随寄生电容的充放电，因此开关是一个过程，且开关所需要的时间不同，如此容易出现其中一个功率管未完全关断，同桥臂的另一个功率管已经开启的情况，即电源短路的风险。针对此问题设置了驱动信号的死区时间(Td)，在互补信号中开通信号会延时Td作用，关断信号正常作用。由于死区时间的加入会导致逆变器输出的幅值和相位产生误差，称为死区效应。死区效应导致了严重的逆变器非线性，为了使在线性控制器系统中得到更好的效果，需进行逆变器有效的死区补偿。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供一种基于相电流的逆变器死区补偿方法，包括功率管特性测量、基于相电流的逆变器补偿方案、基于电流矢量的极性校正。本专利技术的技术方案是：一种基于相电流的逆变器死区补偿方法，该基于相电流的逆变器死区补偿方法包括：测量逆变器的死区时间；测量开通延时和关断延时；测量不同电流下的电压损失；计算不同相电流情况下的补偿量，绘制二维表，分四段进行函数拟合，得到电流-补偿量的分段函数表达式；对三相电流进行采样变换处理，计算电流矢量角，校对电流极性；根据输入相电流的瞬时值，根据所述分段函数表达式计算各相的补偿值，换算成数字量调整PWM占空比。其进一步的技术方案是：所述测量逆变器的死区时间，包括：获取数字信号处理芯片对桥臂上下两功率管输出的PWM信号；将所述PWM信号的电平跳变时刻的时间差值确定为死区时间Td。其进一步的技术方案是：所述测量开通延时和关断延时，包括：获取功率管的门极驱动电压Vgs、漏极电流Id、漏极源极电压Vds；当IGBT开通时，将漏极电流Id上升到最大值的10％到漏极源极电压Vds下降到最大值的10％之间的时间确定为开通延时Ton；当IGBT关断时，将漏极源极电压Vds下降到开通值的90％到漏极电流Id下降至负载电流的90％之间的时间确定为关断延时Toff。其进一步的技术方案是：所述测量不同电流下的电压损失，包括：获取功率管上桥臂的门极驱动电压Up_Vgs、下桥臂的门极驱动电压Down_Vgs和下桥臂的漏极源极电压Vds；测试绕组中不同电流下的Vds波形，计算电压损失。所述计算不同相电流情况下的补偿量，绘制二维表，包括：将所述电压损失换算成开通时间损失Tpc；根据电流和开通时间损失Tpc的对应关系绘制成二维表。其进一步的技术方案是：所述对三相电流进行采样变换处理，计算电流矢量角，校对电流极性，包括：对三相电流iu、iv、iw进行采样，经过坐标变换得到直轴电流id和交轴电流iq；根据所述直轴电流id和所述交轴电流iq计算电流矢量角；与相电流的极性对比；当相电流因检测不准确导致极性错误时，根据所述电流矢量角对所述极性进行校正。其进一步的技术方案是：所述换算成数字量调整PWM占空比，包括：根据得到的死区时间Td、开通延时Ton、关断延时Toff、开通时间损失Tpc，对输出PWM的CMP进行调整。本专利技术的优点是：提供了一种完善的逆变器死区补偿方案，除死区时间外，还考虑了开通延时、关断延时，开通延时与关断延时一般认为定值，可测取或在器件手册中读取，关于寄生电容的影响，其表现为是相电流的函数，通过测量功率管漏极源极电压来计算其带来的电压偏差，此外提供了相电流的极性校正方法。利用本专利技术提供的逆变器死区补偿方案，能提高逆变器的线性度，提高线性控制器对其的控制性能，在伺服驱动器应用场合，能有效提高电流环性能，进而提高速度环、位置环的性能，尤其适用于低速、小负载、PWM载波频率高等场合。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1是本申请一个实施例提供的逆变器拓扑图；图2是本申请一个实施例提供的基于相电流的逆变器死区补偿方法的流程图；图3是本申请一个实施例提供的电流-漏极源极电压Vds的关系图；图4是本申请一个实施例提供的电流-电压偏差图；图5是本申请另一个实施例提供的基于相电流的逆变器死区补偿方法的流程图。具体实施方式实施例：本申请基于三相半桥式逆变器，正弦波永磁同步电机，空间电压矢量调制(SVPWM)方式，脉冲宽度调制PWM为增减计数方式，死区时间设置为上升沿加入死区。本申请针对高精度伺服驱动器场合，逆变器因死区设置导致严重非线性的问题，提出了一种基于相电流极性在线校正且考虑寄生电容的补偿方法。传统的死区补偿方案，仅针对死区时间，所有场合的补偿相同值，在出现相电流分段后，加入平滑角，仅仅是避免但未正面解决，本申请从功率器件的工作原理分析，不同电流和PWM段下采用不同的值进行补偿，正面解决了分段现象。此外，该方法是一种基于对象的方法，提供测量对象各项指标的途径，并依据其指标实施补偿策略。如图2所示，该基于相电流的逆变器死区补偿方法可以包括：步骤1，测量逆变器的死区时间。可选的，逆变器的死区时间的测量可以通过以下步骤：第一步，获取数字信号处理芯片对桥臂上下两功率管输出的PWM信号。数字信号处理芯片桥臂输出的PWM信号，二者为近似互补的数字信号。可选的，数字信号处理芯片可以是DSP芯片。第二步，将上下两功率管的PWM信号的电平跳变时刻的时间差值确定为死区时间Td。步骤2，测量开通延时和关断延时。可选的，对于开通延时和关断延时的测量可以通过以下步骤：第一步，获取功率管的门极驱动电压Vgs、漏极电流Id、漏极源极电压Vds。第二步，当IGBT开通时，将漏极电流Id上升到最大值的10％到漏极源极电压Vds下降到最大值的10％之间的时间确定为开通延时Ton。第三步，当IGBT关断时，将漏极源极电压Vds下降到开通值的90％到漏极电流Id下降至负载电流的90％之间的时间确定为关断延时Toff。步骤3，测量不同电流下的电压损失。可选的，对于电压损失的测量，考虑了寄生电容的影响，可以通过以下步骤实现：第一步，获取功率管上桥臂的门极驱动电压Up_Vgs、下桥臂的门极驱动电压Down_Vgs和下桥臂的漏极源极电压Vds。第二步，测试绕组中不同电流下的Vds波形，计算电压损失。步骤4，计算不同相电流情况下的补偿量，绘制二维表，分四段进行函数拟合，得到电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相电流的逆变器死区补偿方法，其特征在于，所述基于相电流的逆变器死区补偿方法包括：/n测量逆变器的死区时间；/n测量开通延时和关断延时；/n测量不同电流下的电压损失；/n计算不同相电流情况下的补偿量，绘制二维表，分四段进行函数拟合，得到电流-补偿量的分段函数表达式；/n对三相电流进行采样变换处理，计算电流矢量角，校对电流极性；/n根据输入相电流的瞬时值，根据所述分段函数表达式计算各相的补偿值，换算成数字量调整PWM占空比。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于相电流的逆变器死区补偿方法，其特征在于，所述基于相电流的逆变器死区补偿方法包括：
测量逆变器的死区时间；
测量开通延时和关断延时；
测量不同电流下的电压损失；
计算不同相电流情况下的补偿量，绘制二维表，分四段进行函数拟合，得到电流-补偿量的分段函数表达式；
对三相电流进行采样变换处理，计算电流矢量角，校对电流极性；
根据输入相电流的瞬时值，根据所述分段函数表达式计算各相的补偿值，换算成数字量调整PWM占空比。


2.根据权利要求1所述的基于相电流的逆变器死区补偿方法，其特征在于，所述测量逆变器的死区时间，包括：
获取数字信号处理芯片对桥臂上下两功率管输出的PWM信号；
将所述PWM信号的电平跳变时刻的时间差值确定为死区时间Td。


3.根据权利要求2所述的基于相电流的逆变器死区补偿方法，其特征在于，所述测量开通延时和关断延时，包括：
获取功率管的门极驱动电压Vgs、集电极电流Id、漏极源极电压Vds；
当IGBT开通时，将漏极电流Id上升到最大值的10％到漏极发射极电压Vds下降到最大值的10％之间的时间确定为开通延时Ton；
当IGBT关断时，将漏极源极电压Vds下降到开通值的90％到漏极电流Id下降至负载电流的90％之间的时...

【专利技术属性】
技术研发人员：矫帅，汤丽丽，王丰，高闯，张勉，
申请(专利权)人：苏州灵猴机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32