用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统技术方案

一种用于三相无刷ＡＣ电动机的驱动系统，用于优化晶体管开关图案，提高功率输出同时能使用单一传感器在所有相线中进行电流测量。通过定义电压需求矢量ｘ来实现，其中需要超过两个状态来满足由单传感器方法确定的最小状态时间要求，并且计算三个或更多状态矢量，其产生需求矢量ｘ同时依然能进行单电流测量。还披露了优化ＰＷＭ图案的多种方法，以便产生最大输出同时使用单电流测量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
具有使用空间矢量技术的单个电流传感器的电动机驱动控制
本专利技术涉及电动机控制，并具体涉及多相无刷电动机的脉宽调制(PWM)控制。
技术介绍
电动机控制系统需要测量通过电动机线圈或相线的电流，并且可利用用于所有相线的分离电流传感器，或者利用设置在电路中的单个电流传感器以测量D.C.(直流)电源与桥接电路和电动机组合之间流动的总瞬时电流，来实现这种测量。在单电流传感器系统中，通过使将所需电压施加给每一相线的开关的PWM图案偏移，并在适当点处对电流传感器进行采样，得出多电动机相线电流。在某些结构下，会限制PWM图案，限制可产生的最大基相电压。
技术实现思路
本专利技术的目的在于使单电流传感器驱动系统产生的基相电压的幅值最大化。从而本专利技术提供一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括与每一相线相关、通过在多个状态之间切换驱动电路而改变每一相线上所施加的电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，用于提供脉宽经过调制的驱动信号，以控制开关装置，从而控制在一系列脉宽调制周期的每一个内驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中控制装置设置成在某些情况下，当在一个脉宽调制周期内切换用于两相的开关装置，则在该周期内与所述两相其中之一相关的-->开关装置的所有开关动作，均在与所述两相中另一个相关的开关装置的开关动作开始之前完成。本专利技术还提供一种用于包括多相的多相无电刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变每一线圈上所施加电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，用于提供脉宽经过调制的驱动信号，以控制开关装置，从而控制在一系列脉宽调制周期的每一个内驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中存在与每个相线切换有关的空载时间，并且控制装置设置成，当电路处于第一状态第一状态时间，处于其他两个状态相应较短状态时间的周期内，在两个较短状态时间之间留有足够长的间隙以避免其相关的空载时间重叠。这意味着，在要求高压时，可避免两个较短状态时间之间发生零压状态。本专利技术还提供一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变施加给每一相线的电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，用于提供脉宽经过调制的驱动信号以控制开关装置，从而控制一系列脉宽调制周期的每一个内驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中控制装置控制开关装置的开关时间，使得对于通过电流传感器确定的每一相线中的电流，在足够多数量的有效状态中经过足够长的时间，并且使每一脉宽调制周期期间驱动电路处于有效状态的状态时间的总和增加到该周期的100％。或者(此外)，在整个周期中，优选将每一相线切换到一个恒定开关状态(开或关)。本专利技术还提供一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变施加给每一相线的电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，用于提供脉宽经过-->调制的驱动信号以控制开关装置，从而控制一系列脉宽调制周期的每一个内驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中控制装置控制开关装置的开关时间，从而对于通过电流传感器确定的每一相线中的电流，在足够多数量的有效状态中经过足够长的时间，并且控制装置使用空间矢量调制来确定电路在每个周期中每个状态中花费的时间。本专利技术还提供一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变施加给每一相线的电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，其用于提供脉宽经过调制的驱动信号以控制开关装置，从而控制一系列脉宽调制周期的每一个中驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中控制装置用于控制开关装置的开关时间，使得对于通过电流传感器确定的每一相线中的电流，在足够多数量的有效状态中经过足够长的时间，并且当需求电压较低时，控制装置禁止两个相邻周期之间改变开关装置在所述周期内开关的顺序，不过当需求电压较高时，允许顺序改变。这样就避免相继PWM周期内状态快速重新排列，而相继PWM周期内状态快速重新排列会在电动机中产生噪音和振动。本专利技术还提供一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变施加给每一相线的电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，其提供脉宽经过调制的驱动信号以控制开关装置，从而控制一系列脉宽调制周期的每一个内驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中控制装置用于控制开关装置的开关时间，使得对于通过电流传感器确定的每一相线中的电流，在足够多数量的有效状态中经过足够长的时间，并且控制装置用于在相应的on时间将每一相线切换成on，在相应的off时间将每一相线切换成off，且on时间或off时间为每一周期的预定时间。这有助于减少所需的补偿量，因为对于每个周期至少一部分时序是固定的。本专利技术还提供一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，-->该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变施加给每一相线的电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，其提供脉宽经过调制的驱动信号以控制开关装置，从而控制一系列脉宽调制周期的每一个内驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中控制装置用于控制开关装置的开关时间，使得对于通过电流传感器确定的每一相线中的电流，在足够多数量的有效状态中经过足够长的时间，并且控制装置在某些操作条件下停止电流检测，从而允许更大范围的脉宽调制时间。可增大电动机的最大可获得功率输出。附图说明将仅参照附图通过例子描述本专利技术的优选实施例，在附图中：图1为根据本专利技术用于电动机的驱动电路；图2表示图1的电动机中，在电动机的一个电周期内，线电压和相电压如何随时间而变；图3表示图1电路的晶体管的多个可能状态；图4为用于说明图1电路的操作的空间矢量调制图；图5所示的状态时序图表示图1电路中所用的可能调制；图6所示的空间矢量图表示图1系统的操作的一个方面；图7所示的空间矢量图表示图1系统的操作的另一方面；图8a，8b和8c所示的状态时序图表示空载时间对图1系统的PWM信号的影响；图9a和9b所示的曲线图表示空载时间对图1系统的线电压和相电压的影响；图10a，10b和10c所示的时序图表示图1系统的第一操作方法；图11a，11b和11c所示的时序图表示图1系统的第二操作方法；图12所示的曲线图表示在图1系统的另一种操作模式中终端电压如何随时间而变；图13表示在图1系统的另一种操作模式中总线箝位的可能性；-->图14所示的状态矢量图表示图12和13操作模式的效果；图15说明抑制图1系统中相序振动的一种方法；图16所示的时序图表示根据本专利技术另一实施例的开关算法；图17所示的时序图表示根据本专利技术另一实施例的开关算法；图18所示的时序图表示根据本专利技术另一实施例的开关算法；图19所示的时序图表示根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变每一相线上所施加的电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，用于提供脉宽调制的驱动信号，以控制开关装置，从而控制在一系列脉宽调制周期的每一个内驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中控制装置控制开关装置的开关时间，从而对于通过电流传感器确定的每一相线中电流，在足够多数量有效状态下花费足够长时间，并且可将每个脉宽调制周期期间处于有效状态的驱动电路的状态时间总和增加到该周期的１００％。

【技术特征摘要】
GB 2002-6-7 0213098.71、一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变每一相线上所施加的电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，用于提供脉宽调制的驱动信号，以控制开关装置，从而控制在一系列脉宽调制周期的每一个内驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中控制装置控制开关装置的开关时间，从而对于通过电流传感器确定的每一相线中电流，在足够多数量有效状态下花费足够长时间，并且可将每个脉宽调制周期期间处于有效状态的驱动电路的状态时间总和增加到该周期的100％。2、根据权利要求1所述的系统，其中所述控制装置用于确定该周期的需求电压，计算驱动电路在多个有效状态的每一个中需要的状态时间，提供需求电压，并且如果所述状态时间之和处于总周期的最小开关导通时间之内，则增大一个状态时间，使有效状态时间之和等于总周期。3、根据权利要求1所述的系统，其中所述控制装置使用总线箝位。4、根据权利要求3所述的系统，其中对于三相电动机，所述驱动电路具有6个有效状态，其中将所述控制装置设计成对于在一个周期中需要三个状态以便通过电流传感器确定每一相线中的电流的需求电压而言，总线箝位对于所述三个状态中的每一个而言是一致的。5、根据权利要求3或4所述的系统，其中在需求电压太低以至于不能进行总线箝位时，所述控制装置用于确定周期，并针对这种周期使用非总线箝位策略。6、根据权利要求5所述的系统，其中所述控制装置通过监测每个周期的调制度确定所述周期。7、根据权利要求5所述的系统，其中所述控制装置通过监测需求电压的幅值确定所述周期。8、根据权利要求5所述的系统，其中所述控制装置通过监测电动机的转速来确定所述周期。9、根据权利要求5至8其中任何一个所述的系统，其中提供滞后作用以防止总线箝位与非总线箝位操作模式之间发生振动。10、根据前面任一权利要求所述的系统，其中所述控制装置使用空间矢量调制确定电路在每个周期中在每个状态下花费的时间。11、一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变施加给每一相线的电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，其提供脉宽调制的驱动信号以控制开关装置，从而控制一系列脉宽调制周期的每一个中驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中所述控制装置用于控制开关装置的开关时间，从而对于利用电流传感器确定的每一相线中的电流，在足够多数量有效状态下花费足够长时间，并且控制装置使用空间矢量调制确定每个周期中电路在每个状态所花费的时间。12、根据权利要求11所述的系统，其中所述控制装置用于定义空间矢量区域，空间矢量区域包括与所有可能电压需求矢量相应的位置，该区域具有若干由单一状态矢量分割的扇区，并且在至少一个扇区区域内定义需求电压矢量可由两个足够长度状态矢量组成以使用电流传感器测量每一相线中的电流的位置；空间矢量区域还包括需求电压矢量必须由超过两个状态矢量组成以允许进行这种电流测量的区域。13、根据权利要求12所述的系统，其中所述控制装置还用于在所述至少一个扇区内定义电压需求矢量需要由三个状态矢量组成的区域，和电压需求矢量需要由四个状态矢量组成以进行这种电流测量的区域。14、根据权利要求12或13所述的系统，其中所述控制系统用于为区域的每个扇区定义所述区域。15、根据权利要求14所述的系统，其中所述控制装置用于针对每个电压需求矢量，确定该需求矢量落入哪个扇区和哪个区域，以便针对每个扇区中每个区域确定需要哪个有效状态产生需求电压，并且根据电压需求矢量在区域中的位置计算每个适当有效状态的状态时间。16、根据权利要求12或13所述的系统，其中所述控制装置用于仅针对一个扇区定义所述区域，从每个电压需求矢量确定所述一个扇区中的相应电压需求矢量，和使所述需求矢量处于所述一个扇区中的旋转度，针对相应电压需求矢量计算状态时间，并且基于旋转度将其转换成实际电压需求矢量的状态时间。17、根据权利要求11所述的系统，其中所述控制装置用于计算状态矢量，无需使用电流传感器对每一相线进行电流测量，从而确定所获得的状态矢量是否允许这种电流测量，并且如果不允许，则应用偏移算法以便产生允许这种电流测量的状态矢量。18、一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变施加给每一相线的电势的开关装置；电流传感器，其连接成可检测流过线圈的瞬时总电流，并且所述控制装置用于提供脉宽调制的驱动信号以控制开关装置，从而控制在一系列脉宽调制周期的每一个内驱动电路在所述状态之间切换的时间，其中所述控制装置用于控制开关装置的开关时间，从而对于利用电流传感器确定的每一相线中的电流，在足够多数量有效状态中花费足够长时间，并且在需求电压较低时，所述控制装置禁止在相邻周期之间改变开关装置在所述周期内开关的顺序，不过当需求电压较高时允许这种顺序改变。19、根据权利要求18所述的系统，其中所述控制装置用于定义系统参数的阈值，在阈值以下禁止所述顺序改变。20、根据权利要求19所述的系统，其中所述参数为调制度。21、根据权利要求18至20其中任何一个所述的系统，其中所述控制装置用于禁止所述顺序改变，从而防止所述顺序改变。22、根据权利要求18至20其中任何一个所述的系统，其中所述控制装置通过在所述顺序改变时提供滞后而禁止所述顺序改变。23、根据权利要求22所述的系统，其中所述控制装置在允许所述顺序改变的第一状态与防止所述顺序改变的第二状态之间切换时提供滞后。24、一种用于包括多相的多相无刷电动机的驱动系统，该系统包括驱动电路，该驱动电路包括通过在多个状态之间切换驱动电路而改变施加给每一相线的电势的开关装置；电流传感器，其连接成能检测流过线圈的瞬时总电流；以及控制装置，其提供脉宽调制的驱动信号以控制开关装置，从而控制在一系列脉宽调制周期的...

【专利技术属性】
技术研发人员：康奈尔B威廉斯，杰弗里R科尔斯，艾德里安萨博，克里斯托弗D狄克逊，李江，阿巴斯A法道恩，
申请(专利权)人：TRW有限公司，TRW汽车美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]