变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置及其方法，该变频器用以驱动一以变压变频控制的感应马达。该方法利用计算该变频器的输出瞬时电流的均方根值大小，再通过软件以电流均方根进行查表，分别获得一死区补偿电压基准值与标么值，最后将该两电压量值相乘，计算出该变频器的脉冲宽度调制死区补偿电压值。如此，可免去电流电压转换计算的复杂度，以提供更快速的输出入即时响应，同时，可达成在不增加硬件成本的情况下，获得更精准的死区补偿电压值，并且，通过死区补偿，能以获得无失真的输出弦波电流，以改善马达在低频轻载运转的效能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤指一种利用软 件查表方式计算死区补偿电压值的。
技术介绍
现今工业应用中最常用且能商品化的变频器(inverter)控制技术，大略可广义 分为纯量控制(scalar control)与向量控制(vector control)两种。虽然纯量控制在速 度动态响应、控速比及控制精度等方面比向量控制为差，但由于纯量控制的控制架构简单、 容易实现而且比较不容易发散，因此，在一些非伺服目的的工业应用上仍然被广泛采用。 纯量控制亦即电压/频率控制(V/f control)，也称为变压变频控制(variable voltage variable frequency control，VVVF)。一般而言，纯量控制是一种开回路的控制方法，不需 要反馈马达的转速。其基本原理为根据转速命令调整马达供应电源的频率，亦即变频器的 输出频率。因为马达的磁通大小正是与此电压与频率的比值成正比，因此，也必须调整变频 器输出电压的大小，使得电压与马达运转频率的比值维持一定值，借此达成维持磁通大小 并控制转速的目的。虽然电压/频率控制是相当容易实现，然而在低频轻载时，由于变频器的输出电 压极小，再加上切换开关上的压降等等因素，造成变频器输出电压上的误差加剧，因此，马 达运转在低频轻载时的控制性能就变得较差。此外，在变频器驱动电路中，由于功率芯片会有导通延迟(turn-on delay)与截止 延迟(turn-off delay)的非理想现象，因此，实际上，功率芯片并不会在输入命令到达后立 即导通或截止。为了避免同一臂上两芯片在非完全导通或截止状态下发生短路的情况，须 要在上下臂芯片导通与截止中间错开，延迟一段时间，此段时间称为死区时间(dead time) 或称短路防止时间。短路防止时间的做法为将每一功率芯片(开关)由截止至导通的瞬间往后延迟 一时间，而此延迟的时间大小必须配合开关的切换速度。但是，加入短路防止时间后，变频 器输出电压的基本波成分会减少而低频谐波成分会增加，当马达低速运转时，低频谐波对 马达影响会更加明显，特别是在开回路控制下，输出电流将发生零点交越(zero-crossing) 的死区现象，使得实际电流在零点交越时产生了失真。请参见图IA为公知变频器死区补偿的电路方块图，此种变频器的死区补偿方式 为目前常用的补偿方式之一。如图所示，此一变频器20A的死区补偿方式利用侦测一马达 30A的三相电流计算所需的死区补偿量。亦即，利用一电流侦测电路40A侦测该马达30A的 输入电源电流，也就是该变频器20A的三相输出电流。该三相输出电流由一死区补偿模块 50A接收该变频器20A的三相输出电流，并根据该三相电流的极性，在每一相的脉冲宽度调 制(PWM)参考命令值，加上或减去(视电流极性而定)一个修正量，使得产生的死区补偿量 为一与电流同相位的梯形补偿曲线。此种变频器的死区补偿方式具有计算简单的优点，但 其缺点是电压补偿量与梯形斜率会偏离理想值，导致输出电流波形激变，使得马达在转动时会产生忽快忽慢的转速不连续现象，此种失真现象在低频轻载时(特别是IHz以下的轻 载，甚至无载运转)会特别明显。为了改善上述所提的马达运转在低频轻载时的输出电流波形激变现象，另一种也 是目前常用的补偿方式之一，如下所述请参见图IB为公知变频器死区补偿的电路方块图。此种变频器的死区补偿方式 为采用电压反馈的死区补偿方式。亦即，此种变频器的死区补偿方式除了采用上述的补偿 方式外，另外再增加一电压侦测电路60A。该电压侦测电路60A用以侦测该变频器20A的 三相输出电压，并且求出其瞬时的电压输出差量。并根据该电压输出差量以及所侦测到的 三相电流极性，求出电压补偿量及其补偿量的方向。此种以电压反馈方式进行死区补偿的 方式，输出电流的波形接近纯弦波，为平滑的补偿曲线。相较于第一种变频器死区补偿方式 (如图1A)的补偿量为一梯形，除了造成在高电压输出时梯形的转折点处，会产生电流激变 外，也由于梯形的补偿量与真实补偿量不一致，将产生电压补偿过大的问题。因此，此种变 频器的死区补偿方式除了可得到高准确度补偿量的优点外，更可得到几乎无失真的弦波电 流，以改善马达运转在低频轻载时的输出电流波形激变现象。但其缺点是为了直接侦测以 求出电压输出差量，必须额外增加该电压侦测电路60A，故此，相较于第一种变频器死区补 偿方式(如图1A)来说，需要增加额外硬件电路的成本。因此，如何设计出一种变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置及方法，能使在不额 外增加硬件电路的前提下，改善马达运转在低频轻载时低频电流激变的问题，并获得更快 速的输出入即时响应，为本专利技术所欲行克服并加以解决的一大课题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置。该变 频器内部开关元件的导通与截止状态通过一栅极驱动电路推动，用以驱动一以变压变频 (V/f)控制的感应马达，并且，该变频器的三相输出电流大小由一电流侦测电路侦测为一模 拟侦测电流。该变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置包含一模拟数字转换单元、一电压频 率控制单元、一死区补偿逻辑单元及一脉冲宽度调制产生单元。 该模拟数字转换单元连接该电流侦测电路，用以接收该模拟侦测电流，并转换该 模拟侦测电流为一数字侦测电流；其中，在速度闭回路架构下，该模拟数字转换单元用以接 收该感应马达的输出频率，并转换该输出频率为一数字侦测频率。该电压频率控制单元连 接该模拟数字转换单元，用以接收该数字侦测频率，其中，在速度闭回路架构下，同时也接 收一外部频率命令，并且将该数字侦测频率与该频率命令的误差值，并根据该电压频率控 制单元的电压频率转换关系，输出一对应的参考电压。该死区补偿逻辑单元连接该模拟数 字转换单元与该电压频率控制单元，用以接收该数字侦测电流与该参考电压，并输出一电 压命令。该脉冲宽度调制产生单元连接该死区补偿逻辑单元，用以接收并转换该电压命令， 并输出一脉冲宽度调制电压命令至该栅极驱动电路。 该死区补偿逻辑单元包含一均方根值计算单元、一除法器、一第一电流电压转换 单元、一第二电流电压转换单元、一乘法器及一加法器。该均方根值计算单元接收该数字侦 测电流，用以计算该数字侦测电流的均方根值为一基底电流。该除法器连接该均方根值计 算单元，用以计算该数字侦测电流与该基底电流的比值为一标么电流(或称标幺电流)。该第一电流电压转换单元连接该均方根值计算单元，用以接收该基底电流，并根据该第一电 流电压转换单元的电流电压转换关系，输出一对应的基底补偿电压。该第二电流电压转换 单元连接该除法器，用以接收该标么电流，并根据该第二电流电压转换单元的电流电压转 换关系，输出一对应的标么补偿电压。该乘法器连接该第一电流电压转换单元与该第二电 流电压转换单元，用以计算该标么补偿电压与该基底补偿电压的乘积为一补偿电压。该加 法器连接该乘法器，用以加总计算该补偿电压与该电压频率控制单元输出的该参考电压为 该电压命令。为了解决上述问题，本专利技术提供一种变频器的脉冲宽度调制死区补偿方法。该变 频器用以驱动一以变压变频控制(v/f)的感应马达。该变频器的脉冲宽度调制死区补偿方 法的步骤包含首先，计算该变频器输出的三相电流瞬时值为一三相电流均方根值。然后， 对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置，其特征在于，该变频器内部开关元件的导通与截止状态通过一栅极驱动电路推动，用以驱动一以变压变频控制的感应马达，并且，该变频器的三相输出电流大小由一电流侦测电路侦测为一模拟侦测电流；该变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置包含：一模拟数字转换单元，连接该电流侦测电路，用以接收该模拟侦测电流，并转换该模拟侦测电流为一数字侦测电流；其中，在速度闭回路架构下，该模拟数字转换单元用以接收该感应马达的输出频率，并转换该输出频率为一数字侦测频率；一电压频率控制单元，连接该模拟数字转换单元，用以接收该数字侦测频率；其中，在速度闭回路架构下，同时也接收一外部频率命令，并且将该数字侦测频率与该频率命令的误差值，根据该电压频率控制单元的电压频率转换关系，输出一对应的参考电压；一死区补偿逻辑单元，连接该模拟数字转换单元与该电压频率控制单元，用以接收该数字侦测电流与该参考电压，并输出一电压命令；该死区补偿逻辑单元包含：一均方根值计算单元，接收该数字侦测电流，用以计算该数字侦测电流的均方根值为一基底电流；一除法器，连接该均方根值计算单元，用以计算该数字侦测电流与该基底电流的比值为一标么电流；一第一电流电压转换单元，连接该均方根值计算单元，用以接收该基底电流，并根据该第一电流电压转换单元的电流电压转换关系，输出一对应的基底补偿电压；一第二电流电压转换单元，连接该除法器，用以接收该标么电流，并根据该第二电流电压转换单元的电流电压转换关系，输出一对应的标么补偿电压；一乘法器，连接该第一电流电压转换单元与该第二电流电压转换单元，用以计算该标么补偿电压与该基底补偿电压的乘积为一补偿电压；及一加法器，连接该乘法器，用以加总计算该补偿电压与该电压频率控制单元输出的该参考电压为该电压命令；及一脉冲宽度调制产生单元，连接该死区补偿逻辑单元，用以接收并转换该电压命令，并输出一脉冲宽度调制电压命令至该栅极驱动电路。...

【技术特征摘要】
1.一种变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置，其特征在于，该变频器内部开关元件的 导通与截止状态通过一栅极驱动电路推动，用以驱动一以变压变频控制的感应马达，并且， 该变频器的三相输出电流大小由一电流侦测电路侦测为一模拟侦测电流；该变频器的脉冲 宽度调制死区补偿装置包含一模拟数字转换单元，连接该电流侦测电路，用以接收该模拟侦测电流，并转换该模拟 侦测电流为一数字侦测电流；其中，在速度闭回路架构下，该模拟数字转换单元用以接收该 感应马达的输出频率，并转换该输出频率为一数字侦测频率；一电压频率控制单元，连接该模拟数字转换单元，用以接收该数字侦测频率；其中，在 速度闭回路架构下，同时也接收一外部频率命令，并且将该数字侦测频率与该频率命令的 误差值，根据该电压频率控制单元的电压频率转换关系，输出一对应的参考电压；一死区补偿逻辑单元，连接该模拟数字转换单元与该电压频率控制单元，用以接收该 数字侦测电流与该参考电压，并输出一电压命令；该死区补偿逻辑单元包含一均方根值计算单元，接收该数字侦测电流，用以计算该数字侦测电流的均方根值为 一基底电流；一除法器，连接该均方根值计算单元，用以计算该数字侦测电流与该基底电流的比值 为一标么电流；一第一电流电压转换单元，连接该均方根值计算单元，用以接收该基底电流，并根据该 第一电流电压转换单元的电流电压转换关系，输出一对应的基底补偿电压；一第二电流电压转换单元，连接该除法器，用以接收该标么电流，并根据该第二电流电 压转换单元的电流电压转换关系，输出一对应的标么补偿电压；一乘法器，连接该第一电流电压转换单元与该第二电流电压转换单元，用以计算该标 么补偿电压与该基底补偿电压的乘积为一补偿电压；及一加法器，连接该乘法器，用以加总计算该补偿电压与该电压频率控制单元输出的该 参考电压为该电压命令；及一脉冲宽度调制产生单元，连接该死区补偿逻辑单元，用以接收并转换该电压命令，并 输出一脉冲宽度调制电压命令至该栅极驱动电路。2.根据权利要求1所述的变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置，其特征在于，在速度 开回路控制时，该电压频率控制单元直接接收该外部频率命令，并根据该电压频率控制单 元的电压频率转换关系，输出一对应的参考电压。3.根据权利要求1所述的变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置，其特征在于，该第一 电流电压转换单元的该电流电压转换关系为一单调递增曲线。4.根据权利要求1所述的变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置，其特征在于，该第二 电流电压转换单元的该电流电压转换关系为一单调递增曲线。5.根据权利要求1所述的变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置，其特征在于，该第一 电流电压转换单元的电流电压转换关系，利用测量该变频器内部开关元件的导通与截止时 间，求得该基底电流对该基底补偿电压的转换关系。6.根据权利要求1所述的变频器的脉冲宽度调制死区补偿装置，其特征在于，该第二 电流电压转换单元的电流电压转换关系，利用测测量该变频器内部开关元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑隆杰，谢庭钟，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]