專利名稱：用于功率轉換的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的領域大體上涉及功率轉換器，并且更具體地涉及用于功率橋的換向(對于其的切換在時間上被高度約束于期望的輸出波形)的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
功率轉換器中的控制收斂的改進受益于測量和實施的離散機會之間的等待時間的最小化。至少一些已知的功率轉換器換向電路依賴橋過去的表現(xiàn)來確定將來的切換時間。這樣的電路和方法在使用相對較慢的開關部件的高頻應用中是不準確的。另外，這樣的方案不考慮在維持高效率時可能存在的干擾信號。已知的機器控制典型地施加電壓，其模擬帶寬超過電流調整器(或其他主要調整器)的帶寬的具有恒定大小和頻率的相量。即使在穩(wěn)定狀態(tài)中，開關模式的電力供應產生電壓和伏秒中的以及在徑向和環(huán)向軸線上的可預測誤差。此外，瞬時帶寬典型地苦于傳統(tǒng)方式來減少這些誤差，特別當應用于在凈切換頻率中具有顯著限制的功率橋時是這樣。選通高度約束的功率橋的方法典型地牽涉非常低的斬波頻率或模式啟動 (pattern firing)。低斬波頻率趨于約束施加的波形的最大基頻。模式啟動技術趨于限制外部調整器的響應性。

發(fā)明內容
在一個實施例中，換向控制電路包括電耦合于電功率總線的積分電壓計數(shù)器，其中該積分電壓計數(shù)器配置成隨時間將從該功率總線接收的電壓信號積分，并且當該積分的電壓信號等于預定計數(shù)時生成觸發(fā)信號。該系統(tǒng)還包括多個晶體管對，它們配置成接收由該積分電壓計數(shù)器生成的觸發(fā)信號并且電耦合于馬達的相應繞組。在另一個實施例中，將功率轉換器換向的方法包括將電壓信號(其包括直流分量和干擾分量)積分來生成積分電壓值，將該積分電壓值與預定閾值比較，當該積分電壓值等于該預定閾值時觸發(fā)該功率轉換器的換向。在再另一個實施例中，功率轉換器系統(tǒng)包括輸入組件，其包括至少一個逆變器； 輸出組件，其包括電耦合于相應馬達繞組的多個晶體管對；直流(DC)鏈路，其電耦合在該輸入組件和該輸出組件之間；以及控制單元，其配置成從該DC鏈路和該輸出組件的輸出中的至少一個接收電壓信號，關于時間將該電壓信號積分來產生脈沖列，將響應于該脈沖列的計數(shù)器增量，并且使用該計數(shù)器的該增量觸發(fā)該輸出組件的狀態(tài)變化。


圖1-2示出本文描述的方法和系統(tǒng)的示范性實施例。圖I是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的功率轉換器系統(tǒng)(PCS)的示意框圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的將功率轉換器換向的方法的示意框圖。
具體實施例方式下列詳細描述通過示例而不通過限制的方式說明本發(fā)明的實施例。預想本發(fā)明對于將工業(yè)、商業(yè)和住宅應用中的功率轉換系統(tǒng)換向的分析和方法實施例通用。如本文使用的，以單數(shù)列舉的并且具有單詞“一”在前的元件或步驟應該理解為不排除復數(shù)個元件或步驟，除非這樣的排除被明確地列舉。此外，對本發(fā)明的“一個實施例”的引用不意在解釋為排除也包含列舉的特征的另外的實施例的存在。本發(fā)明的實施例利用實時條件來促使實施而沒有過度的延遲。這樣的條件基于考慮包括干擾的條件的實時測量、使用相對簡單的可機械化的轉變控制器而滿足。受到大多數(shù)關注的干擾是在實施期內影響系統(tǒng)發(fā)散性的那些干擾。簡單的可機械化的轉變控制器包括不依賴于推斷出將來切換將發(fā)生的時間(如果系統(tǒng)仍然收斂在可能已經改變的系統(tǒng)變量)的之前條件的凍結評估的機構，能夠估計條件朝轉變時間的進展，并且做出條件與設置點的連續(xù)比較來觸發(fā)該轉變。本發(fā)明的實施例使用例如輸出相電壓等伏秒的積累，其自然包括DC鏈路電壓中的干擾、將電路和功率裝置換向的影響。在示范性實施例中，使用與循環(huán)電流(反向橋)偏置余弦相控制器一致的調制器。兩個重要的機器兼容的轉換器測量是徑向和環(huán)向伏秒(通量)誤差。這些類型的不可控誤差與不可取的加熱電流、扭矩誤差和磁化誤差(其中全部都是機器的應激物 (stressor))高度相關。這些通量誤差項是期望和實際電壓矢量之間的凈誤差矢量的關聯(lián)分量的連續(xù)時間積分。處于穩(wěn)定狀態(tài)的該理想期望電壓是具有恒定大小的連續(xù)旋轉矢量，并且該實際施加的波形通過由橋產生的離散矢量的定時序列描述。對于適當形成的施加的波形，徑向和環(huán)向通量誤差在合適的時間段期間是零均值。圖I是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的功率轉換器系統(tǒng)(PCS) 100的示意框圖。在該示范性實施例中，PCS100包括輸入組件102，該輸入組件102包括至少一個轉換器104， 其可包括至少一個三相逆變器；輸出組件106，其包括電耦合于相應馬達繞組110的多個晶體管對108 ;直流(DC)鏈路112，其電耦合在輸入組件102和輸出組件106之間。PCS100 還包括控制單元114，其包括處理器115。控制單元114配置成從DC鏈路112接收電壓信號，關于時間將該電壓信號積分來確定伏秒值，以預定伏秒值將計數(shù)器116增量，并且使用計數(shù)器116的該增量觸發(fā)輸出組件106的狀態(tài)變化。在該示范性實施例中，計數(shù)器116包括積分電壓計數(shù)器，其從DC鏈路112接收電壓信號并且將該接收的電壓信號積分來生成伏秒計數(shù)。該伏秒計數(shù)將計數(shù)器116增量來指示何時足夠的伏秒已經進入輸出組件106以管理在PCS100的輸出118處的電流。在一個實施例中，計數(shù)器116可采用現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)裝置體現(xiàn)，并且由Σ -Δ調制器裝置驅動。在實施例中，相應的馬達繞組110安置在例如用于驅動負載122 (例如但不限于壓縮機等)的電動馬達120內。在各種實施例中，相應繞組110安置在其他裝置或部件(例如但不限于發(fā)電機、公用事業(yè)變壓器繞組和電抗器等)內。圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的將功率轉換器換向的方法200的示意框圖。 在該示范性實施例中，方法200包括將電壓信號(其可以包括干擾分量)積分202來生成積分電壓值。在一個實施例中，該干擾分量包括噪聲分量和干擾分量中的至少一個。方法200還包括將該積分電壓值與預定閾值比較204，并且當該積分電壓值等于該閾值(其產生于期望電壓)時觸發(fā)206該功率轉換器的換向。在該示范性實施例中，DC鏈路的該積分電壓采用伏秒測量。當積分電壓計數(shù)器滿足或超過該閾值時，這觸發(fā)包括多個晶體管對的換向電路的下一個狀態(tài)。如本文使用的，術語處理器指中央處理單元、微處理器、微控制器、精簡指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、邏輯電路和任何能夠執(zhí)行本文描述的功能的其它電路或處理器。如本文使用的，術語“軟件”和“固件”是可互換的，并且包括存儲在存儲器中供處理器115執(zhí)行的任何計算機程序，該存儲器包括RAM存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、 EEPROM存儲器以及非易失性RAM(NVRAM)存儲器。上文的存儲器類型只是示范性的，并且從而關于可用于存儲計算機程序的存儲器類型不是限制性的。如將基于前面的說明書意識到的，該公開的上文描述的實施例可使用計算機編程或工程技術實現(xiàn)，這些技術包括計算機軟件、固件、硬件或其的任何組合或子集，其中技術效果是減少徑向和環(huán)向軸線上電壓和伏秒中的誤差，而不影響可能苦于傳統(tǒng)方式來減少這些誤差的瞬時帶寬(特別當施加于在凈切換頻率中具有顯著限制的功率橋時)，使得便于在具有顯著切換限制的功率轉換系統(tǒng)的輸出處具有高保真波形。任何這樣所得的程序(具有計算機可讀代碼部件)可根據(jù)該公開論述的實施例在一個或多個計算機可讀介質內體現(xiàn)或提供，由此制作計算機程序產品，即制品。該計算機可讀介質可是例如但不限于固定 (硬)驅動器、軟盤、光盤、磁帶、例如只讀存儲器(ROM)等半導體存儲器，和/或例如互聯(lián)網(wǎng)或其他通信網(wǎng)絡或鏈路等任何傳送/接收介質。包含計算機代碼的該制品可通過直接從一個介質執(zhí)行代碼、通過將代碼從一個介質拷貝到另一個介質或通過在網(wǎng)絡上傳送代碼而制作和/或使用。上文描述的將功率轉換器換向的系統(tǒng)和方法的實施例提供成本有效和可靠的方式用于允許大功率橋在要求電參量的高保真和高帶寬管理的應用中的應用。更具體地，本文描述的該系統(tǒng)和方法便于除去DC鏈路電壓中的干擾、將電路和功率裝置換向的影響(對于其中使用輸出電壓的情況)，使用伏秒的積累來使用實時條件建立換向觸發(fā)。在示范性實施例中，使用與使余弦偏置的循環(huán)電流(反向橋)的相控制器一致的調制器。結果，本文描述的系統(tǒng)和方法便于采用成本有效和可靠的方式在功率轉換系統(tǒng)的輸出處生成高保真的波形。該書面說明使用示例來公開本發(fā)明，其包括最佳模式，并且還使本領域內技術人員能夠實踐本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)和進行任何包含的方法。本發(fā)明的專利范圍由權利要求限定，并且可包括本領域內技術人員想到的其他示例。這樣的其他示例如果其具有不與權利要求的書面語言不同的結構元件，或者如果它們包括與權利要求的書面語言無實質區(qū)別的等同結構元件則意在權利要求的范圍內。部件列表100功率轉換系統(tǒng)(PCS) 102輸入組件104轉換器106輸出組件108多個晶體管對110繞組112DC鏈路114控制單元
115處理器116計數(shù)器118輸出120電動馬達122負載200方法202將包括干擾分量的電壓信號積分來生成積分電壓值204將積分電壓值與預定閾值比較206當積分電壓值等于預定閾值時觸發(fā)功率轉換器的換向
權利要求
1.一種換向控制電路,包括電耦合于電功率總線的積分電壓計數(shù)器(116)，所述積分電壓計數(shù)器配置成隨時間將從所述功率總線接收的電壓信號積分，并且當積分的電壓信號等于預定計數(shù)時生成觸發(fā)信號；以及多個晶體管對(108)，其配置成接收由所述積分電壓計數(shù)器生成的觸發(fā)信號并且電耦合于相應電繞組(110)。
2.如權利要求I所述的換向電路，其中所述積分電壓計數(shù)器(116)包括現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)裝置。
3.如權利要求I所述的換向電路，其中所述積分電壓計數(shù)器(116)包括Σ-Δ調制器裝置。
4.如權利要求I所述的換向電路，其中所述觸發(fā)信號配置成將所述多個晶體管對 (108)的狀態(tài)從第一狀態(tài)改變到第二狀態(tài)。
5.如權利要求I所述的換向電路，其中所述積分電壓計數(shù)器(116)配置成在輸入處接收電壓信號；將所述電壓信號積分來產生脈沖列；將響應于所述脈沖列的計數(shù)器增量。
6.如權利要求I所述的換向電路，其中所述電壓信號包括干擾分量、用于生成功率轉換器(104)的功率輸出的DC分量，所述干擾分量引起所述功率轉換器和馬達(120)中的至少一個的物理分量的不期望的應激。
7.如權利要求I所述的換向電路，其中所述觸發(fā)器包括積分電壓計數(shù)器(116)和比較器，所述比較器配置成將所述積分電壓信號與預定閾值比較并且當所述積分電壓信號等于所述預定閾值時生成所述觸發(fā)信號。
8.如權利要求7所述的換向電路，其中所述積分電壓計數(shù)器(116)和所述比較器包含在單個可編程裝置中。
9.如權利要求I所述的換向電路，其中所述預定計數(shù)使用所述多個晶體管對(108)的輸出的大小和相中的至少一個來確定。
10.一種功率轉換器系統(tǒng)(100)包括輸入組件(102)，其包括至少一個轉換器(104)；輸出組件(106)，其包括電耦合于相應馬達繞組(110)的多個晶體管對(108);以及直流(DC)鏈路(112)，其電耦合在所述輸入組件和所述輸出組件之間；控制單元(114)，其配置成從所述DC鏈路和所述輸出組件的輸出中的至少一個接收電壓信號；關于時間將所述電壓信號積分來產生脈沖列；將響應于所述脈沖列的計數(shù)器增量；以及使用所述計數(shù)器的所述增量觸發(fā)所述輸出組件的狀態(tài)變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于功率轉換的方法和系統(tǒng)。換向控制電路包括電耦合于電功率總線的積分電壓計數(shù)器(116)，該積分電壓計數(shù)器配置成隨時間將從該功率總線接收的電壓信號積分，并且當該積分的電壓信號等于預定計數(shù)時生成觸發(fā)信號；以及多個晶體管對(108)，其配置成接收由該積分電壓計數(shù)器生成的觸發(fā)信號并且電耦合于相應電繞組(110)。
文檔編號H02P27/06GK102611340SQ20121001271
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權日2011年1月3日
發(fā)明者A·M·里特, J·D·德阿特里, R·A·西摩爾, R·達塔 申請人:通用電氣公司