一種變頻器死區(qū)補(bǔ)償方法及補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種變頻器死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓源型變頻器的輸出端一般采用每相具有上、下兩個(gè)互補(bǔ)動(dòng)作的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的橋式電路，輸出電壓采用PWM方式，按照時(shí)間電壓面積等效原則，通過(guò)控制調(diào)制比較值改變占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。
[0003]為了防止上、下兩個(gè)功率半導(dǎo)體之間出現(xiàn)“橋臂直通”現(xiàn)象，一般會(huì)在橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)中插入一段“死區(qū)時(shí)間”，在該段時(shí)間之內(nèi)，上、下兩個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件均處于可靠關(guān)斷狀態(tài)。
[0004]死區(qū)時(shí)間的插入導(dǎo)致“死區(qū)效應(yīng)”，在輸出電壓層面，主要表現(xiàn)為:輸出電壓脈寬偏差和脈沖邊沿非線性。
[0005]死區(qū)時(shí)間內(nèi)一相橋臂的上、下兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件均處于關(guān)斷狀態(tài)，實(shí)際的輸出電壓將由續(xù)流電流和續(xù)流回路決定。以圖1為例，當(dāng)輸出電流iu>0時(shí)，實(shí)際的輸出電壓與理想電壓之間的脈寬偏差為-(td+ton-toff)，當(dāng)輸出電流iu〈0時(shí)，實(shí)際的輸出電壓與理想電壓之間的脈寬偏差為(td+ton-toff)，其中，td為死區(qū)時(shí)間，ton為開(kāi)通延遲，toff為關(guān)斷延遲。
[0006]在死區(qū)時(shí)間以內(nèi)，輸出脈沖電壓的邊沿變化由續(xù)流電流對(duì)功率半導(dǎo)體的輸出極間電容Ccel和Cce2充放電情況決定。當(dāng)續(xù)流電流較大時(shí)，這一充放電過(guò)程非常迅速，小于死區(qū)時(shí)間，因此死區(qū)時(shí)間內(nèi)的電壓邊沿變化實(shí)際上是線性的。臨界的，當(dāng)續(xù)流電流小到某一閾值時(shí)，這一充放電過(guò)程剛好在完整的死區(qū)時(shí)間內(nèi)完成，如圖2中(a)和(e)所示。當(dāng)電流小于該閾值而非零時(shí)，在死區(qū)時(shí)間以內(nèi)，續(xù)流電流無(wú)法通過(guò)將功率半導(dǎo)體的輸出極間電容Ccel和Cce2充放電完全而達(dá)到另一穩(wěn)定電平狀態(tài)，而是在死區(qū)時(shí)間結(jié)束后由另一開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通而使得輸出電壓強(qiáng)迫變化至另一穩(wěn)定電平狀態(tài)，如圖2中(b)和(d)所示，此時(shí)輸出電壓的邊沿出現(xiàn)非線性畸變。當(dāng)電流達(dá)到零時(shí)，上述續(xù)流充電過(guò)程將不存在，輸出電壓依靠互補(bǔ)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通進(jìn)行改變，不考慮ton和toff的差別，理論上輸出電壓中將不存在死區(qū)影響。
[0007]由于上述輸出電壓中存在的脈寬偏差和邊沿非線性畸變引起的輸出電壓偏差，會(huì)導(dǎo)致變頻器的輸出電流存在諧波畸變，所帶電機(jī)負(fù)載中將出現(xiàn)諧波轉(zhuǎn)矩，影響控制性能，因此為提高控制性能，必須對(duì)死區(qū)效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。
[0008]通常死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償主要采取兩種方式:軟件死區(qū)補(bǔ)償和硬件死區(qū)補(bǔ)償。
[0009]軟件死區(qū)補(bǔ)償是通過(guò)構(gòu)造一系列的電流條件獲取輸出電壓偏差和輸出電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，再根據(jù)實(shí)際的輸出電流或推算的預(yù)測(cè)電流大小和符號(hào)，將上述習(xí)得的電壓偏差補(bǔ)償?shù)捷敵鲋噶钫伎毡犬?dāng)中，使得實(shí)際的輸出電壓接近于理想的輸出電壓。這種方法計(jì)算簡(jiǎn)單，不需要額外的輸出電壓硬件檢測(cè)電路，且可以通盤(pán)補(bǔ)償各種硬件層面原因?qū)е碌碾妷菏д妫谳敵鲭娏鬏^大情況下補(bǔ)償效果尚可。但是，輸出電壓偏差補(bǔ)償是基于輸出電流，當(dāng)電流較小或者出現(xiàn)零電流箝位時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確補(bǔ)償，電流過(guò)零點(diǎn)附近仍存在嚴(yán)重畸變。
[0010]硬件死區(qū)補(bǔ)償是使用硬件電路采樣輸出電壓的脈沖寬度，與指令脈寬進(jìn)行對(duì)比，得到脈寬誤差，從而在輸出指令上進(jìn)行脈沖寬度補(bǔ)償。其輸出電壓脈沖寬度檢測(cè)一般是利用輸出電壓與一個(gè)固定電位、或根據(jù)電流可改變的兩個(gè)電位、或兩級(jí)固定電位進(jìn)行比較生成方波反饋信號(hào)，根據(jù)時(shí)間電壓面積等效原則，當(dāng)實(shí)際輸出電壓脈沖的邊沿為線性時(shí)，這種方法的檢測(cè)精度極高。但是當(dāng)輸出電壓邊沿存在非線性畸變時(shí)，這種檢測(cè)方法自身存在檢測(cè)偏差，這一偏差主要出現(xiàn)在輸出電流較小的范圍內(nèi)，使得硬件補(bǔ)償方式下，電流過(guò)零點(diǎn)附近仍存在嚴(yán)重畸變。
[0011]因此，如何開(kāi)發(fā)一種可解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題的死區(qū)補(bǔ)償方案為本領(lǐng)域迫切需要解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對(duì)上述現(xiàn)有死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能夠大幅提升死區(qū)補(bǔ)償精度，極大降低輸出電壓失真的變頻器死區(qū)補(bǔ)償方法。
[0013]同時(shí)在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種可實(shí)現(xiàn)該變頻器死區(qū)補(bǔ)償方法的變頻器死區(qū)補(bǔ)償系統(tǒng)。
[0014]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的方案:
[0015]—種變頻器死區(qū)補(bǔ)償方法，該補(bǔ)償方法基于硬件死區(qū)補(bǔ)償方法的基礎(chǔ)上，對(duì)硬件脈寬檢測(cè)誤差進(jìn)行軟件修正。
[0016]優(yōu)選的，所述補(bǔ)償方法包含以下步驟:
[0017]檢測(cè)PffM輸出電壓的實(shí)際占空比，計(jì)算指令占空比和實(shí)際占空比之間的誤差，作為硬件檢測(cè)死區(qū)時(shí)間Tdt_h ；
[0018]檢測(cè)輸出電流瞬時(shí)值，在設(shè)定的較小電流閾值范圍內(nèi)，根據(jù)電流的大小和符號(hào)，對(duì)輸出電壓波形畸變引起的測(cè)誤差進(jìn)行軟件修正，修正誤差值為T(mén)dt_s;
[0019]使用Tdtj^PTdt_s2和作為死區(qū)補(bǔ)償時(shí)間Tdt，補(bǔ)償?shù)街噶钫伎毡戎小?br>[0020]進(jìn)一步的，所述PffM輸出電壓實(shí)際占空比通過(guò)硬件檢測(cè)方式得到。
[0021]再進(jìn)一步的，所述PffM輸出電壓實(shí)際占空比的檢測(cè)過(guò)程如下:
[0022]首先將PWM輸出電壓與母線電壓中點(diǎn)電位進(jìn)行比較，并形成相應(yīng)的方波脈寬信號(hào)；針對(duì)比較后形成的方波脈寬信號(hào)的低電平或者高電平狀態(tài)進(jìn)行計(jì)數(shù);通過(guò)一個(gè)PWM周期內(nèi)所得的計(jì)數(shù)值變化量，計(jì)算得到輸出電壓的實(shí)際占空比。
[0023]進(jìn)一步的，所述較小電流閾值范圍的確定方法為:當(dāng)輸出電流大小，在變頻器設(shè)置的死區(qū)時(shí)間內(nèi)，使得變頻器的輸出電壓的其中一個(gè)邊沿，按時(shí)間線性過(guò)渡到另一個(gè)狀態(tài)，則此時(shí)續(xù)流電流的大小即為需要對(duì)輸出電壓波形畸變引起的Tdt_h檢測(cè)誤差進(jìn)行軟件修正的較小電流閾值;對(duì)于雙極性調(diào)制，該閾值范圍是關(guān)于零對(duì)稱的區(qū)間。
[0024]進(jìn)一步的，在對(duì)Pmi電壓波形畸變引起的Tdt_h檢測(cè)誤差進(jìn)行軟件修正時(shí):當(dāng)實(shí)際輸出的邊沿非線性PWM電壓，與實(shí)際占空比檢測(cè)信號(hào)，在面積等效原則下的脈寬表述之間存在偏差，這一偏差與續(xù)流電流的大小和方向有關(guān)，根據(jù)實(shí)際波形畸變情況在面積等效原則下進(jìn)行誤差計(jì)算并進(jìn)行軟件修正。
[0025]針對(duì)上述變頻器死區(qū)補(bǔ)償方法的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供一種變頻器死區(qū)補(bǔ)償系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括:
[0026]占空比檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)PffM輸出電壓的實(shí)際占空比；
[0027]誤差計(jì)算模塊，與占空比檢測(cè)模塊數(shù)據(jù)相接，用于計(jì)算指令占空比和實(shí)際占空比之間的誤差，并作為硬件檢測(cè)死區(qū)時(shí)間Tdt_h;
[0028]電流瞬時(shí)值檢測(cè)電路，用于檢測(cè)輸出電流瞬時(shí)值；
[0029]軟件修改模塊，與電流瞬時(shí)值檢測(cè)電路和誤差計(jì)算模塊數(shù)據(jù)相接，用于在設(shè)定的較小電流閾值范圍內(nèi)，對(duì)輸出電壓波形畸變引起的測(cè)誤差進(jìn)行軟件修正，修正誤差值為T(mén)dt_s;
[0030]補(bǔ)償模塊，與軟件修改模塊和誤差計(jì)算模塊數(shù)據(jù)相接，用于形成死區(qū)補(bǔ)償時(shí)間Tdt，并補(bǔ)償?shù)街噶钫伎毡戎小?br>[0031]優(yōu)選的，所述占空比檢測(cè)模塊主要包括電壓比較子模塊、計(jì)數(shù)器、實(shí)際占空比計(jì)算子模塊，所述電壓比較子模塊對(duì)PWM輸出電壓與母線電壓中點(diǎn)電位進(jìn)行比較，并在比較后形成的方波脈寬信號(hào)，且將該方波脈寬信號(hào)輸送至計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器對(duì)方波脈寬信號(hào)的低電平或者高電平狀態(tài)進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到一個(gè)PWM周期內(nèi)的計(jì)數(shù)值變化量，并傳輸至實(shí)際占空比計(jì)算子模塊;所述實(shí)際占空比計(jì)算子模塊根據(jù)一個(gè)PWM周期內(nèi)的計(jì)數(shù)值變化量計(jì)算得到輸出電壓的實(shí)際占空比。
[0032]本發(fā)明提供的方案通過(guò)對(duì)硬件脈寬檢測(cè)電路檢測(cè)誤差的軟件修正，大幅提升了死區(qū)補(bǔ)償精度，極大降低了輸出電壓失真，尤其是電流過(guò)零點(diǎn)附近的電壓偏差，可有效抑制零電流箝位現(xiàn)象的發(fā)生。
【附圖說(shuō)明】
[0033]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0034]圖1為插入死區(qū)時(shí)間對(duì)實(shí)際輸出電壓影響示意圖；
[0035]圖2為輸出電流對(duì)實(shí)際輸出電壓邊沿影響示意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明死區(qū)補(bǔ)償方法流程圖；
[0037]圖4為本發(fā)明實(shí)施例脈寬檢測(cè)電路示意圖；
[0038]圖5為本發(fā)明實(shí)施例硬件檢測(cè)誤差曲線示意圖；
[0039]圖6為本發(fā)明實(shí)施例僅作硬件死區(qū)補(bǔ)償情況下的指令電壓、電壓誤差及輸出電流波形；
[0040]圖7為本發(fā)明實(shí)施例采用本發(fā)明所提供方法補(bǔ)償情況下的指令電壓、電壓誤差及輸出電流波形；
[0041 ]圖8為本發(fā)明實(shí)施死區(qū)補(bǔ)償方法的死區(qū)補(bǔ)償系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0042]其中，主要附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0043 ]Tdt_h:硬件檢測(cè)之輸出電壓占空比與指令占空比之間的脈寬偏差；
[0044]Atd_h:硬件檢測(cè)之輸出電壓占空比與實(shí)際輸出電壓等效占空比之間的脈寬偏差;
[0045]td:變頻器設(shè)置的插入死區(qū)時(shí)間。
[0046]100:變頻器死區(qū)補(bǔ)償系統(tǒng)；101:占空比檢測(cè)模塊;102:誤差計(jì)算模塊；
[0047]103:電流瞬時(shí)值檢測(cè)電路;104:軟件修改模塊;105:補(bǔ)償模塊；
[0048]1la:電壓比較子模塊;1lb:計(jì)數(shù)器;1lc:實(shí)際占空比計(jì)算子模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0049]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0050]本方案基于硬件死區(qū)補(bǔ)償方法的基礎(chǔ)上，對(duì)硬件脈寬檢測(cè)誤差進(jìn)行軟件修正，從而大幅改進(jìn)小電流條件下的輸出電壓失真問(wèn)題。
[0051]據(jù)此原理，本方案提供的變頻器死區(qū)補(bǔ)償方法主要包含以下步驟，如圖3所示:
[0052]檢測(cè)PffM輸出電壓的實(shí)際占空比，計(jì)算指令占空比和實(shí)際占空比之間的誤差，作為硬件檢測(cè)死區(qū)時(shí)間Tdt_h ；
[0053]檢測(cè)輸出電流瞬時(shí)值，在設(shè)定的較小電流閾值范圍內(nèi)，根據(jù)電流的大小和符號(hào)，對(duì)輸出電壓波形畸變引起的測(cè)誤差進(jìn)行軟件修正，修正誤差值為T(mén)dt_s;
[0054]使用TdtJ^PTdt_S2和作為死區(qū)補(bǔ)償時(shí)間Tdt，補(bǔ)償?shù)街噶钫伎毡戎小?br>[0055]參見(jiàn)圖8，其所示為能夠有效實(shí)現(xiàn)上述變頻器死區(qū)補(bǔ)償方法的變頻器死區(qū)補(bǔ)償系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0056]由圖可知，整個(gè)補(bǔ)償系統(tǒng)100主要包括占空比檢測(cè)模塊101、誤差計(jì)算模塊102、電流瞬時(shí)值檢測(cè)電路103、軟件修改模塊104以及補(bǔ)償模塊105。
[0057]其中，占空比檢測(cè)模塊101，用于檢測(cè)PffM輸出電壓的實(shí)際占空比。
[0058]誤差計(jì)算模塊102，其與占空比檢測(cè)模塊101數(shù)據(jù)相接，用于計(jì)算指令占空比和實(shí)際占空比之間的誤差，并作為硬件檢測(cè)死區(qū)時(shí)間Tdt_h。
[0059 ]電流瞬時(shí)值檢測(cè)電路103，其用于檢測(cè)輸出電流瞬時(shí)值。
[0060]軟件修改模塊104，其與電流瞬時(shí)值