CN101359879B - 用于控制双端逆变器系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于双端逆变器系统的不连续脉宽调制。提供用于控制双端逆变器系统的系统和方法，该双端逆变器系统具有第一逆变器和第二逆变器。该方法包括确定所需要的输出电流和确定所希望的第二逆变器电流。该方法还包括确定第二逆变器开关函数，其中以占空比仅仅调制第二逆变器中所选择的管脚，根据第二逆变器开关函数确定第一逆变器开关函数，然后使用第一逆变器开关函数和第二逆变器开关函数调制第一逆变器和第二逆变器开关函数。

Description

用于控制双端逆变器系统的方法

对相关申请的交叉引用 

本申请要求2007年7月30日提交的美国临时专利申请序列号60/952,776的优先权。该临时申请的整个公开内容在此引入以供参考。 

技术领域

此处描述的主题的实施例通常涉及车辆驱动系统，更特别地，该主题的实施例涉及具有双端逆变器驱动系统的混合动力车辆。 

背景技术

近些年，技术进步以及不断变化的品味风格已经引起汽车设计中的重大变化。其中一个变化包括汽车内部各种电气系统的复杂性和电能利用，特别是代用燃料车辆例如混合动力、电力的和燃料电池车辆。 

包括在这类车辆中使用的电动机在内的许多电气部件从交流(AC)电源中接收电功率。然而，在这些应用中使用的电源(例如，电池)仅仅提供直流(DC)功率。因此，使用称为“功率逆变器”的设备将DC功率转换成AC功率，其通常利用在各个区间工作的几个开关或者晶体管，以将DC功率转换成AC功率。 

此外，这种车辆，尤其是燃料电池车辆通常使用两个独立的电压源(例如，电池和燃料电池)向驱动车轮的电动机供电。诸如直流-直流(DC-DC)转换器的“功率转换器”通常用于管理并传输来自这两个电压源的功率。现代的DC-DC转换器通常包括通过电感器电连接的晶体管。通过控制各个晶体管的状态，可以通过该电感器施加所需要的平均电流，并且由此控制这两个电压源之间的能流。 

功率逆变器和功率转换器两者的使用大大增加了汽车的电气系统的复杂性。这两种类型的设备所需的额外部件也增加了车辆的整体成本和重量。因此，已经研发了通过利用双逆变器电气系统在不需要DC/DC转换器的情况下操作耦合到多个电源的发动机，同时最大化发动机性能的系统和方法。 

功率逆变器中功率损耗的主要源头是与调制开关或者晶体管相关的损耗(即，开关损耗)。已经研发了不连续脉宽调制(DPWM)技术以试图降低传统单逆变器系统中的开关损耗。 

因此，希望提供用于在双端逆变器系统中利用不连续脉宽调制(DPWM)来降低开关损耗，而不会损害双端逆变器的优点的方法和系统。结合附图和前述技术领域以及背景技术，根据下面的详细描述和权利要求书中，本发明的其他希望的特征和特性将变得显而易见。 

发明内容

提供一种用于控制双端逆变器系统的方法，该双端逆变器系统具有第一逆变器和第二逆变器，第二逆变器具有与第一相电流相关的第一管脚(leg)、与第二相电流相关的第二管脚以及与第三相电流相关的第三管脚。当第一相电流大于第二相电流和第三相电流时，并且如果第一相电流大于所希望的第二逆变器电流，该方法包括以第一占空比(at afirst duty cycle)调制第一管脚并且将第二管脚和第三管脚夹钳(clamp)到第二逆变器的负电压轨(voltage rail)。如果第一相电流小于所希望的第二逆变器电流，该方法包括将第一管脚夹钳到第二逆变器的正电压轨并且如果第二相电流大于零，则将第三管脚夹钳到该负电压轨并且以第二占空比调制第二管脚。 

提供了一种用于控制双端逆变器系统的方法，该双端逆变器系统具有第一逆变器和第二逆变器，第二逆变器具有与第一相电流(i_a2)相关的第一管脚、与第二相电流(i_b2)相关的第二管脚以及与第三相电流(i_c2)相关的第三管脚。该方法包括确定所希望的第二逆变器电流(i_dc2 )。如果i_a2≥i_b2且i_a2＞i_c2且i_a2≥i_dc2，则该方法还包括以第一占空比调制第一管脚并且将第二管脚和第三管脚夹钳到第二逆变器的负电压轨。如果i_b2＞i_a2且i_b2≥i_c2且i_b2≥i_dc2，则该方法还包括以第二占空比调制第二管脚并且将第一管脚和第三管脚夹钳到该负电压轨。如果i_c2≥i_a2且i_c2＞i_b2 且i_c2≥i_dc2，则该方法还包括以第三占空比调制第三管脚并且将第一管脚和第二管脚夹钳到该负电压轨。 

提供了一种用于控制双端逆变器系统的方法，该双端逆变器系统具有第一逆变器和第二逆变器。该方法包括确定所需要的输出电流和确定所希望的第二逆变器电流。该方法还包括确定第二逆变器开关函数，其中以占空比仅调制第二逆变器中所选择的管脚，基于第二逆变器开关函 数确定第一逆变器开关函数，并且使用第一逆变器开关函数和第二逆变器开关函数调制第一逆变器和第二逆变器。 

提供这个发明内容来以简化的形式介绍一些选择的概念，这些概念在下面的详细描述中将进一步描述。该发明内容不打算识别所要求专利保护的主题的关键特征或者实质特征，也不打算用于帮助确定所要求专利保护的主题的范围。 

附图说明

结合附图，参考具体实施方式和权利要求书可以得到该主题的更加完整的理解，其中整个附图中相同的附图标记表示相似的元件。 

图1是根据一个实施例的示范性汽车的示意图； 

图2是根据一个实施例的双端逆变器系统的示意图； 

图3是根据一个实施例的用于操作图2的双端逆变器系统的控制系统的示意图； 

图4是用图表示出不连续脉宽调制过程的实施例的流程图； 

图5-10是根据一个实施例的双端逆变器系统的各种工作特性的图表； 

图11-16是根据一个实施例的双端逆变器系统的各种工作特性的图表；以及 

图17-20是与其他调制方案相比，根据一个实施例的双端逆变器系统的工作特性和相关功率损耗的图表。 

具体实施方式

下面的详细描述本质上仅仅是说明性的并且不是要限制该主题的实施例或者这些实施例的应用和用途。如此处所用的，词语“示范性”是指“用作实例、示例或者说明”。这里作为示范性描述的任何实施方式都没有必要被解释成相比其他实施方式是优选的或者有利的。而且，不打算受到在前述技术领域、背景技术、发明内容或者下面的详细描述中给出的任何明显或者隐含的理论的限制 

下述描述涉及被“连接”或者“耦合”在一起的元件或者节点或者特征。如此处所用的，除非另有明确阐述，否则“连接”是指一个元件/节点/特征直接结合到另一个元件/节点/特征(或与其直接通信)，不 一定是机械结合。而且，除非另有明确阐述，否则“耦合”是指一个元件/节点/特征直接或者间接结合到另一个元件/节点/特征(或者直接或者间接与其通信)，不一定是机械连接。因此，虽然此处示出的示意图描述了元件的示范性布置，但是在所描述的主题的实施例中也可以存在其他中间元件、设备、特征或者部件。术语“第一”、“第二”以及其他这种涉及结构的数字术语并不是暗示顺序或者次序，除非本文中清楚指出。 

图1示出了根据本发明的一个实施例的车辆或者汽车10。汽车10包括底盘12、车体14、四个车轮16和电子控制系统18。车体14设置在底盘12上并且基本上封闭汽车10的其他部件。车体14和底盘12可以共同形成车架。车轮16每一个在车体14的相应拐角处附近旋转地耦合到底盘12。 

汽车10可以是许多不同类型汽车中的任何一种，例如轿车、货车、卡车或者运动型多功能汽车(SUV)，并且可以是两轮驱动(2WD)(即后轮驱动或者前轮驱动)、四轮驱动(4WD)或者全轮驱动(AWD)。汽车10还可以合并许多不同类型引擎中的任何一种或其组合，例如，燃汽油或柴油的内燃机、“灵活燃料型车辆(flex fuel vehicle)”(FFV)引擎(即使用汽油和酒精的混合物)、燃气体化合物(例如氢气和天然气)的引擎、燃烧型(combustion)/电动机混合动力引擎以及电动机。 

在图1中示出的示范性实施例中，汽车10还包括发动机(motor)20(即电动机/发电机、牵引电动机等)、第一能量源22、第二能量源24、功率逆变器组件26和散热器28。散热器28在其外部部分与车架连接，并且虽然没有详细示出，但是散热器28包括多个冷却管道并且与功率逆变器组件26和发动机20耦合，该冷却管道包含诸如水和/或乙二醇(即，防冻剂)的冷却流体(即，冷却剂)。在一个实施例中，功率逆变器组件26接收并且与发动机20共享冷却剂。如图1中所示，发动机20还可包括集成在其中的变速器，使得发动机20和变速器通过一个或者多个驱动轴30机械耦合到至少一些车轮16。 

如所示的，第一能量源22和第二能量源24与电子控制系统18和功率逆变器组件26可操作通信和/或电耦合到电子控制系统18和功率逆变器组件26。虽然没有示出，但是第一能量源22和第二能量源24可以根据实施例而变化并且可以是相同或者不同类型。在一个或者多个实施例中， 第一能量源22和第二能量源24均可以包括电池、燃料电池、超级电容器(ultracapacitor)或者另一个适合的电压源。电池可以是适合在所希望的应用中使用的任何类型的电池，例如铅酸电池、锂离子电池、镍金属电池或者另一种可再充电电池。超级电容器可以包括特大电容器(supercapacitor)、电化学双层电容器或者适用于所需应用的具有高能量密度的任何其他电化学电容器。 

现在参考图1和2，根据一个实施例，双端逆变器系统32可以适用于驱动发动机20。双端逆变器系统32包括发动机20、第一能量源22、第二能量源24、功率逆变器组件26和控制器34。 

发动机20是多相交流(AC)发动机并且包括一组绕组36(或线圈)，其中每个绕组与发动机20的一相对应。在示范性实施例中，发动机20是三相发动机。然而，正如本领域中所理解的那样，这里讨论的一些原理可以用于具有任何数量的相的发动机20，并且可以进行相应的修改。虽然没有示出，但是正如本领域技术人员所理解的那样，发动机20包括定子总成(包括线圈)、转子总成(包括铁磁芯)和冷却流体(即冷却剂)。发动机20可以是感应电动机、永磁电动机或者适合所需应用的任何类型。 

再次参考图2，功率逆变器组件26包括第一逆变器38和第二逆变器40，第一逆变器38和第二逆变器40均包括具有反并联二极管(即反并联到每个开关)的六个开关(例如，半导体器件，诸如晶体管和/或开关)。如所示的，逆变器38，40中的开关被设置成三个管脚(或者对)，其中管脚42、44和46位于第一逆变器38中并且管脚48、50和52位于第二逆变器40中。 

发动机20的绕组36中的第一绕组(即，相a)在其相对端电连接在第一逆变器38中的管脚42和第二逆变器40中的管脚52的开关之间。绕组36中的第二绕组(即，相b)连接在第一逆变器38中的管脚44和第二逆变器40中的管脚50的开关之间。绕组36中的第三绕组(即，相c)连接在管脚46和48的开关之间，如图所示。在该配置中，通过双端逆变器系统32的相电流相同(即，对于相a，电流i_a＝i_a1＝i_a2等)。 

仍然参考图2，双端逆变器系统32还可以包括分别与第一能量源22和第二能量源24并联连接的第一电容器54和第二电容器56，以在工作期间平滑电流波纹。第二逆变器40的正电压轨58与第二能量源24的正电压 参考相关，第二逆变器40的负电压轨59与第二能量源24的负电压参考相关。控制器34与第一和第二逆变器38，40可操作通信和/或电耦合到第一和第二逆变器38、40。控制器34响应于从汽车10的驾驶员(即，经由加速器踏板)接收到的命令并且将命令提供给第一逆变器38和第二逆变器40，以控制逆变器38，40的输出，正如将要描述的那样。 

再次参考图1，电子控制系统18与发动机20、第一能量源22、第二能量源24以及功率逆变器组件26可操作通信。虽然没有详细示出，但是电子控制系统18可以包括各种传感器和汽车控制模块，或者电子控制单元(ECU)，例如逆变器控制模块(即，图2中示出的控制器34)和车辆控制器以及包括存储在其上(或者在另一个计算机可读介质中)的指令的至少一个处理器和/或者存储器，所述指令用于执行如下所述的过程和方法。 

在工作期间，通过利用发动机20向车轮16提供功率来运行汽车10，发动机20以交替的方式从第一能量源22和第二能量源24接收能量和/或同时从第一能量源22和第二能量源24接收能量。为了给发动机20供电，分别从第一能量源22和第二能量源24向将DC功率转化成AC功率的第一逆变器38和第二逆变器40提供DC功率，正如本领域所公知的。第一逆变器38和第二逆变器40在绕组36(或者相)两端产生AC电压。如所公知的，发动机20的绕组36两端的所需电压取决于速度、命令的转矩(即，命令的同步帧电流)和其他发动机参数。 

图3示出了根据一个实施例的利用这里描述的原理在双端逆变器系统32中操作发动机20的控制系统。控制器34可以采用高频脉宽调制(PWM)调制和控制逆变器38、40并且管理逆变器38、40产生的电压。控制系统60包括第一和第二PWM块68和70以及双端逆变器系统32。 

控制器34提供在第一能量源22和第二能量源24之间实现所希望的功率流同时在发动机20中产生命令的转矩的控制算法。虽然没有示出，但是控制系统60接收发动机20的转矩命令，控制器34可以根据该转矩命令确定用于第一能量源22(和/或第一逆变器38)和第二能量源24(和/或第二逆变器40)的功率命令，以及对发动机20中绕组36的同步帧电流(即，所需要或者希望的发动机电流)。 

绕组36两端的电压的许多组合可以在发动机20中产生所命令的转矩并且实现到(或来自)能量源22，24和发动机20的所希望的功率流。如 果发动机20不要求一个能量源22或24的最大功率输出，可以利用来自能量源22或24的额外功率给另一个能量源22或24充电。出于说明性的目的并且为了简洁起见，可以进行讨论，好像第一能量源22产生多余的功率给第二能量源24充电，然而本领域技术人员可以理解许多可选的所希望的功率流也是可能的并且该特征不是限制性的而是仅仅出于参考目的。最佳工作点确定逆变器38、40的端子两端的调制电压。本领域技术人员可以理解用于确定最佳工作点的条件留给设计者决定并且将随着所选择的能量源22，24的类型以及发动机20的应用而变化。 

控制器34提供具有调制电压信号v₁ ^*和v₂ ^*的第一和第二PWM块68和70，以产生PWM信号操作第一和第二逆变器38、40内的开关，从而使得在发动机20内的绕组36的两端施加所希望的输出电压，以用所需要的转矩操作电动机20。本领域技术人员可以理解可以进一步修改控制系统60以引入适当的反馈信号和本领域已知的其他方法，从而控制逆变器38，40，这超出了本公开的范围。 

图4是不连续脉宽调制过程的实施例的流程图。结合该过程进行的各种任务可以通过软件、硬件、固件或其任意组合实现。出于说明的目的，该过程的以下描述可以参考上面结合图1-3描述的元件。实际上，该过程的多个部分可以通过所描述系统的不同元件执行。应当理解该过程可以包括任意数量的附加或者可选任务，不需要以示出的顺序执行图4中示出的任务，并且该过程可以并入到具有此处没有详细说明的其他功能的更综合的程序或者过程中。 

参考图4，为了在发动机中产生所命令的转矩，控制器可以确定所希望的(或所需要的)输出相电流(任务400)。为了产生去向/来自(to/from)第二能量源的所希望的功率流，控制器还可以确定第二逆变器总线中所希望的第二逆变器电流(任务402)。根据一个实施例，为了在第二逆变器总线中产生所希望的第二逆变器电流，控制器可以确定第二逆变器的开关函数(任务404)。在示范性实施例中，确定开关函数，仅选择第二逆变器中的一个管脚以占空比进行调制，而将第二逆变器的其他两个管脚夹钳到正电压轨或负电压轨(即，没有调制/切换其他两个管脚)。将管脚夹钳到正电压轨可以理解为接通或者导通(即，通过对电开关施加“ON”状态门电压)开关对的顶部开关，使得电流流过顶部开关并且去向/来自正电压轨，而该对中的其他开关仍然断开。例如，参 考图2，可以接通管脚52中的顶部开关，使得电流流过该开关并且在点α2处的电压电平大致等于正电压轨58的电压电平，差值就是该开关(基于电流方向为晶体管-IGBT或者二极管)两端的电压降。这可以由d_n＝1表示或者占空比或者开关函数为1表示。相反地，将管脚夹钳到负电压轨可以理解为接通底部开关，使得电流流过该底部开关并且去向/来自负电压轨。这可以表示由d_n＝0表示或者占空比或者开关函数为0表示。 

在夹钳到一个轨时，夹钳的相管脚将不会产生开关损耗，由此降低第二逆变器中的整体开关损耗。在示范性实施例中，在任何一个时间夹钳住三个管脚中的两个，意味着只有一个管脚产生开关损耗。根据第二逆变器开关函数和所希望的发动机电流，可以确定第一逆变器开关函数(任务406)。在示范性实施例中，第一逆变器开关函数基本上调整谐波电压分量，使得发动机两端的电压保持正弦和/或均衡，如本领域已知的。控制器可以确定第一逆变器开关函数并且可以相应地提供信号调制第一逆变器(任务408)。 

在示范性实施例中，在工作期间，可以给控制器34提供转矩指令(即，通过电子控制系统18)并且确定产生命令的转矩所需要的峰值相电流(I_P)(即，所需要的输出电流)。控制器还可以确定所希望的去向/来自第二能量源的功率流，并且根据此，确定所希望的第二逆变器电流(i_dc2)对第二能量源24进行充电/放电。可以通过线性调制实现的最大第二逆变器电流(i_dc2)为 

正如本领域已知的。 

在示范性实施例中，当第二逆变器40电流(i_dc2)的幅度小于峰AC相电流I_P的一半(即， $0\≤|i_{\mathrm{dc}2}\≤\frac{I_p}{2}|$ )时，仅仅切换第二逆变器40中的一个管脚48、50、52，而其他两个管脚被夹钳到负电压轨59。当小于峰值AC电流的一半时，单相电流能够提供第二逆变器电流(i_dc2)。当两个相电流相等时，可以按照需要选择相应的管脚48、50、52，并且解决该情况的方式是设计偏好的问题，如本领域所能理解的。根据一个实施例，当  $0\≤|i_{\mathrm{dc}2}\≤\frac{I_p}{2}|,$ 用于确定第二逆变器40的开关函数的算法表述为： 

If(i_a2≥i_b2)&(i_a2＞i_c2)： 

d_b2＝0，d_c2＝0 and $d_{a2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}}{i_{a2}}$

If(i_b2≥i_c2)&(i_b2＞i_a2)： 

d_c2＝0，d_a2＝0 and $d_{b2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}}{i_{b2}}$

If(i_c2≥i_a2)&(i_c2＞i_b2)： 

d_a2＝0，d_b2＝0 and $d_{c2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}}{i_{c2}}$

如图5中所示，在示范性实施例中，对于三分之一循环(即，由于平衡的三相系统而导致的120°或者2π/3弧度)来说，所希望的发动机相a电流(i_a)大于其他相电流(i_b，i_c)。图6示出利用上述过程的该示范性情况中的第二逆变器40的开关函数。例如，可以以通过将所希望的第二逆变器电流(i_dc2)除以逆变器相电流(i_a2)( $d_{a2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}}{i_{a2}}$ )确定的占空比，切换第二逆变器40中与相a对应的管脚52，并且其他两个管脚48和50被夹钳到负电压轨59(d_b2＝0，d_c2＝0)。图5-6示出整个循环(即，360°或者2π弧度)中的操作。在图7中示出流向第二能量源24的所希望的第二逆变器电流(i_dc2)。 

图8-10示出了双端逆变器系统32中的电压电平。在示范性实施例中，在控制器34确定第二逆变器40的占空比/开关函数和峰值相电流I_P之后，控制器34可以确定第一逆变器38的开关函数。如图9所示，在示范性实施例中，第一逆变器38的开关函数和电压不是正弦的。DPWM技术可以用于调制第一逆变器38以产生所希望的电压电平并且降低第一逆变器38中的开关损耗。如图10所示，得到的发动机20处的线电压是正弦的并且没有任何谐波或者失真。 

在示范性实施例中，当所希望的第二逆变器电流(i_dc2)的幅度大于 峰值相电流I_P的一半(即， $\frac{I_p}{2}<i_{\mathrm{dc}2}$ )时，所选择的相电流不能在循环的整个持续时间内提供所希望的第二逆变器电流(i_dc2)。当相电流(即，i_a2)不能提供所希望的第二逆变器电流(i_dc2)时，必须切换与另一个相电流相关联的第二逆变器40的另一个管脚48、50、52，从而从第二能量源24获得所希望的DC电流或者获得流向第二能量源24的所希望的DC电流。根据一个实施例，在这个区间内将所选择的管脚48、50、52夹钳到正极电压轨58。以占空比调制其他管脚48、50、52中之一，其补偿维持恒定的第二逆变器电流(i_dc2)水平所需的额外电流。 

根据一个实施例，当 $\frac{I_P}{2}<\left|i_{\mathrm{dc}2}\right|$ 时，用于确定第二逆变器40的开关函数的算法可以表示为： 

If(i_a2≥i_b2)&(i_a2＞i_c2)： 

Ifi_a2≥i_dc2

d_b2＝0，d_c2＝0and $d_{a2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}}{i_{a2}}$

Else if i_c2＞0 

d_a2＝1，d_b2＝0 and $d_{c2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}-i_{a2}}{i_{c2}}$

Else 

d_a2＝1，d_c2＝0 and $d_{b2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}-i_{a2}}{i_{b2}}$

If(i_b2≥i_c2)&(i_b2＞i_a2)； 

If i_b2≥i_dc2

d_a2＝0，d_c2＝0 and $d_{b2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}}{i_{b2}}$

Else if i_a2＞0 

d_b2＝1，d_c2＝0 and $d_{a2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}-i_{b2}}{i_{a2}}$

Else 

d_b2＝1，d_a2＝0 and $d_{c2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}-i_{b2}}{i_{c2}}$

If(i_c2≥i_a2)&(i_c2＞i_b2)： 

If i_c2≥i_dc2

d_a2＝0，d_b2＝0 and $d_{c2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}}{i_{c2}}$

Else if i_b2＞0 

d_c2＝1，d_a2＝0 and $d_{b2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}-i_{c2}}{i_{b2}}$

Else 

d_c2＝1，d_b2＝0 and $d_{a2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}-i_{c2}}{i_{a2}}$

如图11-13所示，在示范性实施例中，相a电流(i_a)不能在相a电流大于其他两相(即，如所示出的120°或者2π/3弧度)的区间的整个持续时间内提供所希望的第二逆变器电流(i_dc2)。在图11中，对于一部分区间(从30°到90°)，相a电流(i_a)超过所希望的第二逆变器电流(i_dc2)。在这个区间内，相a电流(i_a)可以提供所希望的第二逆变器40电流(i_dc2)。因此，例如，以通过将所希望的第二逆变器电流除以相a电流( $d_{a2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}}{i_{a2}}$ )确定的占空比切换第二逆变器40中与相a关联的管脚52，同时其他两个管脚48和50被夹钳到负电压轨59(d_b2＝0，d_c2＝0)。 

当相a电流(i_a)不能提供所希望的第二逆变器电流(i_dc2)时，必须切换第二逆变器40的另一个管脚48、50以便维持去向/来自第二能量源24的所希望的DC电流水平。在示范性实施例中，在该区间中相a管脚52被夹钳到正电压轨58。以占空比调制其他管脚48、50，其补偿维持恒定电平所需的额外电流。在示范性实施例中，如果相c电流(i_c)大于零(如图所示从0°到30°)，与相b关联的管脚50被夹钳到负电压轨59，同时以由 $d_{c2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}-i_{a2}}{i_{c2}}$ 确定的占空比(d_c2)调制与相c关联的管脚48。当相b 电流(i_b)大于零(如图所示从90°到120°)时，将与相c关联的管脚48夹钳到负电压轨59，同时以由 $d_{b2}=\frac{i_{\mathrm{dc}2}-i_{a2}}{i_{b2}}$ 确定的占空比调制与相b关联的管脚50。图12示出得到的第二逆变器开关函数，图13示出了第二逆变器电流(i_dc2)。 

图14-16示出了在示范性实施例中双端逆变器系统32中的电压电平。如上面所讨论的，在控制器34可以确定第一逆变器38的开关函数的基础上，控制器34可以确定第二逆变器40的峰值相电流I_P和占空比/开关函数。再次，如图15中所示，在示范性实施例中，第一逆变器38的开关函数和电压不是正弦的。DPWM技术可以用于调制第一逆变器38以产生所希望的发动机电流并且降低第一逆变器38中的开关损耗。如图16中所示，得到的发动机20处的线电压是正弦的并且没有任何谐波或失真。 

图17示出了传统DPWM技术的工作特性，图18示出了对于示范性情况与图17中的开关函数相关联的开关功率损耗。图19示出了这里讨论的DPWM技术的工作特性，图20示出了对于示范性情况与图19中的开关函数相关联的开关功率损耗。对于示出的示范性情况，当使用这里讨论的方法时，平均功率损耗从1800W降低到1680W。 

当与传统DPWM技术相比时，上面描述的系统和/或方法提供了一种电气系统以利用两个独立的能量源22，24给发动机20供电，同时降低开关损耗。双端逆变器系统32的其他特征，例如各种功率流或功率传输也可以实现。如上面所描述的，发动机20的性能没有受损并且仍然可以在发动机20中产生所命令的转矩，同时允许过量的功率在能量源22、24之间流动。 

其他实施例可以在不同类型的汽车、不同交通工具(例如，船只和航行器)、或者总而言之在不同的电气系统中，利用上面描述的系统和方法，因为它可以在其中两个源的电压在宽的范围内动态变化的任何情况下实施。发动机20和逆变器38、40可以具有不同数量的相，并且这里描述的系统不应当被解释为局限于三相设计。这里讨论的基本理论可以延伸到更高阶相系统，如本领域所理解的。可以使用能量源22、24的其他形式，例如电流源和负载，包括二极管整流器、可控硅变流器、燃料电池、电感器、电容器及其/或其任何组合。 

为了简单起见，这里不对与该系统(以及该系统的各个工作部件)的信号处理、数据传输、信令、网络控制以及其他功能方面相关的传统技术进行详细描述。而且，这里包含的各个图中示出的连接线意在表示各个元件之间的示范性的功能关系和/或物理耦合。应当注意许多可选方案或者其他功能关系或者物理连接可以存在于该主题的实施例中。 

虽然在前面的详细描述中已经给出至少一个示范性实施例，但是应当理解还存在大量的变形。还应当理解这里描述的一个或者多个示范性实施例不打算以任何方式限制要求专利保护的本主题的范围、适用性或者配置。相反地，上面的详细描述向本领域技术人员提供用于实施所描述的一个或者多个实施例的指导。应当理解，在元件的功能和布置上可以进行各种变化而不脱离权利要求书所限定的范围，所述范围包括该专利申请提交时的已知等同物和可预知的等同物。 

Claims (20)

1.一种用于控制双端逆变器系统的方法，该双端逆变器系统具有第一逆变器和第二逆变器，第二逆变器具有与第一相电流相关联的第一管脚、与第二相电流相关联的第二管脚和与第三相电流相关联的第三管脚，当第一相电流大于第二相电流和第三相电流时，该方法包括：

如果第一相电流大于第二逆变器总线中所希望的第二逆变器电流：

以第一占空比调制第一管脚；并且

将第二管脚和第三管脚夹钳到第二逆变器的负电压轨；以及

如果第一相电流小于所希望的第二逆变器电流：

将第一管脚夹钳到第二逆变器的正电压轨；以及

如果第二相电流大于零：

将第三管脚夹钳到该负电压轨；并且

以第二占空比调制第二管脚。

2.根据权利要求1的方法，还包括通过将所希望的第二逆变器电流除以第一相电流来确定第一占空比。

3.根据权利要求1的方法，还包括通过将所希望的第二逆变器电流和第一相电流之差除以第二相电流来确定第二占空比。

4.根据权利要求1的方法，其中确定第一占空比是由关系决定的，其中i_a2为第一相电流，i_dc2为所希望的第二逆变器电流，以及d_a2为第一占空比。

5.根据权利要求1的方法，其中确定第二占空比是由关系

决定的，其中i_b2为第二相电流，d_b2为第二占空比，i_a2为第一相电流，i_dc2为所希望的第二逆变器电流。

6.根据权利要求1的方法，还包括：

如果第一相电流小于所希望的第二逆变器电流并且如果第三相电流大于零：

将第二管脚夹钳到该负电压轨；

通过将所希望的第二逆变器电流和第一相电流之差除以第三相电流确定第三占空比；以及

以第三占空比调制第三管脚。

7.根据权利要求6的方法，其中确定第三占空比是由关系决定的，其中i_c2为第三相电流，d_c2为第三占空比，i_a2为第一相电流，i_dc2为所希望的第二逆变器电流。

8.根据权利要求1的方法，还包括：

基于所希望的发动机电流和第二逆变器开关函数确定第一逆变器开关函数；以及

根据第一逆变器开关函数调制第一逆变器。

9.根据权利要求8的方法，其中确定所述第一逆变器开关函数，使得耦合到第一逆变器和第二逆变器的发动机两端的电压是正弦的。

10.一种用于控制双端逆变器系统的方法，该双端逆变器系统具有第一逆变器和第二逆变器，第二逆变器具有与第一相电流(i_a2)相关联的第一管脚、与第二相电流(i_b2)相关联的第二管脚和与第三相电流(i_c2)相关联的第三管脚，该方法包括：

确定所希望的第二逆变器电流(i_dc2)；以及

如果i_a2≥i_b2且i_a2＞i_c2并且i_a2≥i_dc2：

以第一占空比调制第一管脚；并且

将第二管脚和第三管脚夹钳到第二逆变器的负电压轨；

如果i_b2＞i_a2且i_b2≥i_c2并且i_b2≥i_dc2：

以第二占空比调制第二管脚；并且

将第一管脚和第三管脚夹钳到该负电压轨；并且

如果i_c2≥i_a2且i_c2＞i_b2并且i_c2≥i_dc2：

以第三占空比调制第三管脚；并且

将第一管脚和第二管脚夹钳到该负电压轨

其中，i_a2为第一相电流，i_b2为第二相电流，i_c2为第三相电流，且i_dc2为所希望的第二逆变器电流。

11.根据权利要求10的方法，还包括：

基于所希望的发动机电流和第二逆变器开关函数确定第一逆变器开关函数；并且

根据第一逆变器开关函数调制第一逆变器。

12.根据权利要求11的方法，其中确定所述第一逆变器开关函数，使得耦合到第一逆变器和第二逆变器的发动机两端的电压是正弦的。

13.根据权利要求10的方法，还包括如果

其中I_P为所需要的输出电流：

如果i_a2≥i_b2且i_a2＞i_c2并且i_a2＜i_dc2：

将第一管脚夹钳到第二逆变器的正电压轨；

如果i_b2＞0，将第三管脚夹钳到该负电压轨并且以占空比调制第二管脚；以及

如果i_c2＞0，将第二管脚夹钳到该负电压轨并且以占空比

调制第三管脚；

如果i_b2＞i_a2且i_b2≥i_c2并且i_b2＜i_dc2：

将第二管脚夹钳到该正电压轨；

如果i_a2＞0，将第三管脚夹钳到该负电压轨并且以占空比

调制第一管脚；以及

如果i_c2＞0，将第一管脚夹钳到该负电压轨并且以占空比

调制第三管脚；以及

如果i_c2≥i_a2且i_c2＞i_b2并且i_c2＜i_dc2：

将第三管脚夹钳到该正电压轨；

如果i_a2＞0，将第二管脚夹钳到该负电压轨并且以占空比

调制第一管脚；以及

如果i_b2＞0，将第一管脚夹钳到该负电压轨并且以占空比

调制第二管脚。

14.根据权利要求10的方法，其中第一占空比由关系决定。

15.根据权利要求14的方法，其中第二占空比由关系

决定。

16.根据权利要求15的方法，其中第三占空比由关系

决定。

17.一种用于控制双端逆变器系统的方法，该双端逆变器系统具有第一逆变器和第二逆变器，该方法包括：

确定所需要的输出电流(I_P)；

确定所希望的第二逆变器电流(i_dc2)；

按照所希望的第二逆变器电流，确定第二逆变器开关函数，其中以占空比仅调制第二逆变器中所选择的管脚；

基于第二逆变器开关函数和所希望的第二逆变器电流确定第一逆变器开关函数；以及

使用第一逆变器开关函数和第二逆变器开关函数调制第一逆变器和第二逆变器。

18.根据权利要求17的方法，还包括：

如果与第二逆变器的第一管脚相关联的第一相电流(i_a2)大于与第二逆变器的第二管脚相关联的第二相电流(i_b2)并且大于与第二逆变器的第三管脚相关联的第三相电流(i_c2)并且大于或等于所希望的第二逆变器电流：

选择第一管脚；并且

将第二管脚和第三管脚夹钳到第二逆变器的负电压轨。

19.根据权利要求18的方法，还包括通过将所希望的第二逆变器电流除以第一相电流确定包括第二逆变器开关函数的占空比。

20.根据权利要求18的方法，还包括如果

如果i_a2≥i_b2且i_a2＞i_c2并且i_a2＜i_dc2：

将第一管脚夹钳到第二逆变器的正电压轨；

如果i_b2＞0，将第三管脚夹钳到该负电压轨并且以第一占空比

调制第二管脚；以及

如果i_c2＞0，将第二管脚夹钳到该负电压轨并且以第二占空比

调制第三管脚；

其中，i_a2为第一相电流，i_b2为第二相电流，i_c2为第三相电流，i_dc2为所希望的第二逆变器电流、以及I_P为所需要的输出电流。

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