CN103312180B - 交流换流器中的定电流模式控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种设置于交流换流器中的定电流模式控制器，用来控制交流换流器的输出级产生交流输出信号。控制器包含有驱动器、电流传感器、电流反馈控制器、及选择性控制器。驱动器用来驱动输出级产生交流输出信号。电流传感器用来感测交流输出信号的电流位准以产生电流感测信号。电流反馈控制器用来依据电流感测信号产生电流反馈控制信号。选择性控制器用来依据电流反馈控制信号，直接以电压控制信号来控制驱动器，或同时依据电压控制信号及电流反馈控制信号来控制驱动器。控制器可快速反应并可避免过电流的情形发生。

Description

交流换流器中的定电流模式控制器

技术领域

本发明有关交流换流器，尤指一种设置于交流换流器中的定电流模式控制器。

背景技术

交流换流器(ACinverter)可产生交流的输出信号以驱动马达或其它元件。一般而言，交流换流器并不会主动限制启动时所输出的初始电流，因此可能会在启动时输出过大的初始电流，而影响或甚至损毁受交流换流器所驱动的元件。

发明内容

为解决上述及其它问题，本说明书提供了一种交流换流器的定电流模式控制器的实施例，用来控制交流换流器的输出级产生交流输出信号。控制器包含有驱动器、电流传感器、电流反馈控制器、及选择性控制器。驱动器耦接于输出级，用来驱动输出级产生交流输出信号。电流传感器耦接于输出级，用来感测交流输出信号的电流位准以产生电流感测信号。电流反馈控制器耦接于电流传感器，用来依据电流感测信号产生电流反馈控制信号。选择性控制器耦接于电流反馈控制器及驱动器，用来参考电流反馈控制信号，直接依据电压控制信号来控制驱动器，或同时依据电压控制信号及电流反馈控制信号来控制驱动器。

本实施例的交流换流器可具备电压及/或电流软启动的功能，并可在刚启动时及/或运作中快速反应，且可避免过电流或过电压的情形发生，因此可以更稳定地驱动后端的马达或其它元件。

附图说明

图1为本发明交流换流器的一实施例示意图。

图2为图1之电流反馈控制器的一实施例示意图。

图3为图1之电流反馈控制器可另包含的电流软启动单元及电压软启动单元的实施例示意图。

图4为图1之电流反馈控制器可另包含的模式选择逻辑的实施例示意图。

【主要元件符号说明】

100交流换流器

110控制器

120驱动器

130电流传感器

140电流反馈控制器

141模拟数字转换器

143数字信号处理器

145数字模拟转换器

147电流补偿器

150选择性控制器

190输出级

310电流软启动单元

320电压软启动单元

410或门

具体实施方式

图1为本发明之交流换流器(ACinverter)的一实施例示意图。交流换流器100可包含有单相(single-phase)或多相(multi-phase)的电路，图1仅绘示了交流换流器100的单相电路、或多相电路中的其中一相电路、或由交流换流器100多相所共享的电路。

本实施例的交流换流器100包含有一定电流模式控制器(constantcurrentmodecontroller)110及一输出级(powerstage)190。控制器110可控制输出级190输出一交流输出信号以驱动马达或其它元件。除了可包含有功率放大器(poweramplifier)之外，输出级190本身还可包含有额外的电压及/或电流反馈控制机制。

本实施例的控制器110包含有一驱动器(driver)120、一电流传感器(currentdetector)130、一电流反馈控制器(currentfeedbackcontroller)140、及一选择性控制器(selectivecontroller)150。驱动器120可包含有脉宽调变集成电路(pulse-widthmodulationintegratedcircuit，PWMIC)，受选择性控制器150所控制，驱动器120可驱动输出级190产生交流输出信号。电流传感器130可感测交流输出信号的电流位准(currentlevel)以产生一电流感测信号ID，而除了可包含于控制器110中，电流传感器130亦可内建于输出级190之中。依据电流感测信号ID，电流反馈控制器140可产生一电流反馈控制信号IFBC。参考电流反馈控制信号IFBC，选择性控制器150可直接以一电压控制信号VC来做为控制信号CS以控制驱动器120，或同时依据电压控制信号VC及电流反馈控制信号IFBC来产生控制信号CS以控制驱动器120。

举例来说，当电流反馈控制信号IFBC大于1时，表示交流输出信号的平均电流位准小于一预设电流阀值时，代表并未发生过电流(overcurrent)的情形，此时，选择性控制器150可直接以电压控制信号VC来做为控制信号CS以控制驱动器120，而控制信号CS并不会导致驱动器120驱动输出级190调降交流输出信号的平均电流位准。此时，交流换流器100绘示于图1的相(phase)是处于定电压(constantvoltage，CV)模式，除非交流换流器100其它未绘示于图1的相已切换至定电流(constantcurrent，CC)模式，交流换流器100绘示于图1的相可继续停留在定电压模式。

而当电流反馈控制信号IFBC小于1时，表示交流输出信号的平均电流位准大于预设电流阀值时，代表可能已发生了过电流的情形，此时，选择性控制器150可将电压控制信号VC及小于1的电流反馈控制信号IFBC相乘，以产生控制信号CS来控制驱动器120，换句话说，此时的控制信号CS将会是电压控制信号VC及电流反馈控制信号IFBC的乘积信号。而控制信号CS将会导致驱动器120驱动输出级190调降交流输出信号的电流位准。此时交流换流器100绘示于图1的相是处于定电流模式，交流换流器100并可另将其它未绘示于图1的各相皆切换至定电流模式。

图2为图1之电流反馈控制器140的一实施例示意图。本实施例的电流反馈控制器140包含有一模拟数字转换器(ADC)141、一数字信号处理器(DSP)143、一数字模拟转换器(DAC)145、及一电流补偿器(currentcompensator)147。模拟数字转换器141可在交流输出信号的每个周期皆取样电流感测信号ID多次以产生多个数字取样值，而模拟数字转换器141依序产生的数字取样值构成一数字电流感测信号DID。依据数字电流感测信号DID，数字信号处理器143可产生代表交流输出信号的平均电流位准的数字位准值DL，举例来说，数字位准值DL可代表交流输出信号的电流位准的均方根(root-mean-square，RMS)值。数字模拟转换器145可将数字位准值DL转换为一直流位准DCL，直流位准DCL越高，即代表交流输出信号的电流均方根值越大。藉由比较直流位准DCL及一参考位准RL，电流补偿器147可判断交流输出信号的平均电流位准是否大于预设电流阀值，并据以输出前述的电流反馈控制信号IFBC给选择性控制器150。举例来说，当直流位准DCL大于参考位准RL时，电流补偿器147可让电流反馈控制信号IFBC小于1；当直流位准DCL小于参考位准RL时，电流补偿器147可让电流反馈控制信号IFBC大于1。

为了让交流换流器100有较快的反应速度(即使在交流换流器100才刚启动时)，数字信号处理器143可以使用一个长度为交流输出信号周期M倍的移动计算窗(movingwindow)来计算数字位准值DL，并在交流输出信号的每个周期皆更新数字位准值DL共N次，且在所接收到的数字取样值尚未多达移动计算窗可涵盖的样本数时，即依据已收到不足数的数字取样值来预先生成(pre-generate)数字位准值DL。其中，M与N皆大于1。

举例来说，假设M＝2且N＝3，且模拟数字转换器141在交流输出信号的第1个周期中依序取样产生了D1～D6共6个数字取样值，在第2个周期中依序取样产生了D7～D12共6个数字取样值，并在第3个周期中依序取样产生了D13～D18共6个数字取样值，以此类推。虽然在接收到数字取样值D12之前，数字信号处理器143并未取得移动计算窗可包含的样本数(亦即2个周期共12个样本)，但数字信号处理器143可在收到数字取样值D2后即依据数字取样值D1～D2预先生成数字位准值DL、在收到数字取样值D4后即依据数字取样值D1～D4预先生成数字位准值DL、...、并在收到数字取样值D10后即依据数字取样值D1～D10预先生成数字位准值DL。之后，数字信号处理器143可在收到数字取样值D12后依据数字取样值D1～D12生成(此时已非″预先″生成)数字位准值DL、在收到数字取样值D14后依据数字取样值D3～D14生成数字位准值DL、在收到数字取样值D16后依据数字取样值D5～D16生成数字位准值DL、在收到数字取样值D18后依据数字取样值D7～D18生成数字位准值DL、以此类推。

此外，控制器110还可另包含如图3所示的电流软启动单元310及/或电压软启动单元320。电流软启动单元310用来在交流换流器100刚启动时，将参考位准RL自较低的初始值逐渐调升至目标值(而非直接将参考位准RL锁定在目标值)，以避免交流换流器100在刚启动时即面临过电流的情形。相似地，电压软启动单元320用来在交流换流器100刚启动时，将电压控制信号VC自较低的初始值逐渐调升至目标值(而非直接将电压控制信号VC锁定在目标值)，以避免交流换流器100在刚启动时即面临过电压的情形。

如前所述，若交流换流器100包含有多相的电路，则只要任一相的电路进入了定电流模式，交流换流器100即可将其它所有相的电路皆切换至定电流模式。假设交流换流器100包含有K相如图1所示的电路，K为大于一的正整数，则交流换流器100可另包含有多相共享的一模式选择逻辑(modeselectionlogic)，用来于交流换流器100任一相的电路进入了定电流模式时，将交流换流器100其它相的电路皆切换至定电流模式。图4为此模式选择逻辑的一个例子，在此例子中，模式选择逻辑是由或门(ORGate)410所实现。或门410所接收的信号CC_k可由交流换流器100的第k相电路中的电流补偿器147所产生，变量k为小于或等于K的正整数，若信号CC_k等于0，代表交流换流器100的第k相电路仍处于定电压模式，若信号CC_k等于1，代表交流换流器100的第k相电路已进入定电流模式。若CC_1～CC_K共K个信号皆等于0，或门410可输出0给交流换流器100各相电路中的选择性控制器150，允许交流换流器100的各相电路继续停留在定电压模式。若CC_1～CC_K共K个信号中有任一个或一个以上等于1，或门410可输出1给交流换流器100各相电路中的选择性控制器150，以控制交流换流器100的各相电路皆进入定电流模式。

以上实施例所介绍的交流换流器100可具备电压及/或电流软启动的功能，并可在刚启动时及/或运作中快速反应，且可避免过电流或过电压的情形发生，因此可以更稳定地驱动后端的马达或其它元件。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (9)

1.一种设置于一交流换流器中的定电流模式控制器，用来控制该交流换流器的一输出级产生一交流输出信号，该定电流模式控制器包含有：

一驱动器，耦接于该输出级，用来驱动该输出级产生该交流输出信号；

一电流传感器，耦接于该输出级，用来感测该交流输出信号的电流位准以产生一电流感测信号；

一电流反馈控制器，耦接于该电流传感器，用来依据该电流感测信号产生一电流反馈控制信号；以及

一选择性控制器，耦接于该电流反馈控制器及该驱动器，用来参考该电流反馈控制信号，依据一电压控制信号来控制该驱动器，或同时依据该电压控制信号及该电流反馈控制信号来控制该驱动器；

其中，所述电流反馈控制器包含有:

一模拟数字转换器，耦接于该电流传感器，用来将该电流感测信号转换为一数字电流感测信号；

一数字信号处理器，耦接于该模拟数字转换器，用来依据该数字电流感测信号产生代表该交流输出信号的平均电流位准的一数字位准值；

一数字模拟转换器，耦接于该数字信号处理器，用来将该数字位准值转换为一直流位准；以及

一电流补偿器，耦接于该数字模拟转换器及该选择性控制器，用来比较该直流位准与一参考位准以产生该电流反馈控制信号。

2.如权利要求1所述的定电流模式控制器，其中当该电流反馈控制信号表示该交流输出信号的平均电流位准低于一预设电流位准时，该选择性控制器直接依据该电压控制信号来控制该驱动器，而当该电流反馈控制信号表示该交流输出信号的平均电流位准高于该预设电流位准时，该选择性控制器依据该电压控制信号及该电流反馈控制信号的一乘积信号来控制该驱动器。

3.如权利要求1所述的定电流模式控制器，其中该数字位准值代表该交流输出信号的电流位准的均方根值。

4.如权利要求1所述的定电流模式控制器，其中该数字信号处理器使用长度为该交流输出信号周期M倍的移动计算窗来计算该数字位准值，M大于1。

5.如权利要求4所述的定电流模式控制器，其中该数字信号处理器在该交流输出信号历时达M个周期前即开始预先生成该数字位准值。

6.如权利要求1所述的定电流模式控制器，其中该数字信号处理器在该交流输出信号的每一个周期中皆更新该数字位准值N次，N大于1。

7.如权利要求1所述的定电流模式控制器，另包含有一电流软启动单元，耦接于该电流补偿器，用来提供该参考位准，并于启动该交流换流器时逐渐调升该参考位准。

8.如权利要求1所述的定电流模式控制器，另包含有一电压软启动单元，耦接于该选择性控制器，用来提供该电压控制信号，并于启动该交流换流器时逐渐调升该电压控制信号。

9.如权利要求1所述的定电流模式控制器，另包含有一模式选择逻辑，用来于该选择性控制器进入一电流控制模式时，控制该定电流模式控制器的另一选择性控制器亦进入该电流控制模式。