CN105548676B - 一种单电阻电流采样方法及空调设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种单电阻电流采样方法及空调设备，用于解决在对空调设备的电机进行单电阻电流采样时得到的采样电流的准确性较低的技术问题。该方法包括：在采用三角波对电机进行调制的过程中，获得所述电机的三个相电流在与所述三角波对应的PWM波中每个相电流对应的高电平持续时长；其中，所述PWM波的周期与所述三角波的周期相同；根据所述高电平持续时长及与所述电机对应的单电阻采样电路中绝缘栅双极型晶体管IGBT上的电流延迟时长，设置第一采样点和第二采样点；按照所述第一采样点和所述第二采样点对所述电机进行单电阻电流采样，确定所述电机的三个相电流值。

Description

一种单电阻电流采样方法及空调设备

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种单电阻电流采样方法及空调设备。

背景技术

在永磁同步直流无刷电机的运转过程中，通常需要采样电机三相线圈的相电流来实现对电机的闭环控制。

在传统的电机的三相电流采样方法中，常使用三电阻或双电阻采样电机电流。但由于利用双电阻及三电阻采样的控制电路较为复杂，且制作成本较高，因此，采用单电阻对电机的三相进行电流采样的方法逐渐取代传统采样方式。

目前，在使用单电阻电流采样方法对电机的相电流进行采样时，可通过控制绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的开通或关断来确定电机的三相中与采样电阻串联的相，进而通过微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)得到采样电阻上的采样电流，该采样电流即为与采样电阻串联的相的相电流，从而，通过采样电阻进行电流采样可以得到电机的三相中每个相对应的电流。

但实际操作中，在控制采样电路中的IGBT开通或关断后，电流需要一定的时间适应变化后的电路，可能会导致采样电阻上的电流存在延时的情况，从而导致得到的采样电流不准确，甚至还可能出现采集不到电流的情况。

发明内容

本申请提供一种单电阻电流采样方法及空调设备，用于解决在对空调设备的电机进行单电阻电流采样时得到的采样电流的准确性较低的技术问题。

一方面，本发明提供一种单电阻电流采样方法，包括以下步骤：

在采用三角波对电机进行调制的过程中，获得所述电机的三个相电流在与所述三角波对应的PWM波中每个相电流对应的高电平持续时长；其中，所述PWM波的周期与所述三角波的周期相同；

根据所述高电平持续时长及与所述电机对应的单电阻采样电路中绝缘栅双极型晶体管IGBT上的电流延迟时长，设置第一采样点和第二采样点；

按照所述第一采样点和所述第二采样点对所述电机进行单电阻电流采样，确定所述电机的三个相电流值。

另一方面，本发明提供一种空调设备，包括：

获取模块，用于在采用三角波对电机进行调制的过程中，获得所述电机的三个相电流在与所述三角波对应的PWM波中每个相电流对应的高电平持续时长；其中，所述PWM波的周期与所述三角波的周期相同；

设置模块，用于根据所述高电平持续时长及与所述电机对应的单电阻采样电路中绝缘栅双极型晶体管IGBT上的电流延迟时长，设置第一采样点和第二采样点；

采样模块，用于按照所述第一采样点和所述第二采样点对所述电机进行单电阻电流采样，确定所述电机的三个相电流值。

本申请中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

本申请中，在采用三角波对电机进行调制的过程中，可以获得电机的三个相电流在于三角波对应的PWM波中每个相电流对应的高电平持续时长，从而根据高电平持续时长及IGBT上电流的延迟时长，可以设置相应的第一采样点和第二采样点，由于在设置采样点时考虑了IGBT上的电流的延迟时长，故在设置采样点时可以避开发生电流延迟的时间段，使得通过设置的采样点进行的单电阻电流采样所获得的电机的三个相电流的值较为准确。

附图说明

图1为本发明实施例中所采用的单电阻采样电路；

图2为本发明实施例中单电阻电流采样方法的流程图；

图3为本发明实施例中调制波的示意图；

图4为本发明实施例中采样点的示意图；

图5为为本发明实施例中的空调设备的示意图。

具体实施方式

本申请提供一种单电阻电流采样方法及空调设备，用于解决在对空调设备的电机进行单电阻电流采样时得到的采样电流的准确性较低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供的技术方案总体思路如下：

本申请中，在采用三角波对电机进行控制所用的PWM波进行调制的过程中，可以获得电机的三个相电流在于三角波对应的PWM波中每个相电流对应的高电平持续时长，从而根据高电平持续时长及IGBT上电流的延迟时长，可以设置相应的第一采样点和第二采样点，由于在设置采样点时考虑了IGBT上的电流的延迟时长，故在设置采样点时可以避开发生电流延迟的时间段，使得通过设置的采样点进行的单电阻电流采样所获得的电机的三个相电流的值较为准确。

下面结合附图介绍本发明提供的方法。

本发明实施例中的电机可以是永磁无刷直流电机，该电机可以是空调设备中使用的电机。

可选的，空调设备中的MCU可以通过电流采样电路采集电机的三相的相电流。

如图1所示，其为本发明实施中进行电流采样的单电阻采样电路，该电路中包括与电机的三相(以U相、V相、W相为例)对应的6个IGBT，其中，U相对应电流输入端U+和电流输出端U-，同理，V相对应V+/V-，W相对应W+/W-，而6个IGBT分别设置在每相对应的电流输入端和电流输出端。例如，由图可知，U相的U+端设置有标记为a的IGBT，U-端设置有标记为d的IGBT。

图1中，当U+为高电平V+、W+为低电平，同时U-为低电平V-、W-为高电平时，IGBT中电路a、e、f导通，电路b、c、d关断，此时可以通过单电阻采样电流采样U相对应的相电流，依次类推。

下面结合附图介绍本发明提供的方法。

如图2所示，本发明实施例提供一种单电阻电流采样方法，该方法的流程描述如下。

S11：在采用三角波进行调制的过程中，获得电机的三个相电流在与三角波对应的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)波中每个相电流对应的高电平持续时长；其中，PWM波的周期与三角波的周期相同；

S12：根据高电平持续时长及与电机对应的单电阻采样电路中IGBT上的电流延迟时长，设置第一采样点和第二采样点；

S13：按照第一采样点和第二采样点对电机进行单电阻电流采样，确定电机的三个相电流值。

本发明实施例中的电机可以是永磁无刷直流电机，该电机可以是空调设备中使用的电机。

可选的，当采用三角波对电机进行调制时，电机中的MCU控制计数器对应的计数值(记为TCNT)从0开始进行加计数，一直计数到三角波的载波频率对应的时间的一半对应的最大计数值(记为TC)。如图3所示，在三角波的一个周期内，当计数器的计数值TCNT＝TC时，TCNT开始进行减计数，当TCNT减计数到0后，又从0开始加计数，进入下一个计数周期。

在实际应用中，MCU在根据调制波(本发明实施例中以三角波为例)的载波频率确定计数器对应的计数值时，所使用的计算关系为：

计数值＝调制波的周期/MCU的计数周期

其中，MCU的计数周期＝1/MCU的计数频率，由此可得：

计数值＝调制波对应的周期*MCU的计数频率。

例如，若三角波的载波频率为f＝4000Hz，则根据三角波中周期与频率的关系(即)可计算出三角波的载波频率对应的半周期，记为T_c，则当f＝4000Hz，可得出T_c＝125us。若MCU使用的计数频率为48MHz，其计数周期对应的时间为即则根据“计数值＝调制波对应的周期/MCU的计数周期”即可确定载波频率在MCU的计数器中对应的计数值＝125/(1/48)＝125＊48＝6000，即6000就是三角波的载波频率半周期时间在MCU的计数器中对应的计数值，即载波频率为4000Hz时，其对应的MCU的最大计数值TC＝6000。

可选的，在调制波(即本发明实施例中的三角波)的作用下，MCU将会自动产生与调制波的周期相同的三相互补的PWM波，所谓三相互补，所谓三相互补，在不考虑死区插入影响的情况下，是指上桥臂(如U+)为高电平，则其对应的下桥臂(如U-)为低电平，反之，如上桥臂(如U+)为低电平，则其对应的下桥臂(如U-)为高电平。在不考虑死区补偿影响的情况下，在电机的三个相电流在该PWM波中对应的三个高电平持续时长与其对应的三个低电平持续时长之和为该PWM波的周期。例如，对于三相中的U相来说，在PWM波中，U相的高电平持续时长与U相的低电平持续时长之和即为PWM波的周期，U相的高电平持续时长除以PWM波的周期即为等于U相对应的占空比。本发明实施例中将三个高电平持续时长分别记为t_u、t_v、t_w，其中，t_u代表与三相中U相对应的高电平持续时长，同理，类似表述t_v、t_w均代表此意。

可选的，S12的过程可以包括：从三个相电流分别对应的高电平持续时长中确定第一高电平持续时长，第一高电平持续时长的值为三个高电平持续时长的中间值，确定述IGBT的开通时长和关断时长，及确定PWM波中死区的插入方式，从而根据第一高电平持续时长、PWM波中死区的插入方式及IGBT的开通时长和关断时长，设置第一采样点和第二采样点。

在实际应用中，在确定三个高电平持续时长后，按照“计数值＝调制波的周期*MCU的计数频率”，MCU可以确定每个高电平持续时长在计数器中对应的计数值。

本发明实施例中，若将电机的三个相电流对应的三个高电平持续时长在计数器中对应的计数值分别记作T_u、T_v、T_w，其中，T_u代表与高电平持续时长t_u对应的计数值，即三相中U相对应的计数值，同理，类似表述如T_v、T_w均代表此意。若MCU使用的计数频率为f₁，三角波的载波频率为f₂，则：T_u＝t_u*f₁，T_v＝t_v*f₁，T_w＝t_w*f₁，TC＝f₁/(f₂*2),t_c＝1/(2f₂)。例如，当t_u＝100us，f₁＝48MHz时，T_u＝4800,当f₂＝4000Hz时，t_c＝125us,TC＝6000。

如图4所示，在三角波的调制作用下，MCU自动产生三相互补的PWM波，此时可确定电机的三个相电流在PWM波中的高电平持续时长，三个高电平持续时长对应的计数值的大小为T_u>T_v>T_w。当计数器的计数值TCNT分别与T_u、T_v、T_w相等时，U+、V+及W+将分别从高电平跳变为低电平。图中位于PWM波下方且与PWM波对应的曲线代表单电阻上的电流信号(即I₀)在PWM波的一个周期内的变化情况，其中，T_on为IGBT的开通时长，T_of为IGBT的关断时长，T_ring为IGBT所在的智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)的信号振铃时长。

在实际应用中，结合图1及图4中单电阻上的电流信号I₀可知，在t1时间内，U+、V+为高电平，W-为高电平，电流同时从U相及V相流入，从W相流出，因此在t1时间内能够采样到W相的电流I_w，此时，I_w的值应为负，在t2时间内，由于U+为高电平，V-与W-也为高电平，电流从U相流入V相和W相，因此在t2时间内能够采样到U相的电流I_u，根据I_u+I_v+I_w＝0，可以计算出I_v。可见，在单电阻电流采样过程中，采用分时采样电流的方法，能够同时获取电机的三相电流。

可选的，MCU可以对三个高电平持续时长的值进行排序，确定高电平持续时长的值为中间值的第一高电平持续时长。例如，若三个高电平持续时长对应的t_u、t_v、t_w三个值中的t_v为中间值，则第一高电平持续时长即为t_v，那么，t_v对应的计数值为T_v即为三个高电平持续时长对应的计数值T_u、T_v、T_w中的中间值。

本发明实施例中，按照公式(1)及公式(2)设置相应的采样点。其中，公式(1)为：

samp1＝T₁+T_of-T_delay-T_sh-T_wt (1)

公式(2)为：

samp2＝T₁+T_d+T_on+T_ring-T_wt (2)

以上公式中，samp1为第一采样点对应的时刻，samp2为第二采样点对应的时刻，T₁为第一高电平持续时长(即t_v)，T_wt为MCU进行模拟/数字(Analog/Digital，A/D)采样的等待时长，T_sh为MCU进行A/D采样的持续时长，T_d为MCU要求的死区时长，T_on为IGBT的开通时长，T_of为IGBT的关断时长，T_ring为IGBT所在的IPM的信号振铃时长。

本发明实施例中，IGBT的关断时长、开通时长及IPM的信号振铃时长可以通过查询MCU获知，在根据上述公式确定第一采样点对应的时刻及第二采样点对应的时刻后，可以计算采样点对应的计数值。

需要说明的是，公式(1)-公式(4)中主要通过时长来表述采样点的设置方式，但由于计算各时长对应的计数值的方法相同，因此，采样点对应的计数值与相关的时长对应的计数值之间也满足公式(1)-公式(4)。

在实际应用中，由于随着电机三相电流的变化，其对应的T_u、T_v、T_w会随着变化，设置的第一采样点及第二采样点在寄存器中对应的计数值也会随之变化。

本发明实施例中，综合考虑了单电阻电流采样过程中三个相电流在PMW波中对应的高电平持续时长、IGBT上的电流延迟时长，故设置的采样点的准确性较高，便于提高采集电流的准确性。

可选的，在确定第一采样点和第二采样点后，MCU还可以根据第一采样点和第二采样点设置相应的触发方式，以便在调制波的作用下，当计数器的计数值到达采样点对应的计数值时，能够自动触发单电阻采样电路完成在第一采样点及第二采样点的A/D采样，并获得相应的采样电流。

可选的，根据第一采样点和第二采样点确定电机的三个相电流值的过程可以包括：

在第一采样点对电机进行单电阻电流采样，获得第一采样电流，及在第二采样点对电机进行单电阻电流采样，得到第二采样电流；

将第一采样电流的值的相反数确定为电机的三相中第二相的相电流的值；其中，第二相对应的第二高电平持续时长的值为三个高电平持续时长中的最小值；及

将第二采样电流的值确定为电机的三相中第三相的相电流的值；其中，第三相对应的第三高电平持续时长的值为三个高电平持续时长中的最大值；

根据第二相的相电流的值及第三相的相电流的值，确定三相中第一相的相电流的值，第一相对应于一高电平持续时长。

由采样点的计算公式可知，第一采样点对应的时刻在第二采样点对应的时刻之前，即第一采样点对应的计数值小于第二采样点对应的计数值。故在实际应用中，在第一采样点得到的第一采样电流的值的相反数即为三个高电平持续时长中高电平持续最短的第二相对应的相电流的值，而第二采样点得到的第二采样电流即为高电平持续时长最长的第三相对应的相电流。

进而，根据三相电流为零的原则，可以计算出与第一高电平持续时长对应的第一相的相电流。

如图4所示，电机的三个高电平持续时长对应的计数值的大小关系为：T_u>T_v>T_w。根据公式(1)和公式(2)设置了采样点1和采样点2，如图4所示，其中，采样点1位于t1时间段内，采样点2位于t2时间段内。则在采样点1通过触发A/D采样获得第一采样电流时，则第一采样电流的值的相反数即为第二高电平持续时长对应的第二相的相电流，即W相对应的相电流I_w(此时，I_w的值为负)，而通过采样点2获取的第二采样电流即为第三高电平持续时长对应的第三相的相电流，即U相对应的相电流I_u，进而，由三相电流之和为零可确定第一相(即V相)对应的相电流。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种空调设备。请参考图5，图5为该空调设备的示意图。该空调设备包括：

获取模块，用于在采用三角波对电机进行调制的过程中，获得所述电机的三个相电流在与所述三角波对应的PWM波中每个相电流对应的高电平持续时长；其中，所述PWM波的周期与所述三角波的周期相同；

设置模块，用于根据所述高电平持续时长及与所述电机对应的单电阻采样电路中绝缘栅双极型晶体管IGBT上的电流延迟时长，设置第一采样点和第二采样点；

采样模块，用于按照所述第一采样点和所述第二采样点对所述电机进行单电阻电流采样，确定所述电机的三个相电流值。

可选的，所述设置模块用于：

从所述三个相电流分别对应的高电平持续时长中确定第一高电平持续时长，所述第一高电平持续时长的值为三个高电平持续时长的中间值；

确定所述IGBT的开通时长和关断时长；

根据所述第一高电平持续时长、所述IGBT的开通时长和关断时长，设置所述第一采样点和所述第二采样点。

可选的，所述设置模块用于：

按照第一公式设置所述第一采样点及按照第二公式设置所述第二采样点；所述第一公式为：

samp1＝T₁+T_of-T_delay-T_sh-T_wt

所述第二公式为：

samp2＝T₁+T_d+T_on+T_ring-T_wt

其中，samp1为所述第一采样点对应的时刻，samp2为所述第二采样点对应的时刻，T₁为所述第一高电平持续时长，T_wt为微控制单元MCU进行模拟/数字A/D采样的等待时长，T_sh为所述MCU进行A/D采样的持续时长，T_d为所述MCU要求的死区时长，T_on为所述IGBT的开通时长，T_of为所述IGBT的关断时长，T_ring为所述IGBT所在的智能功率模块IPM的信号振铃时长。

可选的，所述采样模块用于：

在所述第一采样点对所述电机进行单电阻电流采样，获得第一采样电流，及在所述第二采样点对所述电机进行单电阻电流采样，得到第二采样电流；

将所述第一采样电流的值的相反数确定为所述电机的三相中第二相的相电流的值；其中，所述第二相对应的第二高电平持续时长的值为三个高电平持续时长中的最小值；及

将所述第二采样电流的值确定为所述电机的三相中第三相的相电流的值；其中，所述第三相对应的第三高电平持续时长的值为三个高电平持续时长中的最大值；

根据所述第二相的相电流的值及所述第三相的相电流的值，确定所述三相中第一相的相电流的值，所述第一相对应于所述一高电平持续时长。

对该空调设备的说明请参考前述对单电阻电流采样方法的说明，为了说明书的简洁，在此就不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种单电阻电流采样方法，其特征在于，所述方法包括：

在采用三角波对电机进行调制的过程中，获得所述电机的三个相电流在与所述三角波对应的PWM波中每个相电流对应的高电平持续时长；其中，所述PWM波的周期与所述三角波的周期相同；

根据所述高电平持续时长及与所述电机对应的单电阻采样电路中绝缘栅双极型晶体管IGBT上的电流延迟时长，设置第一采样点和第二采样点；包括：从所述三个相电流分别对应的高电平持续时长中确定第一高电平持续时长，所述第一高电平持续时长的值为三个高电平持续时长的中间值；确定所述IGBT的开通时长和关断时长；按照第一公式设置所述第一采样点及按照第二公式设置所述第二采样点；所述第一公式为：samp1＝T₁+T_of-T_delay-T_sh-T_wt；所述第二公式为：samp2＝T₁+T_d+T_on+T_ring-T_wt；

其中，samp1为所述第一采样点对应的时刻，samp2为所述第二采样点对应的时刻，T₁为所述第一高电平持续时长，T_wt为微控制单元MCU进行模拟/数字A/D采样的等待时长，T_sh为所述MCU进行A/D采样的持续时长，T_d为所述MCU要求的死区时长，T_on为所述IGBT的开通时长，T_of为所述IGBT的关断时长，T_ring为所述IGBT所在的智能功率模块IPM的信号振铃时长；

按照所述第一采样点和所述第二采样点对所述电机进行单电阻电流采样，确定所述电机的三个相电流值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按照所述第一采样点和所述第二采样点对所述电机进行单电阻电流采样，确定所述电机的三个相电流值，包括：

在所述第一采样点对所述电机进行单电阻电流采样，获得第一采样电流，及在所述第二采样点对所述电机进行单电阻电流采样，得到第二采样电流；

将所述第一采样电流的值的相反数确定为所述电机的三相中第二相的相电流的值；其中，所述第二相对应的第二高电平持续时长的值为三个高电平持续时长中的最小值；及

将所述第二采样电流的值确定为所述电机的三相中第三相的相电流的值；其中，所述第三相对应的第三高电平持续时长的值为三个高电平持续时长中的最大值；

根据所述第二相的相电流的值及所述第三相的相电流的值，确定所述三相中第一相的相电流的值，所述第一相对应于所述一高电平持续时长。

3.一种空调设备，其特征在于，所述空调设备包括：

获取模块，用于在采用三角波对电机进行调制的过程中，获得所述电机的三个相电流在与所述三角波对应的PWM波中每个相电流对应的高电平持续时长；其中，所述PWM波的周期与所述三角波的周期相同；

设置模块，用于根据所述高电平持续时长及与所述电机对应的单电阻采样电路中绝缘栅双极型晶体管IGBT上的电流延迟时长，设置第一采样点和第二采样点；具体用于：从所述三个相电流分别对应的高电平持续时长中确定第一高电平持续时长，所述第一高电平持续时长的值为三个高电平持续时长的中间值；确定所述IGBT的开通时长和关断时长；按照第一公式设置所述第一采样点及按照第二公式设置所述第二采样点；所述第一公式为：samp1＝T₁+T_of-T_delay-T_sh-T_wt；所述第二公式为：samp2＝T₁+T_d+T_on+T_ring-T_wt；

其中，samp1为所述第一采样点对应的时刻，samp2为所述第二采样点对应的时刻，T₁为所述第一高电平持续时长，T_wt为微控制单元MCU进行模拟/数字A/D采样的等待时长，T_sh为所述MCU进行A/D采样的持续时长，T_d为所述MCU要求的死区时长，T_on为所述IGBT的开通时长，T_of为所述IGBT的关断时长，T_ring为所述IGBT所在的智能功率模块IPM的信号振铃时长；

采样模块，用于按照所述第一采样点和所述第二采样点对所述电机进行单电阻电流采样，确定所述电机的三个相电流值。

4.如权利要求3所述的空调设备，其特征在于，所述采样模块用于：

在所述第一采样点对所述电机进行单电阻电流采样，获得第一采样电流，及在所述第二采样点对所述电机进行单电阻电流采样，得到第二采样电流；

将所述第一采样电流的值的相反数确定为所述电机的三相中第二相的相电流的值；其中，所述第二相对应的第二高电平持续时长的值为三个高电平持续时长中的最小值；及

将所述第二采样电流的值确定为所述电机的三相中第三相的相电流的值；其中，所述第三相对应的第三高电平持续时长的值为三个高电平持续时长中的最大值；

根据所述第二相的相电流的值及所述第三相的相电流的值，确定所述三相中第一相的相电流的值，所述第一相对应于所述一高电平持续时长。