CN106053928A - 用于校正电流传感器的偏移的设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于校正电流传感器的偏移的设备。该设备包括逆变器、检测器、与RMS计算器、与控制器。RMS计算器将从滤波器提取的高频分量转换成有效(RMS)值。如果由RMS计算器400变换的d轴或q轴电流的有效(RMS)值大于预设参考值，则控制器将每一个电流传感器的当前设定的DC偏移增加/减小了一定数量并且用与由RMS计算器变换的d轴或q轴的有效(RMS)值中的最小一个对应的DC偏移替换当前设定的DC偏移，由此校正每一个电流传感器。因此，可以有效防止在控制电机的过程中的输出转矩的脉动。

Description

用于校正电流传感器的偏移的设备
技术领域
本发明公开了一种用于校正电流传感器的偏移的设备。更具体地说，本公开涉及用于校正电流传感器的偏移的设备，其能够以当电机被驱动时(当利用电流传感器测量电流时这可能造成输出转矩的脉动)校正电流传感器的DC偏移的此种方式有效防止在控制电机的过程中的输出转矩的脉动。
背景技术
目前，混合电动车(HEV)与电动车(EV)作为环境友好车辆而吸引注意。除了将传统内燃机用作电源以外，HEV利用由电力驱动的电机。
具体地说，内燃机用作主电源，同时电机通过由逆变器将DC电源从电池转换到AC电源而用作辅助电源。
EV具有仅作为主电源的电机。电机可以供给通过逆变器从DC电源转换的AC电源。对于HEV与EV来说，电机控制单元(MCU)基于探测到的输出转矩、在电机中流动的感测电流等来精确控制电机。
可能在通过电流传感器感测的电极中流动的电流(在下文称为“电机电流”)与在电机中实际流动的电流之间存在差值。此差值称为电流传感器的“偏移”。电流传感器的偏移是对于操作电流传感器来说必要的少量电流。由于通过电流传感器感测的电机电流包括在电机中实际流动的电流加上偏移，因此有必要补偿电机电流中的偏移。
如果在不补偿此偏移的情况下将电流提供到控制单元(MCU)，则由于电机与实际流动的电流之间的错误可能发生电机的输出转矩的脉动。因此，整个系统可能变得不稳定。
为避免此问题，通常在驱动电机的开始时提前设置偏移并且然后补偿由电流传感器感测的电流的偏移。然而，此偏移可能由于外部噪音、年份的消逝、周围环境温度变化、电流传感器老化等而改变。
因此，经由传统静态偏移补偿，最终发生感测的电流与实际电流之间的错误。这可能导致电机输出的输出转矩中的脉动并且由此不能稳定地控制电机。此外，如果诸如EV的整个系统的物理共振点与输出转矩的脉动频率同步，则EV可能变得不稳定。
发明内容
本发明的一个方面在于提供了一种用于校正电流传感器的偏移的设备，其能够以当电机被驱动时(当利用电流传感器测量电流时这可能造成输出转矩的脉动)校正电流传感器的DC偏移的此种方式有效防止在控制电机的过程中的输出转矩的脉动。
本公开的一个方面在于提供了一种用于校正电流传感器的偏移的设备，包括：逆变器，其被配置为将DC电源转换成三相AC电流以将其供给到电机；电流检测器，其包括用于感测从所述逆变器输出的电流的多个电流传感器；滤波器，其被配置为将由电流检测器感测的电流转换成d-q轴电流并且滤波转换的d轴或q轴电流以从那里提取高频分量；RMS(均方根)计算器，其被配置为将从滤波器提取的高频分量转换成有效(RMS)值；以及控制器，其被配置为，如果通过RMS计算器变换的d轴或q轴电流的有效(RMS)值大于预设参考值，则将电流传感器中每一个的当前设定的DC偏移增加/降低了一定数量并且用与通过RMS计算器变换的d轴或q轴的有效(RMS)值中的最小的一个对应的DC偏移替换当前设定的DC偏移，由此校正电流传感器中的每一个。
从逆变器输出的三相AC电流输出中的至少两个可以具有它们相应的电流传感器。
滤波器可以包括高通滤波器(HPF)。
如果有效(RMS)值小于预设参考值，则控制器可以保持当前设定的DC偏移。
附图说明
本发明的上述和其它方面、特征、和优点将从结合附图给出的示例性实施方式的下面描述中变得显而易见，在附图中：
图1是示出现有技术中用于电流传感器的偏移的补偿的方法的流程图；
图2是根据本公开的一个实施方式的用于校正电流传感器的偏移的设备的步进示意图；以及
图3是用于示出根据本公开的实施方式的校正电流传感器的偏移的方法的流程图。
具体实施方式
将参照附图详细地描述上面的目的、特征和优点并且因此，可以通过本公开所属的本领域中的普通技术人员容易实施本公开的技术构思。此外，当确定与本公开有关的现有技术的详细描述可能掩盖本公开的主旨时，将省略其详细描述。
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的示例性实施方式。可以以多种不同形式修改本公开的实施方式并且本公开的范围不应限于这里阐述的实施方式。相反，这些实施方式被设置为使得本公开将更全面与完整，并且将本公开的概念充分地传达到本领域中的技术人员。贯穿附图，相同的附图标记贯穿本发明的多个附图与本公开的实施方式涉及相同部件。
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的多个实施方式。
图1是示出现有技术的用于电流传感器的偏移的补偿的方法的流程图。
参照图1，根据现有技术的方法，反复检测电流传感器的偏移，并且然后可以适当地补偿此偏移。
具体地说，例如在开始驱动EV时(例如，当启动EV时)，电机、逆变器、电流传感器与电流控制器(例如，MCU)可以开始工作(S10)。
一旦转换器与电机等启动，电流传感器就检测在电机中流动的电流并且将反馈信号发送到电流控制器。电流控制器基于由电流传感器检测到的电流来计算偏移(S20)。
然后，电流控制器确定是否在电机上执行脉宽调节(PWM)控制(S30)。换句话说，电流控制器确定逆变器是否供给用于驱动电机的电机电流。可以以预定间距规则地或任意地做出此确定。
如果在步骤S30中确定执行电机上的PWM控制，则电流控制器基于在步骤S20中计算的偏移来补偿感测的电机电流(S40)。此偏移可以具有正(+)值或负(-)值。相应地，此偏移可以从感测的电极电流中减去或者增加到感测的电机电流。
在完成用于电机的偏移补偿之后，电流控制器基于偏移补偿的电机电流来生成PWM信号(S50)。然后，控制器可以将PWM信号输出到逆变器，此逆变器继而将AC信号作为电机电流供给到电机(S60)。
如果在步骤S30中确定不在电机上执行PWM控制，则此处理返回到步骤S20，在那里电流控制器根据由电流传感器感测的电极电流来计算新偏移。
由于不执行PWM控制，因此在电机中应该没有电流流动。然而，如果电流传感器感测电流值，则此电流值被计算为新偏移。
因为此偏移由于例如外部噪音、年份的消逝、周围环境温度改变而改变，所以获得了此新偏移。一旦获得此新偏移，电流控制器就重复步骤S30到S60，由此稳定地控制电机。
根据现有技术的方法，初始化电机的控制系统，并且测量电流传感器的偏移。然后，确定当控制电机时在控制装置的操作期间是否执行脉宽调节(PWM)控制。
如果执行PWM控制，则先前测量的偏移用于控制电机，因为当电流在电机中流动时难以仅从测量的电流值准确地提取偏移部分。
在另一个方面，如果在电机的控制期间不执行PWM控制，则因为在电机中没有电流流动，所以由电流传感器测量的电流值可以用作用于控制电机的电流传感器的新偏移。
不幸的是，根据现有技术的方法，由于执行PWM控制，所以当车辆保持前进时不能计算电流传感器的新偏移。因此，存在当车辆保持前进时其中电流传感器的偏移变得不准确的问题。
为解决上面问题，本公开的特征是以当电机被驱动时(当利用电流传感器测量电流时这可能造成输出转矩的脉动)校正电流传感器的DC偏移的此种方式有效防止在控制电机的过程中的输出转矩的脉冲。
即，本公开涉及校正电流传感器的DC偏移的技术，当在控制电机中利用电流传感器来测量电流时电流传感器的DC偏移可能造成输出转矩中的脉动。当由于利用电流传感器测量电流中的诸如周围环境温度的因素而导致电流传感器的偏移改变时，在改变的偏移与测量的偏移之间的误差致使在电机中的输出转矩的脉动。相应地，本公开在于防止当施加巨大偏移时可能发生的在控制电机中的输出转矩的这种脉动。
图2是根据本公开的一个实施方式的用于校正电流传感器的偏移的设备的步进示意图。
参照图2，根据本公开的一个实施方式的电流传感器的偏移的设备可以主要包括逆变器100、电流检测器200、滤波器300、RMS计算器400与控制器500。
逆变器100可以将DC电源转换到三相AC电源(电流)以将驱动电流供给到电机10。通过这样做，电机10受到根据从控制器500供给的PWM信号的脉冲宽度调节(PWM)控制。
即，根据从控制器500接收到的PWM信号，逆变器100对其中的多个半导体切换元件进行切换以将DC电源转换到AC电源，并且将AC电流供给到电机10以便在电机10上执行PWM控制。
在此方面，PWM控制涉及基于PWM信号通过逆变器100对电机电流的控制。如这里使用的，术语“电机电流”涉及在电机10中流动的电流。
半导体切换元件中的每一个都可以根据其门端子输入的信号而打开与关闭。例如，半导体装置可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSEFT)、可控硅整流器(SCR)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。
逆变器100可以是典型的切换电路，其包括处于三相全桥连接的六个半导体切换元件，并且将DC总线电压转换到三相AC以将三相AC供给到电机10。
具体地，逆变器100包括用于逆变器的多个半导体切换元件，并且通过打开/关闭半导体切换元件来平滑DC电源以使其转换成具有预定频率的三相AC电源。
具有并联连接的三对，每对都包括串联连接的上半导体切换元件和下半导体切换元件。二极管以反平行连接到每个半导体切换元件。
U相臂包括串联连接的NPN晶体管，V相臂包括串联连接的NPN晶体管，并且W相臂包括串联连接的NPN晶体管。在每个NPN晶体管的集电极与发射极之间，布置有二极管以允许电流从发射极流动到集电极。
当切换控制信号从控制器500输入到每个半导体切换元件的门时，每个半导体切换元件都执行切换操作。因此，输出具有预定频率的三相AC电源。
具有预定频率的三相AC电源施加到电机10的U相、V相和W相。电机10包括定子与转子。三相AC电源施加到相(U相、V相和W相)中的每一个的线圈，使得转子旋转。电机10可以包括但不限于诸如BLDC电机的三相电机、同步磁阻电动机(synRM电机)等。
电流检测器200检测从逆变器100输出的电流。电流检测器200可以包括用于感测要供给到电机10的电流(电机电流)的多个电流传感器CS。电流传感器CS中的每一个都在三相连接线中的相应一个处布置在逆变器100与电机10之间。传感器CS中的每一个都感测相应的三相电流并且将反馈信号发送到控制器500。
优选地，电流检测器200将通过多个电流传感器CS感测的模拟电流转换到数字电流。然而，本公开不限于此。在一个示例中，电流检测器200输出通过多个电流传感器CS实际上感测到的模拟电流，并且该模拟电流可以通过另外的模数转换器(ADC)或者滤波器300转换。
电流传感器CS感测从逆变器100流动到电机10的三相电流并且输出通量电流部分与转矩电流部分。通量电流部分与转子的通量成比例，同时转矩电流部分与电机10的输出转矩成比例。通量电流部分的相态与转矩电流部分的相态相差九十度。
优选地，电流传感器CS中的至少一个可以布置在从逆变器100输出的三相AC电流的至少两相(相a与相b、相b与相c、相a和相c、以及相a和相c)处。可以在具有中空、四边形或圆柱形核心的电流变换器(CT)中实施此电流传感器。
滤波器300可以将来自电流检测器200的感测的三相电流转换成两相电流，即d轴与q轴电流。然后，滤波器300可以滤波d轴和/或q轴电流以便从那里提取高频分量。
滤波器300可以包括，但不限于高通滤波器(HPF),其被配置为使高频分量通过而阻止低频分量。在一个示例中，滤波器300可以带通滤波器(BPF)以提取预测(或预定)脉动频率。
RMS计算器400将来自滤波器300的d轴和/或q轴电流的高频分量转换到有效RMS(均方根)值。
控制器500控制逆变器100的全部操作。特别地，控制器500将来自RMS计算器400的有效(RMS)值与预定参考值进行比较。当有效(RMS)值大于预设参考值时，控制器500可以将用于多个电流传感器的当前设定的DC偏移增加/降低了一定数量。然后，控制器500可以施加增加的或减小的DC偏移，并且用与经由电流传感器200与滤波器300与RMS计算器400转换的d轴和/或q轴的最小有效(RMS)值对应的DC偏移取代当前设定DC偏移。
否则，控制器500可以进一步被配置为，当有效(RMS)值等于或小于预设参考值时，针对电流传感器CS保持当前设定的DC偏移。
尽管滤波器300、RMS计算器400与控制器500单独地实施，但是本公开不限于此。在一个示例中，控制器500可以以软件执行滤波器300与RMS计算器400的功能。
在此情形中，控制器500可以包括将来自电流检测器200的感测的模拟电流转换为数字电流的能力，以及将数字三相电流转换成两相电流即d轴、与q轴电流的能力。
此外，可以以软件或者以硬件实施滤波器300与RMS计算器400。
下文，将详细地描述根据本公开的示例性实施方式的用于校正电流传感器的偏移的方法。
图3是用于示出根据本公开的示例性实施方式的用于校正电流传感器的偏移的方法的流程图。应该注意的是，除非清晰地另外陈述，否则控制器500是方法的步骤的主题。
参照图2和图3，根据本公开的示例性实施方式的校正电流传感器的偏移的方法开始于步骤S100，在那里电流检测器200的电流传感器CS感测到电机10的电流。优选地，电流检测器200的电流传感器CS可以感测到电机的三相电流中的至少两个。
此后，滤波器300将在步骤S100中感测的电流转换到d-q轴电流，并且滤波d轴和/或q轴电流以提取高频分量(步骤S200)。
然后，RMS计算器400将在步骤S200中提取的d轴和/或q轴电流的高频分量转换成有效(RMS)值(步骤S300)。然后，控制器500将有效(RMS)值与预设参考值进行比较(步骤S400)。
预设参考值限定为最小极限以致使电机的输出转矩中的脉动。此预设参考值可以根据电机的额定输出而变化。
如果在步骤S400中确定d轴和/或q轴电流的有效(RMS)值大于预设参考值，则控制器500针对多个电流传感器中的每个增加或减小当前设定的DC偏移。然后，然后当前设定的DC偏移用与经由步骤S100到S300转换的d轴和/或q轴电流的最小有效(RMS)值对应的DC偏移取代(步骤S500)。
如果在步骤S300中变换的d轴或q轴电流的有效(RMS)值大于预设参考值，则控制器500将针对多个电流传感器CS中的每一个的当前设定的DC偏移增加了一定数量。当q轴或d轴电流的有效(RMS)值减小时，控制器500将DC偏移增加了一定数量直到有效(RMS)值再次减小与增加为止。然后，控制器500用于与q轴或d轴电流的最小有效(RMS)值对应的DC偏移替代当前设定的DC偏移。
如果在步骤S300中变换的q轴或d轴电流的有效(RMS)值大于预设参考值，则控制器500将针对多个电流传感器CS中的每一个的当前设定的DC偏移增加了一定数量。当q轴或d轴电流的有效(RMS)值增加时，控制器500将电流检测器200的电流传感器CS中每一个的当前设定的DC偏移减小了一定数量。
当q轴或d轴电流的有效(RMS)值减小时，控制器500将DC偏移减小了一定数量直到有效(RMS)值再次减小与增加为止。然后，控制器500用与q轴或d轴电流的最小有效(RMS)值对应的DC偏移替代当前设定的DC偏移。
如果在步骤S300中变换的q轴或d轴电流的有效(RMS)值大于预设参考值，则控制器500将针对多个电流传感器CS中的每一个的当前设定的DC偏移减小了一定数量。当q轴或d轴电流的有效(RMS)值减小时，控制器500将DC偏移减小了一定数量直到有效(RMS)值再次减小与增加为止。然后，控制器500用与q轴或d轴电流的最小有效(RMS)值对应的DC偏移替代当前设定的DC偏移。
如果在步骤S300中转换的q轴或d轴电流的有效(RMS)值大于预设参考值，则控制器500针对多个电流传感器CS中的每一个的当前设定的DC偏移减小了一定数量。当q轴或d轴电流的有效(RMS)值增加时，控制器500将电流检测器200的电流传感器CS的每一个的当前设定的DC偏移增加了一定数量。
当q轴或d轴电流的有效(RMS)值减小时，控制器500将DC偏移增加了一定数量直到有效(RMS)值再次减小与增加为止。然后，控制器500用与q轴或d轴电流的最小有效(RMS)值对应的DC偏移替代当前设定的DC偏移。
通过此种方式，控制器500通过调节(增加或减小)针对电流传感器CS的每一个的DC偏移用与最小有效(RMS)值对应的新DC偏移取代当前设定的DC偏移。增加或减小用于当前检测器200的当前传感器CS中每一个的当前设定的DC偏移的顺序可以根据用户的选择而改变。
如果在步骤S300中变换的d轴和/或q轴电流的有效(RMS)值小于预设参考值，则控制器500保持用于电流传感器CS的当前设定的DC偏移(步骤S600)。
如上所述，如果转矩未突然改变，则当三相电流转换成d-q轴电流时，它看起来像DC电流。当在其中实际电流是0A的位置处未测量到电流偏移时，d轴和/或q轴电流可以具有脉动。
为此原因，控制器500可以利用滤波器300即HPF提取脉动即高频分量。然后，控制器500调节电流偏移以用与脉动的最小RMS对应的新偏移更新电流偏移。
具体地说，控制器500通过允许d轴和/或q轴电流穿过HPF来提取脉动分量。脉动分量的有效(RMS)值用作其量级。当脉动分量的有效(RMS)值小于或等于预设参考值时，确定电流检测器200中的每一个电流传感器CS都具有标准的DC偏移。此控制继续。
在另一个方面，当脉动分量的有效(RMS)值大于预设参考时，控制器500顺序改变电流传感器CS偏移中的每一个。这是因为在相应相中的电流传感器CS中的哪一个具有与脉动分量相关的异常偏移是未知的。
例如，控制器500改变在相态a中布置的电流传感器CS的偏移，即增加或减小此偏移以发现与脉动分量的最小RMS对应的新偏移。然后，控制器500针对相b和/或相c重复此处理。控制器500对在相应相中布置的电流传感器CS施加新偏移以控制它。通过此种方式，当驱动电机10时可以校正电流检测器200的电流传感器CS的每一个的DC偏移。
如上面阐述的，根据本公开的示例性实施方式，通过当电机驱动时(其当利用电流传感器测量电流时可能造成输出转矩的脉动)校正电流传感器的DC偏移的此种方式，可以有效防止在控制电机的过程中的输出转矩的脉动。
尽管出于说明的目的公开了本公开的示例性实施方式，但是本领域中的技术人员应该理解的是在不脱离通过所附权利要求中限定的本公开的范围和精神的情况下，能够进行多种修改、增加与替换。因此，此修改、增加与减少也应该理解为落在本公开的范围内。

Claims (4)

1.一种用于校正电流传感器的偏移的设备，包括：
逆变器，其被配置为将DC电源转换成三相AC电流以将其供给到电机；
电流检测器，其包括用于感测从所述逆变器输出的电流的多个电流传感器；
滤波器，其被配置为将由所述电流检测器感测的电流转换成d-q轴电流并且滤波转换的d轴或q轴电流以从滤波器提取高频分量；
RMS(均方根)计算器，其被配置为将从滤波器提取的高频分量转换成有效(RMS)值；以及
控制器，其被配置为，如果由RMS计算器变换的d轴或q轴电流的有效(RMS)值大于预设参考值，则将每一个电流传感器的的当前设定的DC偏移增减/减小了一定数量并且用与由RMS计算器变换的d轴或q轴的有效(RMS)值中的最小一个对应的DC偏移替换当前设定的DC偏移，由此校正每一个电流传感器。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，从所述逆变器输出的所述三相AC电流中的至少两个具有它们相应的电流传感器。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述滤波器包括高通滤波器(HPF)。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器还被配置为如果所述有效(RMS)值小于所述预设参考值则保持所述所述当前设定的DC偏移。
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