CN108390553A - 一种电机传动pwm死区的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电机传动PWM死区的补偿方法步骤1、测定晶体开关管如IGBT在不同电压和电流下的开通和关断时间，作为死区时间的基础。步骤2、测定不同的电机转速、不同的输出扭矩、不同的电压电流情况下，PWM波形占空比的变化。步骤3、根据步骤1和步骤2的结果，设定不同电压和电流下的PWM最大占空比，使上下管同时截至的时间总是大于两次开关管断开和开通的时间之和。步骤4、在电机运行过程中，检测电机的转速、直流母线的电压、电流等条件。判断占空比属于那种情况，分别予以补偿。本发明通过测定开关管在不同情况下的开通和关断时间，并根据不通占空比及其变化情况设定相应的补偿策略，从而使得补偿充分，并且降低了测试精度的要求，能够有针对性的根据电机运行情况进行补偿。

Description

一种电机传动PWM死区的补偿方法

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及电机补偿控制领域。

背景技术

电动汽车，包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车，都使用逆变器驱动的电机来提供牵引力，有的还有制动力。现有技术中，电驱动系统一般包括，直流电源、可变电压变换器VVT、逆变器、驱动电机。

电机控制器控制逆变器工作，以此达到控制电动汽车加减速的目的。逆变器包括多个桥式配置连接的晶体管开关(如IGBT绝缘栅双极型晶体管)装置，电机控制器接通和断开开关，将来自直流母线的直流电压转化为输送到马达的交流电压。

电机控制器在驱动IGBT逆变器时，理想情况是每项桥臂的上下两个开关器件严格轮流导通和关断，然而实际的器件，其导通和关断都需要一定的时间，而且关断时间比导通时间长。在关断过程中，如果截止的器件开始导通，上下桥臂出现直通，造成短路，因此，通常要在脉宽调制波PWM中添加死区时间。死区时间通常要大于器件的关断时间加上开通时间，才能保证不出现短路。但是人为的在程序中增加了死区时间，逆变器的输出不再是理想PWM波形，这会给逆变系统带来一些负面影响，比如导致输出电压电流发生畸变，出现谐波。谐波会增加谐波损耗，还会造成电机转矩的波动，影响控制性能。且随着逆变器中IGBT开关频率的不断提高，死区效应对逆变器的输出电压和电流影响也越来越严重，因此，对逆变器的死区进行补偿就显得非常重要。

现有的死区补偿技术，主要集中在电流过零点的检测方法，脉宽测量方法，以及硬件死区时间补偿技术上，而现有的过零点测量技术，然后根据过零点的测量结果设定一个死区时间偏置量。现有死区补偿方法存在测量精度低、稳定性差、方法单一适用情况有限等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种多模式的PWM死区补偿方法，使得电机控制器能够针对电机的实际运行条件采用最合理的补偿措施。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电机传动PWM死区的补偿方法：

步骤1、测量获取逆变器内晶体管开关在不同电压和电流下的开通和关断时间；

步骤2、测量获得不同的电机转速、不同的输出扭矩、不同的电压电流情况下，PWM波形占空比的变化；

步骤3、根据步骤1和步骤2的结果，获得不同电压和电流下的PWM最大占空比，使上下管同时截至的时间总是大于两次晶体管开关管断开和开通的时间之和；

步骤4、电机运行过程中实时获取电机的转速、直流母线的电压、电流参数，按照以下情况分别予以补偿：

情况1、当占空比低于设定下限值时，直接过度补偿占空比；

情况2、当占空比高于设定上限值时，根据步骤3限制PWM的最大占空比进行补偿；

情况3、当占空比介于设定下限值和设定上限值之间时，采用线性插值进行补偿。

本发明通过测定开关管在不同情况下的开通和关断时间，并根据不通占空比及其变化情况设定相应的补偿策略，从而使得补偿充分，并且降低了测试精度的要求，能够有针对性的根据电机运行情况进行补偿。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1上升沿、下降沿、死区时间、占空比、上下臂正常工作条件示意图；

图2过度补偿时间示意图。

具体实施方式

以30千瓦纯电动驱动电机为例：

步骤1、测定晶体开关管如IGBT在不同电压和电流下的开通和关断时间，作为死区时间的基础，典型的选型为5微秒。

步骤1中，IGBT在关断状态是电压为电源电压，电流为0，开通状态是电压为导通压降，电流为负载电流。所以步骤1就是测试不同电源电压和负载电流组合下的从关断到开通的时间，和从开通到关断的时间。电压和电流选取有意义的组合就行了(比如300伏100A)。

步骤2、测定不同的电机转速、不同的输出扭矩、不同的电压电流情况下，PWM波形占空比的变化。

步骤2中PWM波形占空比是一个百分数，即步骤2需要测试选定条件下的占空比。

步骤3、根据步骤1和步骤2的结果，设定不同电压和电流下的PWM最大占空比，使上下管同时截至的时间总是大于两次开关管断开和开通的时间之和。

步骤3中上下管同时截至的时间是上管和下管驱动PWM电压同时为0的时间。

步骤4、在电机运行过程中，检测电机的转速、直流母线的电压、电流等条件。判断占空比属于那种情况，分别予以补偿。

情况1、在占空比很低的情况下，直接过度补偿占空比，过度补偿时间5微秒，避免有独立的死区时间。

占空比很低的标准是，PWM电压在一个周期内为0时间，超过开关管(开通时间+关断时间)*8。过渡补偿指死区时间大于(开通时间+关断时间)*3.

情况2、在占空比在高占空比区变化的情况下，根据步骤3限制PWM的最大占空比，严格按照死区时间进行补偿，最大程度避免独立的死区时间出现。

占空比很高的标准是，PWM电压在一个周期内为0时间，低于开关管(开通时间+关断时间)*2。

情况3、占空比在高占空比和低占空比之间变化，在步骤1测得的死区时间和步骤4中情况1采用的过度补偿时间中，采用线性插值进行补偿。

比如PWM一个周期，为(开通时间+关断时间)*20，那么在占空比低于12/20％100％＝60％时，死区时间设为(开通时间+关断时间)*3，在占空比高于18/20*100％时，死区时间设定为(开通时间+关断时间)*1.5，占空比D在60％到90％之间，补偿(开通时间+关断时间)*1.5+(开通时间+关断时间)*1.5*(90-D)/30。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电机传动PWM死区的补偿方法，其特征在于：

步骤1、测量获取逆变器内晶体管开关在不同电压和电流下的开通和关断时间；

步骤2、测量获得不同的电机转速、不同的输出扭矩、不同的电压电流情况下，PWM波形占空比的变化；

步骤3、根据步骤1和步骤2的结果，获得不同电压和电流下的PWM最大占空比，使上下管同时截至的时间总是大于两次晶体管开关管断开和开通的时间之和；

步骤4、电机运行过程中实时获取电机的转速、直流母线的电压、电流参数，按照以下情况分别予以补偿：

情况1、当占空比低于设定下限值时，直接过度补偿占空比；

情况2、当占空比高于设定上限值时，根据步骤3限制PWM的最大占空比进行补偿；

情况3、当占空比介于设定下限值和设定上限值之间时，采用线性插值进行补偿。