CN109428534A - 电动机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动机控制系统，电动机控制系统包括一电动机、一驱动模块以及一控制模块。第一线圈电性连接的一第一端点具有一第一调控信号，第二线圈电性连接的一第二端点具有一第二调控信号，以及第三线圈电性连接的一第三端点具有一第三调控信号。第一调控信号的一基准值不等于0，第一调控信号的一信号下限值大于或是等于0。

Description

电动机控制系统
技术领域
本发明涉及一种电动机控制系统，尤其涉及一种减少控制波形失真的电动机控制系统。
背景技术
电动机控制系统的控制信号，是以六步方波或是弦波控制，然而，不管哪一种信号波形的控制方式，由于互补式开关控制电路，是上桥开关与下桥开关会不同时开启，也就是会有死区(dead time)的存在，由于六步方波或是弦波控制皆是以两个控制信号进行相减而产生另一控制信号，然而由于两个控制信号之间具有一个相位差，所以其中一个控制信号会具有死区(dead time)的波形失真，而另一控制信号则不具有死区(dead time)的波形失真。因此，两个控制信号相减之后所产生的波形，则仍会具有死区(dead time)的波形失真。
因此，提供一种降低死区(dead time)波形失真影响的电动机控制系统则是当今的重要课题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电动机控制系统，包括：一电动机，包括一第一线圈、一第二线圈以及一第三线圈；一驱动模块，包括：一第一开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端；一第二开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，所述第一开关的所述第一端电性连接一直流电压，所述第一开关的所述第三端电性连接所述第二开关的所述第一端，所述第二开关的所述第三端电性连接一接地电位；一第三开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端；一第四开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，所述第三开关的所述第一端电性连接所述直流电压，所述第三开关的所述第三端电性连接所述第四开关的所述第一端，所述第四开关的所述第三端电性连接所述接地电位；一第五开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端；以及一第六开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，所述第五开关的所述第一端电性连接所述直流电压，所述第五开关的所述第三端电性连接所述第六开关的所述第一端，所述第六开关的所述第三端电性连接所述接地电位；以及一控制模块，分别提供一第一信号、一第二信号、一第三信号、一第四信号、一第五信号以及一第六信号至所述第一开关的所述第二端、所述第二开关的所述第二端、所述第三开关的所述第二端、所述第四开关的所述第二端、所述第五开关的所述第二端以及所述第六开关的所述第二端，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关以及所述第六开关的开启与关闭，并使所述第一线圈电性连接的一第一端点具有一第一调控信号，所述第二线圈电性连接的一第二端点具有一第二调控信号，以及所述第三线圈电性连接的一第三端点具有一第三调控信号；其中，所述第一端点电性连接所述第一开关的所述第三端以及所述第二开关的所述第一端，所述第二端点电性连接所述第三开关的所述第三端以及所述第四开关的所述第一端，所述第三端点电性连接所述第五开关的所述第三端以及所述第六开关的所述第一端；其中，所述第一调控信号的一基准值不等于0，所述第一调控信号的一信号下限值大于或是等于0。
优选地，所述第一调控信号包括一第一区域、一第二区域以及一第三区域，其中，所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域为相邻设置，所述第一区域的一第一信号波形与所述第二区域的一第二信号波形为镜像对称，所述第三区域的一第三信号波形为一直线。
优选地，所述第一调控信号的所述基准值设置在一上限值以及一下限值之间，所述第二调控信号的一基准值设置在所述上限值以及所述下限值之间，所述第三调控信号的一基准值设置在所述上限值以及所述下限值之间。
优选地，所述第一调控信号还具有一信号上限值，所述第一调控信号的所述信号上限值小于或等于所述上限值，且大于或等于所述第一调控信号的所述基准值。
优选地，所述第一调控信号的所述信号下限值大于或等于所述下限值，且小于或等于所述第一调控信号的所述基准值。
优选地，所述控制模块根据一三角波信号以及一调控信号产生一脉宽调变信号，所述控制模块根据所述脉宽调变信号分别提供所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号、所述第四信号、所述第五信号以及所述第六信号至所述第一开关的所述第二端、所述第二开关的所述第二端、所述第三开关的所述第二端、所述第四开关的所述第二端、所述第五开关的所述第二端以及所述第六开关的所述第二端。
优选地，所述三角波信号具有一固定频率，所述三角波信号设置在一上限值以及一下限值之间。
优选地，所述调控信号包括一第一区域、一第二区域以及一第三区域，其中，所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域为相邻设置，所述第一区域的一第一信号波形与所述第二区域的一第二信号波形为镜像对称，所述第三区域的一第三信号波形为一直线。
优选地，所述第一线圈、所述第二线圈以及所述第三线圈是以Y字型进行设置。
综上所述，本发明实施例的电动机控制系统，是将线圈两端的调控信号的波形进行调整，将调控信号的一基准值设置在一不是0的数值上，再将波形进行展开，如此一来，每一线圈一端的调控信号均会具有死区(dead time)的波形失真，在两个调控信号相减之下，就可以得到较佳的电压波形或是电流波形。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1绘示为本发明实施例的电动机控制系统的示意图。
图2绘示为本发明实施例的电动机控制信号的示意图。
图3绘示为本发明实施例的调控信号以及三角波信号的示意图。
图4绘示为本发明实施例调控信号以及三角波信号的另一示意图。
图5A是图4中脉宽调变信号的部分波形示意图。
图5B是对应图5A脉宽调变信号的部分波形的电流示意图。
具体实施方式
在下文将参看随附图式更充分地描述各种例示性实施例，在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向熟习此项技术者充分传达本发明概念的范畴。在诸图式中，可为了清楚而夸示层及区之大小及相对大小。类似数字始终指示类似组件。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但此等组件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语「及/或」包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。
以下将以至少一种实施例配合图式来说明所述电动机控制系统，然而，下述实施例并非用以限制本揭露内容。
〔本发明电动机控制系统的实施例〕
请参照图1，图1绘示为本发明实施例的电动机控制系统的示意图。
在本发明实施例中，电动机控制系统1包括一电动机(图未示)、一驱动模块(图未示)以及一控制模块(图未示)。
在本实施例中，电动机(图未示)包括一第一线圈L1、一第二线圈L2以及一第三线圈L3。也就是，在本实施例中，电动机(图未示)是一三相电动机。驱动模块(图未示)包括一第一开关SW1、一第二开关SW2、一第三开关SW3、一第四开关SW4、一第五开关SW5以及一第六开关。其中，第一开关SW1的第一端电性连接一直流电压VCC。第一开关SW1的第三端电性连接第二开关SW2的第一端。第二开关SW22的第三端则电性连接一接地电位。第三开关SW3的第一端电性连接一直流电压VCC。第三开关SW3的第三端电性连接第四开关SW4的第一端，第四开关SW4的第二端电性连接一接地电位。第五开关SW5第一端电性连接一直流电压VCC。第五开关SW5的第三端电性连接第六开关SW6的第一端。第六开关SW6的第三端则电性连接一接地电位。第一开关SW1的第二端、第二开关SW2的第二端、第三开关SW3的第二端、第四开关SW4的第二端、第五开关SW5的第二端以及第六开关SW6的第二端分别接收控制模块(图未示)所发送的的第一控制信号S1、第二控制信号S2、第三控制信号S3、第四控制信号S4、第五控制信号S5以及第六控制信号S6。在本实施例中，直流电压VCC可以根据实际需求进行设计调整，在本发明中不作限制。
在本实施例中，第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5以及第六开关SW6是金属氧化物半导体场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor或是绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor,IGBT)。
在本实施例中，第一线圈L1的一端电性连接第一端点U，也就是第一开关SW1的第三端以及第二开关SW2的第一端。第二线圈L1的一端电性连接第二端点V，也就是第三开关SW3的第三端以及第四开关SW4的第一端。第三线圈L3的一端电性连接第三端点W，也就是第五开关SW5的第三端以及第六开关SW6的第一端。此外，在本实施例中，第一线圈L1的另一端则是电性连接第二线圈L2的另一端以及第三线圈L3的另一端，也就是，第一线圈L1、第二线圈L2以及第三线圈L3是以Y字型的方式配置。
请参照图2，图2绘示为本发明实施例的电动机控制信号的示意图。电动机控制系统1在第一端点U、第二端点V、第三端点W分别提供如图2所示的一第一调控信号Su、一第二调控信号Sv、以及一第三调控信号Sw，可以让电动机(图未示)的电流波形更为对称。
在本实施例中第一调控信号Su、第二调控信号Sv以及第三条控信号Sw的波形皆是相同的，然而相位角是两两相差120度，也就是第二调控信号Sv落后第一调控信号Su一2π/3的相位角，而第三调控信号Sw落后第二调控信号Sv一2π/3的相位角。而第一调控信号Su、第二调控信号Sv以及第三条控信号Sw则又可分别代表第一端点U、第二端点V以及第三端点W的电压波形。当第一调控信号Su与第二调控信号Sv相减时，则可得到一接近正弦波的波形，也就是第一端点U与第二端点V之间的线电压波形，进一步地说，流经第一线圈L1与第二线圈L2的电流，也会与此一正弦波类似。
在本实施例中，以第二调控信号Sv为例，第二调控信号Sv包括三个区域，分别是第一区域R1、第二区域R2以及第三区域R3。其中第一区域R1的信号波形与第二区域R2的信号波形是镜射对称，而第三区域R3的信号波形则是一直线，也就是一个定值。此外，第二调控信号Sv包括一基准值Loffset。在本实施例中，基准值Loffset并不是一零点。而是设置在上限值Vupper以及下限值Vlow之间。在本实施例中，上限值Vupper可以根据控制模块(图未示)的驱动能力而定，而下限值Vlow则是0。在本实施例中，第一区域R1、第二区域R2以及第三区域R3皆是相邻设置。此外，第一区域R1、第二区域R2以及第三区域R3的总和为一个完整的周期。在本实施例中，第一区域R1、第二区域R2以及第三区域R3是相同的时间间隔，也就是，第一区域R1的信号波形、第二区域R2的信号波形以及第三区域R3的信号波形皆是2π/3。
在本实施例中，第二调控信号的基准值Loffset是设置在二分之一上限值(1/2*Vupper)的位置，也就是设置在中间位置。换句话说，第二调控信号Sv是以基准值Loffset作为基准往上或是下展开波形。在其他实施例中基准值Loffset可以设置在四分之一上限值(1/4*Vupper)之处或是四分之三上限值(3/4*Vupper)之处，而根据距离上限值Vupper与下限值Vlow的差异值，进行第二调控信号Sv从工作周期0％至100％的开展。例如，当第二调控信号Sv的工作周期为0％的时候，其波形也就是一直线，而当第二调控信号Sv的工作周期为50％时，则是其信号上限值V1与信号下限值V2的差值会是二分之一上限值(1/2*Vupper)。当第二调控信号Sv的工作周期是100％时，则第二调控信号Sv的信号上限值V1就是与上限值Vupper相同，而信号下限值V2则会等于下限值Vlow，也就是0。
在本实施例中，由于第一调控信号Su、第二调控信号Sv以及第三调控信号Sw的基准值Loffset都是设置在一不是0的数值，其介于上限值Vupper与下限值Vlow之间。在本实施例中，下限值Vlow是0。因此，第一调控信号Su、第二调控信号Sv以及第三调控信号Sw都会具有一死区(dead time)的波形失真，在两个调控信号相减之后，死区(dead time)的波形失真就会被扣除而降低死区波形失真对线电压波形或是电流波形的影响。
请参照图3，图3绘示为本发明实施例的调控信号以及三角波信号的示意图。
在第一端点U、第二端点V以及第三端点W要分别提供第一调控信号Su、第二调控信号Sv以及第三调控信号Sw，控制模块(图未示)可以根据一三角波信号T1以及一调控信号S-1，产生一脉宽调变信号P1。
在本实施例中，三角波信号T1是一具有固定频率的三角波信号，而调控信号S-1可以根据实际需求调整振幅以及频率。此外，调控信号S-1与先前所述的第一调控信号Su、第二调控信号Sv以及第三调控信号Sw相同，都是具有M型波形信号的调控信号，在本实施例中，控制模块(图未示)可以通过一数字波形产生器产生调控信号S-1。
在本实施例中，三角波信号T1与调控信号S-1的交点，而产生脉宽调变信号P1。由于调控信号S-1的振幅以及频率皆可根据实际需求进行调整，因此产生的脉宽调变信号P1也会根据不同的调控信号S-1而有所不同。
在本实施例中，脉宽调变信号P1的产生是由控制模块(图未示)所进行处理，在本实施例中，控制模块(图未示)则是根据不同相位的调控信号S-1与三角波信号T1产生不同的脉宽调变信号P1，并且进一步地根据这些脉宽调变信号P1提供第一信号S1、第二信号S2、第三信号S3、第四信号S4、第五信号S5以及第六信号S6。
请参照图4，如图4所示的调控信号DP，可以通过控制第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4、第五开关SW5以及第六开关SW6的开启与关闭实现，也就是，利用控制模块中利用八位(8-bits)数字数值驱动的驱动图样，即可输出如图4中调控信号DP的波形，其中，调控信号DP波形中的点A1大约是数位数值192，而点B1则是数位数值128，点C1则是数位数值96。而在本实施例中，三角波T2也是利用八位(8-bits)数字数值驱动的波形，因此在调控信号DP与三角波T2两相比较之下，即可得到所需要的脉宽调变信号P2。
图5A是图4中脉宽调变信号的部分波形示意图。图5B是对应图5A脉宽调变信号的部分波形的电流示意图。
在本实施例中，脉宽调变信号的部分波形P2-1是放大自图4中的脉宽调变信号P2的一个方波，其中，区域P2-1A以及区域P2-1B分别是脉宽调变信号的部分波形P2-1的上缘区域以及下缘区域。而对应图5B的电路动作，区域P2-1A以及区域P2-1B都是在第一开关SW1以及第二开关SW2同时关闭的情况下，电流流经第二开关SW2的体二极管(body diode)而至第一线圈L1所形成的波形(电流方向如图5A箭头所示)，区域P2-1A与区域P2-1B又称为死区(dead time)。
在本实施例中，每一开关皆是根据脉宽调变信号P2类似的脉宽调变信号进行开启与关闭，也就是调控信号DP会具有死区的信号失真，也就是先前所述的第一调控信号Su、第二调控信号Sv以及第三调控信号Sw均会具有死区的信号失真，因此在第一调控信号Su、第二调控信号Sv以及第三调控信号Sw两两相减的情况下，两两信号的死区信号失真的情况可以互相抵消，而使得流经第一线圈L1、第二线圈L2以及第三线圈L3的电流波形可以较佳。
〔实施例的可能功效〕
综上所述，本发明实施例的电动机控制系统，是将线圈两端的调控信号的波形进行调整，将调控信号的一基准值设置在一不是0的数值上，再将波形进行展开，如此一来，每一线圈一端的调控信号均会具有死区(dead time)的波形失真，在两个调控信号相减之下，就可以得到较佳的电压波形或是电流波形。
以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (9)

1.一种电动机控制系统，包括：
一电动机，包括一第一线圈、一第二线圈以及一第三线圈；
一驱动模块，包括：
一第一开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端；
一第二开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，所述第一开关的所述第一端电性连接一直流电压，所述第一开关的所述第三端电性连接所述第二开关的所述第一端以及所述第一线圈的一端，所述第二开关的所述第三端电性连接一接地电位；
一第三开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端；
一第四开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，所述第三开关的所述第一端电性连接所述直流电压，所述第三开关的所述第三端电性连接所述第四开关的所述第一端以及所述第二线圈的一端，所述第四开关的所述第三端电性连接所述接地电位；
一第五开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端；以及
一第六开关，具有一第一端、一第二端以及一第三端，其中，所述第五开关的所述第一端电性连接所述直流电压，所述第五开关的所述第三端电性连接所述第六开关的所述第一端以及所述第三线圈的一端，所述第六开关的所述第三端电性连接所述接地电位，其中，所述第一线圈的另一端电性连接所述第二线圈的另一端以及所述第三线圈的另一端；以及
一控制模块，分别提供一第一信号、一第二信号、一第三信号、一第四信号、一第五信号以及一第六信号至所述第一开关的所述第二端、所述第二开关的所述第二端、所述第三开关的所述第二端、所述第四开关的所述第二端、所述第五开关的所述第二端以及所述第六开关的所述第二端，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关以及所述第六开关的开启与关闭，并使所述第一线圈电性连接的一第一端点具有一第一调控信号，所述第二线圈电性连接的一第二端点具有一第二调控信号，以及所述第三线圈电性连接的一第三端点具有一第三调控信号；
其中，所述第一端点电性连接所述第一开关的所述第三端以及所述第二开关的所述第一端，所述第二端点电性连接所述第三开关的所述第三端以及所述第四开关的所述第一端，所述第三端点电性连接所述第五开关的所述第三端以及所述第六开关的所述第一端；
其中，所述第一调控信号的一基准值不等于0，所述第一调控信号的一信号下限值大于或是等于0。
2.如权利要求1所述的电动机控制系统，其中，所述第一调控信号包括一第一区域、一第二区域以及一第三区域，其中，所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域为相邻设置，所述第一区域的一第一信号波形与所述第二区域的一第二信号波形为镜像对称，所述第三区域的一第三信号波形为一直线。
3.如权利要求1所述的电动机控制系统，其中，所述第一调控信号的所述基准值设置在一上限值以及一下限值之间，所述第二调控信号的一基准值设置在所述上限值以及所述下限值之间，所述第三调控信号的一基准值设置在所述上限值以及所述下限值之间。
4.如权利要求3所述的电动机控制系统，其中，所述第一调控信号还具有一信号上限值，所述第一调控信号的所述信号上限值小于或等于所述上限值，且大于或等于所述第一调控信号的所述基准值。
5.如权利要求3所述的电动机控制系统，其中，所述第一调控信号的所述信号下限值大于或等于所述下限值，且小于或等于所述第一调控信号的所述基准值。
6.如权利要求1所述的电动机控制系统，其中，所述控制模块根据一三角波信号以及一调控信号产生一脉宽调变信号，所述控制模块根据所述脉宽调变信号分别提供所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号、所述第四信号、所述第五信号以及所述第六信号至所述第一开关的所述第二端、所述第二开关的所述第二端、所述第三开关的所述第二端、所述第四开关的所述第二端、所述第五开关的所述第二端以及所述第六开关的所述第二端。
7.如权利要求6所述的电动机控制系统，其中，所述三角波信号具有一固定频率，所述三角波信号设置在一上限值以及一下限值之间。
8.如权利要求6所述的电动机控制系统，其中，所述调控信号包括一第一区域、一第二区域以及一第三区域，其中，所述第一区域、所述第二区域以及所述第三区域为相邻设置，所述第一区域的一第一信号波形与所述第二区域的一第二信号波形为镜像对称，所述第三区域的一第三信号波形为一直线。
9.如权利要求1所述的电动机控制系统，其中，所述第一线圈、所述第二线圈以及所述第三线圈是以Y字型进行设置。
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