CN109818519A - 功率级硬件在环仿真主电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率级硬件在环仿真主电路及其控制方法，在功率级硬件在环仿真主电路的每个桥臂电路的输出端均连接一个电感，这样在同一个桥臂的一个开关管关断另个开关管开通时，电感上产生了电流；由于电感对电流具有保持作用，因此，可保证在续流时，电流依然从当前电感上流过，进而保证了续流时，电流从上一个开关管闭合的桥臂流过，实现了续流二极管电流轮流分配，降低了单开关管损耗，更好的实现了减小单开关管功率的效果。进一步的，将本发明提供的功率级硬件在环仿真主电路和交错触发模式配合，可保证在一个PWM周期内可能开通的上下开关管间串接两个电感，因此上下开关管间可不设置死区，消除了死区时间对开关频率和控制效果的影响。

Description

功率级硬件在环仿真主电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及硬件在环仿真技术领域，更具体地说，涉及功率级硬件在环仿真主电路及其控制方法。

背景技术

功率级硬件在环仿真是指在电机控制器输出的三相动力线上，模拟出和控制器控制真实电机一致的三相真实电流的技术。该技术需要先对待测电机控制器输出的三相电压进行采集，经电机模型高速解算得出当前时刻三相动力线的电流，再经由高性能逆变器，在与电机控制器对拖的三个电抗器上以电机模型解算出的电流为参考，控制出三个与之相同的真实电流，完成对待测控制器的控制算法以及驱动放大电路的动态测试。

目前，功率级硬件在环仿真采用的主电路拓扑结构如图1所示。每相输出采用4桥臂并联形式。每个桥臂的上下开关管为一组。如图2所示，触发脉冲G1与触发脉冲G2，触发脉冲G3与触发脉冲G4，触发脉冲G5与触发脉冲G6，触发脉冲G7与触发脉冲G8为互补PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)信号。触发脉冲G1、G3、G5、G7采用轮流触发方式，分别触发相应桥臂的上开关管。

虽然开关管是轮流触发的，但是由于电感电流不能突变，在一桥臂的上开关管和下开关管同时关断时，电流通过该桥臂的二极管流动，逐渐衰减至零，即存在续流。在续流时，电流会通过4个并联的二极管，由于各个二极管的内阻不可能完全一致，导致内阻小的二极管会分得较多的电流；如果二极管的温度系数为负，分得电流最多的二极管温度会最高，从而导致该二极管内阻更小，分得更多电流，最终导致不平衡状态，起不到桥臂并联，减小单管功率的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提出功率级硬件在环仿真主电路及其控制方法，欲解决续流时产生的不平衡状态的技术问题。

为了解决上述技术问题，现提出的方案如下：

一种功率级硬件在环仿真主电路，包括：直流电源、N个并联的桥臂电路和N个电感，所述N为偶数；

所述直流电源的正极连接每个桥臂电路的电流输入端，所述直流电源的负极连接每个桥臂电路的电流输出端；

每个所述桥臂电路的电压输出端连接一个所述电感；

每个所述电感的远离所述桥臂电路的一端连接在一起，作为所述功率级硬件在环仿真主电路的电压输出端。

可选的，所述桥臂电路中的开关管具体为：碳化硅场效应晶体管。

可选的，上述功率级硬件在环仿真主电路，还包括：

连接在所述功率级硬件在环仿真主电路的电压输出端与所述直流电源的正极之间第一电容；和，

连接在所述功率级硬件在环仿真主电路的电压输出端与所述直流电源的负极之间第二电容。

一种上述功率级硬件在环仿真主电路的控制方法，包括：

生成每个桥臂电路的每个开关管的触发信号，一个桥臂电路的上开关管的触发脉冲与另一个桥臂电路的下开关管的触发脉冲为一组互补PWM信号；

输出所述触发信号至相应的开关管，不同组互补PWM信号触发相应的开关管组内开关管在不同时间段内进行开通与关断的切换。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的一种功率级硬件在环仿真主电路，在每个桥臂电路的输出端均连接一个电感，这样在同一个桥臂的一个开关管关断且另个开关管开通时，电感上产生了电流；由于电感对电流具有保持作用，因此，可保证在续流时，电流依然从当前电感上流过，进而保证了续流时，电流从上一个开关管闭合的桥臂流过，实现了续流二极管电流轮流分配，降低了单开关管损耗，更好的实现了减小单开关管功率的效果。

上述技术方案提供的一种功率级硬件在环仿真主电路的控制方法，一个桥臂电路的上开关管的触发脉冲与另一个桥臂电路的下开关管的触发脉冲为一组互补PWM信号，即交错触发方式；相比轮流触发方式，可以避免同一桥臂电路的一个开关管的开通和另一个开关管的关断在同一时刻进行，进而避免了同一桥臂的上下开关管死区时间的设定。以及交错触发方式可以保证在任意时刻，互补导通的一组开关管之间串联两个电感，避免了互补导通的一组开关管的死区时间的设定。由于在开关管的触发脉冲中不设置死区时间，消除了死区时间对开关频率和控制效果的影响。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为功率级硬件在环仿真采用的现有主电路拓扑结构；

图2为对图1中开关管进行轮流触发方式；

图3为本发明实施例提供的一种功率级硬件在环仿真主电路的示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种功率级硬件在环仿真主电路的示意图；

图5为本发明实施例提供的对图3或图4中开关管进行的一种交流触发方式的示意图；

图6为本发明实施例提供的对图3或图4中开关管进行的另一种交流触发方式的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图3，为本发明实施例提供的一种功率级硬件在环仿真主电路。包括：直流电源Vdc、4个并联的桥臂电路和4个电感。需要说明的是，本实施例中桥臂电路和电感的数量仅仅为示例性说明，不应该理解为对本发明的限定。

直流电源Vdc的正极连接每个桥臂电路的电流输入端；直流电源Vdc的负极连接每个桥臂电路的电流输出端。桥臂电路的电流输入端即为桥臂电路的上开关管的电流输入端；桥臂电流的电流输出端即为桥臂电路的下开关管的电流输出端。

每个桥臂电路的电压输出端连接一个电感。电感L1、电感L2、电感L3和电感L4的远离桥臂电路的一端连接在一起，作为功率级硬件在环仿真主电路的电压输出端Vout。

参见图4，为本发明实施例提供的另一种功率级硬件在环仿真主电路。相比图3示出的功率级硬件在环仿真主电路，还包括：连接在功率级硬件在环仿真主电路的电压输出端Vout与直流电源Vdc的正极之间第一电容C1；和，连接在功率级硬件在环仿真主电路的电压输出端Vout与直流电源Vdc的负极之间第二电容C2。通过第一电容C1和第二电容C2的设置，减小了电流控制纹波。

在本发明一个具体实施例中，桥臂电路中的开关管为碳化硅场效应晶体管，降低对开关频率的限制。

现有的轮流触发方式是每个桥臂电路的上下开关管为一组，依次激活四组开关管，每组开关管的触发脉冲为互补PWM信号，参见图2；采用轮流触发方式，每个桥臂电路的上下开关管均存在一个开关管开通，且另个开关管关断在同一时刻进行的情况。由于在实际应用中不能出现同个桥臂电路的上开关管开通，且下开关管关断在同一时刻进行，因此，需要加入一段上开关管和下开关管均不开通的时间，即死区时间。通过死区时间来保证开关管不被烧毁，但是这样会减少开关管的开通时间，对于高频应用，死区时间不能太长，否则会导致输出电压与期望电压差距过大，影响效果。本发明提供了一种交错触发的控制方式，避免同一桥臂电路的一个开关管开通和另个开关管关断在同一时刻进行，进而避免了死区时间设置。下面详细介绍本发明提供的功率级硬件在环仿真主电路的控制方法。

步骤A11：生成每个桥臂电路的每个开关管的触发信号，一个桥臂电路的上开关管的触发脉冲与另一个桥臂电路的下开关管的触发脉冲为一组互补PWM信号。

步骤A12：输出触发信号至相应的开关管，不同组互补PWM信号触发相应的开关管组内开关管在不同时间段内进行开通与关断的切换。

交错触发方式采用的是一个桥臂电路的上开关管与另个桥臂的下开关管组成一组，这样一组内的上开关管和下开关管不属于同一组；且将不同组开关管的激活时间错开，这样就可以避免了同一桥臂电路的一个开关管开通，另个开关管关断在同一时间进行的发生，进而避免了同一桥臂电路的上下开关管的死区时间的设定。

以及交错触发方式可以保证在任意时刻，互补导通的一组开关管之间串联两个电感，避免了互补导通的一组开关管的死区时间的设定。由于开关管的开通比关断快，所以当同时触发互补导通的一组开关管中的一个开关管开通，另个开关管关断时，会发生两个开关管均处于开通状态的情况；例如，当同时触发A桥臂的上开关管开通和B桥臂的下开关管关断时，在A桥臂的上开关管还开通时，B桥臂的下开关管还没关断，出现了直通现象，会烧毁开关管，所以需要设置死区时间，保证不出现直通现象。而通过在互补导通的一组开关管之间串联两个电感，避免了互补导通的一组开关管的死区时间的设定。由于在开关管的触发脉冲中不设置死区时间，消除了死区时间对开关频率和控制效果的影响。

一组互补PWM信号，使得相应的一组开关管在激活时间内，一个开关管开通，另一个开关管关断。具体的，

参见图5，触发脉冲G1与触发脉冲G4互补，触发脉冲G3与触发脉冲G2互补，触发脉冲G5与触发脉冲G8互补，触发脉冲G7与触发脉冲G6互补。

在激活时间段T1的第一时间段，触发脉冲G1对应的开关管开通，G4对应的开关管关断；在激活时间段T1的第二时间段，触发脉冲G1对应的开关管关断，G4对应的开关管开通。

在激活时间段T2的第一时间段，触发脉冲G5对应的开关管开通，G8对应的开关管关断；在激活时间段T2的第二时间段，触发脉冲G5对应的开关管关断，G8对应的开关管开通。

在激活时间段T3的第一时间段，触发脉冲G3对应的开关管开通，G2对应的开关管关断；在激活时间段T3的第二时间段，触发脉冲G3对应的开关管关断，G2对应的开关管开通。

在激活时间段T4的第一时间段，触发脉冲G7对应的开关管开通，G6对应的开关管关断；在激活时间段T4的第二时间段，触发脉冲G7对应的开关管关断，G6对应的开关管开通。

参见图6，触发脉冲G1与触发脉冲G6互补，触发脉冲G3与触发脉冲G8互补，触发脉冲G5与触发脉冲G2互补，触发脉冲G7与触发脉冲G4互补。

在激活时间段T1的第一时间段，触发脉冲G1对应的开关管开通，G6对应的开关管关断；在激活时间段T1的第二时间段，触发脉冲G1对应的开关管关断，G6对应的开关管开通。

在激活时间段T2的第一时间段，触发脉冲G3对应的开关管开通，G8对应的开关管关断；在激活时间段T2的第二时间段，触发脉冲G3对应的开关管关断，G8对应的开关管开通。

在激活时间段T3的第一时间段，触发脉冲G5对应的开关管开通，G2对应的开关管关断；在激活时间段T3的第二时间段，触发脉冲G5对应的开关管关断，G2对应的开关管开通。

在激活时间段T4的第一时间段，触发脉冲G7对应的开关管开通，G4对应的开关管关断；在激活时间段T4的第二时间段，触发脉冲G7对应的开关管关断，G4对应的开关管开通。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种功率级硬件在环仿真主电路，其特征在于，包括：直流电源、N个并联的桥臂电路和N个电感，所述N为偶数；

所述直流电源的正极连接每个桥臂电路的电流输入端，所述直流电源的负极连接每个桥臂电路的电流输出端；

每个所述桥臂电路的电压输出端连接一个所述电感；

每个所述电感的远离所述桥臂电路的一端连接在一起，作为所述功率级硬件在环仿真主电路的电压输出端。

2.根据权利要求1所述的功率级硬件在环仿真主电路，其特征在于，所述桥臂电路中的开关管具体为：碳化硅场效应晶体管。

3.根据权利要求1或2所述的功率级硬件在环仿真主电路，其特征在于，还包括：

连接在所述功率级硬件在环仿真主电路的电压输出端与所述直流电源的正极之间第一电容；和，

连接在所述功率级硬件在环仿真主电路的电压输出端与所述直流电源的负极之间第二电容。

4.一种功率级硬件在环仿真主电路的控制方法，其特征在于，运行于如权利要求1～3任意一项所述的功率级硬件在环仿真主电路，所述方法包括：

生成每个桥臂电路的每个开关管的触发信号，一个桥臂电路的上开关管的触发脉冲与另一个桥臂电路的下开关管的触发脉冲为一组互补PWM信号；

输出所述触发信号至相应的开关管，不同组互补PWM信号触发相应的开关管组内开关管在不同时间段内进行开通与关断的切换。