CN111766428A - 逆变器直流母线电流测量方法及装置 - Google Patents

逆变器直流母线电流测量方法及装置 Download PDF

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李林军
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Abstract

本申请公开了一种逆变器直线母线电流测量方法及装置。该方法包括：获取逆变器在一个脉冲调制周期Tpwm内，每个桥臂的占空比值，获取占空比值中最大的第一桥臂的电流值和占空比值中最小的第二桥臂的电流值；利用第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算直流母线电流的有效值。本申请提供的上述方案，根据已有的电机相电流采样值以及母线电流和电机相电流的关系，实现对母线电流的测量，无需再通过增加硬件电路对母线电流进行采集，进一步也降低了成本。

Description

逆变器直流母线电流测量方法及装置
技术领域
本发明一般涉及电流测量技术领域，具体涉及一种逆变器直流母线电流测量方法及装置。
背景技术
在无人机的运行过程中，动力系统状态的监测非常重要，其中电调母线电流的大小是动力系统状态的重要指标之一。母线电流的检测是不可或缺的一个环节。传统的检测母线电流方法是增加一路采样电阻并配合相应的采样放大电路进行采样。这样不仅没有充分利用已有的电机相电流采样硬件资源，而且使得硬件电路复杂性增加，成本高。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种逆变器直流母线电流测量的方法。
第一方面，本申请实施例提供了一种逆变器直线母线电流测量方法，该方法包括：
获取逆变器在一个脉冲调制周期Tpwm内，每个桥臂的占空比值，
将占空比值进行排序，逆变器包括第一桥臂、第二桥臂；
获取占空比值中最大的第一桥臂的电流值和占空比值中最小的第二桥臂的电流值；
利用第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算直流母线电流的有效值；
直流母线电流的有效值＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T，其中，T1和T2是脉冲调制周期Tpwm的子周期。
第二方面，本申请实施例提供了一种逆变器直线母线电流测量装置，该装置包括：
占空比获取单元，用于获取逆变器在一个脉冲调制周期Tpwm内，每个桥臂的占空比值，
将占空比值进行排序，逆变器包括第一桥臂、第二桥臂；
电流获取单元，用于获取占空比值中最大的第一桥臂的电流值和占空比值中最小的第二桥臂的电流值；
计算单元，用于利用第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算直流母线电流的有效值；
直流母线电流的有效值＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T，其中，T1和T2是脉冲调制周期Tpwm的子周期。
本申请实施例提供的一种逆变器直流母线电流的测量方法，通过获取逆变器在一个脉冲调制周期Tpwm内，每个桥臂的占空比值，再获取占空比值中最大的第一桥臂的电流值和占空比值中最小的第二桥臂的电流值，最后利用第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算直流母线电流的有效值。本申请根据已有的电机相电流采样值以及母线电流和电机相电流的关系，实现对母线电流的测量，无需再通过增加硬件电流对母线电流进行采集，进一步也降低了成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了本申请实施例提供的逆变器直流母线电流测量方法的流程示意图；
图2示出了根据本申请一个实施例提供的逆变器直流母线电流测量装置200的示例性结构框图；
图3示出了根据本申请一个实施例提供的逆变器直流母线电流测量的电路图；
图4示出了本申请实施例在一个完整的PWM周期内，占空比与直流母线电流关系图。
图5为开关管状态在T0时电动机相电流流向示意图；
图6为开关管状态在T1时电动机相电流流向示意图；
图7为开关管状态在T2时电动机相电流流向示意图；
图8为开关管状态在T3时电动机相电流流向示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，图1给出了本申请实施例提供的一种逆变器直流母线电流测量方法的流程示意图。
如图1所示，该方法包括：
步骤110，获取逆变器在一个脉冲调制周期Tpwm内，每个桥臂的占空比值，将占空比值进行排序，逆变器包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂；
具体的，参考图3，该逆变器直流母线电流测量的测量电路包括逆变器和连接逆变器的永磁同步电机，逆变器包括第一驱动管至第六驱动管，其中第一驱动管和第二驱动管相互串联，组成第一桥臂，且第一驱动管和第二驱动管的公共端通过第一电阻与永磁同步电机的第一相线圈连接；第三驱动管和第四驱动管相互串联，组成第二桥臂，且第三驱动管和第四驱动管的公共端通过第二电阻与永磁同步电机的第二相线圈连接；第五驱动管和第六驱动管相互串联，组成第三桥臂，且第五驱动管和第六驱动管的公共端通过第三电阻与永磁同步电机的第三相线圈连接。
步骤120，获取占空比值中最大的第一桥臂的电流值和占空比值中最小的第二桥臂的电流值；
具体的，参考图6，当第一桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，且第二桥臂和第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合时，此时占空比值最大；进一步地，参考图7，当第一桥臂和第二桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，此时占空比值最小。步骤130，利用第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算直流母线电流的有效值；具体的，该直流母线电流的有效值＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T，其中，T1和T2是脉冲调制周期Tpwm的子周期。
本申请实施例中，应用于逆变器直流母线电流的测量，在经过一系列处理后，就可以利用第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算直流母线电流的有效值，该直流母线电流的有效值＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T，其中，T1和T2是脉冲调制周期Tpwm的子周期。现有技术中，通常在交流输出端设置3个或者至少2个电流传感器，以提供相电流的反馈信号，常用的电流传感器是霍尔效应检测器，其不仅价格昂贵，并且传感器可能受环境的影响而损坏。
为了克服现有技术中的上述需要其他采用硬件，并导致成本高的问题，本申请实施例，提供了一种逆变器直流母线电流测量方法，该方法通过获取逆变器在一个脉冲调制周期Tpwm内，每个桥臂的占空比值，将占空比值进行排序，逆变器包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，同时获取占空比值中最大的第一桥臂的电流值和占空比值中最小的第二桥臂的电流值，再利用第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算直流母线电流的有效值，该直流母线电流的有效值＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T，其中，T1和T2是脉冲调制周期Tpwm的子周期。
参考图3-8，在本申请中，逆变器直流母线电流测量的测量电路包括逆变器和连接逆变器的永磁同步电机，该逆变器包括第一驱动管至第六驱动管，其中第一驱动管和第二驱动管相互串联，且第一驱动管和第二驱动管的公共端通过第一电阻与永磁同步电机的第一相线圈连接；第三驱动管和第四驱动管相互串联，且第三驱动管和第四驱动管的公共端通过第二电阻与永磁同步电机的第二相线圈连接；第五驱动管和第六驱动管相互串联，且第五驱动管和第六驱动管的公共端通过第三电阻与永磁同步电机的第三相线圈连接。
将每相桥臂的开关管状态分别定义为Sa、Sb、Sc，把上桥臂功率开关器件导通时定义为状态“1”，关断时定义为状态“0”(上桥臂功率开关器件导通时下桥臂功率开关器件即处于关断状态，上桥臂功率开关器件关断时下桥臂功率开关器件即处于导通状态)，根据三组桥臂(Sa、Sb、Sc)的通断，则在一个完整的周期内，存在着六组非零状态：即第一桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第二桥臂和第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(100)；第一桥臂和第二桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(110)；
第二桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第一桥臂和第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(010)；第二桥臂和第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第一桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(011)；
第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第一和第二桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(001)；第一桥臂和第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第二桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(101)；
两组零状态：即第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(111)；或者第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，对应的开关管状态为(000)。
不同的时间段对应不同的开关管控制电压，不同的控制电压造成逆变电路中功率开关管不同的通断状态，而不同的通断状态则对应着不同的电动机相电流流向。因此，可利用一个PWM载波周期内开关管两次不同状态时刻来测量直流母线电流。
参考图6，T1时刻开关管的状态为(100)，电动机相电流的流向如图6所示(电流以流向电动机侧方向为正，流出电动机侧方向为负)，T1时刻对直流母线进行电流采样，则T1时刻的电流采样值I1＝Idc＝Ia；
参考图7，T2时刻开关管的状态为(110)，电动机相电流的流向如图7所示(电流以流向电动机侧方向为正，流出电动机侧方向为负)，T2时刻对直流母线进行电流采样，则T2时刻的电流采样值I2＝Idc＝Ia+Ib＝-Ic。
参考图5和图8，在T0时，第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，在T3时第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，此时逆变器的直流母线电流瞬时值均为0
由于同一PWM载波周期内开关管状态存在两次变化，即在PWM载波前端开关管状态由(100)变化为(110)，在PWM载波后端开关管状态由(110)变化为(100)。因此，其直流母线电流＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T。
应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
进一步地，请参考图2，图2给出了本申请实施例提供的逆变器直流母线电流测量装置200的示例性结构框图。
如图2所示，该装置包括：
占空比获取单元210，用于获取逆变器在一个脉冲调制周期Tpwm内，每个桥臂的占空比值，将占空比值进行排序，逆变器包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂；
电流获取单元220，用于获取占空比值中最大的第一桥臂的电流值和占空比值中最小的第二桥臂的电流值；
计算单元230，用于利用第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算直流母线电流的有效值，该直流母线电流的有效值＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T，其中，T1和T2是脉冲调制周期Tpwm的子周期。
本申请实施例中，应用于逆变器直流母线电流的测量，在经过一系列处理后，就可以利用第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算直流母线电流的有效值，该直流母线电流的有效值＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T，其中，T1和T2是脉冲调制周期Tpwm的子周期。现有技术中，通常在交流输出端设置3个或者至少2个电流传感器，以提供相电流的反馈信号，常用的电流传感器是霍尔效应检测器，其不仅价格昂贵，并且传感器可能受环境的影响而损坏。
为了克服现有技术中的上述需要其他采用硬件，并导致成本高的问题，本申请实施例，提供了一种逆变器直流母线电流测量装置，该装置通过获取逆变器在一个脉冲调制周期Tpwm内，每个桥臂的占空比值，将占空比值进行排序，逆变器包括第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，同时获取占空比值中最大的第一桥臂的电流值和占空比值中最小的第二桥臂的电流值，再利用第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算直流母线电流的有效值，该直流母线电流的有效值＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T，其中，T1和T2是脉冲调制周期Tpwm的子周期。
参考图3-8，在本申请中，逆变器直流母线电流测量的测量电路包括逆变器和连接逆变器的永磁同步电机，该逆变器包括第一驱动管至第六驱动管，其中第一驱动管和第二驱动管相互串联，且第一驱动管和第二驱动管的公共端通过第一电阻与永磁同步电机的第一相线圈连接；第三驱动管和第四驱动管相互串联，且第三驱动管和第四驱动管的公共端通过第二电阻与永磁同步电机的第二相线圈连接；第五驱动管和第六驱动管相互串联，且第五驱动管和第六驱动管的公共端通过第三电阻与永磁同步电机的第三相线圈连接。
将每相桥臂的开关管状态分别定义为Sa、Sb、Sc，把上桥臂功率开关器件导通时定义为状态“1”，关断时定义为状态“0”(上桥臂功率开关器件导通时下桥臂功率开关器件即处于关断状态，上桥臂功率开关器件关断时下桥臂功率开关器件即处于导通状态)，根据三组桥臂(Sa、Sb、Sc)的通断，则在一个完整的周期内，存在着六组非零状态：即第一桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第二桥臂和第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(100)；第一桥臂和第二桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(110)；
第二桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第一桥臂和第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(010)；第二桥臂和第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第一桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(011)；
第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第一和第二桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(001)；第一桥臂和第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，第二桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(101)；
两组零状态：即第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，对应的开关管状态为(111)；或者第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，对应的开关管状态为(000)。
不同的时间段对应不同的开关管控制电压，不同的控制电压造成逆变电路中功率开关管不同的通断状态，而不同的通断状态则对应着不同的电动机相电流流向。因此，可利用一个PWM载波周期内开关管两次不同状态时刻来测量直流母线电流。
参考图6，T1时刻开关管的状态为(100)，电动机相电流的流向如图6所示(电流以流向电动机侧方向为正，流出电动机侧方向为负)，T1时刻对直流母线进行电流采样，则T1时刻的电流采样值I1＝Idc＝Ia；
参考图7，T2时刻开关管的状态为(110)，电动机相电流的流向如图7所示(电流以流向电动机侧方向为正，流出电动机侧方向为负)，T2时刻对直流母线进行电流采样，则T2时刻的电流采样值I2＝Idc＝Ia+Ib＝-Ic。
参考图5和图8，在T0时，第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，在T3时第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，此时逆变器的直流母线电流瞬时值均为0
由于同一PWM载波周期内开关管状态存在两次变化，即在PWM载波前端开关管状态由(100)变化为(110)，在PWM载波后端开关管状态由(110)变化为(100)。因此，其直流母线电流＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T。
应当理解，装置200中记载的诸单元或模块与参考图1描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征同样适用于装置200及其中包含的单元，在此不再赘述。装置200可以预先实现在电子设备的浏览器或其他安全应用中，也可以通过下载等方式而加载到电子设备的浏览器或其安全应用中。装置200中的相应单元可以与电子设备中的单元相互配合以实现本申请实施例的方案。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种逆变器直线母线电流测量方法，其特征在于，该方法包括：
获取逆变器在一个脉冲调制周期Tpwm内，每个桥臂的占空比值，
将所述占空比值进行排序，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂；
获取所述占空比值中最大的第一桥臂的电流值和所述占空比值中最小的第二桥臂的电流值；
利用所述第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算所述直流母线电流的有效值；
所述直流母线电流的有效值＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T，其中，T1和T2是所述脉冲调制周期Tpwm的子周期。
2.如权利要求1所述的逆变器直线母线电流测量方法，其特征在于，获取所述占空比值中最大的第一桥臂的电流值和所述占空比值中最小的第二桥臂的电流值，包括：
获取所述占空比值中最大的第一桥臂的电流值时，所述直流母线电流的瞬时值的大小等于所述第一桥臂的电流值大小，其方向与所述第一桥臂的电流方向相同；
获取所述占空比值中最小的第二桥臂的电流值时，所述直流母线电流的瞬时值的大小等于所述第二桥臂的电流值大小，其方向与所述第二桥臂的电流方向相反。
3.如权利要求2所述的逆变器直线母线电流测量方法，其特征在于，还包括第三桥臂，在获取占空比值中最大的第一桥臂的电流值时，所述逆变器的所述第一桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，所述第二桥臂和第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合。
4.如权利要求2所述的逆变器直线母线电流测量方法，其特征在于，还包括第三桥臂，在获取占空比值中最小的第二桥臂的电流值时，所述逆变器的所述第一桥臂和所述第二桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开；所述第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合。
5.如权利要求1所述的逆变器直线母线电流测量方法，其特征在于，还包括第三桥臂，在所述逆变器的所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，或者所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，所述逆变器的所述直流母线电流瞬时值均为0。
6.一种逆变器直线母线电流测量装置，其特征在于：
占空比获取单元，用于获取逆变器在一个脉冲调制周期Tpwm内，每个桥臂的占空比值，
将所述占空比值进行排序，所述逆变器包括第一桥臂、第二桥臂；
电流获取单元，用于获取所述占空比值中最大的第一桥臂的电流值和所述占空比值中最小的第二桥臂的电流值；
计算单元，用于利用所述第一桥臂的电流值和第二桥臂的电流值计算所述直流母线电流的有效值；
所述直流母线电流的有效值＝2*(第一桥臂的电流值*T1-第二桥臂的电流值*T2)/T，其中，T1和T2是所述脉冲调制周期Tpwm的子周期。
7.如权利要求6所述的逆变器直线母线电流测量装置，其特征在于，获取所述占空比值中最大的第一桥臂的电流值和所述占空比值中最小的第二桥臂的电流值，包括：
获取所述占空比值中最大的第一桥臂的电流值时，所述直流母线电流的瞬时值的大小等于所述第一桥臂的电流值大小，其方向与所述第一桥臂的电流方向相同；
获取所述占空比值中最小的第二桥臂的电流值时，所述直流母线电流的瞬时值的大小等于所述第二桥臂的电流值大小，其方向与所述第二桥臂的电流方向相反。
8.如权利要求7所述的逆变器直线母线电流测量装置，其特征在于，还包括第三桥臂，在获取占空比值中最大的第一桥臂的电流值时，所述逆变器的所述第一桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，所述第二桥臂和第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合。
9.如权利要求7所述的逆变器直线母线电流测量装置，其特征在于，还包括第三桥臂，在获取占空比值中最小的第二桥臂的电流值时，所述逆变器的所述第一桥臂和所述第二桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开；所述第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合。
10.如权利要求6所述的逆变器直线母线电流测量装置，其特征在于，还包括第三桥臂，在所述逆变器的所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂断开，下桥臂闭合，或者所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂的上桥臂闭合，下桥臂断开，所述逆变器的所述直流母线电流瞬时值均为0。
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