CN112865570B - 一种基于桥臂电流预测的死区时间补偿方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于桥臂电流预测的死区时间补偿方法及装置，用于控制逆变器。上述死区时间补偿方法包括：确定下一个开关周期中，上开关管和下开关管切换的各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段；对于各个时段，基于该桥臂在下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流与该时段的滤波电感压降确定该时段的滤波前输出电流；以及基于该时段的滤波前输出电流的极性和该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态判断是否需要执行死区时间补偿，以将该脉冲翻转时刻提前一个死区时间单元。本发明还提供了用以实现上述补偿方法的装置。根据本发明所提供的死区时间补偿方法及装置，能够基于准确判断的桥臂电流的极性对死区时间进行补偿，有效提高逆变器的性能。

Description

一种基于桥臂电流预测的死区时间补偿方法及装置
技术领域
本发明涉及电学领域内的变流模块，尤其涉及基于桥臂电流预测的逆变器的死区时间补偿方法及其装置。
背景技术
逆变器是把直流电能变成定频定压或调频调压的交流电能的转换器，常将直流电网上的直流电压转换成220V/50Hz的正弦波。通常，大功率电机、变频器等，末端都是由大功率管、IGBT等元件组成的H桥或3相桥。每个桥的上半桥和下半桥是是绝对不能同时导通的，但高速的PWM驱动信号在达到功率元件的控制极时，往往会由于各种各样的原因产生延迟的效果，造成某个半桥元件在应该关断时没有关断，造成功率元件烧毁。两电平逆变器为防止上下桥臂导通击穿，在桥臂的上下开关管之间加入死区时间可以防止这一现象的发生。但是死区时间的置入会使得逆变器输出基波电压下降，相位发生变化，低次谐波增加。逆变器的死区效应，会使负载电机转矩脉动，噪声增加，发热加重，因此需要采取一定的补偿措施来消除死区效应的影响。
常见的死区补偿方法是通过对桥臂电流的极性进行判断，从而根据极性对调节开关管的导通和关闭时间。然而由于PWM噪声、零电流钳位效应以及软件延时等原因，过零点的极性判断非常困难，往往会导致误补偿，从而不能获得理想的补偿效果。
基于此，亟需要一种基于桥臂电流预测的死区时间补偿方法及装置，能够针对上述难以准确判断过零点的桥臂电流极性的问题，提出能够精确判断桥臂电流的方法及装置，从而能够有效地进行死区时间的补偿，进而改善逆变器的器件性能。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
如上所描述的，为了解决现有技术中无法精确地判断过零点的桥臂电流极性的问题，本发明提供了一种基于桥臂电流预测的死区时间补偿方法，用于控制逆变器，上述逆变器包括若干桥臂、每一个桥臂至少包含上开关管和下开关管，其中，对于每一个桥臂，上述死区时间补偿方法包括：
确定下一个开关周期中，上述上开关管和上述下开关管切换的各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段，其中，每个开关周期等分为多个开关周期时段；
对于各个脉冲翻转时刻所在开关周期时段，基于该桥臂在上述下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流与该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波电感压降确定该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流；以及
基于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流的极性和该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态判断是否需要执行死区时间补偿，以将该脉冲翻转时刻提前一个死区时间单元。
在上述死区时间补偿方法的一实施例中，可选的，确定各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段进一步包括：
基于空间矢量脉宽调制方法确定上述上开关管和上述下开关管在上述下一个开关周期的开关函数，上述开关函数反映上述上开关管和上述下开关管的导通、关断时间；以及
基于上述下一个开关周期的开关函数确定各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段。
在上述死区时间补偿方法的一实施例中，可选的，对于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段，上述死区时间补偿方法还包括：
基于上述上开关管和上述下开关管在上述下一个开关周期的开关函数和上述逆变器的直流侧输入电压确定上述桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值；
基于上述逆变器的稳态电压幅值和上述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压的相位确定上述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压值；以及
基于上述桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值和滤波后输出电压值确定上述桥臂在该开关周期时段的滤波电感压降。
在上述死区时间补偿方法的一实施例中，可选的，对于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段，上述死区时间补偿方法还包括：
利用锁相环从所采集的上述桥臂在上述下一个开关周期的初始时刻的滤波后输出电压计算上述桥臂的滤波后输出电压的初始相位和角速度；以及
基于上述初始相位、上述角速度与该开关周期时段与上述初始时刻的偏移时间的乘积确定上述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压的相位。
在上述死区时间补偿方法的一实施例中，可选的，上述死区时间补偿方法还包括：
采集上述逆变器在当前时刻的直流侧输入电压作为上述逆变器的直流侧输入电压。
在上述死区时间补偿方法的一实施例中，可选的，确定该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流进一步包括：
基于滤波电感的电压-电流公式以每一开关周期时段作为时间步长通过迭代计算的方式计算该桥臂在该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流。
在上述死区时间补偿方法的一实施例中，可选的，上述死区时间补偿方法还包括：
采集该桥臂在当前时刻的滤波前输出电流作为该桥臂在上述下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流。
在上述死区时间补偿方法的一实施例中，可选的，滤波前输出电流的正向被预设为上述逆变器的功率输出方向；
上下开关管的切换状态包括由上开关管导通切换至下开关管导通的第一状态和由下开关管导通切换至上开关管导通的第二状态；
判断是否需要执行死区时间补偿进一步包括：
响应于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流为正向，且该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态为上述第二状态，执行上述死区时间补偿；以及
响应于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流为反向，且该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态为上述第一状态，执行上述死区时间补偿。
本发明还提供了一种基于桥臂电流预测的死区时间补偿装置，用于控制逆变器，上述逆变器包括若干桥臂、每一个桥臂至少包含上开关管和下开关管，其中，上述死区时间补偿装置包括：
存储器；和
与上述存储器耦接的处理器，上述处理器配置为：
对于每一个桥臂，确定下一个开关周期中，上述上开关管和上述下开关管切换的各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段，其中，每个开关周期等分为多个开关周期时段；
对于各个脉冲翻转时刻所在开关周期时段，基于该桥臂在上述下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流与该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波电感压降确定该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流；以及
基于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流的极性和该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态判断是否需要执行死区时间补偿，以将该脉冲翻转时刻提前一个死区时间单元。
在上述死区时间补偿装置的一实施例中，可选的，上述处理器确定各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段进一步包括：
基于空间矢量脉宽调制方法确定上述上开关管和上述下开关管在上述下一个开关周期的开关函数，上述开关函数反映上述上开关管和上述下开关管的导通、关断时间；以及
基于上述下一个开关周期的开关函数确定各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段。
在上述死区时间补偿装置的一实施例中，可选的，对于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段，上述处理器还被配置为：
基于上述上开关管和上述下开关管在上述下一个开关周期的开关函数和上述逆变器的直流侧输入电压确定上述桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值；
基于上述逆变器的稳态电压幅值和上述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压的相位确定上述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压值；以及
基于上述桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值和滤波后输出电压值确定上述桥臂在该开关周期时段的滤波电感压降。
在上述死区时间补偿装置的一实施例中，可选的，对于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段，上述处理器还被配置为：
利用锁相环从所采集的上述桥臂在上述下一个开关周期的初始时刻的滤波后输出电压计算上述桥臂的滤波后输出电压的初始相位和角速度；以及
基于上述初始相位、上述角速度与该开关周期时段与上述初始时刻的偏移时间的乘积确定上述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压的相位。
在上述死区时间补偿装置的一实施例中，可选的，上述处理器还被配置为：
采集上述逆变器在当前时刻的直流侧输入电压作为上述逆变器的直流侧输入电压。
在上述死区时间补偿装置的一实施例中，可选的，上述处理器确定该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流进一步包括：
基于滤波电感的电压-电流公式以每一开关周期时段作为时间步长通过迭代计算的方式计算该桥臂在该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流。
在上述死区时间补偿装置的一实施例中，可选的，上述处理器还被配置为：
采集该桥臂在当前时刻的滤波前输出电流作为该桥臂在上述下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流。
在上述死区时间补偿装置的一实施例中，可选的，滤波前输出电流的正向被预设为上述逆变器的功率输出方向；
上下开关管的切换状态包括由上开关管导通切换至下开关管导通的第一状态和由下开关管导通切换至上开关管导通的第二状态；
上述处理器判断是否需要执行死区时间补偿进一步包括：
响应于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流为正向，且该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态为上述第二状态，执行上述死区时间补偿；以及
响应于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流为反向，且该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态为上述第一状态，执行上述死区时间补偿。
本发明还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，上述计算机可读指令在由处理器执行时实施如上述死区时间补偿方法的任一实施例中的步骤。
本发明所提供的死区补偿方法及装置通过对逆变器输出桥臂电流进行预测，克服常见的死区补偿方法过零点难以准确判断的难点，消除了因为控制器对桥臂电流采集的延时。进一步的，本发明所提供的死区补偿方法及装置通过将每一个开关周期的桥臂电流分为N段，得到每一段的桥臂电流的预测值，能够较为完整的得到桥臂电流的波形轨迹，从而桥臂电流过零点的时刻能够精确的定位。本发明所提供的死区补偿方法及装置能够通过软件实现，不另外增加成本，方法通用，便于推广。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了本发明所提供的死区时间补偿方法一实施例流程该图。
图2示出了本发明所提供的死区时间补偿方法所应用的逆变器一实施例电路结构示意图。
图3示出了本发明所提供的死区时间补偿方法开关周期内的时序图。
图4示出了本发明所提供的死区时间补偿装置的结构示意图。
具体实施方式
给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。
在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。
请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。
注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
为了解决上述问题，本发明采用了逆变器上既有的桥臂电流传感器以及输出电压传感器，每个开关周期采样一次，然后根据采样值，对下一个开关周期的桥臂电流进行预测，实现死区效应的补偿。
在一实施例中，如图1所示出的，本发明所提供的基于桥臂电流预测的死区时间补偿方法包括步骤S110：确定下一个开关周期中，上开关管和下开关管切换的各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段；步骤S120：对于各个脉冲翻转时刻所在开关周期时段，基于该桥臂在下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流与该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波电感压降确定该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流；以及步骤S130：基于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流的极性和该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态判断是否需要执行死区时间补偿。
首先，请结合图2来理解本发明所提供的死区时间补偿方法所应用的逆变器结构。本发明所提供的死区时间补偿方法可以适用于两电平、三电平等逆变器，本发明以两电平三相逆变器为例，图2示出了两电平三相逆变器的拓扑结构示意图。
图2所示出的逆变器的电路结构为三相全桥结构，也就是说，该逆变器包含对应三相的三组桥臂，每组桥臂包含上下两个开关管，Q1、Q2组成的桥臂对应于A相，Q3、Q4组成的桥臂对应于B相，Q5、Q6组成的桥臂对应于C相。
根据逆变器的基本知识可知，Udc为直流侧输入电压，在输出端，逆变器模块相对接地点输出电压为uao，ubo，uco(滤波前输出电压)，经过LC滤波器之后的对地输出电压为uAo，uBo，uCo(滤波后输出电压)，滤波前输出电流ia、ib、ic(可以理解为桥臂电流)和滤波后输出电流iA、iB、iC。
对于逆变器中的6个开关管Q1-Q6，同一个桥臂中的上下两个开关管为了防止直流侧短路是绝对不能够同时导通的，请一并参考图3来理解6个开关管Q1-Q6的控制时序。首先图3的(a)图示出了指令电压(基波)与载波的波形，可以理解的是，图中的载波(即三角波)定义了该逆变器的开关周期。(b)、(c)两图系根据(a)图中载波与基波的关系所确定的上下开关管的理想脉冲，可以看出，上下两个开关管并没有同时导通。为了进一步保证上下两个开关管不会同时导通，在实际的控制脉冲中加入了如(f)所示出的死区时间，叠加死区时间后的实际控制脉冲的时序图请参考(d)、(e)两图。
可以理解的是，对于某一相的桥臂而言，其上下开关管在一个开关周期中会经历1-2次翻转，从理想角度来说，脉冲翻转时刻出现在图3(a)中指令电压与载波交界之处。对于加入了死区时间的控制脉冲而言，脉冲翻转时刻出现在由关断切换为导通的开关管的导通时刻。
更进一步的，本发明所提供的死区时间补偿方法将一个开关周期等分为N个开关周期时段，N为大于0的正整数，以细分各个开关周期，从而为本发明实现精确地预测桥臂电流提供可能。
根据本发明所提供的死区时间补偿方法，首先在步骤S110中，即能够基于空间矢量脉宽调制方法确定上开关管和下开关管在下一个开关周期的开关函数，其中，开关函数反映上开关管和下开关管的导通、关断时间。空间矢量脉宽调制方式(SVPWM，Space VectorPulse Width Modulation)，以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波。根据空间矢量脉宽调制方法确定开关函数如公式(1)所示，Sa(k)、Sb(k)和Sc(k)分别是a、b和c三相在下一开关周期中第k段的开关函数：
Figure BDA0002293983230000091
Figure BDA0002293983230000092
Figure BDA0002293983230000093
随后在步骤S110中，进一步地根据下一个开关周期的开关函数确定各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段k。可以理解的是，之所以称之为下一个开关周期是因为对于脉冲时序的生成，需要提前留有余量，以保证逆变器不会处于失去控制的状态，因此，会在下一个开关周期开始前的一小段时间开始，也就是当前时刻，对下一个开关周期的控制脉冲进行调制。可以理解的是，当前时刻虽然不是下一个开关周期的初始时刻，但其可以近似地认为是下一个开关周期的初始时刻。
随后在步骤S120中，对于各个脉冲翻转时刻所在开关周期时段k，基于该桥臂在所述下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流与该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波电感压降确定该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流。
进一步的，如上所描述的，采集该桥臂在当前时刻的滤波前输出电流近似作为该桥臂在下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流ia0。
进一步的，需要注意的是，由于各个开关周期时段是一个时间段概念，而根据本发明所提供的计算滤波前输出电流ia0的方法，准确来说，得到的ia(k)是第k个开关周期时段的初始时刻的滤波前输出电流。
在本发明的一实施例中，可以根据各个开关周期时段的初始时刻的滤波前输出电流作为该开关周期时段的滤波前输出电流。
在另一实施例中，亦可以根据各个开关周期时段的终止时刻的滤波前输出电流作为该开关周期时段的滤波前输出电流，可以理解的是，该第k个开关周期时段的终止时刻的滤波前输出电流等同于第k+1个开关周期时段的初始时刻的滤波前输出电流。
因此，无论采用哪种方法，均可适用下述的计算滤波前输出电流的方法。并且可以通过该开关周期时段的滤波前输出电流近似该开关周期时段中脉冲翻转时刻的滤波前输出电流。
为了得到该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波电感压降，本发明所提供的死区时间补偿方法对于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段，在步骤S120中还包括执行：
步骤S1201：基于上开关管和下开关管在下一个开关周期的开关函数和逆变器的直流侧输入电压确定桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值；
步骤S1202：基于逆变器的稳态电压幅值和桥臂在该开关周期时段所在开关周期时段的滤波后输出电压的相位确定桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压值；以及
步骤S1203：基于桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值和滤波后输出电压值确定桥臂在该开关周期时段的滤波电感压降。
对于步骤S1201，根据图2所示出的逆变器电路结构可以知道，逆变电路的三相滤波前输出电压ua0、ub0和uc0可通过功率开关管的开关函数结合逆变器的直流侧输入电压进行计算，如公式(2)所示：
Figure BDA0002293983230000111
其中，a、b和c点分别为三相电压的三个电压输出端，N点为电容C1N和C2N的中点，uaN、ubN和ucN分别为a、b和c点相对于N点的电压差，Udc为直流电源的电压。
进一步的，对于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段k，结合该所在开关周期时段的开关函数Sa(k)，Sb(k)，Sc(k)计算该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波前输出电压值，如公式(3)所示：
Figure BDA0002293983230000112
计算得到的ua0(k)，ub0(k)，uc0(k)分别为a、b和c三相在下一开关周期中第k段的逆变电路的滤波前输出电压。如上所描述的，可以理解的是，采集逆变器在当前时刻的直流侧输入电压近似作为逆变器在下一开关周期的初始时刻的直流侧输入电压。
对于步骤S1202，基于逆变器的稳态电压幅值和桥臂在该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波后输出电压的相位确定桥臂在该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波后输出电压值。具体的，三相两电平逆变电路输出的滤波前输出电压ua0、ub0和uc0经过LC滤波器滤波后输出电压值为uA0、uB0和uC0。一般要求滤波后的输出电压的谐波失真小于5％，则滤波后输出电压uA0、uB0和uC0近似为稳态的正弦波。则基于采集到的三相滤波后输出电压的当前值可计算出该当前时刻的滤波后输出电压的相位。而稳态情况下，三相滤波后输出电压幅值与设定电压幅值(指令电压幅值)相等，若其中一相电压的相位为
Figure BDA0002293983230000121
则另外两个相位的滤波后输出电压分别与该相电压的相位相差
Figure BDA0002293983230000122
和
Figure BDA0002293983230000123
较优地，在采集到滤波后输出电压的波形后，可利用三相锁相环系统来确定相位信息以及对应的电压频率。三相锁相环是一种利用三相信号，通过对信号的旋转角速度进行反馈，得到三相信号相位和频率信息的软件算法或硬件电路。因此，通过锁相环可确定出下一开关周期内各个开关周期时段的相位以及频率信息，尤其是各个脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的相位以及频率信息。
具体可以包括：利用锁相环从所采集的桥臂在下一个开关周期的初始时刻的滤波后输出电压(如上所描述，通过当前时刻的采样值近似)计算桥臂的滤波后输出电压的初始相位和角速度；以及基于初始相位、角速度与该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段与初始时刻的偏移时间的乘积确定桥臂在该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波后输出电压的相位。
假设通过锁相环确定的下一开关周期的滤波后输出电压的初始相位为
Figure BDA0002293983230000124
频率为f，则角速度为2πf，每个开关周期时段的时间长度为Δt，则第k个开关周期时段的初始相位
Figure BDA0002293983230000125
则第k个开关周期时段的三相滤波后输出电压值如式(4)所示：
Figure BDA0002293983230000126
其中，Uref为滤波后输出电压幅值即设定电压幅值/指令电压幅值。
对于步骤S1203：基于桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值和滤波后输出电压值确定桥臂在该开关周期时段的滤波电感压降。具体的，将步骤S1201和步骤S1202计算出的第k个开关周期时段对应相位的滤波前输出电压值和滤波后输出电压值相减可分别得到第k个开关周期时段对应相位上的电感两端的电压差uLa(k)、uLb(k)和uLc(k)为滤波电感压降，如下式所示：
Figure BDA0002293983230000131
在步骤S120中，当得到下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流以及第k个开关周期时段滤波电感压降后，可以基于滤波电感的电压-电流公式
Figure BDA0002293983230000132
以每一个开关周期时段作为时间步长Δt通过迭代计算的方式计算该桥臂在该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流ia(k)。
以a相为例，假设检测出的下一开关周期的a相初始电流值为ia0，可以基于公式
Figure BDA0002293983230000133
迭代推算下一周期内每个开关周期时段的滤波前输出电流。可以理解的是，对于本发明而言，尤其需要基于各个脉冲翻转时刻前的各个开关周期时段迭代推算出下一周期内各个脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流。
ia(0)＝ia0
Figure BDA0002293983230000134
Figure BDA0002293983230000135
……
Figure BDA0002293983230000136
……
Figure BDA0002293983230000137
根据上述迭代推算的过程，可以计算出该桥臂在该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流ia(k)。
需要注意的是，本发明前述的基于各个脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段还可以视情况理解为基于各个脉冲脉冲翻转时刻所在开关周期时段及其以前的各个开关周期时段。也就是说，上述的“前”应广义地理解为包含本时段及以前。
如上所述的，由于各个开关周期时段是一个时间段概念，根据上述的滤波前输出电流的计算方法，准确来说，得到的ia(k)是第k个开关周期时段的初始时刻的滤波前输出电流。
根据本发明所提供的方法，既可以通过计算该脉冲翻转时刻所在第k个开关周期时段的初始时刻的滤波前输出电流来近似得到该脉冲翻转时刻这个时刻点的滤波前输出电流，也可以通过通过计算该脉冲翻转时刻所在第k个开关周期时段的终止时刻(即第k+1个开关周期时段的初始时刻)的滤波前输出电流来近似得到该脉冲翻转时刻这个时刻点的滤波前输出电流。
本领域技术人员可以根据需要通过上述公式计算脉冲翻转时刻所在第k个开关周期时段在初始时刻或者终止时刻中的一个时刻的滤波前输出电流ia(k)或者ia(k+1)来近似该脉冲翻转时刻的桥臂电流。可以理解的是，为描述方便，可以通过ia(k)统一指代该脉冲翻转时刻的桥臂电流。
随后在步骤S130：基于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流ia(k)的极性和该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态判断是否需要执行死区时间补偿。
进一步的，可以根据各个开关管的开关函数定义并得到上下开关管的切换状态包括由上开关管导通切换至下开关管导通的第一状态和由下开关管导通切换至上开关管导通的第二状态。
并且，在本发明所提供的死区时间补偿方法中，预先定义滤波前输出电流ia(k)的正向为逆变器的功率输出方向，也就是图2中箭头所表征的方向，同时滤波前输出电流ia(k)的方向可以通过滤波前输出电流ia(k)的正负来判断。
本发明针对常见的死区时间设置的方法，即对一个桥臂上管和下管互补的驱动脉冲，延迟脉冲导通时间一个死区时间单位。根据死区补偿原理，在预测出下一个开关周期的脉冲翻转时刻所在开关周期时段k的桥臂电流即滤波前输出电流ia(k)以后，判断是否需要执行死区时间补偿进一步包括：
响应于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流ia(k)为正向，且该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态为第二状态，执行死区时间补偿；以及
响应于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流ia(k)为反向，且该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态为第一状态，执行死区时间补偿。
更进一步的，上述的执行死区时间补偿即针对该脉冲翻转时刻，将从关断切换到导通的开关管的导通时间提前一个死区时间单元，以抵消/补偿之前加入的死区时间。
可以理解的，在结束当前时刻计算下一个开关周期的脉冲序列后，可以循环继续进行下下一个开关周期的脉冲序列确定。
根据上述描述的死区补偿方法通过对逆变器输出桥臂电流进行预测，克服常见的死区补偿方法过零点难以准确判断的难点，消除了因为控制器对桥臂电流采集的延时。进一步的，本发明所提供的死区补偿方法通过将每一个开关周期的桥臂电流分为N段，得到每一段的桥臂电流的预测值，能够较为完整的得到桥臂电流的波形轨迹，从而桥臂电流过零点的时刻能够精确的定位。
本发明还提供了一种基于时间的死区补偿装置，请参考图4，图4示出了死区补偿装置的示意图。如图4所示，死区补偿装置400包括处理器401和存储器402。上述死区补偿装置400的处理器401在执行存储器402上存储的计算机程序时能够实现上述所描述的死区补偿方法，具体请参考上述关于死区补偿方法的描述，在此不再赘述。
至此，已经描述了本发明提供的死区补偿方法及装置。本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，当该计算机程序被处理器执行时实现如上述死区补偿方法的步骤。具体请参考上述关于死区补偿方法的描述，在此不再赘述。
本发明所提供的死区补偿方法及装置通过对逆变器输出桥臂电流进行预测，克服常见的死区补偿方法过零点难以准确判断的难点，消除了因为控制器对桥臂电流采集的延时。进一步的，本发明所提供的死区补偿方法及装置通过将每一个开关周期的桥臂电流分为N段，得到每一段的桥臂电流的预测值，能够较为完整的得到桥臂电流的波形轨迹，从而桥臂电流过零点的时刻能够精确的定位。本发明所提供的死区补偿方法及装置能够通过软件实现，不另外增加成本，方法通用，便于推广。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于桥臂电流预测的死区时间补偿方法，用于控制逆变器，所述逆变器包括若干桥臂、每一个桥臂至少包含上开关管和下开关管，其特征在于，对于每一个桥臂，所述死区时间补偿方法包括：
确定下一个开关周期中，所述上开关管和所述下开关管切换的各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段，其中，每个开关周期等分为多个开关周期时段；
对于各个脉冲翻转时刻所在开关周期时段，基于该桥臂在所述下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流与该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波电感压降确定该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流；以及
基于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流的极性和该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态判断是否需要执行死区时间补偿，以将该脉冲翻转时刻提前一个死区时间单元；其中
对于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段，所述死区时间补偿方法还包括：
基于所述上开关管和所述下开关管在所述下一个开关周期的开关函数和所述逆变器的直流侧输入电压确定所述桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值；
基于所述逆变器的稳态电压幅值和所述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压的相位确定所述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压值；以及
基于所述桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值和滤波后输出电压值确定所述桥臂在该开关周期时段的滤波电感压降；
确定该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流进一步包括：
基于滤波电感的电压-电流公式以每一开关周期时段作为时间步长通过迭代计算的方式计算该桥臂在该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流；
滤波前输出电流的正向被预设为所述逆变器的功率输出方向；
上下开关管的切换状态包括由上开关管导通切换至下开关管导通的第一状态和由下开关管导通切换至上开关管导通的第二状态；
判断是否需要执行死区时间补偿进一步包括：
响应于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流为正向，且该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态为所述第二状态，执行所述死区时间补偿；以及
响应于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流为反向，且该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态为所述第一状态，执行所述死区时间补偿。
2.如权利要求1所述的死区时间补偿方法，其特征在于，确定各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段进一步包括：
基于空间矢量脉宽调制方法确定所述上开关管和所述下开关管在所述下一个开关周期的开关函数，所述开关函数反映所述上开关管和所述下开关管的导通、关断时间；以及
基于所述下一个开关周期的开关函数确定各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段。
3.如权利要求1所述的死区时间补偿方法，其特征在于，对于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段，所述死区时间补偿方法还包括：
利用锁相环从所采集的所述桥臂在所述下一个开关周期的初始时刻的滤波后输出电压计算所述桥臂的滤波后输出电压的初始相位和角速度；以及
基于所述初始相位、所述角速度与该开关周期时段与所述初始时刻的偏移时间的乘积确定所述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压的相位。
4.如权利要求1所述的死区时间补偿方法，其特征在于，所述死区时间补偿方法还包括：
采集所述逆变器在当前时刻的直流侧输入电压作为所述逆变器的直流侧输入电压。
5.如权利要求1所述的死区时间补偿方法，其特征在于，所述死区时间补偿方法还包括：
采集该桥臂在当前时刻的滤波前输出电流作为该桥臂在所述下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流。
6.一种基于桥臂电流预测的死区时间补偿装置，用于控制逆变器，所述逆变器包括若干桥臂、每一个桥臂至少包含上开关管和下开关管，其特征在于，所述死区时间补偿装置包括：
存储器；和
与所述存储器耦接的处理器，所述处理器配置为：
对于每一个桥臂，确定下一个开关周期中，所述上开关管和所述下开关管切换的各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段，其中，每个开关周期等分为多个开关周期时段；
对于各个脉冲翻转时刻所在开关周期时段，基于该桥臂在所述下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流与该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段的滤波电感压降确定该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流；以及
基于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流的极性和该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态判断是否需要执行死区时间补偿，以将该脉冲翻转时刻提前一个死区时间单元；其中
对于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段，所述处理器还被配置为：
基于所述上开关管和所述下开关管在所述下一个开关周期的开关函数和所述逆变器的直流侧输入电压确定所述桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值；
基于所述逆变器的稳态电压幅值和所述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压的相位确定所述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压值；以及
基于所述桥臂在该开关周期时段的滤波前输出电压值和滤波后输出电压值确定所述桥臂在该开关周期时段的滤波电感压降；
所述处理器确定该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流进一步包括：
基于滤波电感的电压-电流公式以每一开关周期时段作为时间步长通过迭代计算的方式计算该桥臂在该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流；
滤波前输出电流的正向被预设为所述逆变器的功率输出方向；
上下开关管的切换状态包括由上开关管导通切换至下开关管导通的第一状态和由下开关管导通切换至上开关管导通的第二状态；
所述处理器判断是否需要执行死区时间补偿进一步包括：
响应于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流为正向，且该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态为所述第二状态，执行所述死区时间补偿；以及
响应于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段的滤波前输出电流为反向，且该脉冲翻转时刻的上下开关管的切换状态为所述第一状态，执行所述死区时间补偿。
7.如权利要求6所述的死区时间补偿装置，其特征在于，所述处理器确定各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段进一步包括：
基于空间矢量脉宽调制方法确定所述上开关管和所述下开关管在所述下一个开关周期的开关函数，所述开关函数反映所述上开关管和所述下开关管的导通、关断时间；以及
基于所述下一个开关周期的开关函数确定各个脉冲翻转时刻所在的开关周期时段。
8.如权利要求6所述的死区时间补偿装置，其特征在于，对于该脉冲翻转时刻所在开关周期时段前的各个开关周期时段，所述处理器还被配置为：
利用锁相环从所采集的所述桥臂在所述下一个开关周期的初始时刻的滤波后输出电压计算所述桥臂的滤波后输出电压的初始相位和角速度；以及
基于所述初始相位、所述角速度与该开关周期时段与所述初始时刻的偏移时间的乘积确定所述桥臂在该开关周期时段的滤波后输出电压的相位。
9.如权利要求6所述的死区时间补偿装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：
采集所述逆变器在当前时刻的直流侧输入电压作为所述逆变器的直流侧输入电压。
10.如权利要求6所述的死区时间补偿装置，其特征在于，所述处理器还被配置为：
采集该桥臂在当前时刻的滤波前输出电流作为该桥臂在所述下一个开关周期的初始时刻的滤波前输出电流。
11.一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令在由处理器执行时实施如权利要求1-5中任意一项所述死区时间补偿方法的步骤。
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