CN114710056A - 解耦控制器、方法、功率变换装置及电机驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种解耦控制器、方法、功率变换装置及电机驱动器，该解耦控制器用于控制功率变换电路；包括：电流解耦模块、共模控制模块、差模控制模块、电压解耦模块和调制模块；电流解耦模块响应于电流解耦模块输入端接收的功率变换电路的反馈电流，确定共模电流反馈值和差模电流反馈值；共模控制模块用于根据共模电流反馈值确定共模电压给定值；差模控制模块用于根据差模电流反馈值确定差模电压给定值；电压解耦模块用于根据共模电压给定值和差模电压给定值确定用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压；调制模块用于根据桥臂控制电压确定用于控制功率变换电路的控制信号。本发明增加了系统阻尼，提升了系统的稳定性。

Description

解耦控制器、方法、功率变换装置及电机驱动器

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种解耦控制器、方法、功率变换装置及电机驱动器。

背景技术

在精密电机驱动，例如音圈电机驱动中，通常需要加入LC滤波器来减小输出电流纹波。图1所示为输出侧带LC滤波器的功率变换器，通常LC滤波器仅接一个差模电容(C_f)，由于LC滤波器的存在将产生谐振峰，导致系统不稳定。目前，在对带LC滤波器的功率变换器进行控制时，一般会引入差模电容电流反馈，以增加系统阻尼，实现稳定控制。

然而，上述方案中仅加入了差模电容滤波，仅能滤除电路中的差模谐波和噪声，在实际系统中还会存在共模噪声，因此还会加入共模电容，这种情况下，若仍然采用仅反馈差模电容电流的控制策略，当负载为阻感性负载、或负载为纯电阻负载但阻值不合适的情况下，依然会导致系统不稳定；可见，在对带LC滤波器的功率变换器进行控制时，若仅反馈差模电容电流，系统会存在不稳定的风险。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一解耦控制器、方法、功率变换装置及电机驱动器，旨在解决在对功率变换器进行控制时，仅反馈差模电容电流，系统不稳定的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种解耦控制器，所述解耦控制器包括：

电流解耦模块，所述电流解耦模块响应于输入端接收的功率变换电路的反馈电流，确定共模电流反馈值和差模电流反馈值；

共模控制模块，所述共模控制模块的输入端与所述电流解耦模块的输出端连接，用于根据所述共模电流反馈值确定共模电压给定值；

差模控制模块，所述差模控制模块的输入端与所述电流解耦模块的输出端连接，用于根据所述差模电流反馈值确定差模电压给定值；

电压解耦模块，所述电压解耦模块的输入端分别与所述共模控制模块的输出端和所述差模控制模块的输出端连接，用于根据所述共模电压给定值和所述差模电压给定值确定用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压；

调制模块，所述调制模块的输入端与所述电压解耦模块的输出端连接，输出端用于连接功率变换电路；所述调制模块用于根据所述桥臂控制电压确定控制信号，所述控制信号用于控制功率变换电路。

可选地，功率变换电路中多个开关器件组成第一桥臂和第二桥臂；所述功率变换电路的反馈电流包括第一桥臂输出至负载的第一负载输出电流、第二桥臂输出至负载的第二负载输出电流以及共模电容的电流反馈值、差模电容的电流反馈值；所述共模电流反馈值包括共模电容电流和负载共模电流，所述差模电流反馈值包括差模电容电流和负载差模电流；

所述电流解耦模块用于根据所述共模电容的电流反馈值确定共模电容电流；根据所述共模电容的电流反馈值和所述差模电容的电流反馈值确定所述差模电容电流；

所述电流解耦模块还用于根据所述第一负载输出电流和所述第二负载输出电流之和确定所述负载共模电流；根据所述第一负载输出电流和所述第二负载输出电流之差确定所述负载差模电流。

可选地，所述共模控制模块包括共模控制单元和第一电压运算单元；所述共模控制单元的输入端为所述共模控制模块的第一输入端，用于接收所述负载共模电流；所述共模控制单元的输出端与所述第一电压运算单元的第一输入端连接；所述第一电压运算单元的第二输入端为所述共模控制模块的第二输入端，用于接收所述共模电容电流；所述第一电压运算单元的输出端为所述共模控制模块的输出端；

所述共模控制单元用于根据所述负载共模电流确定共模电压控制量；

所述第一电压运算单元用于根据所述共模电压控制量和所述共模电容电流确定共模电压给定值；

所述差模控制模块包括差模控制单元和第二电压运算单元；所述差模控制单元的输入端为所述差模控制模块的第一输入端，用于接收所述负载差模电流；所述差模控制单元的输出端与所述第二电压运算单元的第一输入端连接；所述第二电压运算单元的第二输入端为所述差模控制模块的第二输入端，用于接收所述差模电容电流；所述第二电压运算单元的输出端为所述差模控制模块的输出端；

所述差模控制单元用于根据所述负载差模电流确定差模电压控制量；

所述第二电压运算单元用于根据所述差模电压控制量和所述差模电容电流确定差模电压给定值。

可选地，所述调制模块包括第一调制模块和第二调制模块；所述桥臂控制电压包括用于对应控制功率变换电路中第一桥臂和第二桥臂的第一桥臂控制电压和第二桥臂控制电压；

所述第一调制模块，用于根据所述第一桥臂控制电压确定控制第一桥臂的第一控制信号；

所述第二调制模块，用于根据所述第二桥臂控制电压确定控制第二桥臂的第二控制信号。

此外，本发明还提供一种解耦控制方法，包括：

根据功率变换电路的反馈电流确定共模电流反馈值和差模电流反馈值；

根据所述共模电流反馈值确定共模电压给定值，根据所述差模电流反馈值确定差模电压给定值；

根据所述共模电压给定值和所述差模电压给定值确定用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压；

根据所述桥臂控制电压确定控制信号，所述控制信号用于控制功率变换电路中的多个开关器件。

可选地，所述共模电流反馈值包括共模电容电流和负载共模电流，所述差模电流反馈值包括差模电容电流和负载差模电流；功率变换电路的反馈电流包括共模电容的电流反馈值、差模电容的电流反馈值；所述根据功率变换电路的反馈电流确定共模电流反馈值和差模电流反馈值的步骤包括：

将所述共模电容的电流反馈值输入至共模电流解耦算法进行计算，得到共模电容电流；

将所述共模电容的电流反馈值和差模电容的电流反馈值输入至差模电流解耦算法进行计算，得到差模电容电流。

可选地，功率变换电路中多个开关器件组成第一桥臂和第二桥臂；所述功率变换电路的反馈电流还包括第一桥臂输出至负载的第一负载输出电流和第二桥臂输出至负载的第二负载输出电流；所述根据功率变换电路的反馈电流确定共模电流反馈值和差模电流反馈值的步骤还包括：

将所述第一负载输出电流和所述第二负载输出电流输入至负载差模解耦算法进行计算，得到负载差模电流；

将所述第一负载输出电流和所述第二负载输出电流输入至负载共模解耦算法进行计算，得到负载共模电流。

可选地，控制功率变换电路包括第一桥臂和第二桥臂；所述根据共模电压给定值和差模电压给定值确定用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压的步骤包括：

将所述共模电压给定值和所述差模电压给定值输入至第一电压解耦算法进行计算，得到第一桥臂控制电压；

将所述共模电压给定值和所述差模电压给定值输入至第二电压解耦算法进行计算，得到第二桥臂控制电压。

此外，本发明还提供一种功率变换装置，所述功率变换装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的解耦控制方法的步骤。

此外，本发明还提供一种电机驱动器，包括功率变换器和解耦控制器，所述解耦控制器用于控制所述功率变换器中的多个开关器件；所述解耦控制器被配置为如上所述的解耦控制器。

本发明提供了一种解耦控制器、方法、功率变换装置及电机驱动器，该解耦控制器包括电流解耦模块、共模控制模块、差模控制模块、电压解耦模块和调制模块，电流解耦模块响应于接收到的功率变换电路的反馈电流，确定共模电流反馈值和差模电流反馈值；共模控制模块根据共模电流反馈值确定共模电压给定值；差模控制模块根据差模电流反馈值确定差模电压给定值；电压解耦模块根据共模电压给定值和差模电压给定值确定出用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压；调制模块根据桥臂控制电压确定出控制信号；控制信号用于控制功率变换电路中多个开关器件。通过接收功率变换电路的反馈电流，引入了解耦出的共模电流反馈值和差模电流反馈值，从而增加了系统阻尼，解决了带有LC滤波器的功率变换器的振荡问题，提升了系统的稳定性。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为输出侧带LC滤波器(差模电容)的功率变换器电路示意图；

图2为现有技术中对带LC滤波器的功率变换器的控制策略模块示意图；

图3为输出侧接LC滤波器(差模电容和共模电容)的全桥功率变换器的电路示意图；

图4为本发明解耦控制器一实施例的功能模块示意图；

图5为输出侧接LC滤波器(共模电容)的全桥功率变换器的电路示意图；

图6为本发明解耦控制器另一实施例的功能模块示意图；

图7为本发明解耦控制器又一实施例的功能模块示意图；

图8为本发明解耦控制方法第一实施例的流程示意图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	电流解耦模块
20	共模控制模块	210	共模控制单元
				30	差模控制模块	211	第一电压运算单元
40	电压解耦模块	310	差模控制单元
				50	调制模块	311	第二电压运算单元
51	第一调制单元	S1～S4	开关管

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

需要说明的是，输出侧带LC滤波器的功率变换器中，由于LC滤波器的存在将产生谐振峰，就会导致系统不稳定。现有技术中，在对图1中所示的带LC滤波器的功率变换器进行控制时，一般会采用如图2所示的技术方案，引入功率变换器中差模电容电流反馈i_cf及桥臂输出电流i_o，其中i*_o为给定的参考电流，K_cf为预设的电容电流反馈系数，信号vg1～vg4用于控制功率变换器中开关器件(S1～S4)，通过引入差模电容电流反馈i_cf可增加系统阻尼，抑制谐振峰，抑制输出震荡，稳定系统。

然而，上述方案中仅加入了差模电容滤波，仅能滤除电路中的差模谐波和噪声，在实际系统中还会存在共模噪声，因此还会加入共模电容，如图3所示，该系统包括差模电容C_f1和共模电容C_f2、C_f3，若仍然采用上述仅反馈一个电容电流的方案，假设仍然采用仅反馈差模电容电流的控制策略，当负载为阻感性负载、或负载为纯电阻负载但阻值不合适的情况下，输出依然会出现震荡，导致系统不稳定；而无论引入哪一个共模电容电流反馈，不采用另外两个电容电流，也都会存在不完全反馈的问题，可能会引起震荡。

基于上述现象，本发明提供一种解耦控制器，用于控制功率变换电路；参照图4，在一实施例中，解耦控制器包括：电流解耦模块10、共模控制模块20、差模控制模块30、电压解耦模块40和调制模块50，电流解耦模块10响应于电流解耦模块10输入端接收的功率变换电路的反馈电流，确定共模电流反馈值和差模电流反馈值；共模控制模块20的输入端与电流解耦模块10的输出端连接，用于根据共模电流反馈值确定共模电压给定值；差模控制模块30的输入端与电流解耦模块10的输出端连接，用于根据差模电流反馈值确定差模电压给定值；电压解耦模块40的输入端分别与共模控制模块20的输出端和差模控制模块30的输出端连接，用于根据共模电压给定值和差模电压给定值确定用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压；调制模块50的输入端与电压解耦模块40的输出端连接，输出端用于连接功率变换电路的受控端；调制模块50用于根据桥臂控制电压确定用于控制功率变换电路的控制信号。

本实施例中，解耦控制器可以用于各种需要对功率变换器进行控制的单相或三相电路中，功率变换器可以是全桥功率变换器也可以是半桥功率变换器；其中，功率变换器的输出侧带LC滤波器，LC滤波器的结构可以类似图1的结构，仅包括差模电容C_f；也可以如图3所示，包括差模电容C_f1和共模电容C_f2、C_f3；其中第一桥臂中点p与第一电感L_f1的第一端连接，第一电感L_f1的第二端连接负载，第一电感L_f1的第二端与负载连接的公共端连接共模电容C_f2；第二桥臂中点n与第二电感L_f2的第一端连接，第二电感L_f2的第二端连接负载，第二电感L_f2的第二端与负载连接的公共端连接第二共模电容C_f3；还可以如图5所示仅包括共模电容C_f2、C_f3。

在实际电路实现时，功率变换器系统中还可以包括采样电路(未示出)，由采样电路对功率变换电路的反馈电流进行采样，并反馈至解耦控制器。再次参照图3，以功率变换电路中的多个开关器件为4个为例，分别为开关管S1、S2、S3和S4，其中，开关管S1和S3组成第一桥臂，开关管S2和S4组成第二桥臂。采样电路可以采样流过差模电容C_f1的电流值i_cf1、共模电容C_f2和C_f3的电流值i_cf2、i_cf3以及第一桥臂输出至负载的第一负载输出电流i_o1、从第二桥臂输出至负载的第二负载输出电流i_o2；电流i_cf1、i_cf2、i_cf3、i_o1和i_o2的正方向为如图的方向。

需要说明的是，功率变换电路的反馈电流包括共模电容的电流反馈值i_cf2和i_cf3、差模电容的电流反馈值i_cf1、负载输出电流i_o1和i_o2；当功率变换电路如图1，仅包括差模电容时，功率变换电路的反馈电流包括差模电容的电流反馈值i_cf1和负载输出电流i_o1，此时共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3和i_o2可以默认为0；当功率变换电路如图5，仅包括共模电容时，功率变换电路的反馈电流包括共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3和输出电流i_o1、i_o2，此时差模电容的电流反馈值i_cf1可以默认为0。

共模电流反馈值包括共模电容电流和负载共模电流，差模电流反馈值包括差模电容电流和负载差模电流；电流解耦模块10根据功率变换电路的反馈电流确定共模电流反馈值和差模电流反馈值具体可以为，通过对差模电容的电流反馈值i_cf1、共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3进行计算确定共模电容电流和差模电容电流，通过对负载输出电流i_o1和i_o2进行计算确定实际负载共模电流和负载差模电流。

从而实现了将各种结构的功率变换器的反馈电流解耦出共模电流反馈值和差模电流反馈值，还需要说明的是，在负载没有漏电的情况下，i_o1等于-i_o2，在负载对地有泄漏电流的情况下，i_o1不再等于-i_o2，负载也存在差模和共模的关系，通过电流解耦模块10解耦后，负载差模和共模也是完全解耦的。

控制信号用于控制功率变换电路中的多个开关管，可以包括信号vg1和vg3，分别用于控制第一开关管S1和第三开关管S3；还可以包括信号vg2和vg4，分别用于控制第二开关管S2和第四开关管S4。

可以理解的，通过接收功率变换电路的反馈电流，引入了解耦出的共模电流反馈值和差模电流反馈值，通过将控制环路分为共模环路和差模环路，共模控制模块20根据共模电流反馈值确定共模电压给定值；差模控制模块30根据差模电流反馈值确定差模电压给定值；电压解耦模块根据共模电压给定值和差模电压给定值确定出用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压；调制模块根据桥臂控制电压确定出控制信号；控制信号用于控制功率变换电路中多个开关器件；从而均衡了共模电流反馈值和差模电流反馈值，本方案增加了系统阻尼，改善了振荡问题，从而提升了系统的稳定性。

进一步地，功率变换电路中多个开关器件组成第一桥臂和第二桥臂；功率变换电路的反馈电流包括第一桥臂输出至负载的第一负载输出电流、第二桥臂输出至负载的第二负载输出电流以及共模电容的电流反馈值、差模电容的电流反馈值；共模电流反馈值包括共模电容电流和负载共模电流，差模电流反馈值包括差模电容电流和负载差模电流；

电流解耦模块10可以用于根据共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3确定共模电容电流；根据共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3和差模电容的电流反馈值i_cf1确定差模电容电流；电流解耦模块还用于根据第一负载输出电流和第二负载输出电流之和确定负载共模电流；根据第一负载输出电流i_o1和第二负载输出电流之差i_o2确定负载差模电流。

可以理解的，当功率变换电路中存在共模电容时，共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3同时存在，将i_cf2和i_cf3作和，则得到共模电容电流。

电流解耦模块10用于根据共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3和差模电容的电流反馈值i_cf1确定差模电容电流；具体的，共模电容包括第一共模电容Cf2和第二共模电容Cf3，如图3所示，第一桥臂中点p与第一电感L_f1的第一端连接，第一电感L_f1的第二端连接负载，第一电感L_f1的第二端与负载连接的公共端引出的共模电容为第一共模电容Cf2；第二桥臂中点n与第二电感L_f2的第一端连接，第二电感L_f2的第二端连接负载，第二电感L_f2的第二端与负载连接的公共端引出的共模电容为第二共模电容Cf3。可以通过如下公式计算获得差模电容电流：

其中，i_{cf_dm}表示差模电容电流，i_cf1表示差模电容的电流反馈值，i_cf2、i_cf3表示共模电容的电流反馈值。

电流解耦模块10还用于根据第一负载输出电流i_o1和第二负载输出电流i_o2之和确定负载共模电流；根据第一负载输出电流i_o1和第二负载输出电流之差i_o2确定负载差模电流。从而通过接收功率变换电路的反馈电流，解耦出共模电流反馈值和差模电流反馈值。

在一实施例中，桥臂控制电压包括用于对应控制功率变换电路中第一桥臂和第二桥臂的第一桥臂控制电压和第二桥臂控制电压；电压解耦模块40具体用于根据共模电压给定值和差模电压给定值确定用于对应控制由多个开关器件组成的第一桥臂和第二桥臂的第一桥臂控制电压和第二桥臂控制电压。调制模块50包括第一调制模块和第二调制模块；述第一调制模块用于根据第一桥臂控制电压确定控制第一桥臂的第一控制信号；第二调制模块用于根据第二桥臂控制电压确定控制第二桥臂的第二控制信号。第一控制信号可以包括信号vg1和vg3，分别用于控制第一开关管S1和第三开关管S3；第二控制信号可以包括信号vg2和vg4，分别用于控制第二开关管S2和第四开关管S4。

本实施例提供了通过引入共模电流反馈值和差模电流反馈值，实现对输出侧带不同结构的LC滤波器的功率转换器进行控制，提供了一种系统稳定控制的控制策略。

在一实施例中，参照图6，共模控制模块20包括共模控制单元210和第一电压运算单元211；共模控制单元210的输入端为共模控制模块20的第一输入端，用于接收负载共模电流i_{o_cm}，第一电压运算单元211的第一输入端与共模控制单元210的输出端连接，第一电压运算单元211的第二输入端为共模控制模块20的输入端，用于接收共模电容电流i_{cf_cm}，第一电压运算单元211的输出端为共模控制模块20的输出端。共模控制单元210用于根据负载共模电流i_{o_cm}确定共模电压控制量。

具体的，结合图7，共模控制单元210可以包括共模误差运算单元和共模控制器，共模误差运算单元和共模控制器的输入端连接，共模控制器的输出端为共模控制单元210的输出端；共模误差运算单元用于根据负载共模电流i_{o_cm}与负载共模电流给定i^* _{o_cm}确定共模电流误差；共模电流误差为负载共模电流i_{o_cm}与负载共模电流给定i^* _{o_cm}之差，其中i^* _{o_cm}由控制器直接给定。共模控制器用于根据共模电流误差确定共模电压控制量。

第一电压运算单元211用于根据共模电压控制量和共模电容电流i_{cf_cm}得出共模电压给定值u^* _cm；第一电压运算单元211可以包括共模增益模块和共模电压运算模块；共模增益模块的输入端为第一电压运算单元211的第二输入端，输出端与共模电压运算模块的第一输入端连接，共模电压运算模块的第二输入端为第一电压运算单元211的第一输入端，共模电压运算模块的输出端为共模电压运算模块211的输出端；共模增益模块用于根据负载共模电流i_{cf_cm}和共模电容电流反馈系数K_{cf_cm}进行计算，得出共模电流增益值i_{cf_cm}×K_{cf_cm}；共模电压运算模块用于根据共模电流增益值i_{cf_cm}×K_{cf_cm}和共模电压控制量进行计算，得出共模控制电压u^* _cm。

差模控制模块30可以包括差模控制单元310和第二电压运算单元311；第二电压运算单元311的输入端为差模控制模块30的第一输入端，用于接收负载差模电流i_{o_dm}，第二电压运算单元311的第一输入端与差模控制单元310的输出端连接，第二电压运算单元311的第二输入端为差模控制模块30的输入端，用于接收差模电容电流i_{cf_dm}，第二电压运算单元311的输出端为差模控制模块30的输出端；

差模控制单元310用于根据负载差模电流i_{o_dm}确定差模电压控制量；差模控制单元310包括差模误差运算单元和差模控制器，共模误差运算单元和差模控制器的输入端连接，差模控制器的输出端为共模控制单元310的输出端；差模误差运算单元用于根据负载差模电流i_{o_dm}与负载差模电流给定i^* _{o_dm}确定差模电流误差；差模电流误差为负载差模电流i_{o_dm}与负载差模电流给定i^* _{o_dm}之差，其中i^* _{o_dm}由控制器直接给定第二控制器用于根据差模电流误差确定差模电压控制量。

第二电压运算单元311用于根据差模电压控制量和差模电容电流i_{cf_dm}得出差模电压给定值u^* _dm。第二电压运算单元311可以包括差模增益模块和差模电压运算模块；差模增益模块的输入端为第二电压运算单元311的第二输入端，输出端与差模电压运算模块的第一输入端连接，差模电压运算模块的第二输入端为第二电压运算单元311的第一输入端，差模电压运算模块的输出端为差模电压运算模块311的输出端；差模增益模块用于根据差模电容电流i_{cf_dm}和差模电容电流反馈系数K_{cf_dm}得出差模电流增益值K_{cf_dm}×i_{cf_dm}；差模电压运算模块用于根据差模电流增益值K_{cf_dm}×i_{cf_dm}和差模电压控制量得出差模控制电压。

电压解耦模块40可以为解耦矩阵，用于根据共模电压给定值u^* _cm和差模电压给定值u^* _dm确定第一桥臂控制电压u^* _n和第二桥臂控制电压u^* _p。电压解耦模块40中可以预设有解耦公式，以根据共模电压给定值u^* _cm和差模电压给定值u^* _dm确定电压u^* _n和u^* _p。

调制模块50包括第一调制模块51和第二调制模块52；第二调制模块52和第一调制模块51可以分别为两个PWM调制模块，两个PWM调制模块中预设有固定频率的三角波，可以理解的，在实际电路中，会根据功率变换器中的开关器件的开关频率等信息生成一个固定频率的三角波，其峰峰值是设定好的，以根据该峰峰值进行控制。例如，当电压u^* _p大于三角波峰峰值时，第一调制模块51输出的控制信号vg1为高电平、vg3为低电平，当u^* _p小于三角波时，vg3为高电平、vg1为低电平；当电压u^* _n大于三角波时，第二调制模块52输出的控制信号vg2为高电平、vg4为低电平，小于三角波时，vg4为高电平、vg2为低电平。其中vg1和vg3在插入死区时间前为互补导通信号，vg2和vg4在插入死区时间前为互补导通信号。

本实施例提供了一种解耦控制策略，从而实现了对输出侧带共模电容的LC滤波器的功率变换器中的开关器件的控制，由于引入了解耦后的共模电流反馈值和差模电流反馈值，增加了系统阻尼，改善了振荡问题，提升了系统的稳定性。并且无论功率放大器输出侧的滤波器是只包括差模电容、只包括共模电容还是包括差模和共模电容，本实施例中的解耦控制器都可以对其中的开关器件的进行控制，适用范围大，适用性宽。

本发明还提供一种解耦控制方法，解耦控制方法可以应用于解耦控制器，解耦控制器的结构可参照上述实施例。

参照图8，在本发明解耦控制方法的一实施例中，解耦控制方法包括：

步骤S10，根据功率变换电路的反馈电流确定共模电流反馈值和差模电流反馈值；

本实施例中，执行主体为解耦控制器。功率变换电路的反馈电流包括共模电容的电流反馈值i_cf2和i_cf3、差模电容的电流反馈值i_cf1、第一负载输出电流i_o1和第二负载输出电流i_o2。共模电流反馈值包括共模电容电流i_{cf_cm}和负载共模电流i_{o_cm}，差模电流反馈值包括差模电容电流i_{cf_dm}和负载差模电流i_{o_dm}。

由于采样电路反馈的共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3和差模电容的电流反馈值i_cf1中可能包括共模电容电流和差模电容电流，因此，需要将共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3和差模电容的电流反馈值i_cf1解耦成实际的差模电容电流和共模电容电流，再由差模电容电流和共模电容电流反馈至解耦控制器中的共模控制模块和差模控制模块来做控制。由于负载可能存在对地泄漏电流的情况，因此，负载输出电流i_o1、i_o2也需要解耦出负载共模电流i_{o_cm}和负载差模电流i_{o_dm}。

步骤S10，根据功率变换电路的反馈电流确定共模电流反馈值和差模电流反馈值的细化步骤包括：

步骤a，将共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3输入至共模电流解耦算法进行计算，得到共模电容电流i_{cf_cm}；共模电流解耦算法参见如下公式一：

i_{cf_cm}＝i_cf2+i_cf3(一)；

其中，i_{cf_cm}表示共模电容电流，i_cf2、i_cf3表示共模电容的电流反馈值。

步骤b，将共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3和差模电容的电流反馈值i_cf1输入至差模电流解耦算法进行计算，得到差模电容电流i_{cf_dm}。

分别获取差模电容的电流反馈值i_cf、第一共模电容Cf2的第一电流反馈值i_cf2和第二共模电容Cf2的第二电流反馈值i_cf3；所述差模电流解耦算法参见如下公式二:

其中，i_cf__dm表示差模电容电流，i_cf1表示差模电容的电流反馈值，i_cf2、i_cf3表示共模电容的电流反馈值。

本实施例中，通过将接收到的共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3和差模电容的电流反馈值i_cf1输入至相应的算法公式中，从而解耦出共模电容电流i_{cf_cm}和差模电容电流i_{cf_dm}，进而增加了在对功率放大器进行控制时的系统稳定性。

进一步的，功率变换电路中多个开关器件组成第一桥臂和第二桥臂；功率变换电路的反馈电流还包括第一桥臂输出至负载的第一负载输出电流i_o1和第二桥臂输出至负载的第二负载输出电流i_o2；步骤S10，根据功率变换电路的反馈电流确定共模电流反馈值和差模电流反馈值的步骤还包括：

步骤c，将第一负载输出电流i_o1和第二负载输出电流i_o2输入至负载差模解耦算法进行计算，得到负载差模电流io__dm；负载差模解耦算法参见如下公式三：

其中，io__dm表示负载差模电流，io₁表示第一负载输出电流、i_o2表示第二负载输出电流。

步骤d，将第一负载输出电流i_o1和第二负载输出电流i_o2输入至负载共模解耦算法进行计算，得到负载共模电流io__cm；所述负载共模解耦算法参照如下公式三：

i_{o_cm}＝i_o1+i_o2(四)；其中，i_o__cm表示负载共模电流，i_o1表示第一负载输出电流、i_o2表示第二负载输出电流。

本实施例中，通过对共模电容的电流反馈值i_cf2、i_cf3和差模电容的电流反馈值i_cf1进行计算，得到解耦后的共模电容电流i_{cf_cm}和差模电容电流i_{cf_dm}，从而实现对采样电路反馈的几个电容电流的解耦；通过对负载输出电流i_o1、i_o2进行计算，得到解耦后的负载共模电流i_{o_cm}和负载差模电流i_{o_dm}，从而实现对采样电路反馈的负载输出电流的解耦。并进一步在控制回路中引入解耦后的电流值，增加系统的稳定性。

步骤S20，根据共模电流反馈值确定共模电压给定值，根据差模电流反馈值确定差模电压给定值；

步骤S30，根据共模电压给定值和差模电压给定值确定用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压。

步骤S40，根据桥臂控制电压确定控制信号，控制信号用于控制功率变换电路中的多个开关器件。

当解耦控制器解耦出差模电流反馈值和共模电流反馈值后，更进一步的，通过差模电流反馈值和共模电流反馈值确定出对用于控制第一桥臂的两个开关管的第一控制信号，以及用于控制第二桥臂的两个开关管的第二控制信号。从而增加了系统阻尼，与现有技术相比，改善了带有LC滤波器的功率变换器的振荡问题，提升了系统的稳定性。

在另一实施例中，步骤S20，根据共模电流反馈值确定共模电压给定值，根据差模电流反馈值确定差模电压给定值的细化步骤包括：

步骤e，根据差模电流反馈值确定差模电压给定值u^* _dm；

差模电流反馈值包括差模电容电流i_{cf_dm}和负载差模电流i_{o_dm}，再次参照图7，首先将负载差模电流i_{o_dm}与负载差模电流给定i^* _{o_dm}进行作差运算，得到差模电流误差后输入至差模控制器；根据预设差模电容电流反馈系数K_{cf_dm}可以得到差模电流增益值K_{cf_dm}×i_{cf_dm}；差模控制器的输出值与差模电流增益值再次进行作差运算，得到差模电压给定值u^* _dm。其中，预设差模电容电流反馈系数K_{cf_dm}和负载差模电流给定i^* _{o_dm}可以提前根据需要在解耦控制器中进行预设。

步骤f，根据共模电流反馈值确定共模电压给定值u^* _cm；

共模电流反馈值包括负载共模电流i_{cf_cm}和负载共模电流i_{o_cm}，首先将负载共模电流i_{o_cm}与负载共模电流给定i^* _{o_cm}进行作差运算，得到共模电流误差后输入至第一控制器；根据预设共模电容电流反馈系数K_{cf_cm}可以得到共模电流增益值K_{cf_cm}×i_{cf_cm}；第一控制器的输出值与共模电流增益值再次进行作差运算，得到共模电压给定值u^* _cm。其中，预设共模电容电流反馈系数K_{cf_cm}和负载共模电流给定i^* _{o_cm}可以提前根据需要在解耦控制器中进行预设，通常情况下负载共模电流i^* _{o_cm}给定为0。

共模电压给定值u^* _cm和差模电压给定值u^* _dm确定电压u^* _n和u^* _p。

进一步的，控制功率变换电路包括第一桥臂和第二桥臂；步骤S30，根据共模电压给定值和差模电压给定值确定用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压的细化步骤包括：

步骤g，将共模电压给定值和差模电压给定值输入至第一桥臂解耦算法进行计算，得到第一桥臂控制电压u^* _p；

解耦控制器中还包括解耦矩阵，解耦矩阵中预设有第一桥臂解耦算法，通过将差模电压给定值u^* _dm输入至第一桥臂解耦算法，即可确定出第一桥臂控制电压u^* _p。第一桥臂解耦算法可以为：

其中，u^* _p表示第一桥臂控制电压，u^* _dm表示差模电压给定值，u^* _cm表示共模电压给定值。

步骤h，将共模电压给定值和差模电压给定值输入至第二电压解耦算法进行计算，得到第二桥臂控制电压u^* _n。第二桥臂解耦算法可以为：

其中，u^* _n表示第二桥臂控制电压，u^* _dm表示差模控制电压，u^* _cm表示共模控制电压。

控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，步骤S40，根据桥臂控制电压确定控制信号，控制信号用于控制功率变换电路中的多个开关器件的细化步骤包括：

步骤i，根据第一桥臂控制电压u^* _p确定控制第一桥臂的第一控制信号。

第一控制信号包括控制第一桥臂中两个开关管的信号vg1和vg3，解耦控制器中的差模PWM调制模块中预设有固定频率的三角波，当第一桥臂控制电压u^* _p大于三角波峰峰值时，输出的控制信号vg1为高电平、vg3为低电平，当u^* _p小于三角波时，vg3为高电平、vg1为低电平，从而对第一桥臂中两个开关管进行控制。

步骤j，根据第二桥臂控制电压u^* _n确定控制第二桥臂的第二控制信号。

第二控制信号包括控制第二桥臂中两个开关管的信号vg2和vg4，当电压u^* _n大于三角波时，输出的控制信号vg2为高电平、vg4为低电平，小于三角波时，vg4为高电平、vg2为低电平。其中vg2和vg4在插入死区时间前为互补导通信号。从而实现对第二桥臂中两个开关管进行控制。

本实施例提供了一种功率变换电路的反馈电流的解耦控制策略，引入了解耦出的共模电流反馈值和差模电流反馈值，从而增加了系统阻尼，与现有技术相比，改善了带有LC滤波器的功率变换器的振荡问题，提升了系统的稳定性。

本发明还提出一种功率变换装置，功率变换装置包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，存储器包括若干指令用以使得功率变换装置执行本发明各个实施例的方法。

本发明还提供一种变流器，该变流器包括解耦控制器，解耦控制器的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的变流器采用了上述解耦控制器的技术方案，因此该变流器具有上述解耦控制器所有的有益效果。

以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种解耦控制器，其特征在于，所述解耦控制器包括：

电流解耦模块，所述电流解耦模块响应于输入端接收的功率变换电路的反馈电流，确定共模电流反馈值和差模电流反馈值；

共模控制模块，所述共模控制模块的输入端与所述电流解耦模块的输出端连接，用于根据所述共模电流反馈值确定共模电压给定值；

差模控制模块，所述差模控制模块的输入端与所述电流解耦模块的输出端连接，用于根据所述差模电流反馈值确定差模电压给定值；

电压解耦模块，所述电压解耦模块的输入端分别与所述共模控制模块的输出端和所述差模控制模块的输出端连接，用于根据所述共模电压给定值和所述差模电压给定值确定用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压；

调制模块，所述调制模块的输入端与所述电压解耦模块的输出端连接，输出端用于连接功率变换电路；所述调制模块用于根据所述桥臂控制电压确定控制信号，所述控制信号用于控制功率变换电路。

2.如权利要求1的解耦控制器，其特征在于，功率变换电路中多个开关器件组成第一桥臂和第二桥臂；所述功率变换电路的反馈电流包括第一桥臂输出至负载的第一负载输出电流、第二桥臂输出至负载的第二负载输出电流以及共模电容的电流反馈值、差模电容的电流反馈值；所述共模电流反馈值包括共模电容电流和负载共模电流，所述差模电流反馈值包括差模电容电流和负载差模电流；

所述电流解耦模块用于根据所述共模电容的电流反馈值确定共模电容电流；根据所述共模电容的电流反馈值和所述差模电容的电流反馈值确定所述差模电容电流；

所述电流解耦模块还用于根据所述第一负载输出电流和所述第二负载输出电流之和确定所述负载共模电流；根据所述第一负载输出电流和所述第二负载输出电流之差确定所述负载差模电流。

3.如权利要求2的解耦控制器，其特征在于，所述共模控制模块包括共模控制单元和第一电压运算单元；所述共模控制单元的输入端为所述共模控制模块的第一输入端，用于接收所述负载共模电流；所述共模控制单元的输出端与所述第一电压运算单元的第一输入端连接；所述第一电压运算单元的第二输入端为所述共模控制模块的第二输入端，用于接收所述共模电容电流；所述第一电压运算单元的输出端为所述共模控制模块的输出端；

所述共模控制单元用于根据所述负载共模电流确定共模电压控制量；

所述第一电压运算单元用于根据所述共模电压控制量和所述共模电容电流确定共模电压给定值；

所述差模控制模块包括差模控制单元和第二电压运算单元；所述差模控制单元的输入端为所述差模控制模块的第一输入端，用于接收所述负载差模电流；所述差模控制单元的输出端与所述第二电压运算单元的第一输入端连接；所述第二电压运算单元的第二输入端为所述差模控制模块的第二输入端，用于接收所述差模电容电流；所述第二电压运算单元的输出端为所述差模控制模块的输出端；

所述差模控制单元用于根据所述负载差模电流确定差模电压控制量；

所述第二电压运算单元用于根据所述差模电压控制量和所述差模电容电流确定差模电压给定值。

4.如权利要求1的解耦控制器，其特征在于，所述调制模块包括第一调制模块和第二调制模块；所述桥臂控制电压包括用于对应控制功率变换电路中第一桥臂和第二桥臂的第一桥臂控制电压和第二桥臂控制电压；

所述第一调制模块，用于根据所述第一桥臂控制电压确定控制所述第一桥臂的第一控制信号；

所述第二调制模块，用于根据所述第二桥臂控制电压确定控制第二桥臂的第二控制信号。

5.一种解耦控制方法，其特征在于，包括：

根据功率变换电路的反馈电流确定共模电流反馈值和差模电流反馈值；

根据所述共模电流反馈值确定共模电压给定值，根据所述差模电流反馈值确定差模电压给定值；

根据所述共模电压给定值和所述差模电压给定值确定用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压；

根据所述桥臂控制电压确定控制信号，所述控制信号用于控制功率变换电路中的多个开关器件。

6.如权利要求5的解耦控制方法，其特征在于，所述共模电流反馈值包括共模电容电流和负载共模电流，所述差模电流反馈值包括差模电容电流和负载差模电流；功率变换电路的反馈电流包括共模电容的电流反馈值、差模电容的电流反馈值；所述根据功率变换电路的反馈电流确定共模电流反馈值和差模电流反馈值的步骤包括：

将所述共模电容的电流反馈值输入至共模电流解耦算法进行计算，得到共模电容电流；

将所述共模电容的电流反馈值和差模电容的电流反馈值输入至差模电流解耦算法进行计算，得到差模电容电流。

7.如权利要求6的解耦控制方法，其特征在于，功率变换电路中多个开关器件组成第一桥臂和第二桥臂；所述功率变换电路的反馈电流还包括第一桥臂输出至负载的第一负载输出电流和第二桥臂输出至负载的第二负载输出电流；所述根据功率变换电路的反馈电流确定共模电流反馈值和差模电流反馈值的步骤还包括：

将所述第一负载输出电流和所述第二负载输出电流输入至负载差模解耦算法进行计算，得到负载差模电流；

将所述第一负载输出电流和所述第二负载输出电流输入至负载共模解耦算法进行计算，得到负载共模电流。

8.如权利要求5的解耦控制方法，其特征在于，控制功率变换电路包括第一桥臂和第二桥臂；所述根据共模电压给定值和差模电压给定值确定用于控制功率变换电路中各桥臂的桥臂控制电压的步骤包括：

将所述共模电压给定值和所述差模电压给定值输入至第一电压解耦算法进行计算，得到第一桥臂控制电压；

将所述共模电压给定值和所述差模电压给定值输入至第二电压解耦算法进行计算，得到第二桥臂控制电压。

9.一种功率变换装置，其特征在于，所述功率变换装置包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求5至8中任一项所述的解耦控制方法的步骤。

10.一种电机驱动器，其特征在于，包括功率变换器和解耦控制器，所述解耦控制器用于控制所述功率变换器中的多个开关器件；所述解耦控制器被配置为如权利要求1至4中任一项所述的解耦控制器。

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