CN117439493A - 一种逆变器的死区时间补偿方法和永磁同步电机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种逆变器的死区时间的补偿方法和永磁同步电机系统，逆变器的死区时间的补偿方法包括：获取逆变器驱动的负载上实时的负载电流；根据负载电流与开关管的开通时间和关断时间的对应关系确定开关管的开通时间和关断时间；根据开关管的开通时间、关断时间、PWM控制信号的死区时间、逆变器的二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压来确定死区补偿时间；其中PWM控制信号用于控制开关管的状态；根据负载电流的极性，将死区补偿时间补偿到PWM控制信号的波形中。本发明实施例能够有效抑制电机电流在运行过程中产生的高次谐波分量，有助于提升EPS系统助力在低速运行过程中的平稳性。

Description

一种逆变器的死区时间补偿方法和永磁同步电机系统
技术领域
本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种逆变器的死区时间补偿方法和永磁同步电机系统。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)是汽车电动助力转向(Electric Power Steering,EPS)系统的重要执行机构。通常，采用定向磁场控制(Field Oriented Control,FOC)策略，完成PMSM的电流控制，并使其输出相应的电磁转矩，为EPS系统提供相应的助力。
然而，逆变器的死区时间加剧了电机电流中高频谐波分量的幅值，并引发相应的电磁转矩波动，致使EPS系统存在助力不平稳的问题。因此，在控制过程中，需要对逆变器死区时间引发的死区效应进行补偿，减小电机电流中高频谐波分量的幅值，从而改善EPS系统的助力性能。
发明内容
本发明提供了一种逆变器的死区时间补偿方法和永磁同步电机系统，能够有效抑制电机电流在运行过程中产生的高次谐波分量，有助于提升EPS系统助力在低速运行过程中的平稳性。
第一方面，本发明提供了一种逆变器的死区时间的补偿方法，逆变器包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均包括开关管和开关管反并联的二极管；逆变器的死区时间的补偿方法包括：获取逆变器驱动的负载上实时的负载电流；根据负载电流与开关管的开通时间和关断时间的对应关系确定开关管的开通时间和关断时间；根据开关管的开通时间、关断时间、PWM控制信号的死区时间、逆变器的二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压来确定死区补偿时间；其中PWM控制信号用于控制开关管的状态；根据负载电流的极性，将死区补偿时间补偿到PWM控制信号的波形中。
第二方面，本发明提供了一种永磁同步电机系统，永磁同步电机系统包括控制器和逆变器，控制器用于执行第一方面提供的逆变器的死区时间补偿方法。
本发明实施例的技术方案，针对逆变器中死区效应产生的电压和电流畸变问题，提供了一种逆变器死区时间补偿方法，除死区时间外，还考虑了开关管的开通时间和关断时间，由于现有的一些死区时间补偿方法，将开关管的开关过程等效为电容的充放电过程，通过计算电容的充放电时间来得到开关管的开通及关断时间，并据此确定死区补偿的时间。然而，这种方法仅适合于电流较小(例如：电流小于2A)的应用场景，当电流较大时(例如：电流大于5A)，开关管的开关过程就不能等效为电容的充放电过程，因此本发明实施例根据负载电流与开关管的开通时间和关断时间的对应关系实时确定开关管的开通时间和关断时间，可以获得更准确的开关管的开通时间和关断时间，根据实时计算的开关管的开关时间(包括开通时间和关断时间)、实时获取的PWM控制信号的死区时间、逆变器的二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压来确定死区补偿时间；根据负载电流的极性，将死区补偿时间补偿到PWM控制信号的波形中，在时域上改善了电机相电流及q轴电流波形；在频域上有效抑制了电流中的高次谐波分量，并降低了相电流波形的总谐波失真值，有助于提升EPS系统助力在低速运行过程中的平稳性。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。
图1是本发明的提供的一种驱动三相电机的逆变器的电路原理图；
图2是本发明实施例提供的一种逆变器的死区时间的补偿方法；
图3是理想状态下逆变器的负载电流为正时PWM控制信号和桥臂中点到地的输出电压波形图；
图4是理想状态下与实际工作状态下逆变器的负载电流为正时PWM控制信号和桥臂中点的输出电压波形图；
图5是理想状态下与实际工作状态下逆变器的负载电流为负时PWM控制信号和桥臂中点的输出电压波形图；
图6是本发明实施例提供的一种电机相电压在ABC坐标系下的时域波形图；
图7是本发明实施例提供的一种电机相电压在αβ坐标系下的时域波形图；
图8是本发明实施例提供的又一种逆变器的死区时间补偿方法的流程图；
图9和图10是本发明实施例提供的一种多脉冲测试原理图；
图11和图12是本发明实施例提供的又一种多脉冲测试原理图；
图13是本发明实施例提供的又一种逆变器的死区时间补偿方法的流程图；
图14是本发明实施例提供的又一种逆变器的死区时间补偿方法的流程图；
图15是本发明提供的一种电机转速为10rad/s时有补偿和无补偿的相电流波形图；
图16是本发明提供的又一种电机转速为10rad/s时有补偿和无补偿的相电流波形图；
图17是本发明提供的又一种电机转速为10rad/s时有补偿和无补偿的相电流波形图；
图18是本发明提供的又一种电机转速为10rad/s时有补偿和无补偿的相电流波形图；
图19是电机q轴电流时域波形图；
图20是电机q轴电流频谱图；
图21是本发明实施例提供的一种死区时间补偿方法对于总谐波失真的抑制效果图；
图22是本发明实施例提供的又一种死区时间补偿方法对于总谐波失真的抑制效果图；
图23是本发明实施例提供的又一种死区时间补偿方法对于总谐波失真的抑制效果图；
图24是本发明提供的一种死区时间补偿方法对于q轴电流六次谐波的抑制效果图；
图25是本发明提供的又一种死区时间补偿方法对于q轴电流六次谐波的抑制效果图；
图26是本发明提供的又一种死区时间补偿方法对于q轴电流六次谐波的抑制效果图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是本发明的提供的一种驱动三相电机的逆变器的电路原理图。
如图1所示，逆变器包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均包括开关管和开关管反并联的二极管；其中，逆变器包括构成三条支路的第一组桥臂、第二组桥臂和第三组桥臂；第一组桥臂包括第一上桥臂和第一下桥臂，第一上桥臂包括第一开关管M1，第一下桥臂包括第四开关管M4；第二组桥臂包括第二上桥臂和第二下桥臂，第二上桥臂包括第二开关管M2，第二下桥臂包括第五开关管M5；第三组桥臂包括第三上桥臂和第三下桥臂，第三上桥臂包括第三开关管M3，第三下桥臂包括第六开关管M6。图中a点、b点和c点代表三相桥臂的中点；g点表示逆变器的接地端，s点代表三相电机的中心点。
在理想状态下，上桥臂和下桥臂的控制信号满足互补通断原则，即上桥臂开通时，下桥臂关断，反之亦然。
如图1所示，通常为了避免电源直通，每个桥臂的上下两开关管的驱动信号为互补信号。然而，开关管的开关往往伴随寄生电容的充放电，因此开关是一个过程，且开关所需要的时间不同，如此容易出现其中一个开关管未完全关断，同桥臂的另一个开关管已经开启的情况，即电源短路的风险。针对此问题设置了驱动信号的死区时间Td，在互补信号中开通信号会延时死区时间Td作用，关断信号正常作用。由于死区时间的加入会导致逆变器输出的幅值和相位产生误差，称为死区效应。死区效应导致了严重的逆变器非线性，为了使在线性控制器系统中得到更好的效果，需进行逆变器有效的死区补偿。
基于上述问题，本发明实施例提供了一种基于开关管开关特性的逆变器死区效应动态补偿方法，用于解决EPS系统中因逆变器死区效应所导致的助力不平稳的问题。图2是本发明实施例提供的一种逆变器的死区时间的补偿方法，本实施例的补偿方法可以由逆变器的控制器来执行，该控制器可以采用软件和/或硬件的方式实现，并可集成在永磁同步电机系统车上。参考图2，逆变器的死区时间的补偿方法包括：
S201、获取逆变器驱动的负载上实时的负载电流。
其中，负载可以为永磁同步电机，还可以为感应电机。
在一些实施例中，可以通过电流检测装置(如电流传感器)实时测量逆变器驱动的负载上实时的负载电流，并将测量的负载电流传输至控制器。
S202、根据负载电流与开关管的开通时间和关断时间的对应关系确定开关管的开通时间和关断时间。
可选地，可以经过多次多脉冲试验得到负载电流与开关管的开通时间和关断时间的对应关系，并将其存储在控制器中。
S203、根据开关管的开通时间、关断时间、PWM控制信号的死区时间、逆变器的二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压来确定死区补偿时间。
具体的，控制器根据预先设置的死区补偿时间与开关管的开通时间、关断时间、PWM控制信号的死区时间、逆变器的二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压的函数关系确定死区补偿时间。
S204、根据负载电流的极性，将死区补偿时间补偿到PWM控制信号的波形中。
可选地，控制器通过电流传感器检测的负载电流的大小确定负载电流的极性；根据三相电流(即负载电流)的极性和死区补偿时间，将PWM控制信号的波形中的上升沿提前或延后，使得逆变器的输出电压矢量达到预设的期望值，其中PWM控制信号用于控制逆变器的桥臂中开关管的状态。
可选地，根据三相电流的极性，将死区补偿时间补偿到PWM控制信号的波形中高电平作用的时间。
本发明实施例的技术方案，针对逆变器中死区效应产生的电压和电流畸变问题，提供了一种逆变器死区时间补偿方法，除死区时间外，还考虑了开关管的开通时间和关断时间，由于现有的一些死区时间补偿方法，将开关管的开关过程等效为电容的充放电过程，通过计算电容的充放电时间来得到开关管的开通及关断时间，并据此确定死区补偿的时间。然而，这种方法仅适合于电流较小(例如：电流小于2A)的应用场景，当电流较大时(例如：电流大于5A)，开关管的开关过程就不能等效为电容的充放电过程，因此本发明实施例根据负载电流与开关管的开通时间和关断时间的对应关系实时确定开关管的开通时间和关断时间，可以获得更准确的开关管的开通时间和关断时间，根据实时计算的开关管的开关时间(包括开通时间和关断时间)、实时获取的PWM控制信号的死区时间、逆变器的二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压来确定死区补偿时间；根据负载电流的极性，将死区补偿时间补偿到PWM控制信号的波形中，在时域上改善了电机相电流及q轴电流波形；在频域上有效抑制了电流中的高次谐波分量，并降低了相电流波形的总谐波失真值，有助于提升EPS系统助力在低速运行过程中的平稳性。
继续参考图1，Cbulk为直流母线电容，Vdc为直流电源电压，ias、ibs和ics为电机三相电流。选取图1中电机A相进行研究，规定电流从逆变器流向电机为参考方向的正方向，则电流从逆变器流向电机时负载电流为正，电流从电机流向逆变器时负载电流为负。图3是理想状态下逆变器的负载电流为正时PWM控制信号和桥臂中点到地的输出电压波形图。A1+、A1-分别表示第一开关管M1和第四开关管M4理想的脉冲宽度调制(Pulse-Width modulation，PWM)控制信号，A1+和A1-成互补关系，与A1+和A1-的PWM控制信号对应的桥臂中点的输出波形如Vag。其中：Ts为1/2开关周期，T1为第一开关管M1开通和第四开关管M4关断时刻，T2为第一开关管M1关断和第四开关管M4开通时刻，PWM控制信号用于控制开关管的状态，逆变器采用空间矢量脉宽调制SVPWM来产生PWM控制信号。
根据图3可得，电机A相对“地”的电压在一个完整开关周期内的平均值为：
其中，Vag表示a点到g点之间的电压，Vdc为逆变器接入的直流电源电压，Ta表示第一组桥臂中的开关管的导通时间，Ts为1/2开关周期。
同理可得：
其中，Ta,b,c＝T2-T1，Vbg表示b点到g点之间的电压，Vcg表示c点到g点之间的电压，Tb表示第二组桥臂中的开关管的导通时间，Tc表示第三组桥臂中的开关管的导通时间。
根据图1可知：逆变器桥臂中点(a点、b点、c点)对电机三相绕组中性点(s)的电压Vas、Vbs和Vcs为：
根据电机相关理论可知，对于三相对称的负载有：
Vas+Vbs+Vcs＝0 (4)
因此，联立式(1)～式(4)可得：
在控制过程中，为了防止逆变器的上桥臂与下桥臂发生直通，引发系统短路等严重故障，需要插入一定的死区时间，即第四开关管M4关断死区时间Td后方能允许第一开关管M1开通。图4是理想状态下与实际工作状态下逆变器的负载电流为正时PWM控制信号和桥臂中点的输出电压波形图。图5是理想状态下与实际工作状态下逆变器的负载电流为负时PWM控制信号和桥臂中点的输出电压波形图。
结合图4和图5，A1+、A1-分别表示第一开关管M1和第四开关管M4为未设置死区时的理想PWM控制信号，A2+、A2-分别表示考虑第一开关管M1和第四开关管M4开通延时和关断延时的PWM控制信号，Vag(real)表示实际的桥臂中点到地的输出电压波形，Vag(equivalent)表示桥臂中点到地的输出电压的等效波形。Vag实际波形中包括了上升及下降过程，增大了分析计算的难度。为了简化分析计算过程，对Vag(real)进行了一定的简化，得到相应的Vag(equivalent)。
Ts为1/2开关周期，T1为第一开关管M1开通和第四开关管M4关断时刻，T2为第一开关管M1关断和第四开关管M4开通时刻，Td表示死区时间，Tcom表示死区补偿时间，Ton表示开关管的开通时间，Toff表示开关管的关断时间。
当A相负载电流ias大于0，逆变器工作状态为“10”(即第一开关管M1开通、第四开关管M4关断)时，a点到g点的输出电压Vag为直流电源电压Vdc与第四开关管M4导通电压之差；逆变器工作状态为“00”(即第一开关管M1和第四开关管M4均关断)时，逆变器进入死区，此时，a点到g点输出电压Vag为第四开关管M4的反并联二极管的导通电压；逆变器工作状态为“01”(即第一开关管M1关断、第四开关管M4开通)时，a点到g点的输出电压Vag为第四开关管导通电压。因此根据伏秒等效原理，由图4可知，逆变器a点到g点的输出电压Vag在整个开关周期的平均电压为：
其中，Ta表示第一组桥臂中的开关管的导通时间，Ts为1/2开关周期，Td表示PWM控制信号的死区时间，Ton、Toff分别表示开关管的开通时间和关断时间，Tcom表示死区补偿时间，ias表示A相输出电流(即A相负载电流)，Rds为开关管的导通电阻，Rd为逆变器二极管导通电阻，Vdo表示二极管的导通阈值电压。
当A相负载电流ias小于0，逆变器工作状态为“10”(即第一开关管M1开通和第四开关管M4关断)时，a点到g点的输出电压Vag为直流电源电压Vdc与第一开关管M1导通电压之和；逆变器工作状态为“00”(即第一开关管M1和第四开关管M4均关断)时，逆变器进入死区，a点到g点的输出电压Vag为直流电源电压Vdc与第四开关管M4反并联的二极管的导通电压之和；逆变器工作状态为“01”(即第一开关管M1关断和第四开关管M4导通)时，a点到g点的输出电压Vag为第四开关管M4导通电压。因此，根据伏秒等效原理，由图5可知，逆变器a点对地电压在一个完整开关周期内的平均值Vag为：
综上所述，可得到逆变器a点对地电压Vag的通用表达式为：
其中sign函数的定义为：
同理可得逆变器b点对地电压在一个完整开关周期内的平均值Vbg：
其中，Tb表示第二组桥臂中的开关管的导通时间，Ts为1/2开关周期，Td表示PWM控制信号的死区时间，Ton、Toff分别表示开关管的开通时间和关断时间，Tcom表示死区补偿时间，ibs表示B相输出电流(即B相负载电流)，Rds为开关管的导通电阻，Rd为逆变器二极管导通电阻，Vdo表示二极管的导通阈值电压。
逆变器c点对地电压在一个完整开关周期内的平均值Vcg：
其中，Tc表示第三组桥臂中的开关管的导通时间，Ts为1/2开关周期，Td表示PWM控制信号的死区时间，Ton、Toff分别表示开关管的开通时间和关断时间，Tcom表示死区补偿时间，ics表示C相输出电流(即C相负载电流)，Rds为开关管的导通电阻，Rd为逆变器二极管导通电阻，Vdo表示二极管的导通阈值电压。
因此，根据式(3)、(4)、(8)、(10)和(11)可得：
其中，M＝Tcom-Td-Ton+Toff；
联立式(3)与式(12)可得：
其中，
在式(13)中，由于(Rds-Rd)的值趋近于0，可忽略其影响，Rds*ias在完成Clarke及Park变换后，将转化为直流分量，故不予分析。为电机在理想情况下的电机A相电压。因此，逆变器死区效应对电机A相电压的影响可归咎于A相失真电压Va's。同理可得：
其中，
其中，Vb's表示B相失真电压，Vc's表示C相失真电压。
因此，根据式(14)可得到电机相电压在ABC坐标系下的时域波形，如图6所示。对式(14)进行Clarke变换后可得电机相电压在αβ坐标系下的表达式为：
其中，T表示失真电压信号的周期，v'α表示在αβ坐标系下α轴的A相电机电压分量，v'β表示在αβ坐标系下β轴的A相电机电压分量。
根据式(15)和式(16)可得到电机相电压在αβ坐标系下的时域波形，如图7所示。将式(15)、(16)用傅里叶级数展开后可得：
其中，ωe表示电机的角频率，ak表示傅里叶变换中每一项斜波的幅值。
对式(19)、(20)进行Park变换后可得电机相电压在dq坐标系下的表达式为：
其中，v'q表示在dq坐标系下q轴的A相电压分量，v'd表示在dq坐标系下d轴的A相电压分量，ωe表示电机的角频率。
进一步可得到电机在dq坐标系下电流的表达式为：
其中，i'q表示在dq坐标系下q轴的A相电流分量，i'd表示在dq坐标系下d轴的A相电流分量，Zk及φk表示电机在k(＝6,12,...)次谐波下的阻抗幅值及相角。
显然，电机的dq轴电流中包含了大量的高次谐波。这些高次谐波将转化为相应的力矩波动，影响EPS系统的助力效果，尤其是在电机运行于低转速的情况下。根据前述推导过程可知：变量ΔV是引发电机电流产生高次谐波的根本原因。因此，逆变器死区补偿的核心工作在于消除变量ΔV的影响，即令ΔV＝0。于是可得到死区补偿时间的表达式为：
其中，Td表示PWM控制信号的死区时间，Ton、Toff分别表示开关管的开通时间和关断时间，Vdo为逆变器二极管的压降，Vdc为逆变器接入的直流电源电压。
图8是本发明实施例提供的又一种逆变器的死区时间补偿方法的流程图，如图8所示，该逆变器的死区时间的补偿方法包括：
S201、获取逆变器驱动的负载上实时的负载电流。
S2021、采用第一PWM控制信号控制第一开关管开通或关断、采用第二PWM控制信号控制第四开关管开通或关断，控制第二开关管和第三开关管关断，控制第五开关管和第六开关管开通，以获取第一开关管的开通时间和关断时间，并测量正向负载电流。
图9和图10是本发明实施例提供的一种多脉冲测试原理图，结合图1、图9和图10，其中，图9中的第一等效电阻RB是第五开关管M5的等效电阻，第二等效电阻RC是第六开关管M6的等效电阻，由于第一等效电阻RB和第二等效电阻RC的阻值很小，因此可近似为0，图10是将第一等效电阻RB和第二等效电阻RC近似为0，并将电机等效为负载电阻RL和负载电感Lload的原理图。
其中，多脉冲测试指的是输出多个周期的PWM信号让一个开关管反复开通关断的过程。第一PWM控制信号和第二PWM控制信号为互补的数字信号。也就是说，当第一开关管M1开通时，第四开关管M4关断；当第一开关管M1关断时，第四开关管M4开通。当电流由逆变器桥臂中点流入负载时，负载电流方向为正；当电流由负载流入逆变器桥臂中点时，负载电流方向为负。
采用第一PWM控制信号控制第一开关管M1开通或关断、采用第二PWM控制信号控制第四开关管M4开通或关断，控制第二开关管M2和第三开关管M3关断，控制第五开关管M5和第六开关管M6开通，此时由图10可知电机的两端等效接在了第四开关管M4两端，由于第一开关管M1没有与任何器件相连所以这时就可以通过示波器测量第一开关管M1的栅极源极电压波形和漏极源极电压波形，以得到第一开关管M1的开关特性。
具体的，通过示波器测量第一开关管M1的栅极源极电压波形和漏极源极电压波形，并结合场效应管的开关过程机理可得到第一开关管M1的开通时间和关断时间，并通过电流传感器测量此时正向负载电流的大小。
S2022、根据获取到的第一开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的正向负载电流得到正向负载电流与逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第一对应关系。
可选的，根据获取到的第一开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的正向负载电流，采用曲线拟合的方式得到正向负载电流与逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第一对应关系。
S2023、采用第一PWM控制信号控制第一开关管导通或关断、采用第二PWM控制信号控制第四开关管导通或关断，控制第二开关管和第三开关管开通，控制第五开关管和第六开关管关断，以获取第四开关管的开通时间和关断时间，并测量负向负载电流。
图11和图12是本发明实施例提供的又一种多脉冲测试原理图，结合图11和图12，其中，图11中的第三等效电阻RB1是第二开关管M2的等效电阻，第四等效电阻RC1是第三开关管M3的等效电阻，由于第三等效电阻RB1和第四等效电阻RC1的阻值很小，因此可近似为0，图12是将第三等效电阻RB1和第四等效电阻RC1近似为0，并将电机等效为负载电阻RL和负载电感Lload的原理图。
采用第一PWM控制信号控制第一开关管M1导通或关断、采用第二PWM控制信号控制第四开关管M4导通或关断，控制第二开关管M2和第三开关管M3开通，控制第五开关管M5和第六开关管M6关断，以获取第四开关管M4的开通时间和关断时间，并测量负向负载电流。此时由图12可知电机的两端等效接在了第一开关管M1两端，由于此时第四开关管M4没有与任何器件相连所以这时就可以通过示波器测量第四开关管M4的栅极源极电压波形和漏极源极电压波形，以得到第四开关管M4的开关特性。
具体的，通过示波器测量第四开关管M4的栅极源极电压波形和漏极源极电压波形，并结合场效应管的开关过程机理可得到第四开关管M4的开通时间和关断时间，并通过电流传感器测量此时负向负载电流的大小。
S2024、根据获取到的第四开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的负向负载电流得到负向负载电流与逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第二对应关系。
可选地，根据获取到的第四开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的负向负载电流，采用曲线拟合的方式得到负向负载电流与逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第二对应关系。
S2025、根据第一对应关系和第二对应关系确定开关管的开通时间和关断时间。
具体的，控制器实时获取逆变器驱动的负载上的负载电流，根据负载电流与开关管的开通时间和关断时间的第一对应关系和第二对应关系确定开关管的开通时间和关断时间。第一对应关系和第二对应关系如表1所示。
其中，开关管的开通时间Ton和关断时间Toff可进一步表示为：
Ton_delay为开通延迟时间，Ton_transient为开通上升时间，Toff_delay为关断延迟时间，Toff_transient为关断下降时间。
表1开关管的开关时间测量结果
可理解的是，由于开通延迟时间、开通上升时间、关断延迟时间以及关断下降时间与开关管的开关特性密切相关，同时，上述参数的取值会随电机负载电流的变化而变化，因此不同负载电流对应不同的开通延迟时间、开通上升时间、关断延迟时间以及关断下降时间，不同类型的开关管的开通延迟时间、开通上升时间、关断延迟时间以及关断下降时间也不同。表1仅示例性的给出了一种第一对应关系和第二对应关系，其他根据本发明实施例提供的死区时间补偿方法得到的第一对应关系和第二对应关系均在本发明的保护范围内。
S203、根据开关管的开通时间、关断时间、PWM控制信号的死区时间、逆变器二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压来确定死区补偿时间。
S204、根据负载电流的极性，将死区补偿时间补偿到PWM控制信号的波形中。
图13是本发明实施例提供的又一种逆变器的死区时间补偿方法的流程图，如图13所示，该逆变器的死区时间的补偿方法包括：
S201、获取逆变器驱动的负载上实时的负载电流；
S202、根据负载电流与开关管的开通时间和关断时间的对应关系确定开关管的开通时间和关断时间；
S203、根据开关管的开通时间、关断时间、PWM控制信号的死区时间、逆变器二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压来确定死区补偿时间；
S2041、通过电流传感器检测的负载电流确定负载电流的极性。
具体的，在电机运行过程中，控制器通过电流传感器获取电机ABC三相电流，并据此判断电流的极性。示例性的，当电流值大于或等于0时，认为电流极性为正；当电流值小于0时，认为电流极性为负。
S2042、根据对应相的负载电流的极性，调整相对应的桥臂中开关管的PWM控制信号的占空比进行死区时间补偿。
若相的负载电流极性为正，将相对应的上桥臂中开关管的PWM控制信号的上升沿提前二分之一的死区补偿时间，将相对应的上桥臂中开关管的PWM控制信号的下降沿延时二分之一的死区补偿时间；
若相的负载电流极性为负，将相对应的上桥臂中开关管的PWM控制信号的上升沿延时二分之一的死区补偿时间，将相对应的上桥臂中开关管的PWM控制信号的下降沿提前二分之一的死区补偿时间。
示例性的，若A相的负载电流极性为正，则将第一开关管的PWM控制信号的上升沿提前二分之一的死区补偿时间，将第一开关管的PWM控制信号的下降沿延时二分之一的死区补偿时间；若A相的负载电流极性为负，则将第一开关管的PWM控制信号的上升沿延时二分之一的死区补偿时间，将第一开关管的PWM控制信号的下降沿提前二分之一的死区补偿时间。
图14是本发明实施例提供的又一种逆变器的死区时间补偿方法的流程图，如图14所示，该逆变器的死区时间的补偿方法包括：
S201、获取逆变器驱动的负载上实时的负载电流；
S2021、采用第一PWM控制信号控制第一开关管开通或关断、采用第二PWM控制信号控制第四开关管开通或关断，控制第二开关管和第三开关管关断，控制第五开关管和第六开关管开通，以获取第一开关管的开通时间和关断时间，并测量正向负载电流；
S2022、根据获取到的第一开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的正向负载电流得到正向负载电流与逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第一对应关系；
S2023、采用第一PWM控制信号控制第一开关管导通或关断、采用第二PWM控制信号控制第四开关管导通或关断，控制第二开关管和第三开关管开通，控制第五开关管和第六开关管关断，以获取第四开关管的开通时间和关断时间，并测量负向负载电流；
S2024、根据获取到的第四开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的负向负载电流得到负向负载电流与逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第二对应关系；
S203、根据开关管的开通时间、关断时间、PWM控制信号的死区时间、逆变器二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压来确定死区补偿时间；
S2041、通过电流传感器检测的负载电流确定负载电流的极性。
S2042、根据对应相的负载电流的极性，调整相对应的桥臂中开关管的PWM控制信号的占空比进行死区时间补偿。
图15是本发明提供的一种电机转速为10rad/s时有补偿和无补偿的相电流波形图。图16是本发明提供的又一种电机转速为10rad/s时有补偿和无补偿的相电流波形图。图17是本发明提供的又一种电机转速为10rad/s时有补偿和无补偿的相电流波形图。图18是本发明提供的又一种电机转速为10rad/s时有补偿和无补偿的相电流波形图。其中，图15、图16、图17和图18中电机的负载电流分别为10A，20A，40A，80A。
图19是电机q轴电流时域波形图，图20是电机q轴电流频谱图。图21是本发明实施例提供的一种死区时间补偿方法对于总谐波失真的抑制效果图，图22是本发明实施例提供的又一种死区时间补偿方法对于总谐波失真的抑制效果图，图23是本发明实施例提供的又一种死区时间补偿方法对于总谐波失真的抑制效果图，其中，图21、图22和图23中电机转速分别为：10rad/s，30rad/s，50rad/s。图24是本发明提供的一种死区时间补偿方法对于q轴电流六次谐波的抑制效果图，图25是本发明提供的又一种死区时间补偿方法对于q轴电流六次谐波的抑制效果图，图26是本发明提供的又一种死区时间补偿方法对于q轴电流六次谐波的抑制效果图，其中，图24、图25和图26中电机转速分别为：10rad/s，30rad/s，50rad/s。
本发明实施例还提供了一种永磁同步电机系统，永磁同步电机系统包括控制器和逆变器，控制器用于执行上述任意实施例提供的逆变器的死区时间补偿方法，具备本发明上述任意实施例的逆变器的死区时间补偿方法的有益效果。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种逆变器的死区时间的补偿方法，其特征在于，所述逆变器包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括开关管和所述开关管反并联的二极管；
所述逆变器的死区时间的补偿方法包括：
获取所述逆变器驱动的负载上实时的负载电流；
根据所述负载电流与所述开关管的开通时间和关断时间的对应关系确定所述开关管的开通时间和关断时间；
根据所述开关管的开通时间、关断时间、PWM控制信号的死区时间、逆变器的二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压来确定死区补偿时间；其中所述PWM控制信号用于控制所述开关管的状态；
根据所述负载电流的极性，将所述死区补偿时间补偿到所述PWM控制信号的波形中。
2.根据权利要求1所述的逆变器的死区时间的补偿方法，其特征在于，在所述根据获取到的所述开关管的开通时间和关断时间、PWM控制信号的死区时间、逆变器二极管的压降以及逆变器接入的直流电源电压来确定死区补偿时间的步骤中，所述死区补偿时间Tcom的计算公式为：
其中，Td表示PWM控制信号的死区时间，Ton、Toff分别表示开关管的开通时间和关断时间，Vdo为逆变器二极管的压降，Vdc为逆变器接入的直流电源电压。
3.根据权利要求1所述的逆变器的死区时间的补偿方法，其特征在于，
所述逆变器包括构成三条支路的第一组桥臂、第二组桥臂和第三组桥臂；所述第一组桥臂包括第一上桥臂和第一下桥臂，第一上桥臂包括第一开关管，第一下桥臂包括第四开关管；所述第二组桥臂包括第二上桥臂和第二下桥臂，第二上桥臂包括第二开关管，第二下桥臂包括第五开关管；所述第三组桥臂包括第三上桥臂和第三下桥臂，第三上桥臂包括第三开关管，第三下桥臂包括第六开关管；
所述根据所述负载电流与所述开关管的开通时间和关断时间的对应关系确定所述开关管的开通时间和关断时间的步骤包括：
采用第一PWM控制信号控制所述第一开关管开通或关断、采用所述第二PWM控制信号控制所述第四开关管开通或关断，控制所述第二开关管和所述第三开关管关断，控制所述第五开关管和所述第六开关管开通，以获取所述第一开关管的开通时间和关断时间，并测量正向负载电流；
根据获取到的所述第一开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的正向负载电流得到正向负载电流与所述逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第一对应关系；
采用第一PWM控制信号控制所述第一开关管导通或关断、采用所述第二PWM控制信号控制所述第四开关管导通或关断，控制所述第二开关管和所述第三开关管开通，控制所述第五开关管和所述第六开关管关断，以获取所述第四开关管的开通时间和关断时间，并测量负向负载电流；
根据获取到的所述第四开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的负向负载电流得到负向负载电流与所述逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第二对应关系；
根据所述第一对应关系和所述第二对应关系确定所述开关管的开通时间和关断时间；
其中，所述第一开关管开通时，所述第四开关管关断；所述第一开关管关断时，所述第四开关管开通；
当电流由所述逆变器桥臂中点流入负载时，所述负载电流方向为正；当电流由负载流入所述逆变器桥臂中点时，所述负载电流方向为负。
4.根据权利要求3所述的逆变器的死区时间补偿方法，其特征在于，所述根据获取到的所述第一开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的正向负载电流得到正向负载电流与所述逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第一对应关系的步骤包括：
根据获取到的所述第一开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的正向负载电流，采用曲线拟合的方式得到正向负载电流与所述逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第一对应关系；
所述根据获取到的所述第四开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的负向负载电流得到负向负载电流与所述逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第二对应关系的步骤包括：
根据获取到的所述第四开关管的开通时间和关断时间，以及测量到的负向负载电流，采用曲线拟合的方式得到负向负载电流与所述逆变器的开关管的开通时间和关断时间的第二对应关系。
5.根据权利要求1所述的逆变器的死区时间补偿方法，其特征在于，所述逆变器采用空间矢量脉宽调制SVPWM来产生PWM控制信号。
6.根据权利要求1所述的逆变器的死区时间补偿方法，其特征在于，根据所述负载电流的极性，将所述死区补偿时间补偿到所述PWM控制信号的波形中，包括：
通过电流传感器检测的负载电流确定所述负载电流的极性；
根据对应相的负载电流的极性，调整所述相对应的桥臂中开关管的PWM控制信号的占空比进行死区时间补偿。
7.根据权利要求6所述的逆变器的死区时间补偿方法，其特征在于，所述根据对应相的负载电流的极性，调整所述相对应的桥臂中开关管的PWM控制信号的占空比进行死区时间补偿的步骤包括：
若所述相的负载电流极性为正，将所述相对应的上桥臂中开关管的PWM控制信号的上升沿提前二分之一的死区补偿时间，将所述相对应的上桥臂中开关管的PWM控制信号的下降沿延时二分之一的死区补偿时间。
8.根据权利要求6所述的逆变器的死区时间补偿方法，其特征在于，所述根据对应相的负载电流的极性，调整所述相对应的桥臂中开关管的PWM控制信号的占空比进行死区时间补偿的步骤还包括：
若所述相的负载电流极性为负，将所述相对应的上桥臂中开关管的PWM控制信号的上升沿延时二分之一的死区补偿时间，将所述相对应的上桥臂中开关管的PWM控制信号的下降沿提前二分之一的死区补偿时间。
9.一种永磁同步电机系统，其特征在于，所述永磁同步电机系统包括控制器和逆变器，所述控制器用于执行权利要求1-8任一项所述的逆变器的死区时间补偿方法。
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