CN212321712U - 电路布置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电路布置，用于根据所测量的AC相电流峰值来确定PWM钟控三相逆变器的均方根值，所述逆变器包括：具有多对各有两个半导体开关元件的开关对的桥电路，这些开关对连接到直流电压中间电路的电极；以及用于检测当前最大相电流的峰值的总分流器，所述电路布置包括：至少一个用于AC相电流的峰值检测的拓扑电路(10)，其构造成由此确定电流的均方根值，其中，所述电路(10)为此包括运算放大器(11)、二极管(D)以及与二极管(D)串联的第一电阻器(R1)和电容器(C)，其中，所述电容器根据待确定相电流的当前相应最大峰值而充电到一定对应值。

Description

电路布置

技术领域

本实用新型涉及一种用于确定变流器的相电流的均方根值的电路。本实用新型特别是涉及一种用于在三相两电平逆变器中确定均方根值的电路。

背景技术

现有技术中已公知用于具有在DC侧和AC侧测量电流的中间电路电容器的电机的驱动逆变器。为此，用于激励三相交流电动机的逆变器由直流电压中间电路来供电。公知的逆变器具有所谓的B6桥电路，其带有六个开关元件，如三对开关对的半导体开关元件和六个续流二极管。半导体开关元件可以例如是MOSFET、IGBT等。电流测量装置可以布置在桥电路与电动机之间并具有例如用于检测三相u、 v、w电流的电流传感器。

公知的解决方案在于，凭借逆变器的相位中的电流传感器或者根据逆变器的相应半桥中的所谓桥臂分流器的测量信号来检测这种逆变器的相电流的“真”均方根值。替选地，IC组件可以用于测量均方根值，或者市场上存在各种IC组件。

出于本实用新型的目的，逆变器是这样一种变流器，即其借助开关元件将直流电变成交流电。在此情形下，主电流是由相应的开关元件切换到的电流。出于本实用新型的目的，分流器是一种用于测量或确定电流的低阻抗测量电阻器，其中能够分接或采样由电流引起的电压降。

文献DE 198 13 362 A1中描述了一种用于确定通过直流电压中间电路馈电并供电给感应电动机的两电平逆变器的输出电压的方法。这里，在第一步中，检测逆变器相位的瞬时定子相电流、中间电路电压的平均值和瞬时电压极性。在第二步中，考量电压极性的持续时间来确定逆变器输出电压。在第三步中，考量逆变器的半导体阀的电压降来确定实际逆变器输出电压。在第四步中，进行从实际逆变器输出电压到定子电压空间矢量的空间矢量变换。

DE 10 2016 217 874 A1公开了一种用于对逆变器测量电流的方法，其中，逆变器具有桥电路，该桥电路具有多对各有两个半导体开关元件的开关对(A,B,C)，这些开关对分别串联在直流电压总线的电极之间，其中，通过接在至少一个半导体开关元件的主流端子与选自直流电压总线的两极中的一极之间的至少一个分流器采样电流。此外，还描述了一种相应构造的电流测量装置以及一种配备有该电流测量装置的逆变器单元。为此，在逆变器的电极与基点之间接入分流器，并且在该分流器上方并联电流传感器。分流器和电流传感器构成电流测量装置。

现有技术中已公知的电流测量装置和方法的缺点在于，这类方法十分复杂且工作量大，这类方法也无法采用简便的方式根据测量信号确定相电流的均方根值。

这样就期望一种用于确定馈给电动机的相电流的均方根值的技术方案或方法。有鉴于此，本实用新型的目的是克服现有技术中的上述缺点并提出一种简便且具成本效益的用于确定特别是三相逆变器的相电流的均方根值的可行解决方案。

实用新型内容

本实用新型用以达成上述目的的解决方案为根据下文所述的特征组合。

根据本实用新型，提出一种用于根据所测量的AC相电流峰值来确定PWM钟控三相逆变器的均方根值的电路布置，所述逆变器包括：具有多对各有两个半导体开关元件的开关对的桥电路，这些开关对分别连接到直流电压中间电路的电极；以及用于检测当前最大相电流(例如在逆变器驱动的EC电动机处)的峰值的总分流器，所述电路布置包括：至少一个根据本实用新型的用于AC相电流的峰值检测的拓扑电路，其构造成由此确定电流的均方根值，其中，所述电路为此包括运算放大器、二极管以及与二极管串联的第一电阻器和电容器，其中，所述电容器根据待确定相电流的当前相应最大峰值而充电到与相电流相对应的一定对应值。

因此，本实用新型的基本构思提出在电路的总分流器中测量电流。通过PWM时钟和逆变器的不同有源和无源开关状态，产生同样钟控的测量信号，以便在总分流器处测量AC相电流。借助第一拓扑电路(如上所述)进行峰值检测，将这个测量信号转换成连续信号。则该信号中仅映射电动机在相应时刻的最大相电流的电流。

根据本实用新型，所述电路布置还构造成进一步设置第二拓扑电路，用来测定AC相电流的最小峰值，其中，这个拓扑电路为此同样包括运算放大器、二极管以及与二极管串联的第一电阻器和电容器，然而，当测定运算放大器与电容器(C)之间的AC相电流的最小峰值时，二极管的正向呈现与(用于确定最大峰值的)拓扑电路相反的正向。

借助使用第一拓扑电路的具有较慢滤波时间常数的峰值检测和使用二极管的正向相反的第二拓扑电路的“逆向”峰值检测(同样具有较慢滤波时间常数)，在总分流器处测定所得峰值曲线的极大值和极小值。

然后，凭借最坏情况估计，能够将电动机的所有其他操作状态都追溯到这两种操作情况。

因此，在本实用新型的优选实施方案中，(用于确定最大峰值的) 第一拓扑电路提供与电容器并联的电阻器，其中，电阻器如此标定规格，即放电时间常数R2C与峰值检测的充电时间R1C相比较慢。

为了凭借模拟测量电路在总分流器处进行评估，可以仅检测逆变器处的相应最大相电流(三相)。于是，凭借峰值检测，可以不模拟检测其他两相的两个相位较低的相电流。在对测量信号进行数字评估的情况下，可以基本上检测全部相电流。这里，仅需精确地采样测量信号。采样时刻取决于逆变器的各个开关状态和这些开关状态下的(最短)停留时间。

借助所描述的峰值检测，能够将时钟信号转换成连续信号，该连续信号仅映射该时刻的最大相电流值。第一拓扑电路的电容器中存储当前峰值。并联的电阻器提供对电容器的放电。通过该电阻器可以标定电容器的放电持续时间的时间常数。通过串联的电阻器，电容器从运算放大器充电。通过该电阻器，能够标定电容器的充电持续时间的时间常数。

在本实用新型的进一步优选实施方案中提出，二极管如此标定规格并且其正向相对电容器如此设置，即只有相电流的较大峰值才促使对电容器的进一步充电而阻止对电容器的放电，以便电容器保持存储相应的最大峰值。

同样有利的是第一拓扑电路中的布置，其中在运算放大器后面的二极管之后，特别是在二极管与电阻器之间，为了确定或标定电容器的充电时间，反馈线路通向运算放大器的输入端，以便将其输入电压与电容器电压进行相互比较。在这种情况下，运算放大器用于将其输入电压与电容器中的电压进行相互比较，并能对该电容器快速充电。在二极管后发生反馈，以便相应地补偿二极管的正向电压。

借助第一拓扑电路，能够根据峰值曲线的峰值确定均方根值。然后，能够根据原始峰值曲线来确定这个“极大值”，其中进一步的峰值检测具有明显更慢的时间常数R2C。这就表明，需要第二次峰值检测来确定并存储“最大”峰值。

根据本实用新型，在进一步优选的实施方案中设置第二拓扑电路，用来测定AC相电流的最小峰值，其中，这个拓扑电路为此包括运算放大器、二极管以及与二极管串联的第一电阻器和电容器，其中，当测定运算放大器与电容器之间的AC相电流的最小峰值时，二极管的正向呈现与(用于确定最大峰值的)第一拓扑电路相反的正向。

在这种优选实施方案中还有利地提出，(用于确定最小峰值的)第二拓扑电路具有与所述电阻器串联的电阻器，并且电容器以其端子连接到电阻器与电阻器之间，其中，电阻器和电阻器如此标定规格，即电容器通过一个电阻器充电并通过另一个电阻器从运算放大器放电。

采用这种方式，将当前“最小”值存储在电容器中。电容器通过设置在运算放大器与电容器之间的电阻器从运算放大器放电。通过该电阻器，能够具体标定存储器的放电持续时间的时间常数。二极管确保只有比当前存储的峰值更小的值才促使电容器进一步放电。在这种拓扑电路中，需要运算放大器将其输入电压与电容器中的电压进行相互比较，并能对电容器快速放电。

本实用新型的另一方面涉及检测正常操作状态和偏离正常操作状态的其他状态，例如电动机受阻的直流情况。为此，在根据本实用新型的实施方案中设置第三拓扑电路，用来获得最大峰值与最小峰值之差并用来根据差值和存储的额定值或比较值来确定连接到逆变器的电动机是正常操作还是偏离正常操作的操作。

结果，在相应第一拓扑电路和第二拓扑电路的两个存储电容器中就存在总分流器中的测量信号曲线的极大值和极小值。这里，极大值代表正弦相电流的电流均方根值。如果电流曲线仅相对于正弦曲线的正常操作略微失真(例如三角形曲线或锯齿形曲线)或功率晶体管失效 (正弦正半波形)，则仍可使用极大值作为最坏情况估计，因为均方根值与峰值之间的相对比率(比率>＝√3)比正弦曲线的正常操作(比率＝√2)更坏。

均方根值与峰值之间比率中的总体最坏情况表示直流或矩形电流曲线(比率＝1)，但不区分分流器处的测量信号中的矩形相电流曲线与直流。在直流情况下，均方根值就对应于所测得的“峰值”，因为它是直流。

唯一仍可用的测量信号是极小值。该极小值此时应能提供直流或矩形电流曲线的均方根值。这也可能因在直流情况下对应于极大值和极小值而付诸实施。为了还能凭借最坏情况估计来确定绕组电流的均方根值，仍须添加检测是否存在直流情况的电路部分，从而实现在两个测量值之间“切换”。

如果检测到直流，则使用极小值作为用于EC电动机中最大相电流的均方根值的最坏情况估计。

如果未检测到直流情况，则使用极大值作为EC电动机中最大相电流的均方根值的最坏情况估计。

很容易就能区分这两种操作情况。如果极大值与极小值相符，则电流曲线的形状对应于直流。在所有其他电流曲线中，极大值与极小值不相同。如果两个信号之间存在可测量的差异，则评估测量极大值并假设正弦形电流曲线。

根据本实用新型，除上述电路布置之外，还提供了一种用于借助至少一个这种电路布置在PWM钟控三相逆变器处测量AC相电流的均方根值的电流的方法，其中执行以下步骤：

a.检测总分流器中的钟控电流作为测量信号；

b.根据检测到的钟控测量信号，通过拓扑电路借助峰值检测产生连续信号；

c.通过拓扑电路进行峰值检测，以检测具有较慢滤波时间常数的最大峰值；以及

d.由此确定AC相电流的均方根值。

在所述方法的优选实施方案中提出，除步骤c之外，还通过所述的拓扑电路进行峰值检测，以检测具有较慢滤波时间常数的最小峰值，并根据这两个值，特别是与参考值相比的差值，确定接到逆变器的EC电动机处于何种操作状态。

附图说明

本实用新型的其他有利改进方案将在下文参照附图结合本实用新型的优选实施方案的描述来详细说明。

图中：

图1示出用于确定最大峰值的拓扑电路图；

图2示出用于确定最小峰值的拓扑电路图；以及

图3示出用于确定连接到逆变器的电阻器的操作状态的拓扑电路图。

具体实施方式

下面结合参照图1至图3所示的两个实施例详细说明本实用新型，图中相同的附图标记表示相同的结构性特征和/或功能性特征。

图1示出用于确定最大峰值的拓扑电路10的概念示意图。这是用于确定PWM钟控三相逆变器的均方根值的电路布置的一部分，该逆变器包括：具有多对各有两个半导体开关元件的开关对的常规桥接电路，这些开关对分别连接到直流电压中间电路的电极；以及用于检测当前最大AC相电流、优选接近正弦的AC相电流的峰值的总分流器。

拓扑电路10具有用于AC相电流的峰值检测的运算放大器11，在其正输入端E1施加逆变器的输入电压Ue。在运算放大器11的输出端连接二极管D。第一电阻器R1和电容器C位于二极管D之后，该电容器C用作存储电容器，用于存储代表峰值的电荷状态。使用 Ua定义电容器的输出电压或电压。

照此，电容器根据待确定相电流的当前相应最大峰值而充电到一定的对应值并且能够通过相对于参考电位测量Ua来确定。

如实用新型内容中所概述，第二电阻器R2提供对电容器C的放电。通过该第二电阻器R2，可以标定存储器的放电持续时间的时间常数。通过第一电阻器R1，由图示的运算放大器11对电容器进行充电。在二极管D后发生运算放大器11对负输入端E2的反馈，以便能够相应地补偿它们的正向电压。这同样适用于图2中的电路布置 20。

该电路布置20同样具有运算放大器11、二极管D以及与二极管 D串联的第一电阻器R1和电容器C。可以清楚地看出，该拓扑电路 20中的二极管D的正向布置成与拓扑电路10相反的正向。

拓扑电路20具有与第一电阻器R1和电容器C串联的第二电阻器R2，该电容器C的端子A1位于第一电阻器R1与另外的第二电阻器R2之间。电容器C中存储极小值的当前值。第一电阻器R1和第二电阻器R2如此标定规格，即当输入电压低于电容器的电压时，电容器C通过第二电阻器R2充电并通过第一电阻器R1从运算放大器 11放电，则能对存储器进行快速放电。

图3示出拓扑电路30，其包括减法器12和两个电阻器RN和Rp，其提供确定两个信号(最大峰值和最小峰值)之间差异的可能性。为此，首先借助减法器12确定两个信号之差，这两个信号分别称为U1、 U2并且源自第一拓扑电路10和第二拓扑电路20。在减法器12的输出端施加差分电压Udiff。随后，借助比较器将这个差分电压Udiff 与比较值进行比较，并确定是否开始于“正常操作”。

本实用新型就其实施而言不限于上述优选实施例。而是可以设想诸多变型方案，即使在基本不同类型的实施中也能使用所示的解决方案。原则上，本文描述的模拟测量方法的原理也能采用数字化应用。为此，采样例如凭借总分流器检测的电流。因采样匹配变流器中的相应开关位置，这里甚至能够模拟全部三相电流的曲线。通过测量信号在正常操作下通常形成正弦形的六脉曲线，向控制器指示正常操作。在控制器中，例如通过存储极大值和极小值以及它们的相互比较，也容易获知这一点。通过仅区分两种操作情况(正常操作，非正常操作)，有效电流值也可以凭借来自总分流器电流测量的最坏情况估计来测定。无需任何额外的相电压测量。

Claims (7)

1.一种电路布置，用于根据所测量的AC相电流峰值来确定PWM钟控三相逆变器的均方根值，其特征在于，所述逆变器包括：具有多对各有两个半导体开关元件的开关对的桥电路，这些开关对连接到直流电压中间电路的电极；以及用于检测当前最大相电流的峰值的总分流器，所述电路布置包括：至少一个用于AC相电流的峰值检测的第一拓扑电路(10)，其构造成由此确定电流的均方根值，其中，所述第一拓扑电路(10)为此包括运算放大器(11)、二极管(D)以及与所述二极管(D)串联的第一电阻器(R1)和电容器(C)，其中，所述电容器根据待确定相电流的当前相应最大峰值而充电到一定对应值。

2.根据权利要求1所述的电路布置，其特征在于，所述第一拓扑电路(10)提供与所述电容器(C)并联的第二电阻器(R2)，其中，所述第二电阻器(R2)如此标定规格，即所述电容器的放电时间常数R2C与峰值检测的充电时间R1C相比较慢。

3.根据权利要求1或2所述的电路布置，其特征在于，所述二极管(D)如此标定规格并且其正向相对所述电容器如此设置，即只有相电流的较大峰值才促使对所述电容器(C)的进一步充电而阻止对所述电容器(C)的放电，以便所述电容器(C)保持存储相应的最大峰值。

4.根据权利要求1或2所述的电路布置，其特征在于，反馈线路在所述二极管(D)与所述第一电阻器(R1)之间通向所述运算放大器(11)的输入端(E2)，以便将其输入电压与电容器电压进行相互比较。

5.根据权利要求1或2所述的电路布置，其特征在于，进一步设置第二拓扑电路(20)，用来测定AC相电流的最小峰值，其中，所述第二拓扑电路(20)为此包括运算放大器(11)、二极管(D)以及与所述二极管(D)串联的第一电阻器(R1)和电容器(C)，在所述第二拓扑电路(20)中，当测定所述运算放大器(11)与所述电容器(C)之间的AC相电流的最小峰值时，所述二极管(D)的正向呈现与所述第一拓扑电路(10)相反的正向。

6.根据权利要求5所述的电路布置，其特征在于，所述第二拓扑电路(20)包括与所述第一电阻器(R1)串联的第二电阻器(R2)，并且所述电容器(C)以其端子(A1)连接到所述第一电阻器(R1)与所述第二电阻器(R2)之间，在所述第二拓扑电路(20)中，所述第一电阻器(R1)和所述第二电阻器(R2)如此标定规格，即所述电容器(C)通过所述第二电阻器(R2)充电并通过所述第一电阻器(R1)从运算放大器(11)放电。

7.根据权利要求5所述的电路布置，其特征在于，进一步设置第三拓扑电路(30)，用来获得最大峰值与最小峰值之差并用来根据差值和存储的额定值或比较值来确定连接到所述逆变器的电动机是正常操作还是偏离正常操作的操作。

Images