TW201946357A - 弦波調製方法及三相逆變器 - Google Patents

弦波調製方法及三相逆變器 Download PDF

Info

Publication number
TW201946357A
TW201946357A TW107114321A TW107114321A TW201946357A TW 201946357 A TW201946357 A TW 201946357A TW 107114321 A TW107114321 A TW 107114321A TW 107114321 A TW107114321 A TW 107114321A TW 201946357 A TW201946357 A TW 201946357A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
phase
transistor
bridge transistor
arms
bridge
Prior art date
Application number
TW107114321A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI677171B (zh
Inventor
鄭時龍
吳至強
成維華
Original Assignee
國立交通大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 國立交通大學 filed Critical 國立交通大學
Priority to TW107114321A priority Critical patent/TWI677171B/zh
Priority to US16/180,636 priority patent/US20190334457A1/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI677171B publication Critical patent/TWI677171B/zh
Publication of TW201946357A publication Critical patent/TW201946357A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4233—Arrangements for improving power factor of AC input using a bridge converter comprising active switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

本發明係揭露一種弦波調製方法及三相逆變器。設置脈波驅動訊號控制器，連接三相逆變器，分別控制三個相臂之上橋電晶體及下橋電晶體，藉由輸出弦波電流相位角的關係，調整上下橋功率電晶體之操作。每瞬間六個功率電晶體，維持三個功率電晶體致動，另三個功率電晶體暫停運作，避免交越死區時間之設計，免除上下橋功率電晶體因動態切換產生誤導通短路，降低硬體電路規格需求。

Description

弦波調製方法及三相逆變器
本發明是有關於一種弦波調製方法及使用此波調製方法之三相逆變器，特別是有關於一種能藉由弦波電流相位角關係，調整上下橋功率電晶體操作，無需增加死區時間(dead time)設置之弦波調製方法及三相逆變器。
現有三相交流正弦波驅動器可應用於電動機或DC/AC逆變器中。目前常見的驅動法則有弦波脈波寬度調變法(Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM)與空間向量調變法(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM)。這些方法皆採用互補式上下橋功率電晶體切換，當上橋功率電晶體開始制動時，下橋功率電晶體則關閉，相對地，當下橋功率電晶體導通時，則將上橋功率電晶體關閉，防止上下橋功率電晶體同時導通，產生短路而損毀功率電晶體。由於上下橋功率電晶體因快速脈波寬度調變(PWM)訊號切換，其dv/dt動態效應，常增加電晶體閘極驅動電路不穩定，進而產生誤導通，造成驅動電路瞬間短路燒毀功率電晶體。
為解決上述問題，現有的SPWM 或SVPWM調變法必須增加停滯時間(即死區時間)設計，當上橋功率電晶體制動時，下橋功率電晶體必須提前關閉，避免上下橋功率電晶體在切換時產生同時導通的問題。為了消除誤導通短路，硬體電路需增加額外的設置以免除上下橋功率電晶體因動態切換產生誤導通短路。此外，SPWM 或SVPWM調變法所使用停滯時間約1 µs，當PWM載波切換頻率增加，此停滯時間將造成波型扭曲變形，影響轉換效率。
綜觀前所述，習知的弦波調製方法在切換機制上仍然具有相當之缺陷，因此，本發明藉由設計一種無死區時間設計的弦波調製方法及使用此弦波調製方法之三相逆變器，針對現有技術之缺失加以改善，確保實際操作時能提升切換效率，進而增進產業上之實施利用。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種弦波調製方法及三相逆變器，使其無須在上下橋電晶體切換時增加死區時間設置，即能解決習知之上下臂電路同時導通，造成電源對地短路產生大電流而損毀電路元件之問題。
根據本發明之一目的，提出一種弦波調製方法，係適用於三相逆變器，三相逆變器包含三個相臂，三個相臂分別包含兩個橋臂，兩個橋臂分別由上橋電晶體及下橋電晶體控制，弦波調製方法包含以下步驟：設置脈波驅動訊號控制器，連接三個相臂之上橋電晶體及下橋電晶體；輸入相位角及三角載波，並依據調變係數計算三個相臂對應之工作週期；通過脈波驅動訊號控制器判斷對應相位角之弦波控制訊號是否為正值，若是，則啟動上橋電晶體並關閉下橋電晶體，若否，則關閉上橋電晶體並啟動下橋電晶體；當上橋電晶體啟動時，通過脈波驅動訊號控制器判斷工作週期是否大於三角載波，若是，輸出上橋導通訊號至上橋電晶體，若否，輸出上橋關閉訊號至上橋電晶體；當下橋電晶體啟動時，通過脈波驅動訊號控制器判斷工作週期是否大於三角載波，若是，輸出下橋關閉訊號至下橋電晶體，若否，輸出下橋導通訊號至下橋電晶體。
較佳地，三相逆變器之輸出端可串接電感性電路，電感性電路包含電感及電阻，通過偵測電感性電抗及電阻值，取得電流落後電壓之相移相角。
較佳地，相位角可扣除電流落後電壓之相移相角。
較佳地，三個相臂之相位角相差120°，相移相角可約為51.5°。
較佳地，三相逆變器之輸出端連接電壓偵測電路及電流偵測電路，偵測三相電壓及三相電流，通過回授控制迴路回傳至脈波驅動訊號控制器。
根據本發明之另一目的，提出一種三相逆變器，其包含三個相臂，三個相臂分別包含兩個橋臂，兩個橋臂分別由上橋電晶體及下橋電晶體控制；以及脈波驅動訊號控制器，連接三個相臂之上橋電晶體及下橋電晶體；其中，脈波驅動訊號控制器判斷三個相臂對應之相位角之弦波控制訊號是否為正值，啟動上橋電晶體並關閉下橋電晶體，或者關閉上橋電晶體並啟動下橋電晶體；其中，脈波驅動訊號控制器依據相位角對應之工作週期是否大於三角載波，傳送脈波控制訊號至啟動之上橋電晶體或下橋電晶體。
較佳地，三相逆變器之輸出端可串接電感性電路，電感性電路包含電感及電阻。
較佳地，相位角可扣除電流落後電壓之相移相角。
較佳地，三個相臂之相位角相差120°，相移相角可約為51.5°。
較佳地，三相逆變器之輸出端可連接電壓偵測電路及電流偵測電路，偵測三相電壓及三相電流，通過回授控制迴路回傳至脈波驅動訊號控制器。
承上所述，依本發明之無死區時間設計之弦波調製方法及其三相逆變器，可具有一或多個下述優點：
(1)此無死區時間設計之弦波調製方法及其三相逆變器可藉由弦波控制訊號控制上橋電晶體與下橋電晶體的啟動及關閉，使每一瞬間有三個電晶體導通而另外三個電晶體關閉，減少功率電晶體切換造成的損失，提高使用效率。
(2)此無死區時間設計之弦波調製方法及其三相逆變器可藉由每個相臂的上下臂不同制動操作的方式，使得在上下臂電晶體切換時無須設置死區時間，不但能避免上下避同時導通造成短路燒毀的問題，也可解決設置死區時間造成脈波訊號偏移的問題。
(3)此無死區時間設計之弦波調製方法及其三相逆變器可藉由弦波調製方法控制三相逆變器之上下橋電晶體，無須設置額外的硬體電路或保護電路，有效降低硬體設備設置成本。
為利貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱第1圖，第1圖係為本發明實施例之弦波調製方法之流程圖。如圖所示，其包含以下步驟(S1-S7)：
步驟S1：設置脈波驅動訊號控制器，連接三個相臂之上橋電晶體及下橋電晶體。本實施例之弦波調製方法適用於三相逆變器，請同時參閱第2圖，第2圖係為本發明實施例之三相逆變器之電路示意圖，如圖所示，三相逆變器10包含三個相臂U、V、W，三個相臂U、V、W分別包含上下兩個橋臂，即相臂U由上橋電晶體Q1 及下橋電晶體Q4 控制、相臂V由上橋電晶體Q3 及下橋電晶體Q6 控制、相臂W由上橋電晶體Q5 及下橋電晶體Q2 控制。脈波驅動訊號控制器20分別連接到上橋電晶體Q1 、Q3 、Q5 及之閘極，由脈波驅動訊號控制器20傳送三相的脈波驅動調變訊號，控制上橋電晶體Q1 、Q3 、Q5 及下橋電晶體Q4 、Q6 、Q2 的導通及關閉。三相逆變器10之輸出端可串接電感性電路30，三個相臂U、V、W分別連接電感LU 、LV 、LW 以及電阻RU 、RV 、RW 。本實施例中，三相逆變器10的負載連接於電感性電路，但本發明不以此為限，在其他實施例當中，三相逆變器10也可連接於具有回授控制之功率因數校正電路，其內容於後續段落詳細說明。
步驟S2：輸入相位角及三角載波，並依據調變係數計算三個相臂對應之工作週期。將脈波相關之參數及對應之同步向量之相位角輸入脈波驅動訊號控制器20，計算PWM脈寬調變之工作週期，即當直流電源100供電時，由脈波驅動訊號控制器20設定選擇三相逆變器10的六個功率開關器件的特定開關模式，使其生成適當之PWM脈寬調變波，從而使輸出波形逼近理想的圓形。
在本實施例當中，將整個複數空間向量平面區域，區分成六個60°的扇形區域Ⅰ-Ⅵ。請參閱第3圖，第3圖係為不同工作區域調變波形之示意圖，如圖所示，三相正弦波形輸出相位角每次增加60度，調整三個相臂U、V、W在不同6個區間之輸出責任週期，直到同步向量旋轉一個圓周結束。三個相臂U、V、W之相電壓保持彼此互差120°。不同工作區域，不同責任週期公式設計，可以組合調控三個相臂U、V、W之輸出相電壓。在本實施例當中，訊號向量之相位角在複數平面上不同扇形區域Ⅰ-Ⅵ時，三個相臂U、V、W所需執行的責任週期DU 、DV 、DW 如表1所示。
表1
其中為調變系數(modulation index)，其值大小定義於[0, 1] 之間，責任週期DU 、DV 、DW 大小範圍亦為[0, 1] 之間。舉例來說，當責任週期DU 為1時，相臂U輸出端電壓為，為逆變器直流匯流排電壓(DC BUS)，其電壓值可為100V，頻率為60Hz；當責任週期DU 為0時，相臂U輸出端電壓為0。所以三個相臂U、V、W輸出端電壓相對於直流匯流排可以下列方程式(1)-(3)表示：
(1)
(2)
(3)
在參閱第2圖，負載各相的相電壓可以通過計算負載中性點n與直流電源假想中點N的電位差求得。中性點n電壓為三個相臂U、V、W平均輸出端電壓，其可表示為，因此，三個相臂U、V、W之相電壓分別如下列方程式(4)-(6)表示：
(4)
(5)
(6)
由上述方程式可知，逆變器輸出的三個相臂U、V、W之相電壓在各個扇形區域區間彼此互差120°。當調變係數m為最大值1時，弦波最大振幅為。
本實施例之三相弦波調變法，利用輸出弦波電壓在不同相位角時，計算在三個相臂U、V、W之責任週期DU 、DV 、DW 。此時，我們可以將上下橋功率電晶體分別執行正相PWM與反相PWM互補式調變切換。此調變法結果不須考慮輸出電流方向，無需增加延滯時間(即死區時間)設計，也無增加逆變器硬體電路複雜度。輸出電流於反馳階段，利用功率電晶體中旁路二極體導通，避開橋式架構所需之死區時間需求。
步驟S3：通過脈波驅動訊號控制器判斷對應相位角之弦波控制訊號是否為正值，若是，則執行步驟S4，若否，則執行步驟S6。由於脈波驅動訊號控制器20已接收到相位角、調變係數m、三角載波之資訊。其中為PWM三角載波大小， 正規化振幅值範圍為[0, 1]，載波頻率可為10kHz。通過判斷相位角之弦波控制訊號是否為正值，決定上橋與下橋開關的制動。
在本實施例當中，三相逆變器10之輸出端串接電感性電路30，由於電感有抵抗電流改變的特性，把電源的能量以磁場的方式儲存起來，所以電感電流會落後電感電壓，相移為90°，同時領先電源電壓，相移相角，因此在考量相位角時，會將相角扣除，以使輸出相電流之波形能更為完整。電壓及電流之振幅及相位間的關係，是由電阻值及電感性電抗所決定。電流落後電壓相位角計算式如下列方程式(7)-(8)所示：
(7)
(8)
其中為i 相負載阻抗，為i 相負載電阻，為i 相負載電感，為i 相移相角，為操作頻率，i 為U、V 或W。在本實施例當中，，及，帶入可得電流落後電壓相移相角約為51.5度。請參閱第4圖，第4圖係為相移相角修正前後之相電流模擬波形圖。圖中呈現電流為正弦波，三個相臂U、V、W相電流如圖所示。相臂V之相電流落後相臂U之相電流120度，相臂W之相電流落後相臂V之相電流120度。本實施例之調變法在扣除相移相角後，波形明顯較修正前完整，降低了電流落後電壓相位角所造成之偏移。
重新回到步驟S3，判斷相位角之弦波控制訊號是否為正值，當時，電流為流出方向(source)。此時進入步驟S4：啟動上橋電晶體並關閉下橋電晶體。接著，執行步驟S5：當上橋電晶體啟動時，通過脈波驅動訊號控制器判斷工作週期是否大於三角載波，若是，輸出上橋導通訊號至上橋電晶體，若否，輸出上橋關閉訊號至上橋電晶體。 相反地，當時，電流為流入方向(sink)。此時進入步驟S6：關閉上橋電晶體並啟動下橋電晶體。接著，執行步驟S7：當下橋電晶體啟動時，通過脈波驅動訊號控制器判斷工作週期是否大於三角載波，若是，輸出下橋關閉訊號至下橋電晶體，若否，輸出下橋導通訊號至下橋電晶體。以下將以相臂U為例，說明上述步驟及控制相臂U之上橋電晶體Q1 及下橋電晶體Q4 之制動關係。
請參閱第5圖，其係為本發明實施例之上下橋電晶體PWM驅動訊號之示意圖。如圖所示，當相臂U之弦波訊號為正值時，即時，脈波驅動訊號控制器20啟動上橋電晶體Q1 並關閉下橋電晶體Q4 ；當相臂U之弦波訊號為負值時，即時，脈波驅動訊號控制器20關閉上橋電晶體Q1 並開啟下橋電晶體Q4 。換言之，上橋電晶體Q1 僅在時間0-t1 及t2 -t3 當中制動，在時間t1 -t2 當中維持關閉狀態，相對地，下橋電晶體Q4 僅在時間t1 -t2 當中制動，在時間0-t1 及t2 -t3 當中維持關閉狀態。從模擬圖中可發現在每次弦波週期，相臂U對應之上橋電晶體Q1 及下橋電晶體Q4 ，呈現180度導通，180度關閉，這樣的驅動方式不但能降低功率電晶體切換次數，亦可免除死區時間(dead time)之設計，避免在同一時間間隔中頻繁的上下橋電晶體切換，造成誤導通而發生短路的問題。
接續上述步驟，當開關電晶體制動時，脈波驅動訊號控制器判斷相臂U之責任週期是否大於PWM之三角載波，若是，在時間0-t1 及t2 -t3 當中(弦波電流為正半週)，當，對上橋電晶體Q1 閘極輸出導通(Turn on) “1”之驅動訊號；相對地，當，對上橋電晶體Q1 閘極輸出關閉(turn off) “0” 之驅動訊號訊號，此時，下橋電晶體Q4 保持關閉。若否，在時間t1 -t2 當中(弦波電流為負半週)，當，對下橋電晶體Q4 閘極輸出關閉(turn off) “0” 之驅動訊號；相對地，當，對下橋電晶體Q4 閘極輸出導通(Turn on) “1”之驅動訊號，此時，上橋電晶體Q1 保持關閉。
上述步驟是以相臂U為例來進行說明，相臂V、W也同樣適用上述的判斷流程，其差異僅在於相臂V之相電流落後相臂U之相電流120度，相臂W之相電流落後相臂V之相電流120度，如第3圖所示。請在參閱第6圖，其係為本發明實施例之調變方式之三相電壓之示意圖。如圖所示，在區域I當中，上橋電晶體Q1 、Q5 及下橋電晶體Q6 啟動；在區域II當中，上橋電晶體Q1 及下橋電晶體Q6 、Q2 啟動；在區域III當中，上橋電晶體Q1 、Q3 及下橋電晶體Q2 啟動；在區域IV當中，上橋電晶體Q3 及下橋電晶體Q4 、Q2 啟動；在區域V當中，上橋電晶體Q3 、Q5 及下橋電晶體Q4 啟動；在區域VI當中，上橋電晶體Q5 及下橋電晶體Q4 、Q6 啟動。因此，在每一區域時段當中，六個功率電晶體開關有三個呈現PWM訊號操作、有三個呈現關閉狀態。相較於習知的上下橋電晶體於同一區域時段進行切換的操作方式，本實施例確實具備減少開關切換損的功效。同時，相較於需在每次PWM載波周期中增加延滯時間的設計，避免上下橋功率電晶體切換時，上下橋功率電晶體瞬間導通，造成直流匯流排(DC bus)瞬間短路，大量短路電路燒毀功率電晶體開關，本實施例明確的區隔了控制三個相臂U、V、W的上下橋電晶體之導通與關閉，無須額外設置延滯時間，在弦波波形調製與硬體電路設置上均具有明顯的效果。
請參閱第7圖，第7圖係為本發明實施例之三相逆變器應用之電路示意圖。如圖所示，三相逆變器11為三相六臂之逆變器，每一臂由一個MOS電晶體控制該臂之開關，對於各個MOS電晶體的控制，則經由脈波驅動訊號控制器21傳送控制訊號來控制，三相逆變器11之負載端連接於電感性電路31，其可由電感及電阻組成。脈波驅動訊號控制器21可為多個輸入輸出接腳之控制晶片，通過輸入相臂之相位角，在對應之區段送出各個MOS電晶體的導通與關閉控制訊號。在本實施例當中，MOS電晶體的制動或關閉是依據對應之相位角之弦波控制訊號來決定，當其為正值時，啟動上臂之MOS電晶體並關閉下臂之MOS電晶體，當為負值時，關閉上臂之MOS電晶體並啟動下臂之MOS電晶體。
在MOS電晶體啟動的狀態下，脈波驅動訊號控制器21比較工作週期是否大於三角載波，若是上臂之MOS電晶體啟動，工作週期大於三角載波時傳送導通訊號，工作週期小於三角載波時傳送關閉訊號；若是下臂之MOS電晶體啟動，工作週期大於三角載波時傳送關閉訊號，工作週期小於三角載波時傳送導通訊號。上述之控制方式參照前述實施例之說明，相同之處不再重複描述。
請參閱第8圖，第8圖係為本發明另一實施例之三相逆變器應用之電路示意圖。如圖所示，三相逆變器12為三相六臂之逆變器，每一臂由一個MOS電晶體控制該臂之開關，對於各個MOS電晶體的控制，則經由脈波驅動訊號控制器22傳送控制訊號來控制。脈波驅動訊號控制器22同樣能利用本揭露所使用的脈波調製方法來取得更好的切換效率及弦波調製結果，請同樣參照前述實施例之說明。
與前述實施例不同的是，三相逆變器12之負載端連接電壓電流偵測電路40，偵測負載端的三相電壓及電流，通過軸座標轉換輸入回授控制電路50，形成三相功率因數校正電路。由於三相電壓與三相電流的相位並不相同，電流落後電壓90°的相位，造成供電效率下降，且造成電流波形產生偏移異變。藉由偵測三相電壓及電流，修正及補償上述電流落後電壓之相位角，使得輸出之電流波形更為完整。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10、11、12‧‧‧三相逆變器
20、21、22‧‧‧脈波驅動訊號控制器
30‧‧‧電感性電路
40‧‧‧電壓電流偵測電路
50‧‧‧回授控制電路
100‧‧‧電源
DU、DV、DW‧‧‧責任週期
LU、LV、LW‧‧‧電感
N‧‧‧直流電源假想中點
n‧‧‧中性點
Q1、Q3、Q5‧‧‧上橋電晶體
Q2、Q4、Q6‧‧‧下橋電晶體
RU、RV、RW‧‧‧電阻
U、V、W‧‧‧相臂
、‧‧‧驅動訊號
‧‧‧三角載波
Ⅰ-Ⅵ‧‧‧扇形區域
S1~S7‧‧‧步驟
第1圖係為本發明實施例之弦波調製方法之流程圖。
第2圖係為本發明實施例之三相逆變器之電路示意圖。
第3圖係為本發明實施例之不同工作區域調變波形之示意圖。
第4圖係為本發明實施例之相移相角修正前後之相電流模擬波形圖。
第5圖係為本發明實施例之上下橋電晶體PWM驅動訊號之示意圖。
第6圖係為本發明實施例之調變方式之三相電壓之示意圖。
第7圖係為本發明實施例之三相逆變器應用之電路示意圖。
第8圖係為本發明另一實施例之三相逆變器應用之電路示意圖。

Claims (10)

  1. 一種弦波調製方法，係適用於一三相逆變器，該三相逆變器包含三個相臂，該三個相臂分別包含兩個橋臂，該兩個橋臂分別由一上橋電晶體及一下橋電晶體控制，該弦波調製方法包含以下步驟： 設置一脈波驅動訊號控制器，連接該三個相臂之該上橋電晶體及該下橋電晶體； 輸入一相位角及一三角載波，並依據一調變係數計算該三個相臂對應之一工作週期； 通過該脈波驅動訊號控制器判斷對應該相位角之一弦波控制訊號是否為正值，若是，則啟動該上橋電晶體並關閉該下橋電晶體，若否，則關閉該上橋電晶體並啟動該下橋電晶體； 當該上橋電晶體啟動時，通過該脈波驅動訊號控制器判斷該工作週期是否大於該三角載波，若是，輸出一上橋導通訊號至該上橋電晶體，若否，輸出一上橋關閉訊號至該上橋電晶體；以及 當該下橋電晶體啟動時，通過該脈波驅動訊號控制器判斷該工作週期是否大於該三角載波，若是，輸出一下橋關閉訊號至該下橋電晶體，若否，輸出一下橋導通訊號至該下橋電晶體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之弦波調製方法，其中該三相逆變器之一輸出端串接一電感性電路，該電感性電路包含一電感及一電阻，通過偵測一電感性電抗及一電阻值，取得電流落後電壓之一相移相角。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之弦波調製方法，其中該相位角係扣除該相移相角。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之弦波調製方法，其中該三個相臂之該相位角係相差120°，該相移相角約為51.5°。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之弦波調製方法，其中該三相逆變器之一輸出端連接一電壓偵測電路及一電流偵測電路，偵測三相電壓及三相電流，通過一回授控制迴路回傳至該脈波驅動訊號控制器。
  6. 一種三相逆變器，其包含： 三個相臂，該三個相臂分別包含兩個橋臂，該兩個橋臂分別由一上橋電晶體及一下橋電晶體控制；以及 一脈波驅動訊號控制器，係連接該三個相臂之該上橋電晶體及該下橋電晶體； 其中，該脈波驅動訊號控制器判斷該三個相臂對應之一相位角之一弦波控制訊號是否為正值，啟動該上橋電晶體並關閉該下橋電晶體，或者關閉該上橋電晶體並啟動該下橋電晶體； 其中，該脈波驅動訊號控制器依據該相位角對應之一工作週期是否大於一三角載波，傳送一脈波控制訊號至啟動之該上橋電晶體或該下橋電晶體。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之三相逆變器，其中該三相逆變器之一輸出端串接一電感性電路，該電感性電路包含一電感及一電阻。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之三相逆變器，其中該相位角係扣除電流落後電壓之一相移相角。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之三相逆變器，其中該三個相臂之該相位角係相差120°，該相移相角約為51.5°。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之三相逆變器，其中該三相逆變器之一輸出端連接一電壓偵測電路及一電流偵測電路，偵測三相電壓及三相電流，通過一回授控制迴路回傳至該脈波驅動訊號控制器。
TW107114321A 2018-04-26 2018-04-26 弦波調製方法及三相逆變器 TWI677171B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107114321A TWI677171B (zh) 2018-04-26 2018-04-26 弦波調製方法及三相逆變器
US16/180,636 US20190334457A1 (en) 2018-04-26 2018-11-05 Sinusoidal modulation method and three phase inverter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW107114321A TWI677171B (zh) 2018-04-26 2018-04-26 弦波調製方法及三相逆變器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI677171B TWI677171B (zh) 2019-11-11
TW201946357A true TW201946357A (zh) 2019-12-01

Family

ID=68292991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107114321A TWI677171B (zh) 2018-04-26 2018-04-26 弦波調製方法及三相逆變器

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20190334457A1 (zh)
TW (1) TWI677171B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11611291B2 (en) 2020-11-25 2023-03-21 Delta Electronics, Inc. Power system and pulse width modulation method therefor
TWI808881B (zh) * 2022-09-02 2023-07-11 財團法人工業技術研究院 高功率多頻耦合驅動器及其驅動方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112751497B (zh) * 2019-10-30 2022-03-08 昱能科技股份有限公司 一种三相并网逆变器的控制方法、系统及三相并网逆变器
TWI718781B (zh) * 2019-11-25 2021-02-11 財團法人工業技術研究院 三相盲時區間補償裝置及其方法
CN111541365B (zh) * 2020-05-07 2021-06-29 上海交通大学 一种变频调速逆变器单位调制度控制方法及其应用
CN111541366B (zh) * 2020-05-07 2021-06-25 上海交通大学 一种并网逆变器及其死区相移补偿方法
CN113752912B (zh) * 2020-06-04 2023-06-13 比亚迪股份有限公司 车辆、能量转换装置及其控制方法
CN111800031B (zh) * 2020-07-15 2022-07-26 昱能科技股份有限公司 一种三相逆变器及三相逆变器的控制方法
CN111740634B (zh) * 2020-07-22 2023-11-21 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种全桥逆变器电感电流控制方法及装置
CN112034385B (zh) * 2020-08-05 2023-10-27 苏州汇川联合动力系统股份有限公司 电机系统故障检测方法、设备和计算机可读存储介质
CN112187076B (zh) * 2020-11-05 2024-04-09 武汉理工大学 三相四桥臂逆变器优化脉宽调制系统及方法
CN112187075A (zh) * 2020-11-05 2021-01-05 武汉理工大学 三相四桥臂逆变器干扰脉宽调制系统及方法
CN112994579B (zh) * 2021-03-10 2023-10-10 苏州汇川联合动力系统股份有限公司 逆变器驱动信号调制方法、设备及计算机可读存储介质
CN113176793A (zh) * 2021-04-13 2021-07-27 高创传动科技开发（深圳）有限公司 电机伺服系统及其控制方法、装置、电子设备及存储介质
CN113037122A (zh) * 2021-05-11 2021-06-25 南京航空航天大学 一种双三相桥并联控制器及其倍频调制方法
CN115411916A (zh) * 2021-05-27 2022-11-29 上海汽车电驱动有限公司 抑制控制器功率器件关断电压尖峰的方法、设备和介质
CN113037072B (zh) * 2021-05-28 2021-08-17 天津飞旋科技股份有限公司 一种窄脉冲抑制方法、装置和桥式开关电路

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4491778A (en) * 1981-10-19 1985-01-01 Hughes Tool Company Motor variable frequency drive
JP2585511B2 (ja) * 1985-07-16 1997-02-26 株式会社豊田中央研究所 インバ−タ駆動装置
JP3362195B2 (ja) * 1996-11-12 2003-01-07 オムロン株式会社 ブラシレス直流モータの駆動制御装置
JP4674942B2 (ja) * 2000-09-08 2011-04-20 ローム株式会社 ブラシレスモータ用駆動制御装置
US6535402B1 (en) * 2002-07-12 2003-03-18 Delta Electronics Inc. Adaptive compensation of dead time for inverter and converter
US6842354B1 (en) * 2003-08-08 2005-01-11 Rockwell Automation Technologies, Inc. Capacitor charge balancing technique for a three-level PWM power converter
JP5333422B2 (ja) * 2010-12-07 2013-11-06 株式会社デンソー 電力変換装置
WO2012124223A1 (ja) * 2011-03-16 2012-09-20 三洋電機株式会社 電力変換制御装置及び系統連系装置
WO2013018349A1 (ja) * 2011-08-03 2013-02-07 パナソニック株式会社 永久磁石型同期電動機のモータ定数算出方法およびモータ定数算出装置
EP3045871B1 (en) * 2011-11-24 2017-12-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Rotational-angle detection device and electric power-steering device provided with rotational-angle detection device
WO2015105081A1 (ja) * 2014-01-09 2015-07-16 住友電気工業株式会社 電力変換装置及び三相交流電源装置
CN107317502B (zh) * 2016-04-18 2023-07-18 珠海格力电器股份有限公司 逆变器死区补偿方法、装置和逆变器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11611291B2 (en) 2020-11-25 2023-03-21 Delta Electronics, Inc. Power system and pulse width modulation method therefor
TWI808881B (zh) * 2022-09-02 2023-07-11 財團法人工業技術研究院 高功率多頻耦合驅動器及其驅動方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI677171B (zh) 2019-11-11
US20190334457A1 (en) 2019-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI677171B (zh) 弦波調製方法及三相逆變器
US9496794B2 (en) Regulation of powertrain converter circuit
TWI462458B (zh) 具死區開路補償功能之驅動器
Nguyen et al. A modified single-phase quasi-Z-source AC–AC converter
CN108880311B (zh) 一种多电平逆变器的箝位调制方法、装置及逆变器
CN109690951B (zh) 用于功率转换装置的栅极驱动电路
AU2020418894B2 (en) Method and system for modulating high-low frequency double-pulsed mig welding waveform having flexible transition
CN103069707A (zh) 功率转换器及其控制方法
JP2015216081A (ja) 誘導加熱装置
US6909258B2 (en) Circuit device for driving an AC electric load
Fang et al. Three-phase voltage-fed quasi-Z-source AC-AC converter
Pérez-Tarragona et al. Full-bridge series resonant multi-inverter featuring new 900-V SiC devices for improved induction heating appliances
JP5976953B2 (ja) ブリッジレッグ
CN103001577B (zh) 具有死区开路补偿功能的驱动器
Ljusev et al. Safe-commutation principle for direct single-phase ac-ac converters for use in audio power amplification
CN203522574U (zh) 一种三相大功率逆变电源的负载不平衡控制装置
CN108390553A (zh) 一种电机传动pwm死区的补偿方法
JPH04289781A (ja) パルス幅変調制御インバータの制御回路
Rothstein et al. Detailed analysis of converter-output-voltage errors under light-load conditions
Piao et al. Analysis and compensation of dead-time effect in direct matrix converter
EP2304869B1 (en) Method and apparatus for converting direct current into an alternating current
EP4274076A1 (en) Zero voltage switching
Jeng et al. A novel no-dead-time sinusoidal modulation method for three phase inverter
Zeng et al. Four-step switching strategy for bidirectional switches in single-phase ac/ac Buck converter
Zhang et al. Study of voltage-source pwm inverter based on state combination method