TWI462458B - 具死區開路補償功能之驅動器 - Google Patents

具死區開路補償功能之驅動器 Download PDF

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TWI462458B TW100132653A TW100132653A TWI462458B TW I462458 B TWI462458 B TW I462458B TW 100132653 A TW100132653 A TW 100132653A TW 100132653 A TW100132653 A TW 100132653A TW I462458 B TWI462458 B TW I462458B
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    • H02M1/385—Means for preventing simultaneous conduction of switches with means for correcting output voltage deviations introduced by the dead time

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Description

具死區開路補償功能之驅動器
本案係關於一種驅動器，尤指一種具死區開路補償功能之驅動器。
現今應用於驅動馬達運作同時控制馬達轉速的變頻器(inverter)之控制技術，大略可廣義分為純量控制(scalar control)與向量控制(vector control)兩種。雖然純量控制在速度動態響應、控速比及控制精度等方面比向量控制較差，但由於純量控制的控制架構簡單、容易實現且比較不容易發散，因此在一些非伺服目的之工業應用上仍然被廣泛採用。純量控制亦即電壓/頻率控制(V/f control)，也稱為變壓變頻控制(variable voltage variable frequency control,VVVF)。一般而言，純量控制是一種開迴路的控制方法，不需要回授馬達的轉速。其基本原理係根據轉速命令調整馬達供應電源的頻率，亦即變頻器的輸出頻率。因為馬達的磁通大小係與此電壓與頻率比值成正比，因此也必須調整變頻器輸出電壓的大小，使得電壓與馬達運轉頻率的比值維持一定值，藉此達成維持磁通大小並控制轉速的目的。
雖然電壓/頻率控制較容易實現，然而在低頻輕載時，由於變頻器的輸出電壓極小，再加上切換開關上的壓降等等因素，造成變 頻器輸出電壓上的誤差加劇，因此馬達運轉在低頻輕載時的控制性能就變得較差。此外，在變頻器驅動電路中，由於功率電晶體會有導通延遲(turn-on delay)與截止延遲(turn-off delay)的非理想現象，因此，實際上，功率電晶體並不會在輸入命令到達後立即導通或截止。為了避免同一臂上兩電晶體在非完全導通或截止狀態下發生短路之情況，須要在上下臂電晶體導通與截止中間錯開，延遲一段時間，此段時間稱為死區時間(dead time)或稱短路防止時間。
交流感應馬達驅動器常利用脈波寬度調變(Pulse width modulation，PWM)的技術來改變輸出電壓振幅與頻率，以控制馬達的轉速。由於功率電晶體的架構，為防止功率電晶體同時導通，死區時間(dead time)的存在則是變頻器操作時所必需的。然而，死區時間將使得實際輸出電壓與電壓命令有所差異，更導致電流輸出無法呈現平滑的弦波，也因此馬達的轉速將產生不連續的現象，若於無額外控制迴路之情況下為避免此一現象，通常需要對脈波寬度調變的死區做開路補償。
第1A圖係習知變頻器死區補償之電路方塊圖，此種變頻器之死區補償方式為目前常用的補償方式之一。如圖所示，此一變頻器10之死區補償方式係利用偵測一馬達11的三相電流計算所需之死區補償量。亦即，利用一電流偵測電路12偵測該馬達11之輸入電源電流，也就是該變頻器10之三相輸出電流。該三相輸出電流係由一死區補償模組13接收該變頻器10之三相輸出電流，並根據該三相電流之極性，在每一相之脈波寬度調變(PWM)參考命令值，加上或減去(視電流極性而定)一個修正量，使得產生的死區補償量 係為一與電流同相位之梯形補償曲線。此種變頻器之死區補償方式具有計算簡單之優點，但其缺點是電壓補償量與梯形斜率會偏離理想值，導致輸出電流波形激變，使得馬達在轉動時會產生忽快忽慢之轉速不連續現象，此種失真現象在低頻輕載時(特別是1Hz以下之輕載甚至無載運轉)會特別明顯。
為了改善上述所提之馬達運轉在低頻輕載時之輸出電流波形激變現象，另一種目前常用的補償方式描述如下。第1B圖係為另一習知變頻器死區補償之電路方塊圖。此種變頻器之死區補償方式係為採用電壓回授之死區補償方式。亦即，此種變頻器之死區補償方式係除了採用上述之補償方式外，另外再增加一電壓偵測電路14。該電壓偵測電路14係用以偵測該變頻器10之三相輸出電壓，並且求出其瞬時之電壓輸出差量。並根據該電壓輸出差量以及所偵測到之三相電流極性，求出電壓補償量及其補償量之方向。此種以電壓回授方式進行死區補償的方式，輸出電流的波形接近純弦波，為平滑之補償曲線。相較於第一種變頻器死區補償方式(如第1A圖)的補償量係為一梯形，除了造成在高電壓輸出時梯形的轉折點處會產生電流激變外，也由於梯形的補償量與真實補償量不一致，將產生電壓補償過大的問題。因此，此種變頻器之死區補償方式除了可得到高準確度補償量之優點外，更可得到幾乎無失真的弦波電流，以改善馬達運轉在低頻輕載時之輸出電流波形激變現象。但其缺點是為了直接偵測以求出電壓輸出差量，必須額外增加該電壓偵測電路14，故需要增加額外硬體電路的成本。
由於習用技術與方法皆以電壓輸出與實際命令值不同的觀點，來 企圖補償死區造成的影響，使電流輸出更近似於正弦波，然而這些方法將會造成電壓補償量與梯形斜率會偏離理想值，導致輸出電流波形激變，使得馬達在轉動時會產生忽快忽慢之轉速不連續現象，或是增加額外硬體電路的成本。
因此，如何發展一種可解決習用技術之高成本及容易受到頻率影響而使得補償失準之具死區開路補償功能之驅動器，實為目前迫切需要解決之問題。
本案之目的在於提供一種具死區開路補償功能之驅動器，其可透過直接回授輸出電流以補償死區造成的影響，使電流輸出更近似於正弦波及與頻率命令所表示之頻率同步之方法，以達到降低成本及可適用於不同馬達或不同驅動器之目的。
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種具死區開路補償功能之驅動器，依據電壓命令及頻率命令產生輸出電壓以驅動負載，其包括：逆變電路，接收直流電壓並以脈波寬度調變的方式運作使驅動器輸出輸出電壓與輸出電流至負載；輸出電流檢測電路，連接於輸出電流之電流迴路上，以檢測輸出電流之電流值並產生對應之輸出電流檢測訊號；以及控制單元，連接於逆變電路與輸出電流檢測電路，係依據電壓命令與頻率命令產生具死區時間之逆變控制訊號至逆變電路，使逆變電路以脈波寬度調變的方式運作；其中，控制單元依據相關於輸出電流之輸出電流檢測訊號以及死區時間，修正隨著電壓命令及頻率命令變化之參考指令，以分別補償輸出電壓、輸出電流之振幅及波形平滑度。
10‧‧‧變頻器
12‧‧‧電流偵測電路
13‧‧‧死區補償模組
14‧‧‧電壓偵測電路
2‧‧‧具死區開路補償功能之驅動器
21‧‧‧整流電路
22‧‧‧逆變電路
23a~23c‧‧‧第一~第三相輸出電流檢測電路
24‧‧‧控制單元
24B‧‧‧控制單元之控制方塊
241‧‧‧平滑修正方塊
241a~241c‧‧‧第一~第三相平滑修正方塊
242‧‧‧振幅修正方塊
243‧‧‧加法方塊
243a~243c‧‧‧第一~第三相加法方塊
244‧‧‧脈波寬度調變方塊
245‧‧‧參考指令產生方塊
25‧‧‧濾波電路
11、3‧‧‧負載(馬達)
Cb‧‧‧匯流排電容
C1~C3‧‧‧第一~第三電容
L1~L3‧‧‧第一~第三電感
G1‧‧‧接地端
Td‧‧‧死區時間
S6~S1‧‧‧第一~第六開關元件
Vb‧‧‧直流電壓
Vcm‧‧‧電壓命令
Vcm1~Vcm3‧‧‧第一~第三相參考指令
fcm‧‧‧頻率命令
Vm1~Vm3‧‧‧第一~第三相次參考指令
Vin1~Vin3‧‧‧第一~第三相輸入電壓
Vo1~Vo3‧‧‧第一~第三相輸出電壓
Vk1~Vk3‧‧‧第一~第三相調變電壓
Io1~Io3‧‧‧第一~第三相輸出電流
Vc1~Vc3‧‧‧第一~第三相振幅修補訊號
Vt1~Vt3‧‧‧第一~第三相波形修補訊號
Vg1~Vg6‧‧‧第一~第六逆變控制訊號
第1A圖：係為習知變頻器死區補償之電路方塊圖。
第1B圖：係為另一習知變頻器死區補償之電路方塊圖。
第2A圖：係為本案較佳實施例之具死區開路補償功能之驅動器之電路示意圖。
第2B圖：係為本案較佳實施例之控制單元之控制方塊示意圖。
第3~5圖：係為電壓命令、波形修補訊號、振幅修補訊號、次參考指令及輸出電流中之一相之波形時序示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
請參閱第2A圖與第2B圖，其中第2A圖係為本案較佳實施例之具死區開路補償功能之驅動器之電路示意圖，而第2B圖係為本案較佳實施例之控制單元之控制方塊示意圖。第2A圖所示，本案之具死區開路補償功能之驅動器2之輸入側接收電力供應系統(未圖示)所提供之單相或三相輸入電壓(市電)Vin1~Vin3，而驅動器2之輸出側連接於負載3，例如馬達。運作時，驅動器2會依據電壓命令Vcm(voltage command)及頻率命令fcm將輸入電壓Vin轉換為相同於電壓命令Vcm所表示之電壓值及頻率命令fcm所表示之頻率值之單相或三相輸出電壓Vo1~Vo3，以驅動馬達運作，使馬達的轉速隨著該電壓命令Vcm及該頻率命令fcm變化以達到馬達轉速控制之目的。其中，電壓命令Vcm及頻率命令fcm可以由控制面板(未圖示)產生，使用者可藉由控制面板(未圖示)輸入欲使馬達運轉之轉速設 定值後，例如500rpm，再由控制面板(未圖示)依據該轉速設定值產生對應數值之電壓命令Vcm及頻率命令fcm。
於本實施例中，本案之具死區開路補償功能之驅動器2包含：整流電路21、逆變電路22、輸出電流檢測電路23a~23c、控制單元24、濾波電路25以及匯流排電容Cb，其中，整流電路21的直流側連接於匯流排電容Cb與逆變電路22，用以將輸入電壓Vin1~Vin3整流並產生一直流電壓Vb(匯流排電壓)至匯流排電容Cb與逆變電路22。匯流排電容Cb連接於整流電路21的直流側與逆變電路22的電源輸入側，用以消除直流電壓Vb的高頻雜訊。
於本實施例中，逆變電路22的電源輸入側連接於匯流排電容Cb與整流電路21的直流側，逆變電路22的電源輸出側與濾波電路25的輸入側連接，用以將直流電壓Vb以脈波寬度調變(PWM)的方式轉換為單相或三相調變電壓Vk1~Vk3，於本實施例中，逆變電路22可以是但不限為電壓源型式逆變器(Voltage Source Inverter,VSI)，且使用空間向量脈波寬度調變(Space Vector PWM,SVPWM)或正弦脈波寬度調變(Sinusoidal PWM,SPWM)的方式將直流電壓Vb轉換為單相或三相調變電壓Vk1~Vk3。
於本實施例中，濾波電路25的輸入側與逆變電路22的電源輸出側連接，濾波電路25的輸出側藉由驅動器2之輸出側與負載3連接，用以濾除單相或三相調變電壓Vk1~Vk3之高頻成分，例如15k Hz之高頻調變頻率，而產生相同於電壓命令Vcm所表示之電壓值與頻率命令fcm所表示之頻率值(例如380V，60Hz)之單相或三相輸出電壓Vo1~Vo3至驅動器2之輸出側，例如濾除高於市電頻率60Hz(赫茲)之高頻成分。
於本實施例中，第一~第三相輸出電流檢測電路23a~23c分別連接於第一~第三相輸出電流Io1~Io3之電流迴路上，例如驅動器2之輸出側，其可以是但不限為使用一個或複數個比流器(current transformer,CT)方式實現，用以分別檢測第一~第三相輸出電流Io1~Io3之電流值並產生對應之三相輸出電流檢測訊號，使第一~第三相輸出電流Io1~Io3與三相輸出電流檢測訊號之波形相同但大小不同。
於本實施例中，控制單元24連接於逆變電路22的控制側以及輸出電流檢測電路23a~23c的檢測端，且可以是但不限為數位訊號處理器(Digital signal processing,DSP)或脈波寬度調變控制器(PWM controller)，用以依據電壓命令Vcm與頻率命令fcm產生具死區時間Td之逆變控制訊號Vg1~Vg6至該逆變電路22，使逆變電路22以脈波寬度調變(PWM)的方式將直流電壓Vb轉換為單相或三相調變電壓Vk1~Vk3，且輸出電壓Vo1~Vo3之電壓值及頻率值相同於電壓命令Vcm及頻率命令fcm。其中，控制單元24更會依據相關於輸出電流Io1~Io3之輸出電流檢測訊號以及死區時間Td，修正隨著電壓命令Vcm及頻率命令fcm變化之至少一相參考指令Vcm1~Vcm3，以分別補償輸出電壓Vo1~Vo3、輸出電流Io1~Io3之振幅(amplitude)及波形平滑度。
於本實施例中，逆變電路22包含第一開關元件S1~第六開關元件S6，且因應控制單元24所產生之第一~第六逆變控制訊號Vg1~Vg6之狀態，例如高電位之致能狀態(enable)或位電低之禁能狀態(disable)，對應導通或截止，使直流電壓Vb之電能選擇性地經由第一開關元件S1~第五開關元件S5或/及第六開關元件S6傳遞至 濾波電路25之輸入側，即產生三相調變電壓Vk1~Vk3至濾波電路25之輸入側。其中，第一開關元件S1~第六開關元件S6之控制端與控制單元24連接，第一開關元件S1~第六開關元件S6兩兩串聯連接，進而構成第一~第三開關對(couple)，而第一~第三開關對彼此並聯連接於整流電路21之直流側與匯流排電容Cb。於運作時，第一~第三開關對因應控制單元24所產生之逆變控制訊號Vg1~Vg6之狀態對應導通或截止，使直流電壓Vb之電能選擇性地經由該第一開關對、該第二開關對或/及該第三開關對傳遞至該濾波電路25。此外，於本實施例中，逆變電路22更包含六個二極體(body diode)，分別並聯連接於對應之開關元件S1~S6，用以在第一~第六開關元件S1~S6截止時保護第一~第六開關元件S1~S6。
於本實施例中，第一開關元件S1~第六開關元件S6可以是但不限為閘流體開關元件，例如雙載體電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)、金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)、絕緣柵雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)、矽控整流器(Silicon-Controlled Rectifier,SCR)或雙向閘流體開關(The triode AC switch,TRIAC)等閘流體開關元件。
於本實施例中，由高功率被動元件所構成之濾波電路25包含：第一~第三電感L1~L3以及第一~第三電容C1~C3等被動元件，其中第一~第三電感L1~L3連接於逆變電路22之電源輸出側與驅動器2之輸出側之間，第一~第三電容C1~C3以Y形的方式連接於驅動器2之輸出側與接地端G1(ground)，但不以此為限。
如第2B圖所示，本案之具死區開路補償功能之驅動器2，主要以開路(open-loop)的補償方式對驅動器2運作時之死區時間Td進行補償，即在主控制方塊之控制路徑上沒有使用輸出電流Io1~Io3的回授進行閉迴授(close-loop)的控制，而控制單元24之控制方塊24B包含：平滑修正方塊241、振幅修正方塊242、加法方塊243、脈波寬度調變方塊244以及參考指令產生方塊245，其中平滑修正方塊241、振幅修正方塊242以及加法方塊243用以補償死區時間Td造成之影響。
由於，電壓命令Vcm及頻率命令fcm為純量數值，運作時，需要藉由參考指令產生方塊245依據電壓命令Vcm所表示之電壓值及頻率命令fcm所表示之頻率值對應產生弦波變化之至少一相參考指令Vcm1~Vcm3，於本實施例中，驅動器2為三相式且驅動三相馬達，參考指令產生方塊245會依據電壓命令及Vcm及頻率命令fcm產生相位差120度之第一~第三相參考指令Vcm1~Vcm3。本案技術應用於單相式之驅動器且驅動單相馬達時，平滑修正方塊、振幅修正方塊、加法方塊以及參考指令產生方塊分別只會產生第一相波形修補訊號Vt1、第一相振幅修補訊號Vc1、第一相次參考指令Vm1以及第一相參考指令Vcm1，且驅動器只產生第一相輸出電壓Vo1及第一相輸出電流Io1至馬達。
平滑修正方塊241先以頻率命令fcm所表示之頻率值為基礎且藉由相關於輸出電流Io1~Io3之輸出電流檢測訊號分析輸出電流Io1~Io3之波形平滑狀況，可利用誤差驅動控制器實現，例如使用比例積分微分控制器(PID)、比例積分控制器(PI)、比例控制器(P)或比例微分控制器(PD)實現，以產生其對應之單相或三相波形修補訊 號Vt1~Vt3，於本實施例中，驅動器2為三相式且驅動三相馬達，故此平滑修正方塊241包含第一~第三相平滑修正方塊241a~241c，其各自以頻率命令fcm所表示之頻率值為基礎且藉由相關於各相輸出電流Io1~Io3之輸出電流檢測訊號分析各相輸出電流Io1~Io3之波形平滑狀況，並產生其對應之各相波形修補訊號Vt1~Vt3。
振幅修正方塊242依據死區時間Td的時間量產生單相或三相振幅修補訊號Vc1~Vc3，而振幅修補訊號Vc1~Vc3之矩形波之振幅大小與死區時間Td的時間量成正比，且振幅修補訊號Vc1~Vc3之頻率相同於頻率命令fcm所表示之頻率值，於本實施例中，驅動器2為三相式且驅動三相馬達，因此，振幅修正方塊242會產生相位彼此相差120度之第一~第三相振幅修補訊號Vc1~Vc3，且利用關於各相輸出電流Io1~Io3之輸出電流檢測訊號使第一~第三相振幅修補訊號Vc1~Vc3之相位各自與第一~第三輸出電流Io1~Io3同步。
加法方塊243係接收單相或三相參考指令Vcm1~Vcm3、波形修補訊號Vt1~Vt3以及振幅修補訊號Vc1~Vc3，並藉由將各相參考指令Vcm1~Vcm3、波形修補訊號Vt1~Vt3以及振幅修補訊號Vc1~Vc3疊加，以對單相或三相參考指令Vcm1~Vcm3進行修正或補償而產生單相或三相次參考指令Vm1~Vm3。於本實施例中，驅動器2為三相式且驅動三相馬達，加法方塊243包含第一~第三相加法方塊243a~243c，且各自將各相參考指令Vcm1~Vcm3、波形修補訊號Vt1~Vt3以及振幅修補訊號Vc1~Vc3疊加而產生各相次參考指令Vm1~Vm3，使得各相參考指令Vcm1~Vcm3加入補償量(Vt1~Vt3、Vc1~Vc3)而被修正為次參考指令Vm1~Vm3，其關係式如下所示：Vm1=Vcm1+Vt1+Vc1， Vm2=Vcm2+Vt2+Vc2，Vm3=Vcm3+Vt3+Vc3。
運作時，脈波寬度調變方塊244會將該次參考指令Vm1~Vm3與調變用且調變頻率值較高(例如5k Hz或15k Hz)之三角波比較(未圖示)，並依比較結果產生第一~第六逆變控制訊號Vg1~Vg6，不同於傳統控制方塊，本案之脈波寬度調變方塊244非直接依據參考指令Vcm1~Vcm3產生逆變控制訊號Vg1~Vg6，而是依據修正後之次參考指令Vm1~Vm3產生逆變控制訊號Vg1~Vg6，可以有效地補償或修正因脈波寬度調變方塊244產生逆變控制訊號Vg1~Vg6時加入死區時間Td造成輸出電壓Vo1~Vo3、輸出電流Io1~Io3之振幅下降及波形不平滑之問題。
以下將詳述本案之具死區開路補償功能之驅動器2在不同控制狀態時之細部作動方式，其中第3~5圖係為電壓命令、波形修補訊號、振幅修補訊號、次參考指令及輸出電流中之一相之波形時序示意圖，由於，三相間彼此為相位相差120度之相似波形，此處僅以第一相為例說明其作動及效果。請參閱第3圖，如第3圖所示，逆變電路22中之死區時間Td係為了避免逆變電路22中之開關元件S1~S6(功率電晶體)同時導通，若未對死區時間Td進行補償時，即停止平滑修正方塊241及振幅修正方塊242運作使第一相波形修補訊號Vt1與第一相振幅修補訊號Vc1等於零時，死區時間Td將使得實際第一相輸出電壓Vo1(未圖示)與第一相參考指令Vcm1有所差異，更導致第一相輸出電壓Vo1(未圖示)與第一相電流Io1無法呈現平滑的弦波，未經補償之第一相輸出電流Io1之電流值極低、波形雜亂。
請參閱第4圖，若振幅修正方塊242運作而平滑修正方塊241停止運作時，即第一相波形修補訊號Vt1等於零時，振幅修正方塊242會依據死區時間Td的時間量產生對應振幅量之第一相振幅修補訊號Vc1之矩形波，此第一相振幅修補訊號Vc1主要用以補償第一相輸出電壓Vo1之振幅，藉此使第一相輸出電流Io1之電流值(振幅)提高至較佳之電流值大小，此時之第一相次參考指令Vm1(Vm1=Vcm1+Vc1)係為第一相參考指令Vcm1疊加第一相振幅修補訊號Vc1。
當平滑修正方塊241及振幅修正方塊242同時運作時，平滑修正方塊241依據頻率命令fcm所表示之頻率值為基礎且藉由相關於第一輸出電流Io1之輸出電流檢測訊號分析第一相輸出電流Io1之波形平滑狀況，而產生其對應之第一相波形修補訊號Vt1，使得第一相輸出電壓Vo1與第一相電流Io1之波形較平滑，如第5圖所示，將變化量較小之第一相振幅修補訊號Vc1及第一相波形修補訊號Vt1疊加於第一相參考指令Vcm1而產生第一相次參考指令Vm1(Vm1=Vcm1+Vt1+Vc1)，並提供至脈波寬度調變方塊244後，即可使得第一相輸出電壓Vo1(未圖示)與第一相輸出電流Io1之振幅較佳及波形較平滑(波形較近似弦波函數sin)。故各相參考指令Vcm1~Vcm3、波形修補訊號Vt1~Vt3及振幅修補訊號Vc1~Vc3經過加法方塊243的疊加後之各相次參考指令Vm1~Vm3即可使得輸出之三相輸出電壓Vo1~Vo3及三相輸出電流Io1~Io3不會受到死區時間Td之影響，進而使馬達持續穩定地運轉。另外，由於本案技術除了使用振幅修正方塊產生矩形波之振幅修補訊號補償死區時間之影響外，更使用平滑修正方塊以頻率命令fcm對應的頻率值為基礎分析輸 出電流之波形平滑狀況，並產生其對應之波形修補訊號來補償死區時間之影響，如此可使得控制性能不受調變頻率(載波頻率)高低的影響，且不因調變頻率降低而有所退化，因此馬達在以極低的頻率操作下(如0.05Hz以下)，即輸出電壓的頻率極低時，馬達依舊可以平順運轉。
綜上所述，本案之具死區開路補償功能之驅動器僅透過電流回授即可將輸出電壓及輸出電流之振幅及波型修補完成，控制單元之控制方塊可以利用例如數位訊號處理器或脈波寬度調變控制器之程式(firmware)實現，無需增加額外硬體，可同時達到節省成本的目的。此外，本案之具死區開路補償功能之驅動器與系統參數無關，因此可通用於不同馬達或不同驅動器，亦無需事先的校正或調整的步驟，因此在驅動器的調機步驟上將會更加的簡易。
本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
24B‧‧‧控制單元之控制方塊
241‧‧‧平滑修正方塊
241a~241c‧‧‧第一~第三相平滑修正方塊
242‧‧‧振幅修正方塊
243‧‧‧加法方塊
243a~243c‧‧‧第一~第三相加法方塊
244‧‧‧脈波寬度調變方塊
245‧‧‧參考指令產生方塊
Td‧‧‧死區時間
Vcm‧‧‧電壓命令
Vcm1~Vcm3‧‧‧第一~第三相參考指令
f‧‧‧頻率命令
Vm1~Vm3‧‧‧第一~第三相次參考指令
Io1~Io3‧‧‧第一~第三相輸出電流
Vc1~Vc3‧‧‧第一~第三相振幅修補訊號
Vc1~Vc3‧‧‧第一~第三相波形修補訊號
Vg1~Vg6‧‧‧第一~第六逆變控制訊號

Claims (16)

  1. 一種具死區開路補償功能之驅動器，依據一電壓命令及一頻率命令產生一輸出電壓以驅動一負載，其包括：一逆變電路，係接收一直流電壓並以脈波寬度調變的方式運作，使該驅動器輸出該輸出電壓與一輸出電流至該負載；一輸出電流檢測電路，連接於該輸出電流之電流迴路上，以檢測該輸出電流之電流值並產生對應之一輸出電流檢測訊號；以及一控制單元，連接於該逆變電路與該輸出電流檢測電路，係依據該電壓命令與該頻率命令產生具一死區時間之一逆變控制訊號至該逆變電路，使該逆變電路以脈波寬度調變的方式運作；其中，該控制單元依據相關於該輸出電流之該輸出電流檢測訊號以及該死區時間，修正隨著該電壓命令及該頻率命令變化之一參考指令，以分別補償該輸出電流之振幅及波形平滑度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該控制單元之控制方塊包含：一參考指令產生方塊，依據該電壓命令所表示之電壓值及該頻率命令所表示之頻率值對應產生弦波變化之該參考指令；一平滑修正方塊，依據該頻率命令所表示之頻率值為基礎分析該輸出電流之波形平滑狀況，並產生其對應之一波形修補訊號；一振幅修正方塊，產生振幅大小隨著該死區時間的時間量變 化之一振幅修補訊號，且該振幅修補訊號之頻率值相同於該頻率命令所表示之頻率值；一加法方塊，將該波形修補訊號與該振幅修補訊號加之補償量加入該參考指令而產生補償後之一次參考指令；以及一脈波寬度調變方塊，依據修正後之該次參考指令產生該逆變控制訊號，使該輸出電壓、該輸出電流之振幅及波形平滑度分別被補償。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該平滑修正方塊先以該頻率命令所表示之頻率值為基礎分析該輸出電流之波形平滑狀況，利用一誤差驅動控制器產生其對應之該波形修補訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該誤差驅動控制器為一比例積分微分控制器、一比例積分控制器、一比例控制器或一比例微分控制器。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該振幅修補訊號為矩形波，且該振幅修補訊號之矩形波之振幅大小與該死區時間的時間量成正比。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該驅動器為三相式，且該參考指令產生方塊係依據該電壓命令及該頻率命令產生相位差120度之第一~第三相參考指令。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該輸出電流檢測電路之每一相輸出電流檢測電路連接於該輸出電流對應之一相電流迴路上，係分別檢測該輸出電流之每一相之電流值並產生該輸出電流檢測訊號之每一相波形。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中 該輸出電流檢測電路使用一個或複數個比流器方式實現。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該平滑修正方塊包含第一~第三相平滑修正方塊，其各自以該頻率命令所表示之頻率值為基礎分析該輸出電流之各相輸出電流之波形平滑狀況，並產生其對應之該波形修補訊號之各相波形修補訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該振幅修正方塊產生該振幅修補訊號之每一相振幅修補訊號，且其彼此相位相差120度。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該加法方塊包含第一~第三相加法方塊，且各自將該參考指令、該波形修補訊號以及該振幅修補訊號之各相疊加，而產生該次參考指令之每一相。
  12. 如申請專利範圍第2項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該控制單元為一數位訊號處理器或一脈波寬度調變控制器，且該控制單元之控制方塊利用該數位訊號處理器或該脈波寬度調變控制器之程式實現。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之具死區開路補償功能之驅動器，更包含一整流電路與一匯流排電容，該整流電路連接於該逆變電路，係將一輸入電壓整流並產生該直流電壓；該匯流排電容連接於該整流電路與該逆變電路，以消除該直流電壓的高頻雜訊。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之具死區開路補償功能之驅動器，更包含一濾波電路，該濾波電路連接於該逆變電路的電源輸出側及該驅動器之輸出側，係濾除該逆變電路輸出之一調變電壓之高頻成分而產生相同於該電壓命令所表示之電壓值與該頻率命令所表示 之頻率值之該輸出電壓。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該逆變電路包含複數個開關元件，且因應該控制單元所產生之該逆變控制訊號之狀態對應導通或截止，使該直流電壓之電能選擇性地經由該複數開關元件傳遞至該濾波電路之輸入側，而產生該調變電壓。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之具死區開路補償功能之驅動器，其中該逆變電路更包含複數個二極體，且分別並聯連接於該複數個開關元件對應之該開關元件，以保護該複數開關元件。
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