TWI795052B

TWI795052B - 功率轉換器之控制方法與功率轉換器

Info

Publication number: TWI795052B
Application number: TW110140064A
Authority: TW
Inventors: 吳秉衡; 胡凱維; 邢雷鍾
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2023-03-01
Also published as: TW202318767A

Abstract

一種功率轉換器之控制方法，功率轉換器透過複數開關切換輸入電源產生三相輸出電源。控制方法包含：取得對應三相輸出電源的三相輸出命令；比較三相輸出命令與控制載波，並依據比較結果獲得三相輸出命令所對應的電壓相位角；取得三相輸出電源的三相電流值；檢測電壓相位角以及三相電流值的正負變化，決定零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓；合成零序電壓以及三相輸出命令，以取得三相輸出期望值；比較三相輸出期望值以及控制載波，以取得每一開關所對應的導通時間；以及透過每一開關的導通時間，切換輸入電源來調節三相輸出電源。

Description

功率轉換器之控制方法與功率轉換器

本發明係有關一種功率轉換器之控制方法與功率轉換器，尤指一種基於AZSVPWM，利用適當區間注入零序電壓來降低直流電流漣波的功率轉換器之控制方法與功率轉換器。

在各種不同的工業應用上，常會使用到功率轉換器100(power converter)來進行電能的轉換，如圖1所示，設置於交流側與直流側之的功率轉換器100將電池200的電能轉換，且提供功率給負載300使用。在此，功率轉換器100連接電池200之處可稱為「直流側」，不同實際應用中可以為電池、太陽能板、電容...等等。而圖1中之負載側亦可稱為「交流側」，不同實際應用中可以為馬達、電網、工業產品...等等。

圖2為傳統三相功率轉換器架構。功率轉換器100由六個開關構成的三臂(各包含一上臂開關S_u1,S_v1,S_w1與一下臂開關S_u2,S_v2,S_w2)架構所組成，每相輸出接至一臂上、下臂開關的中心點，為一已知且廣泛應用於工業產品之電路架構。

圖3為應用於功率轉換器100之脈波寬度調變(pulse-width modulation,PWM)系統架構圖，根據不同實際應用，功率轉換器100對應的控制器400設計的方式也會不同。例如當負載300是電壓源(voltage source)時，功率轉換器100常應用為主動式前級(active front end)，此時控制器400就必須調節交流側的功率因數(power factor)。若負載300為馬達時，功率轉換器100就必須設計控制各種不同類型的馬達。因此，隨著應用的場合不同，功率轉換器100對應的控制器400設計也不同，但目的皆為控制交流側的電壓，來達到控制的目的。因此，控制器400會產生對應的電壓命令Vref，用以希望控制的交流側輸出電壓。再者，透過脈波寬度調變技術500可以轉換(調製)電壓命令Vref以輸出開關訊號給功率轉換器100上的開關元件模組切換來輸出對應的電壓。由圖3所示，功率轉換器100的輸出電壓為脈波形式的電壓，理想上，如果系統沒有任何損失的情況下，此脈波電壓的平均值會為電壓命令Vref。

大多數應用於傳統三相功率轉換器之脈波寬度調變技術為稱作向量空間脈波寬度調變技術(SVPWM)的開關切換方式，其方法係為將三相各相的電壓命令跟一載波ePWM比較。如圖4所示，當該相電壓命令Vref大於載波ePWM時，該臂的上開關導通，下開關則關閉。如圖5所示，若將三相電壓命令(v_u*,v_v*,v_w*)一起與載波ePWM比較，則可以將三相各臂的開關整理出如圖5所示(當v_u*>v_v*>v_w*時)，若分析各種不同的電壓命令組合，並將其輸出電壓轉至d-q同步框，則可以整理成由電壓向量v₀-v₇組成的空間向量圖(Space vector diagram)，如圖6所示。舉例來說v₁(100)代表U相上臂開關導通，V和W相下臂開關導通，另外v₀(000)和v₇(111)所產生出來的輸出電壓皆為零，故稱作零向量，其餘v₁-v₆向量則稱為主動向量。此PWM方式已廣泛應用於各種功率轉換器產品上。

由圖6可以解釋SVPWM的基本概念：三相電壓v_u*,v_v*,v_w*命令轉至同步框後為v*，轉框過程中會得到電壓命令v*跟q軸的角度θ，不同的θ角度使得v*落在圖6的任一個向量三角形內。此電壓命令在一個開關週期內將由組成該三角形的電壓向量來合成。此時的電壓命令v*落在由v₁,v₂,v₀,v₇組成的三角形區間，此時在一個PWM切換週期內，如圖5所示，輸出的電壓向量依序為v₇-v₂-v₁-v₀-v₁-v₂-v₇，表1為定義電壓區間與角度之關係。

有別於前述的SVPWM，另外還有一種PWM切換方式-主動式零序空間向量脈波寬度調變(active zero-sequence space vector PWM或者active zero-state space vector PWM,AZSVPWM)，以下簡稱AZSVPWM，其原理係為將一切換週期內的零向量(v₀,v₇)換成主動向量(v₁-v₆)，作法如圖7所示(當v_u*>v_v*>v_w*時)。與SVPWM不同，AZSVPWM的切換方式為將三相電壓命令之最大(v_u*)和最小值(v_w*)與一載波ePWM比較，中間值(v_v*)與一反向載波ePWM’比較。與圖5比較，可以發現SVPWM中的零向量被主動向量(v₃,v₆)取代，即零向量v₇被主動向量v₆取代，而零向量v₀被主動向量v₃取代，因此對應到圖6的向量圖，電壓命令v*由落在的該半平面的向量組成。此切換方式可以有效降低輸出側的共模電壓(common mode voltage)，常被使用在馬達驅動器之應用，此方式已廣泛的在學術和業界討論。在此基礎上，本申請提出之技術較常利用至馬達驅動器之應用，為一基於AZSVPWM，利用適當區間注入零序電壓來降低直流電流漣波之技術。

為此，如何設計出一種功率轉換器之控制方法與功率轉換器，尤指一種基於AZSVPWM，利用適當區間注入零序電壓來降低直流電流漣波的功率轉換器之控制方法與功率轉換器，解決現有技術所存在的問題與技術瓶頸，乃為本案發明人所研究的重要課題。

本發明之目的在於提供一種功率轉換器之控制方法，解決現有技術之問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的功率轉換器之控制方法，功率轉換器透過複數開關切換輸入電源產生三相輸出電源。控制方法包含：取得對應三相輸出電源的每一相的三相輸出命令；比較三相輸出命令與控制載波，並依據比較結果獲得三相輸出命令所對應的電壓相位角；取得三相輸出電源的三相電流值；檢測電壓相位角以及三相電流值的正負變化，決定零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓；合成零序電壓以及三相輸出命令，以取得三相輸出期望值；比較三相輸出期望值以及控制載波，以取得每一開關所對應的導通時間；以及透過每一開關的導通時間，切換輸入電源來調節三相輸出電源。

在一實施例中，控制方法更包含：透過控制器建立表格；以及判斷電壓相位角以及三相電流值的正負變化，以查詢表格來決定零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓；其中表格包括多個電壓區間和多個電流區間，且各電壓區間皆對應多個電流區間；其中：表格的各電壓區間分別對應記錄多個相位範圍；表格的各電流區間紀錄各三相電流值不同的正負變化；表格記錄各電流區間在不同的多個電壓區中所對應的零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓。

在一實施例中，控制方法更包含：判斷電壓相位角所落入多個相位區間的其中之一；在表格中選擇對應紀錄多個相位區間的其中之一的電壓區間；接收並判斷各三相電流值的正負變化，並在表格中選擇所對應的電流區間；以及依據所選擇的電壓區間及電流區間，查詢表格來決定零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓。

在一實施例中，多個相位範圍包含第一相位範圍至第六相位範圍，且第一相位範圍為[0,π/3]、第二相位範圍為[π/3,2π/3]、第三相位範圍為[2π/3,π]、第四相位範圍為[π,4π/3]、第五相位範圍為[4π/3,5π/3]、第六相位範圍為[5π/3,2π]。

在一實施例中，當三相電流值的U相電流為正、V相電流為負、W相電流為負時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第一電流區間；當三相電流值的U相電流為正、V相電流為正、W相電流為負時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第二電流區間；當三相電流值的U相電流為負、V相電流為正、W相電流為負時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第三電流區間；當三相電流值的U相電流為負、V相電流為正、W相電流為正時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第四電流區間；當三相電流值的U相電流為負、V相電流為負、W相電流為正時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第五電流區間；以及當三相電流值的U相電流為正、V相電流為負、W相電流為正時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第六電流區間。

在一實施例中，當零序電壓被決定為正電壓時，控制方法更包含：取得控制載波在切換週期中的波峰值；取得三相輸出命令中的最大電壓命令；以及計算波峰值以及最大電壓命令之間的第一電壓差，作為零序電壓的正電壓的大小。

在一實施例中，當零序電壓被決定為負電壓時，控制方法更包含：取得控制載波在切換週期中的波谷值；取得三相輸出命令中的最小電壓命令；以及計算波谷值以及最小電壓命令之間的第二電壓差，以作為零序電壓的負電壓的大小。

在一實施例中，控制載波包含第一三角波以及第二三角波，且第一三角波以及第二三角波之間的相位差為π。

在一實施例中，控制方法更包含：依據三相輸出命令、第一三角波以及第二三角波，執行AZSVPWM控制來取得位於兩相座標軸上的三相輸出命令所對應的電壓相位角。

在一實施例中，功率轉換器包括直流側電容，且直流側電容耦接於各開關。控制方法更包含：藉由比較三相輸出期望值以及控制載波所取得的各開關所對應的導通時間，降低直流側電容之電流漣波。

藉此，本發明所提出的功率轉換器之控制方法係基於AZSVPWM，利用適當區間注入零序電壓來降低直流電流漣波。

本發明之目的在於提供一種功率轉換器，解決現有技術之問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的功率轉換器包含：複數開關與控制器。複數開關用於切換輸入電源產生三相輸出電源。控制器包括控制載波，其中控制器取得對應三相輸出電源的三相輸出命令，並取得三相輸出命令所對應的電壓相位角。其中控制器用以檢測三相輸出電源的三相電流值的正負變化；其中控制器建立表格，且表格包含多個電壓區間和多個電流區間，且各電壓區間皆對應多個電流區間，其中：表格的各電壓區間分別對應記錄多個相位範圍；表格的各電流區間紀錄各三相電流值不同的正負變化；以及表格記錄各電流區間在不同的多個電壓區中所對應的零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓；其中控制器根據電壓相位角以及三相電流值，查詢表格來判斷電壓相位角所落入的電壓區間，以及根據三相電流值的正負變化所對應的電流區間，並決定零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓；其中控制器合成零序電壓以及三相輸出命令，以取得三相輸出期望值，且比較三相輸出期望值以及控制載波，以取得各開關所對應的導通時間。

藉此，本發明所提出的功率轉換器係基於AZSVPWM，利用適當區間注入零序電壓來降低直流電流漣波。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

100:功率轉換器

200:電池

300:負載

400:控制器

500:脈波寬度調變技術

600:零序電壓計算單元

700:AZSVPWM

S11~S17:步驟

圖1：係為傳統功率轉換器應用的示意方塊圖。

圖2：係為傳統功率轉換器的電路圖。

圖3：係為傳統應用於功率轉換器之脈波寬度調變的系統架構方塊圖。

圖4：係為傳統功率轉換器之PWM切換方式的示意波形圖。

圖5：係為傳統功率轉換器SVPWM切換方式的示意波形圖。

圖6：係為傳統SVPWM切換下之電壓向量組成的向量空間圖。

圖7：係為功率轉換器AZSVPWM切換方式的示意波形圖。

圖8A：係為傳統SVPWM切換下，在一切換週期內開關切換與直流電流關係的示意波形圖。

圖8B：係為本發明AZSVPWM切換下，在一切換週期內開關切換與直流電流關係的示意波形圖。

圖9：係為本發明AZSVPWM切換下之電壓向量組成的向量空間圖。

圖10A：係為本發明AZSVPWM切換下，控制其中一電壓命令達到波峰值時，在一切換週期內開關切換與直流電流關係的示意波形圖。

圖10B：係為本發明AZSVPWM切換下，控制其中一電壓命令達到波谷時，在一切換週期內開關切換與直流電流關係的示意波形圖。

圖11A：係為在圖10A操作下之電壓向量組成的向量空間圖。

圖11B：係為在圖10B操作下之電壓向量組成的向量空間圖。

圖12：係為本發明應用於功率轉換器之脈波寬度調變的系統架構方塊圖。

圖13：係為本發明功率轉換器之控制方法的流程圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

承前所述，功率轉換器用來使用於各種不同應用下直流側與交流側的電能轉換。功率轉換器是由功率開關模組所組成，透過對複數開關切換來達到電能轉換(例如將圖1中的電池200輸出的輸入電源轉換為三相輸出電源)的效果。本申請提出的技術為一種應用於傳統三相功率轉換器之開關切換技術。在其他一些實施例中，輸入電源可以是直流電、單相交流電、三相交流電或多相交流電等，但本發明不限於此。

請配合參見圖2，係為傳統功率轉換器，包括直流側電容C_dc，其直流側電容C_dc之電流i_DC,inv受到三相開關切換影響，以數學式子則可以式(1)表示為：i _DC,inv=S _u．i _u+S _v．i _v+S _w．i _w...(1)

其中S_u,S_v,S_w代表各臂切換的狀態。以圖2的U相舉例來說，當上臂開關(S_u1)導通時，S_u=1；反之，當下臂開關(S_u2)導通時，S_u=0。而直流側電容電流i_DC,inv之有效值(RMS)i_DC,inv,rms計算如下：

假設此時電壓命令落在由v₁,v₂,v₀,v₇組成的三角形區間，根據三臂的開關切換方式以及對應的輸出電流，可以整理電壓向量與直流側電容電流i_DC,inv的關係如表2所示：

表3為根據功率轉換器之輸出電流(假設三相平衡電流)的極性定義其電流區間，以及在各個電流區間三相電流絕對值最大的電流(i_max)。

請參見圖13所示，其係為本發明功率轉換器之控制方法的流程圖。配合圖7、圖8B所示，於圖13的步驟S11中，該控制方法首先取得對應三相輸出電源的三相輸出命令v_u*,v_v*,v_w*。

然後，配合參見圖8A與圖8B，於步驟S12中，根據三相輸出命令v_u*,v_v*,v_w*與控制載波ePWM,ePWM’，獲得三相輸出命令v_u*,v_v*,v_w*所對應的電壓相位角θ。其中，如圖8B所示，控制載波包含第一三角波ePWM以及第二三角波ePWM’，且第一三角波ePWM以及第二三角波ePWM’之間的相位差為π(即180°)。因此，透過本發明的控制方法，可依據三相輸出命令v_u*,v_v*,v_w*、第一三角波ePWM以及第二三角波ePWM’，執行AZSVPWM控制來取得位於兩相座標軸(即d-q軸)上的三相輸出命令v_u*,v_v*,v_w*所對應的電壓相位角θ，如圖9所示。

請參見圖8A所示，其係在一切換週期內，SVPWM開關切換與直流電流關係。相較於圖8A所示的SVPWM切換技術，圖8B所示的AZSVPWM切換技術使用兩個載波，即一個是與圖8A相同的載波ePWM，另一個為反向載波ePWM’。AZSVPWM切換與直流電流的關係如圖8B所示。一般來說，傳統功率轉換器使用電解電容來當作直流側電容C_dc，流過直流側電容電流有效值i_DC,inv,rms越大，則代表會造成直流側電容C_dc所需承受的熱越大，需要越大的電解電容以免溫度過高，因此，降低直流側電容電流i_DC,inv，可以降低電解電容的大小，進而降低產品的成本。

本發明提出的技術是在功率轉換器基於AZSVPWM的情況下透過適當的區間注入零序電壓來降低功率轉換器的直流側電容C_dc的電流漣波效應，如此，可以有效地提升功率轉換器運作的穩定性及效能。以圖8B的操作條件下(電壓區間R_vol為區間I、電流區間R_cur為區間I)舉例，可以分析出在一個切換週期內，電壓的組成為v₁,v₂,v₃,v₆和零向量。若以圖6的向量圖來解釋，輸出電壓命令在AZSVPWM操作下可由該半平面之電壓向量來組成，如圖9所示。

進一步地，取得三相輸出電源的三相電流值i_u,i_v,i_w(步驟S13)。然後，於步驟S14中，檢測電壓相位角θ以及三相電流值i_u,i_v,i_w的正負變化，決定零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓。具體地，配合參見圖8B、圖9以及表4，該控制方法更包含決定電壓相位角θ所落入的多個相位範圍的其中之一，以作為工作電壓區。透過控制器400建立表格(或稱為查找表look-up table)，以及判斷電壓相位角以及三相電流值的正負變化，以查詢表格來決定零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓。其中表格包括多個電壓區間和多個電流區間，且各電壓區間皆對應多個電流區間，可參見表4。其中表格的各電壓區間分別對應記錄多個相位範圍。其中表格的各電流區間紀錄各三相電流值不同的正負變化。其中表格記錄各電流區間在不同的多個電壓區中所對應的零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓。

具體細部的判斷步驟為：判斷電壓相位角所落入多個相位區間的其中之一。然後，在表格中選擇對應紀錄多個相位區間的其中之一的電壓區間。然後，接收並判斷各三相電流值的正負變化，並在表格中選擇所對應的該電流區間。最後，依據所選擇的電壓區間及電流區間，查詢表格來決定零序電壓為正電壓、零電壓或負電壓。

其中，多個相位範圍包含第一相位範圍為[0,π/3]，即[0,60°]、第二相位範圍為[π/3,2π/3]，即[60°,120°]、第三相位範圍為[2π/3,π]，即[120°,180°]、第四相位範圍為[π,4π/3]，即[180°,240°]、第五相位範圍為[4π/3,5π/3]，即[240°,300°]、第六相位範圍為[5π/3,2π]，即[300°,360°]。

具體地，配合參見表3及表4，當三相電流值的U相電流為正、V相電流為負、W相電流為負時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第一電流區間I。當三相電流值的U相電流為正、V相電流為正、W相電流為負時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第二電流區間II。當三相電流值的U相電流為負、V相電流為正、W相電流為負時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第三電流區間III。當三相電流值的U相電流為負、V相電流為正、W相電流為正時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第四電流區間IV。當三相電流值的U相電流為負、V相電流為負、W相電流為正時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第五電流區間V。當三相電流值的U相電流為正、V相電流為負、W相電流為正時，將三相電流值紀錄為多個電流區間的第六電流區間VI。

其中，在表4中，(+)表示正電壓、(-)表示負電壓、0表示零電壓。

優選地，配合參見圖10A所示，在步驟S14中，當零序電壓被決定為正電壓時，控制方法更包含取得控制載波ePWM,ePWM’在切換週期中的波峰值。然後，取得三相輸出命令v_u*,v_v*,v_w*中的最大電壓命令，進而計算波峰值以及最大電壓命令之間的第一電壓差，作為零序電壓的正電壓的大小。如圖10A所示，係為控制其中一電壓命令達到波峰值時，在一切換週期內開關切換與直流電流關係的示意波形圖。舉例來說，若將電壓命令注入一零序電壓v_z*=v_z1*=Tri-max(v_u*,v_v*,v_w*)後，將原本最大之電壓命令(即v_u*)頂至載波ePWM高度，使該相之開關在此切換週期內為全導通，此時，輸出電壓命令變成只由v₂和v₆及零向量組成，如圖11A所示。

優選地，配合參見圖10B所示，在步驟S14中，當零序電壓被決定為負電壓時，控制方法更包含取得該控制載波ePWM,ePWM’在切換週期中的波谷值。然後，取得三相輸出命令v_u*,v_v*,v_w*中的最小電壓命令，進而計算波谷值以及最小電壓命令之間的第二電壓差，作為零序電壓的負電壓的大小。如圖10B所示，係為控制其中一電壓命令達到波谷時，在一切換週期內開關切換與直流電流關係的示意波形圖。舉例來說，若將電壓命令注入一零序電壓v_z*=v_z2*=-min(v_u*,v_v*,v_w*)後，將原本最小之電壓命令(即v_w*)頂至載波ePWM底部，使該相之開關在此切換週期內為全截止，此時，輸出電壓命令變成只由v₁和v₃及零向量組成，如圖11B所示。

綜上，若欲降低直流側電容電流i_DC,inv，需降低產生最大直流電流的電壓向量區間。以圖8B的操作條件下(電壓區間R_vol為區間I、電流區間R_cur為區間I)舉例，最大的電容電流為i_u，此時的電壓向量為v₁。若要降低直流電流大小且不影響輸出電壓，可以透過AZSVPWM注入適當的零序電壓(v_z1*)來消除v₁以達成降低直流電流大小之目的，如圖10A所示。

若此時是注入圖10A的零序電壓v_z2*，則原本最大直流電流向量會變得更大無法降低直流側電容電流有效值i_DC,inv,rms大小。若此時操作條件變為電流區間R_cur為區間II時，則注入適當的零序電壓(v_z2*)來消除v₂以達成降低直流電流大小之目的。但若此時操作條件變為電流區間R_cur為區間III時，根據表3可知此時最大電流為i_v，在這樣的條件下，根據表1，無論注入v_z1*或v_z2*，電壓命令都會由有直流電流為i_v的電壓向量來合成，故此時則不須注入任何的零序電壓，意即v_z*=0。

根據上述分析，若將此方式擴大到考慮整個電壓區間和電流區間組合，表4整理根據不同電壓區間和電流區間(表1~表3)組合下，注入什麼樣的零序電壓可以有效地降低直流電容電流有效值iDC,inv,rms大小，此即為本發明所提出之選擇局部區域零序電壓注入之脈衝寬度調製，實現之系統架構圖如圖12所示。控制器400回授功率轉換器之電流，對電流和本身產生出來的電壓命令作區間的判定，透過零序電壓計算單元600以表4計算出合適的零序電壓加入電壓命令，最後透過AZSVPWM的實現方式來達成將低電容電流的目的。本發明之技術係基於AZSVPWM透過簡單的命令與載波比較來產生PWM訊號，無須如現有技術所記載之複雜計算來達成降低電容電流目的。

於圖13的步驟S15中，合成零序電壓以及三相輸出命令v_u*,v_v*,v_w*，以取得三相輸出期望值。進一步地，比較三相輸出期望值以及控制載波，以取得每一開關所對應的導通時間(步驟S16)，進而透過每一開關(上臂開關S_u1,S_v1,S_w1與下臂開關S_u2,S_v2,S_w2)的導通時間，切換輸入電源來調節三相輸出電源(步驟S17)。換言之，功率轉換器100包含耦接於開關(S_u1,S_v1,S_w1與S_u2,S_v2,S_w2)的直流側電容C_dc，並且控制器400比較三相輸出期望值以及控制載波來取得每一開關(S_u1,S_v1,S_w1與S_u2,S_v2,S_w2)所對應的導通時間，以降低直流側電容C_dc的電流漣波。藉此，本發明所提出的功率轉換器之控制方法係基於AZSVPWM，利用適當區間注入零序電壓來降低直流側電容C_dc的電流漣波效應。如此，可以有效地提升功率轉換器運作的穩定性及效能。

以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

S11~S17:步驟

Claims

一種功率轉換器之控制方法，該功率轉換器透過複數開關切換一輸入電源產生一三相輸出電源，該控制方法包含：取得對應該三相輸出電源的一三相輸出命令；比較該三相輸出命令與一控制載波，並依據比較結果獲得該三相輸出命令所對應的一電壓相位角；取得該三相輸出電源的一三相電流值；檢測該電壓相位角以及該三相電流值的一正負變化，透過取得該控制載波在一切換週期中的一波峰值決定一零序電壓為一正電壓，或者透過取得該控制載波在一切換週期中的一波谷值決定該零序電壓為一負電壓，或者決定該零序電壓為一零電壓；合成該零序電壓以及該三相輸出命令，以取得一三相輸出期望值；比較該三相輸出期望值以及該控制載波，以取得每一該開關所對應的一導通時間；以及透過每一該開關的該導通時間，切換該輸入電源來調節該三相輸出電源。
如請求項1所述之控制方法，更包含：透過一控制器建立一表格；以及判斷該電壓相位角以及該三相電流值的該正負變化，以查詢該表格來決定該零序電壓為該正電壓、該零電壓或該負電壓；其中該表格包括多個電壓區間和多個電流區間，且各該電壓區間皆對應該多個電流區間；其中：該表格的各該電壓區間分別對應記錄多個相位範圍；該表格的各該電流區間紀錄各該三相電流值不同的正負變化；以及該表格記錄各該電流區間在不同的該多個電壓區間中所對應的該零序電壓為該正電壓、該零電壓或該負電壓。
如請求項2所述之控制方法，更包含：判斷該電壓相位角所落入該多個相位區間的其中之一；在該表格中選擇對應紀錄該多個相位區間的其中之一的該電壓區間；接收並判斷各該三相電流值的該正負變化，並在該表格中選擇所對應的該電流區間；以及依據所選擇的該電壓區間及該電流區間，查詢該表格來決定該零序電壓為該正電壓、該零電壓或該負電壓。
如請求項2所述之控制方法，其中該多個相位範圍包含一第一相位範圍至一第六相位範圍，且該第一相位範圍為[0,π/3]、該第二相位範圍為[π/3,2π/3]、該第三相位範圍為[2π/3,π]、該第四相位範圍為[π,4π/3]、該第五相位範圍為[4π/3,5π/3]、該第六相位範圍為[5π/3,2π]。
如請求項2所述之控制方法，更包含：當該三相電流值的一U相電流為正、一V相電流為負、一W相電流為負時，將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第一電流區間；當該三相電流值的該U相電流為正、該V相電流為正、該W相電流為負時，將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第二電流區間；當該三相電流值的該U相電流為負、該V相電流為正、該W相電流為負時，將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第三電流區間；當該三相電流值的該U相電流為負、該V相電流為正、該W相電流為正時，將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第四電流區間；當該三相電流值的該U相電流為負、該V相電流為負、該W相電流為正時，將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第五電流區間；以及當該三相電流值的該U相電流為正、該V相電流為負、該W相電流為正時，將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第六電流區間。
如請求項1所述之控制方法，其中當該零序電壓被決定為該正電壓時，該控制方法更包含：取得該控制載波在一切換週期中的一波峰值；取得該三相輸出命令中的一最大電壓命令；以及計算該波峰值以及該最大電壓命令之間的一第一電壓差，作為該零序電壓的該正電壓的大小。
如請求項1所述之控制方法，其中當該零序電壓被決定為該負電壓時，該控制方法更包含：取得該控制載波在一切換週期中的一波谷值；取得該三相輸出命令中的一最小電壓命令；以及計算該波谷值以及該最小電壓命令之間的一第二電壓差，以作為該零序電壓的該負電壓的大小。
如請求項1所述的控制方法，其中該控制載波包含一第一三角波以及一第二三角波，且該第一三角波以及該第二三角波之間的一相位差為π。
如請求項8所述之控制方法，其中該控制方法更包含：依據該三相輸出命令、該第一三角波以及該第二三角波，執行一主動式零序空間向量脈波寬度調變控制來取得位於一兩相座標軸上的該三相輸出命令所對應的該電壓相位角。
如請求項1所述的控制方法，其中該功率轉換器包括一直流側電容，且該直流側電容耦接於每一該開關，其中該控制方法更包含：藉由比較該三相輸出期望值以及該控制載波所取得的每一該開關所對應的該導通時間，降低該直流側電容之一電流漣波。
一種功率轉換器，包含：複數開關，用於切換一輸入電源產生一三相輸出電源；以及一控制器，包括一控制載波，其中該控制器取得對應該三相輸出電源的一三相輸出命令，並取得該三相輸出命令所對應的一電壓相位角；其中該控制器用以檢測該三相輸出電源的一三相電流值的一正負變化；其中該控制器建立一表格，且該表格包含多個電壓區間和多個電流區間，且各該電壓區間皆對應該多個電流區間，其中：該表格的各該電壓區間分別對應記錄多個相位範圍；該表格的各該電流區間紀錄各該三相電流值不同的正負變化；以及該表格記錄各該電流區間在不同的該多個電壓區間中所對應的一零序電壓為一正電壓、一零電壓或一負電壓；其中該控制器根據該電壓相位角以及該三相電流值，查詢該表格來判斷該電壓相位角所落入的該電壓區間，以及根據該三相電流值的該正負變化所對應的該電流區間，並決定該零序電壓為該正電壓、該零電壓或該負電壓；其中該控制器合成該零序電壓以及該三相輸出命令，以取得一三相輸出期望值，且比較該三相輸出期望值以及該控制載波，以取得各該開關所對應的一導通時間。
如請求項11所述之功率轉換器，其中該多個相位範圍包含一第一相位範圍至一第六相位範圍，且該第一相位範圍為[0,π/3]、該第二相位範圍為[π/3,2π/3]、該第三相位範圍為[2π/3,π]、該第四相位範圍為[π,4π/3]、該第五相位範圍為[4π/3,5π/3]、該第六相位範圍為[5π/3,2π]。
如請求項11所述之功率轉換器，其中：當該三相電流值的一U相電流為正、一V相電流為負、一W相電流為負時，該控制器將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第一電流區間；當該三相電流值的該U相電流為正、該V相電流為正、該W相電流為負時，該控制器將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第二電流區間；當該三相電流值的該U相電流為負、該V相電流為正、該W相電流為負時，該控制器將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第三電流區間；當該三相電流值的該U相電流為負、該V相電流為正、該W相電流為正時，該控制器將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第四電流區間；當該三相電流值的該U相電流為負、該V相電流為負、該W相電流為正時，該控制器將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第五電流區間；以及當該三相電流值的該U相電流為正、該V相電流為負、該W相電流為正時，該控制器將該三相電流值紀錄為該多個電流區間的一第六電流區間。
如請求項11所述之功率轉換器，其中當該控制器決定該零序電壓為該正電壓時，該控制器更用以：取得該控制載波在一切換週期中的一波峰值；取得該三相輸出命令中的一最大電壓命令；以及計算該波峰值以及該最大電壓命令之間的一第一電壓差，作為該零序電壓的該正電壓的大小。
如請求項11所述之功率轉換器，其中當該控制器決定該零序電壓為該負電壓時，該控制器更用以：取得該控制載波在一切換週期中的一波谷值；取得該三相輸出命令中的一最小電壓命令；以及計算該波谷值以及該最小電壓命令之間的一第二電壓差，以作為該零序電壓的該負電壓的大小。
如請求項11所述之功率轉換器，其中該控制載波包含一第一三角波以及一第二三角波，且該第一三角波以及該第二三角波之間的一相位差為π；其中該控制器依據該三相輸出命令、該第一三角波以及該第二三角波，執行一主動式零序空間向量脈波寬度調變控制來取得位於一兩相座標軸上的該三相輸出命令所對應的該電壓相位角。
如請求項11所述之功率轉換器，更包含：一直流側電容，耦接於每一該開關；其中該控制器比較該三相輸出期望值以及該控制載波來取得每一該開關所對應的該導通時間，以降低該直流側電容之一電流漣波。