[实用新型]在脉宽调制控制中补偿死区时间的控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及在切换臂的PWM(脉宽调制)控制中补偿死区时间的系统，该切换臂应用在例如带有电压源的逆变器中。

背景技术

众所周知，通常应用在变速驱动器中的逆变器包含每一条与要控制的电负载连接的几条切换臂。这些切换臂并联在与电压源连接的两条供电线之间。每条臂包含，例如，串联在两条供电线之间的至少两个开关、和位于第一开关与第二开关之间并与电负载连接的连接中点。每个开关尤其包含，例如，与二极管相联系的IGBT(绝缘栅双极晶体管)型的晶体管。

在表示在图1中的逆变器的切换臂中，通过互补PWM信号(图2)控制两个开关，也就是说，当开关之一处在闭合状态下时，另一个开关处在打开状态下，反之亦然。而且，为了防止两个开关同时处在闭合状态下，将死区时间插入到两个开关的闭合状态的切换时间之间。在这个死区时间期间，两个开关因此都处在打开状态下。这样就有把握地避免两个开关都处在闭合状态下时两条供电线之间的短路以及这种短路引起的电流尖峰。

在死区时间期间，输出电压由流入切换臂的电流的符号决定。例如，正电流(流向负载)产生负输出电压，而负电流(从负载流向开关)产生正输出电压。这种状况主要引起了在死区时间期间实际施加的输出电压的不确定性。图2示意性地示出了输出电压随电流符号的演变。

为了控制这种状况，已知应用考虑到死区时间的补偿。

在现有技术中，已经应用了几种过程来进行这种补偿。

描述在，例如，专利申请US2009/278621或US 7,286,375中的这些过程之一的要点在于查看切换臂的输出端上电流的符号，以及采用切换脉冲的持续时间作为这个符号的函数。不过，一旦这个电流接近零，这种估计就不准确，因为它不反映切换斜率，该切换斜率可能变得非常缓慢，并且仍然小于当在死区时间之后(例如，在接通开关T2₁的时刻)电压上升仍然未终止时(图2，曲线V_{ph_is～0})发生的非线性切换。

另一种已知过程的要点在于应用快速比较器来检测电压经过其预期变化的一半(也就是说，在传统逆变器上二等分的母线电压)的时刻。这种过程比前一种过程更有效，但不是最佳，因为它不可能考虑到非线性切换，而后者在逆变器输送小频率和振幅的电压来例如控制低速负载时是经常发生的。

描述在专利US 5,450,306中的另一种已知过程的要点在于在切换周期上积分负载的电压，并且将这个信息发送给微控制器，以便用于随后的补偿。在这种解决方案中，以数字方式进行积分，从而使其特别昂贵，并且需要高频时钟来精确感测死区时间。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出可以在PWM型控制中补偿死区时间的控制方法，该方法是可靠的，易于实现的和可以缓解上文展示的早期过程的缺点的。

这个目的是通过在应用于连接在两条供电线之间的切换臂的PWM型控制中补偿死区时间的方法实现的，所述切换臂包含第一开关、第二开关、和位于所述第一开关与所述第二开关之间并与电负载连接的连接中点，对于一个脉冲，所述PWM控制的要点在于进行所述第一开关的切换和所述第二开关的切换，以及在所述第一开关的切换与所述第二开关的切换之间插入死区时间，以便将输出电压施加于负载，所述方法的特征在于，它包含如下步骤：

-在包括死区时间的确定时间窗口期间积分输出电压，以便确定补偿的持续时间；以及

-应用补偿的持续时间以便校正当前脉冲的宽度或随后脉冲的宽度。

按照一种特征，将所述时间窗口定义成包括单个死区时间。

按照一种特征，借助于包含电容器的模拟积分器进行积分。

按照另一种特征，通过在所述电容器的充电/放电期间检测的瞬时确定补偿的持续时间。

按照另一种特征，使时间窗口的起点与打开开关之一的命令同步。

本实用新型还涉及在应用于连接在两条供电线之间的切换臂的PWM型控制中补偿死区时间的系统，所述切换臂包含第一开关、第二开关、和位于所述第一开关与所述第二开关之间并与电负载连接的连接中点，对于一个脉冲，所述PWM控制的要点在于进行所述第一开关的切换和所述第二开关的切换，以及在所述第一开关的切换与所述第二开关的切换之间插入死区时间，以便将输出电压施加于负载，所述系统的特征在于，它包含：

-模拟积分器，旨在在包括死区时间的确定时间窗口期间积分输出电压，以便确定补偿的持续时间；以及

-控制部件，用于通过应用所确定的补偿的持续时间校正当前脉冲的宽度或随后脉冲的宽度。