CN111200390A - 一种大功率逆变器控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率逆变器控制方法及装置。控制方法包括：接收若干原始驱动信号，其中原始驱动信号的数量为驱动板的数量与每块驱动板上配置的开关器件数量的乘积；接收作用于三相电机同一相的一组开关器件的温度，当一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据温度差修正原始驱动信号，得到单相驱动信号。本发明提出的控制方法实时检测不同驱动模块中开关器件的温度，当不同驱动模块中作用于三相电机同相的开关器件的温度差异较大时，根据温度差对驱动信号进行修正，保证了使用多个开关器件并联以完成大功率电压信号的逆变时，作用与各开关器件的驱动信号的一致性，避免了由于不同驱动模块之间由于驱动信号一致性而引发的电流环流问题。

Description

一种大功率逆变器控制方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及逆变器技术，尤其涉及一种大功率逆变器控制方法及装置。
背景技术
车用电机***中，高压供电电源为直流电源，而动力电机一般采用永磁同步电机，因此需要使用逆变器将直流电转换为交流电来驱动动力电机。在车用逆变器中，普遍使用IGBT作为开关器件，完成直流母线电压到三相交流电压的变换过程。随着整车对动力性要求越来越高，因此对电机***的功率要求越来越大。而IGBT的发展滞后于***对其的要求。当单个IGBT的功率无法满足动力电机***的功率时，通常采用多个IGBT进行并联使用的方法，提升电机驱动控制器的功率。
现有技术中，为了保证驱动模块上IGBT器件的控制效果，一般会分别测试每个驱动模块的实际电流，根据每个驱动模块的实际电流情况，调整PWM驱动信号，但随着驱动模块数量的增加，该方案需要对应的增加电流传感器数量，提高主控芯片的性能，同时增加额外的驱动信号发生模块以及相应的电路，成本增加多，不利于产品化实现。
发明内容
本发明提供一种大功率逆变器控制方法及装置，以达到提高逆变器控制精度，降低成本的目的。
第一方面，本发明实施例提供了一种大功率逆变器控制方法，包括：
接收若干原始驱动信号，其中所述原始驱动信号的数量为驱动板的数量与每块驱动板上配置的开关器件数量的乘积；接收作用于三相电机同一相的一组开关器件的温度，当所述一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据所述温度差修正原始驱动信号，得到单相驱动信号。
进一步的，当所述一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据所述温度差修正用于控制所述一组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
进一步的，当每组开关器件之间的温度均大于设定的阈值时，根据每组开关器件之间的温度差修正用于控制每组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
进一步的，当一组开关器件之间的温度大于设定的阈值时，根据该组开关器件之间的温度差修正用于控制该组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
第二方面，本发明实施例还提供了一种大功率逆变器装置，包括控制芯片，至少两块驱动板、可编程逻辑器和温度传感器，所述控制芯片与可编程逻辑器相连接，用于生成若干原始驱动信号，其中所述原始驱动信号的数量为驱动板的数量与每块驱动板上配置的开关器件数量的乘积，所述温度传感器与控制芯片以及开关器件相连接，用于检测开关器件的温度，所述可编程逻辑器接收作用于三相电机同一相的一组开关器件的温度，当所述一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据所述温度差修正原始驱动信号，得到单相驱动信号，所述驱动板与三相电机相连接，所述驱动板通过所述原始驱动信号或者单相驱动信号控制开关器件周期性的导通或关断。
进一步的，每个所述开关器件配置一个变压器单元、一个驱动电路以及一个保护电路，所述变压器单元与所述驱动电路以及所述保护电路相连接，用于给所述驱动电路以及保护电路供电，所述驱动电路与所述开关器件相连接，用于根据所述原始驱动信号或者单相驱动信号驱动所述开关器件周期性的导通或关断，所述保护电路与所述开关器件相连接，用于保证所述开关器件正常工作。
进一步的，还包括母排，所述驱动板通过所述母排与所述三相电机相连接。
进一步的，所述可编程逻辑器为FPGA或者CPLD。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：控制方法实时检测不同驱动模块中开关器件的温度，当不同驱动模块中作用于三相电机同相的开关器件的温度差异较大时，根据温度差对驱动信号进行修正，保证了使用多个开关器件并联以完成大功率电压信号的逆变时，作用与各开关器件的驱动信号的一致性，避免了由于不同驱动模块之间由于驱动信号一致性而引发的电流环流问题。
附图说明
图1是实施例中的控制方法流程图；
图2是实施例中的控制装置结构框图；
图3是实施例中的一种控制板结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是实施例一中的控制方法流程图，参考图1，控制方法包括：
S1.接收若干原始驱动信号。
本步骤中，原始驱动信号的数量为驱动板的数量与每块驱动板上配置的开关器件数量的乘积，例如逆变器配置有两块驱动板，每块驱动板上配有有六个开关器件，则原始驱动信号的数量为十二。示例性的，原始驱动信号为PWM信号，其生成的方法与现有技术中用于控制逆变器中开关器件工作的驱动信号的生成方法相同。
S2.接收作用于三相电机同一相的一组开关器件的温度，当一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据温度差修正原始驱动信号，得到单相驱动信号。
示例性的，逆变器配置有两块驱动板，三相电机的各相分别为U、V、W，以三相电机的U相为例，当第一驱动板上作用于U相的开关器件的温度与第二驱动板上作用于U相的开关器件的温度存在差值时，且差值超过设定的阈值时，则通过下式对原始驱动信号进行修正：
PWMnew＝PWMout×Temerr×K
式中PWMnew为单相驱动信号，PWMout为原始驱动信号，Temerr为作用于三相电机同相的开关器件之间的温度差，K为修正系数。本实施例中，Temerr可以为温度差的绝对值，可以选择对作用于同相的开关器件中温度较小的原始驱动信号进行修正，也可以选择对作用于同相的开关器件中温度较大的原始驱动信号进行修正。
本实施例中，实时检测不同驱动模块中开关器件的温度，当不同驱动模块中作用于三相电机同相的开关器件的温度差异较大时，根据温度差对驱动信号进行修正，保证了使用多个开关器件并联以完成大功率电压信号的逆变时，作用与各开关器件的驱动信号的一致性，避免了由于不同驱动模块之间由于驱动信号一致性而引发的电流环流问题。
实施例二
在实施例一的基础上，作为一种可实施方案，本实施例中当一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据温度差修正用于控制一组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
示例性的，当每组开关器件之间的温度均大于设定的阈值时，根据每组开关器件之间的温度差修正用于控制每组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
示例性的，逆变器配置有两块驱动板，三相电机的各相分别为U、V、W。第一驱动模块中，作用于U相的上桥臂、下桥臂中开关器件的温度分别为UT1、UB1，作用于V相的上桥臂、下桥臂中开关器件的温度分别为VT1、VB1，作用于W相的上桥臂、下桥臂中开关器件的温度分别为WT1、WB1。第二驱动模块中，作用于U相的上桥臂、下桥臂中开关器件的温度分别为UT2、UB2，作用于V相的上桥臂、下桥臂中开关器件的温度分别为VT2、VB2，作用于W相的上桥臂、下桥臂中开关器件的温度分别为WT2、WB2。针对第一驱动模块，用于控制U相上桥臂、下桥臂开关器件的原始驱动信号分别为PWMUT1、PWMUB1，用于控制V相上桥臂、下桥臂开关器件的原始驱动信号分别为PWMVT1、PWMVB1，用于控制W相上桥臂、下桥臂开关器件的原始驱动信号分别为PWMWT1、PWMWB1。针对第二驱动模块，用于控制U相上桥臂、下桥臂开关器件的原始驱动信号分别为PWMUT2、PWMUB2，用于控制V相上桥臂、下桥臂开关器件的原始驱动信号分别为PWMVT2、PWMVB2，用于控制W相上桥臂、下桥臂开关器件的原始驱动信号分别为PWMWT2、PWMWB2。
若第二驱动模块中每相开关器件的温度均大于第一驱动模块中同相开关器件的温度，则对第二驱动模块中所有的原始驱动信号进行修正。具体的，若同时满足，UT1＜UT2，UB1＜UB2；VT1＜VT2，VB1＜VB2；WT1＜WT2，WB1＜WB2，则分别对原始驱动信号PWMUT2、PWMUB2、PWMVT2、PWMVB2、PWMWT2、PWMWB2进行修正，采用的公式为：
PWMnew＝PWMout×Temerr×K1
Temerr＝((U1-U2)+(V1-V2)+(W1-W2))/6
U1＝UT1+UB1
U2＝UT2+UB2
V1＝VT1+VB1
V2＝VT2+VB2
W1＝WT1+WB1
W2＝WT2+WB2
式中，PWMnew为针对第二驱动模块的单相驱动信号，PWMout为原始驱动信号，K1为修正系数。
示例性的，当一组开关器件之间的温度大于设定的阈值时，根据该组开关器件之间的温度差修正用于控制该组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
例如，若驱动模块中某一相或某几相开关器件的温度存在差异时，则对第驱动模块中作用于温度较高的开关器件的原始驱动信号进行修正。具体的，若存在，UT1＜UT2，UB1＜UB2，则对原始驱动信号PWMUT2、PWMUB2、进行修正，采用的公式为：
PWMnew＝PWMout×Temerr×K2
Temerr＝(U1-U2)/2
U1＝UT1+UB1
U2＝UT2+UB2
若存在，UT1＜UT2，UB1＜UB2；WT1＞WT2，WB1＞WB2，则分别对原始驱动信号PWMUT2、PWMUB2，PWMWT1、PWMWB1进行修正，修正PWMUT2、PWMUB2时，采用的公式为：
PWMnew＝PWMout×Temerr×K2
Temerr＝(U1-U2)/2
U1＝UT1+UB1
U2＝UT2+UB2
修正PWMWT1、PWMWB1时，采用的公式为：
PWMnew＝PWMout×Temerr×K2
Temerr＝(W2-W1)/2
W1＝WT1+WB1
W2＝WT2+WB2
上式中，PWMnew为单相驱动信号，PWMout为原始驱动信号，K2为修正系数。
示例性的，本实施例中，温度差的阈值设定为2℃。本实施例中，实时检测不同驱动模块中开关器件的温度，当不同驱动模块中作用于三相电机同相的开关器件的温度差异较大时，根据温度差对作用于温度较高的开关器件的驱动信号进行修正，提高了逆变器的稳定性，同时避免了由于不同驱动模块之间由于驱动信号一致性而引发的电流环流问题。
实施例三
图2是实施例中的另一种控制装置结构框图，参考图2，本实施例提出一种大功率逆变器装置，包括控制芯片1，至少两块驱动板(Q1、Q2)、可编程逻辑器2和温度传感器(T1、T2)。
控制芯片1与可编程逻辑器2相连接，用于生成若干原始驱动信号，其中原始驱动信号的数量为驱动板的数量与每块驱动板上配置的开关器件数量的乘积。
示例性的，驱动板的数量根据选用的开关器件的额定功率以及逆变装置的设计功率确定，保证并联使用开关器件时，在不超过单个开关器件最大功率的情况下，保证达到逆变装置的设计功率，例如，开关器件的最大功率为160kW，设计逆变装置的功率为250kW，则需要配置两块相同的驱动板，若开关器件最大功率为80kW，设计逆变装置功率为200kW，则需要配置三块相同的驱动板。
温度传感器(T1、T2)与控制芯片1以及开关器件(UT1…WB2)相连接，用于检测开关器件的温度，可编程逻辑器2接收作用于三相电机3同一相的一组开关器件的温度，当一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据温度差修正原始驱动信号，得到单相驱动信号。
驱动板(Q1、Q2)与三相电机相连接，驱动板(Q1、Q2)通过原始驱动信号或者单相驱动信号控制开关器件(UT1…WB2)周期性的导通或关断。
示例性的，本实施例中，开关器件(UT1…WB2)为IGBT器件。
本实施例中，控制芯片1以及可编程逻辑器2设置在控制板上，图3是实施例中的一种控制板结构框图，参考图3，控制板包括控制芯片1和可编程逻辑器2。控制芯片1配置有防反接电路4、开关电路5、温度传感器接口6、电源管理单元7、整车CAN接口8、旋变信号处理电路9、旋变传感器接口10和电流传感器接口11。
其中，电源管理单元7用于为主控芯片1以及可编程逻辑器2提供正常工作所需的各种电源，如5V、3.3V、1.2V等。整车CAN接口8通过信号线与主控芯片1通信连接，用于完成CAN信号的接收及发送。旋变传感器接口10用于与旋变传感器电连接，旋变信号处理电路9用于提供旋变励磁信号，并对旋变传感器反馈的正弦信号和余弦信号进行信号调理，以解析出三相电机3的角度信息，旋变信号处理电路9通过并口、SPI或ABZ方式与主控芯片1通信连接，将角度信息发送给主控芯片1。电流传感器接口11与电流传感器电连接，用于为电流传感器提供供电电压，同时将电流传感器反馈的三相电机3各相的电流信号进行必要的滤波处理，并将电流信号发送给主控芯片1，本实例中共设置三个电流传感器，分别设置在三相电机3各相的信号线上。温度传感器接口6与温度传感器相连接，用于驱动板温度信号的调理，并将温度信号反馈给主控芯片。
作为一种可实施方案，每个开关器件(UT1…WB2)配置一个变压器单元、一个驱动电路以及一个保护电路。变压器单元与驱动电路以及保护电路相连接，用于给驱动电路以及保护电路供电。驱动电路与开关器件相连接，用于根据原始驱动信号或者单相驱动信号驱动开关器件周期性的导通或关断。保护电路与开关器件相连接，用于保证开关器件正常工作。
通过给每个开关器件分别配置一个变压器单元、驱动电路和保护电路，从电气设计的角度保证了一个驱动板上的所有开关器件之间互不干扰。具体的，变压器单元用于实现低压信号与高压信号的隔离，并为驱动电路及保护电路提供供电电源。驱动电路用于实现原始驱动信号或者单相驱动信号的电平转换，以满足驱动开关器件的需求，同时驱动电路还用于开关器件温度的采集，并将开关器件的温度以PWM信号的形式传输给主控芯片1。
可选的，开关器件的温度也可以为模拟量或其他形式，此时可通过相应的DAC或转换电路将模拟量转换为数字量形式，并将温度信号经过信号隔离电路直接发送到可编程逻辑器2上。
优选的，逆变器装置还包括母排，驱动板(Q1、Q2)通过母排与三相电机3相连接。
示例性的，可编程逻辑器2为FPGA或者CPLD。
示例性的，逆变装置的工作过程包括：
步骤1.控制芯片接收温度传感器采集的开关器件的温度，并根据三相电机各相的电流以及三相电机的旋转角度生成原始驱动信号。
步骤2.可编程逻辑器件接收原始驱动信号，并基于驱动板的数量复制原始驱动信号。
示例性的，若配置两块驱动板则将一个原始驱动信号复制为两个原始驱动信号，若配置三块驱动板，则将一个原始驱动信号复制为三个原始驱动信号。
步骤3.可编程逻辑器件接收控制芯片发送的作用于三相电机同一相的一组开关器件的温度，当一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据温度差修正原始驱动信号，得到单相驱动信号。
示例性的，逆变器配置有两块驱动板，三相电机的各相分别为U、V、W，以三相电机的U相为例，当第一驱动板上作用于U相的开关器件的温度与第二驱动板上作用于U相的开关器件的温度存在差值时，且差值超过设定的阈值时，则通过下式对原始驱动信号进行修正：
PWMnew＝PWMout×Temerr×K
式中PWMnew为单相驱动信号，PWMout为原始驱动信号，Temerr为作用于三相电机同相的开关器件之间的温度差，K为修正系数。本实施例中，Temerr可以为温度差的绝对值，可以选择对作用于同相的开关器件中温度较小的原始驱动信号进行修正，也可以选择对作用于同相的开关器件中温度较大的原始驱动信号进行修正。
作为一中可实施方案，本实施例中当一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据温度差修正用于控制一组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
示例性的，当每组开关器件之间的温度均大于设定的阈值时，根据每组开关器件之间的温度差修正用于控制每组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
示例性的，当一组开关器件之间的温度大于设定的阈值时，根据该组开关器件之间的温度差修正用于控制该组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
上述修正方法与实施例一中记载的内容相同，在此不再赘述。
步骤4.驱动板通过原始驱动信号或者单相驱动信号控制开关器件周期性的导通或关断，以完成电压的逆变过程。
本实施例中，主控芯片采集三相电机各相的实际电流和三相电机的旋转角度信息，从而生成原始驱动信号，并将原始驱动信号输出至可编程逻辑器，可编程逻辑器通过驱动板实现对开关器件的驱动控制，以实现电压的逆变过程，通过可编程逻辑器对并联的驱动板进行控制，可以保证作用于各驱动板的驱动信号的同步性，同时可编程逻辑器可以接收不同驱动模块中开关器件的温度，当不同驱动模块中作用于三相电机同相的开关器件的温度差异较大时，根据温度差对驱动信号进行修正，保证了使用多个开关器件并联以完成大功率电压信号的逆变时，作用与各开关器件的驱动信号的一致性，避免了由于不同驱动模块之间由于驱动信号一致性而引发的电流环流问题。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种大功率逆变器控制方法，其特征在于，包括：
接收若干原始驱动信号，其中所述原始驱动信号的数量为驱动板的数量与每块驱动板上配置的开关器件数量的乘积；
接收作用于三相电机同一相的一组开关器件的温度，当所述一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据所述温度差修正原始驱动信号，得到单相驱动信号。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所述一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据所述温度差修正用于控制所述一组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，当每组开关器件之间的温度均大于设定的阈值时，根据每组开关器件之间的温度差修正用于控制每组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
4.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，当一组开关器件之间的温度大于设定的阈值时，根据该组开关器件之间的温度差修正用于控制该组开关器件中温度较高的开关器件的原始驱动信号。
5.一种大功率逆变器装置，其特征在于，包括控制芯片，至少两块驱动板、可编程逻辑器和温度传感器，
所述控制芯片与可编程逻辑器相连接，用于生成若干原始驱动信号，其中所述原始驱动信号的数量为驱动板的数量与每块驱动板上配置的开关器件数量的乘积，
所述温度传感器与控制芯片以及开关器件相连接，用于检测开关器件的温度，所述可编程逻辑器接收作用于三相电机同一相的一组开关器件的温度，当所述一组开关器件之间的温度差大于设定的阈值时，根据所述温度差修正原始驱动信号，得到单相驱动信号，
所述驱动板与三相电机相连接，所述驱动板通过所述原始驱动信号或者单相驱动信号控制开关器件周期性的导通或关断。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，每个所述开关器件配置一个变压器单元、一个驱动电路以及一个保护电路，
所述变压器单元与所述驱动电路以及所述保护电路相连接，用于给所述驱动电路以及保护电路供电，
所述驱动电路与所述开关器件相连接，用于根据所述原始驱动信号或者单相驱动信号驱动所述开关器件周期性的导通或关断，
所述保护电路与所述开关器件相连接，用于保证所述开关器件正常工作。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括母排，所述驱动板通过所述母排与所述三相电机相连接。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述可编程逻辑器为FPGA或者CPLD。
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