TWI705653B - 直流電流估測裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種直流電流估測裝置，包含電流偵測電路及驅控裝置。電流偵測電路用以偵測並回授馬達的三相電流訊號值。驅控裝置用以依據該三相電流訊號值與一組命令值產生三相電壓控制訊號值。驅控裝置根據回授的該三相電流訊號值及該三相電壓控制訊號值執行一直流電流估測程序。所述的直流電流估測程序包含判斷該三相電壓控制訊號值的大小，並且依據判斷結果及該三相電流訊號值決定多個分量直流電流值，並且依據該些分量直流電流值估算輸入所述的驅控裝置的一直流鏈電流值。

Description

直流電流估測裝置及方法
本發明係關於一種直流電流估測裝置及方法，特別是一種用於估算馬達之驅控裝置的直流鏈電流值的估測裝置及方法。
一般來說，為了避免馬達驅控系統因輸入的直流鏈電流發生異常而導致損毀，需要對直流鏈電流的狀態進行監控。透過直流鏈電流的狀態的監控可提供驅控系統的直流側之診斷與保護功能，並且（例如於發電模式中）控制直流鏈電流的輸出，以穩定系統的發電功率。
為了監控直流鏈電流的狀態，傳統的做法係在馬達驅控系統的高壓直流側安裝一電流感測器，此電流感測器用於擷取輸入到驅控系統的直流鏈電流的狀態。然而，此種做法不但需要額外加裝感測元件，同時也會導致電路體積與成本的增加。
有鑒於此，本發明提出一種直流電流估測裝置及方法，主要透過馬達的驅控裝置所產生的三相電流及三相電壓控制訊號進行計算，據以估算直流鏈電流值，以解決傳統需要在高壓直流側額外加裝直流感測器及所導致的電路體積增加的問題。
依據本發明之一實施例提出一種直流電流估測裝置，適於一馬達。所述的直流電流估測裝置包含電流偵測電路及驅控裝置。電流偵測電路電性連接馬達並且用以偵測並回授該馬達的三相電流訊號值。驅控裝置電性連接電流偵測電路及馬達，驅控裝置用以依據該三相電流訊號值與一組命令值產生三相電壓控制訊號值，其中每個相電壓控制訊號值對應於該些相電流訊號值之一。驅控裝置根據回授的該三相電流訊號值及該三相電壓控制訊號值執行一直流電流估測程序。所述的直流電流估測程序包含：判斷該些相電壓控制訊號值的大小，並且依據判斷結果及該三相電流訊號值，決定多個分量直流電流值，並且依據該些分量直流電流值估算輸入所述驅控裝置的一直流鏈電流值。
依據本發明之一實施例提出一種直流電流估測方法，包含以下步驟：以電流偵測電路偵測並回授馬達的三相電流訊號值；以驅控裝置用以依據該三相電流訊號值與一組命令值產生三相電壓控制訊號值；以及以驅控裝置根據回授的該三相電流訊號值及該三相電壓控制訊號值執行一直流電流估測程序。其中，所述的直流電流估測程序包含判斷該三相電壓控制訊號值的大小，並且依據判斷結果及該三相電流訊號值，決定多個分量直流電流值，並且依據該些分量直流電流值估算輸入驅控裝置的一直流鏈電流值。
綜上所述，在本發明所提出的直流電流估測裝置及方法中，主要係先透過原有的電流感測器回授馬達的三相電流訊號值，並且依據三相電流訊號值與預設命令值產生三相電壓控制訊號值，再進一步依據三相電流訊號值及三相電壓控制訊號值據以估算直流鏈電流值。藉此，可以在原有的馬達驅控系統的架構下，不需在系統的高壓直流側額外加裝直流感測器且不佔用電路空間，便可以達到監控直流鏈電流值的目的。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
請參照圖1A，圖1A係依據本發明之一實施例所繪示的馬達驅控運作系統的架構圖。如圖1A所示，馬達驅控運作系統1連接於馬達2且馬達驅控運作系統1包括驅控裝置10、電流偵測電路11及電力供應源12。在本實施例中，馬達2可例如是車輛用的三相馬達，但不以此為限。為了方便說明，以下將以馬達2作為一個三相馬達進行說明。在本實施例中，馬達驅控運作系統1的驅控裝置10與電流偵測電路11可形成一直流電流估測裝置。
在馬達驅控運作系統1中，電力供應源12由電源121及電容122所構成用以提供一電力，電源121及電容122為並聯，該電力包含輸入到驅控裝置10的一直流鏈電流I DC。電流偵測電路11包括多個電流感測器S1~S3，分別設置在馬達2的三個相，用以偵測輸入到馬達2的三個相電流I A、I B、I C並回授三個相電流訊號值i a、i b、i c。驅控裝置10包括控制電路101及由多個電晶體開關T1~T6成對構成的開關驅動電路102，其中電晶體開關T1、T4串聯組成A相；電晶體開關T2、T5串聯組成B相；電晶體開關T3、T6串聯組成C相。
在實際運作上，驅控裝置10的控制電路101根據三個相電流訊號值i a、i b、i c與一組命令值I d_ref、I q_refc。其中，在本實施例中，為了方便後續的說明，假設三個相電流訊號值i a、i b、i c分別是第一相電流訊號值i a、第二相電流訊號值i b及第三相電流訊號值i c，而三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c分別是第一相電壓控制訊號值V a、第二相電壓控制訊號值V b及第三相電壓控制訊號值V c。
具體來說，控制電路101可先取得馬達2的位置資訊PS。所述位置資訊係為馬達2的旋轉資訊，亦即控制電路101可透過例如圖1A所示設置位置感測器13來偵測馬達2運作時轉子相對於定子的旋轉狀態，進而取得馬達2的旋轉資訊作為位置資訊PS，但本發明不以設置位置感測器13為限，控制電路101也可以不透過位置感測器13取得位置資訊PS，亦即位置資訊PS並非係必要。請進一步參照圖1B，其係依據本發明之圖1A實施例所繪示的控制電路的內部功能方塊圖。如圖所示，控制電路101包括第一座標轉換單元1011、電流誤差估算單元1012、電流控制單元1013、第二座標轉換單元1014及訊號轉換單元1015。當控制電路101接收到回授的三相電流訊號值i a、i b、i c時，第一座標轉換單元1011將三個相電流訊號值i a、i b、i c透過Clark轉換為變量I α、I β，接著再進一步依據變量I α、I β及位置資訊PS經由Park轉換為變量I d、I q輸出到電流誤差估算單元1012。接著，電流誤差估算單元1012根據變量I d、I q與該組命令值I d_ref、I q_ref計算出誤差值，其中所述誤差值係為變量I d、I q與各自的命令值I d_ref、I q_ref比較而得到的電流誤差值。電流控制單元1013依據所述電流誤差值計算得到電壓矢量V d、V q，並且經由第二座標轉換單元1014（反Park轉換）轉換為變量V α、V β，並且訊號轉換單元1015依據變量V α、V β透過例如空間向量調變（SVPWM）的方式計算欲施加到馬達的目標三相電壓值，並且根據此目標三相電壓值產生一控制訊號GS，所述控制訊號GS包括占空比值，主要用以控制該些電晶體開關T1~T6，從而在各組電晶體開關的中間節點生成三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c。所述的三相電壓控制訊號V a、V b、V c分別對應於三相電流訊號值i a、i b、i c。在實作上，控制電路101可根據控制訊號來進行電晶體開關T1~T6的導通/關閉，從而使驅控裝置10產生三相電壓控制訊號值V a、V b、V c，其中所述的控制訊號包含脈衝寬度調變量(PWM)用以控制開關驅動電路102內的電晶體開關T1~T6，以完成一次馬達電流環的控制。
在本實施例中，驅控裝置10的控制電路101係利用所回授的三個相電流訊號值i a、i b、i c及所產生的三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c執行一直流電流估測程序。在實作上，控制電路101內部儲存單元(圖中未示)儲存有一應用程式包括一演算法。控制電路101透過運行該應用程式的演算法以執行所述的直流電流估測程序。所述的演算法內容包括以下公式（1）至公式（6）。
Figure 02_image001
公式（1）
在公式（1）當中，先比較三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c的大小，若V a>V b且V a>V c時，並且當V b>V c的情況下，括號內第一項成立，而第二項不成立，第一相（a相）正分量直流電流值Idc ia+為i a*(V a-V b)/2，亦即第一與第二相（a、b兩相）電壓控制訊號的差值乘以第一相（a相）電流訊號值i a，再除以2。當V b>V c時，括號內第一項不成立，而第二項成立，第一相（a相）正分量直流電流值Idc ia+為i a*(V a-V c)/2，亦即第一與第二相（a、c兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第一相（a）相電流訊號值i a，再除以2。
Figure 02_image003
公式（2）
在公式（2）當中，先比較三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c的大小，若V a>V b且V a>V c時，並且當V b>V c的情況下，括號內第一項成立，而第二項不成立，第一相（a相）負分量直流電流值Idc ia+為i a*(V a-V b)/2，亦即第一與第二相（a、b兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第一相（a相）電流訊號值i a，再除以2。當V b>V c時，括號內第一項不成立，而第二項成立，第一相（a相）負分量直流電流值Idc ia-為i a*(V a-V c)/2，亦即第一與第三相（a、c兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第一相（a相）電流訊號值i a，再除以2。
Figure 02_image007
公式（3）
在公式（3）當中，先比較三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c的大小，若V a>V b且V b>V c時，並且當V a>V c的情況下，括號內第一項成立，而第二項不成立，第二相（b相）正分量直流電流值Idc ib+為i b*(V b-V a)/2，亦即第二與第一相（b、a兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第二相（b相）電流訊號值i b，再除以2。當V a>V c時，括號內第一項不成立，而第二項成立，第二相（b相）正分量直流電流值Idc ib+為i b*(V b-V c)/2，亦即第二與第三相（b、c兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第二相（b相）電流訊號值i b，再除以2。
Figure 02_image009
公式（4）
在公式（4）當中，先比較三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c的大小，若V a>V b且V b>V c時，並且當V a>V c的情況下，括號內第一項成立，而第二項不成立，第二相（b相）負分量直流電流值Idc ib-為i b*(V b-V a)/2，亦即第二與第一相（b、a兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第二相（b相）電流訊號值i b，再除以2。當V c>V a時，括號內第一項不成立，而第二項成立，第二相（b相）負分量直流電流值Idc ib-為i b*(V b-V c)/2，亦即第二與第三相（b、c兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第二相（b相）電流訊號值i b，再除以2。
Figure 02_image011
公式（5）
在公式（5）當中，先比較三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c的大小，若V a>V c且V b>V c時，並且當V a>V b的情況下，括號內第一項成立，而第二項不成立，第三相（c相）正分量直流電流值Idc ic+為i c*(V c-V a)/2，亦即第三與第一相（c、a兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第三相（c相）電流訊號值i c，再除以2。當V a>V b時，括號內第一項不成立，而第二項成立，第三相（c相）正分量直流電流值Idc ic+為i c*(V c-V b)/2，亦即第三與第二相（c、b兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第三相（c相）電流訊號值i c，再除以2。
Figure 02_image013
公式（6）
在公式（6）當中，先比較三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c的大小，若V a>V c且V b>V c時，並且當V a>V b的情況下，括號內第一項成立，而第二項不成立，第三相（c相）負分量直流電流值Idc ic-為i c*(V c-V a)/2，亦即第三與第一相（c、a兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第三相（c相）電流訊號值i c，再除以2。當V a>V b時，括號內第一項不成立，而第二項成立，第三相（c相）負分量直流電流值Idc ic-為i c*(V c-V b)/2，亦即第三與第二相（c、b兩相）電壓控制訊號值的差值乘以第三相（c相）電流訊號值i c，再除以2。
其中，
Figure 02_image015
分別代表回授的三個相電流訊號值i a、i b、i c，
Figure 02_image017
分別代表三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c可由系統偵測或量測獲得，而
Figure 02_image019
分別代表各相的正/負分量直流電流值。其中，通常在實際運作上，回授的三相電流訊號值
Figure 02_image015
會先經由系統進行標么化過程以進行上述的公式運算，因此當運算完成後的電流訊號值會再與基準值相乘以回推實際的直流電流值。
更具體來說，各公式中的比較式成立時數值為1，反之不成立時數值為0。例如，以公式（1）的比較式
Figure 02_image021
與比較式
Figure 02_image023
來說，如果三相電壓控制訊號值的大小關係為
Figure 02_image025
，則比較式
Figure 02_image021
成立，因此數值為1，而比較式
Figure 02_image023
不成立，因此數值為0。
類似地，以公式（1）的兩比較式的乘積
Figure 02_image027
舉例說明，如果比較式(
Figure 02_image029
)且(
Figure 02_image031
)均成立時，則兩比較式的乘積
Figure 02_image033
的值即為1。反過來說，如果比較式(
Figure 02_image034
)與(
Figure 02_image035
)任一個或兩者均不成立時，則兩比較式的乘積
Figure 02_image036
的值即為0。其餘公式亦同，在此不予贅述。
如前述，上述每個公式的計算結果代表一個分量直流電流值。所欲估算的直流鏈電流值I DC即為每個分量直流電流值的總和，即直流鏈電流值
Figure 02_image037
。以下將參照公式（1）至公式（6）詳述直流電流估測程序的細部內容。
所述的直流電流估測程序包含：控制電路101判斷三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c的大小，並且控制電路101依據判斷結果及三個相電流訊號值i a、i b、i c來決定多個分量直流電流值。最後，控制電路101再依據該些分量直流電流值來估算輸入到驅控裝置10的直流鏈電流值I o。
詳細來說，控制電路101先判斷三個相電壓控制訊號值Va、V b、V c的大小關係為何，以帶入各公式的條件式進行運算，並與三個相電流訊號值i a、i b、i c搭配運算。於實作上，控制電路101根據每次回授的三相電流訊號值i a、i b、i c以及依據所述三個相電流訊號值i a、i b、i c及命令值輸出控制訊號控制電晶體開關T1~T6所對應產生的三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c帶入各公式進行兩比較式的乘積運算，僅有其中兩個公式中的兩比較式之乘積會成立（即數值為1）而可計算出實際數值分別作為第一與第二分量直流電流值，而其他四個公式的兩比較式之乘積則不會成立（即數值為0），因此其他四個公式所計算出的分量直流電流值均為0。簡言之，任一種相電壓控制訊號值V a、V b、V c的大小關係，將會啟動控制電路101內六個公式之其中兩個公式，並且得到該兩個公式所產生的分量直流電流值。
舉例來說，假設控制電路101判斷三相電壓控制訊號值的大小關係為
Figure 02_image039
，其中所述的相電壓控制訊號值可以例如是以百分比（0~100%）或標么值的形式表示。在這樣的情況下，僅有公式（1）與公式（6）的兩比較式的乘積
Figure 02_image027
與
Figure 02_image041
的值為1，其餘的公式（2）至公式（5）的兩比較式之乘積的值為0。亦即，除了第一相正分量直流電流值
Figure 02_image043
與第三相負分量直流電流值
Figure 02_image045
之外，其餘的分量直流電流值均為0。所述的第一相正分量直流電流值
Figure 02_image043
與第三相負分量直流電流值
Figure 02_image045
分別作為第一與第二分量直流電流值。接著，控制電路101將所述的第一與第二分量直流電流值進行加總以估算出輸入驅控裝置10的直流鏈電流值I DC。
請進一步參照圖2，圖2係依據本發明之一實施例所繪示的直流電流估測方法的方法流程圖，此方法適用於圖1A及1B的系統架構。如圖2所示，在步驟S1中，以電流偵測電路11偵測並回授馬達2的三相電流訊號值i a、i b、i c。在步驟S2中，以驅控裝置10用以依據該三相電流訊號值i a、i b、i c與一組命令值I d_ref、I q_ref輸出一控制訊號GS用以控制多個電晶體開關T1~T6，據以在三組電晶體開關（T1、T4）、（T2、T5）及（T3、T6）的中間節點對應生成三相電壓控制訊號值V a、V b、V c，其相關細節已於前述段落有詳細說明，在此不另贅述。接著，在步驟S3中，以驅控裝置10根據回授的該些相電流訊號值i a、i b、i c及該些相電壓控制訊號值V a、V b、V c執行一直流電流估測程序。請進一步參照圖3，圖3係依據本發明之圖2實施例所繪示之步驟S3的直流電流估測程序的流程圖。如圖3所示，在步驟S10中，判斷該三相電壓控制訊號值V a、V b、V c的大小。在步驟S11中，依據判斷結果及該三相電流訊號值i a、i b、i c決定多個分量直流電流值。在步驟S12中，依據該些分量直流電流值估算輸入到驅控裝置10的直流鏈電流值I DC。
於一實施例中，前述步驟S10~S12所示的控制電路101判斷三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c的大小，並且控制電路101依據判斷結果及三個相電流訊號i a、i b、i c的電流值決定該些分量直流電流值，並且控制電路101依據該些分量直流電流值估算輸入驅控裝置10的直流鏈電流值I o包含以下步驟S100至步驟S120，如圖4所示，其中圖4係依據本發明之一實施例所繪示的直流電流估測程序的細部流程圖。
在步驟S100中，控制電路101判斷三個相電壓控制訊號值V a、V b、V c中最大的相電壓控制訊號值及最小的相電壓控制訊號值。於一實施例中，步驟S100所載的判斷該三相電壓控制訊號中最大的該相電壓控制訊號值及最小的該相電壓控制訊號值，以及中間的該相電壓控制訊號值。例如，假設控制電路101比對三相電壓控制訊號值的大小關係，其比對結果為V a>V b>V c，故定義V a為最大相電壓控制訊號值，V c為最小相電壓控制訊號值，並且V b為中間相電壓控制訊號值。依上述的定義規則，若比對結果為V b>V a>V c，則定義V b為最大相電壓控制訊號值，V c為最小相電壓控制訊號值，且V a為中間相電壓控制訊號值。其餘的情況可依此類推，不另贅述。
在步驟S110中，控制電路101以第一比較結果與第一電流訊號值決定第一分量直流電流值，其中所述第一電流訊號值係為對應於最大的相電壓控制訊號值的相電流訊號值，且所述第一比較結果係比較出三相電壓控制訊號值V a、V b、V c的數值大小，確認最大相電壓控制訊號值，並且對另外兩相電壓控制訊號值進行比較，以定義出中間相電壓控制訊號值、最小相電壓控制訊號值。於一實施例中，步驟S110中所示的以第一比較結果與第一電流訊號值決定第一分量直流電流值包含：以最大相電壓控制訊號值相對應的相電流訊號值作為第一電流訊號值，且第一比較結果係從三相電壓控制訊號值V a、V b、V c定義出最大相電壓控制訊號值、中間相電壓控制訊號值、最小相電壓控制訊號值，據以決定第一分量直流電流值。在實作上，第一分量直流電流值係為最大電壓控制訊號值及中間電壓控制訊號值之差值的二分之一與最大相電壓控制訊號值相對應的相電流訊號值的乘積。以下將針對各情況逐一舉例說明。例如，當V a為最大電壓控制訊號值時，V a>V b且V a>V c，此時將採取公式(1)，以最大相電壓控制訊號值(V a)相對應的相電流訊號值(i a)作為第一電流訊號值作為運算主項（即i a為第一電流訊號值），進一步判斷另外兩電壓控制訊號值，意即比較V b與V c的大小。當V b>V c時，此時 V b為中間電壓控制訊號值，括號內第一項成立(V b>V c)，且第二項不成立(V b>V c)，故第一分量直流電流值為I dcia+=i a(V a-V b/2)，亦即最大電壓控制訊號值(V a)及中間電壓控制訊號值(V b)之差值的二分之一乘上第一電流訊號值。當V b>V c時，此時V c為中間電壓控制訊號值，括號內第一項不成立(V b>V c)，第二項成立(V b>V c)，故第一分量直流電流值為I dcia+=i a(V a-V c/2) ，亦即最大電壓控制訊號值(V a)及中間電壓控制訊號值(V c)之差值的二分之一乘上第一電流訊號值。
當V b為最大電壓控制訊號值，V b>V a且V b>V c，此時採取公式(3)，以最大電壓控制訊號值(V b)相對應的相電流訊號值 (i b)作為運算主項（即i b為第一電流訊號值），進一步判斷另外兩電壓控制訊號值，意即比較V a與V c的大小，當V a>V c時，此時Va為中間電壓控制訊號值，括號內第一項成立(V a>V c)，且第二項不成立(V a>V c)，故第一分量直流電流值為I dcib+=i b(V b-V a/2)，亦即最大電壓控制訊號值(V b)及中間電壓控制訊號值(V a)之差值的二分之一乘上第一電流訊號值(i b)。當V a>V c時，此時V a為中間電壓控制訊號值，括號內第一項不成立(V a>V c)，第二項成立(V a>V c)，故第一分量直流電流值為I dcib+=i b(V b-V c/2)，亦即最大電壓控制訊號值(V b)及中間電壓控制訊號值(V c)之差值的二分之一乘上第一電流訊號值(i b)。
當V c為最大值，V c>V a且V c>V b，此時採取公式(5)，以最大電壓控制訊號值(V c)相對應的相電流訊號值i c作為運算主項（即i c為第一電流訊號值），進一步判斷另外兩電壓控制訊號值，意即比較V a與V b的大小，當V a>V b時，此時Va為中間電壓控制訊號值，括號內第一項成立(V a>V b)，且第二項不成立(V a>V b)，故第一分量直流電流值為I dcic+=i c(V c-V a/2)，亦即最大電壓控制訊號值(V c)及中間電壓控制訊號值(V a)之差值的二分之一乘上第一電流訊號值(i c)。當V a>V b時，此時V b為中間電壓控制訊號值，括號內第一項不成立(V a>V b)，第二項成立(V a>V b)，故第一分量直流電流值為I dcic+=i c(V c-V b/2) ，亦即最大電壓控制訊號值(V c)及中間電壓控制訊號值(V b)之差值的二分之一乘上第一電流訊號值(i c)。
在步驟S111中，控制電路101以第二比較結果與第二電流訊號值決定第二分量直流電流值，其中所述第二電流訊號值係為對應於最小的相電壓控制訊號值的相電流訊號值，第二比較結果係確認最小相電壓控制訊號值，並且對另外兩相電壓控制訊號值進行比較，以定義出中間相電壓控制訊號值、最大相電壓控制訊號值。於一實施例中，步驟S111中所示的以第二比較結果與第二電流訊號值決定第二分量直流電流值，以最小相電壓控制訊號值相對應的相電流訊號值作為第二電流訊號值，且第二比較結果係從三相電壓控制訊號值V a、V b、V c定義出最小相電壓控制訊號值、中間相電壓控制訊號值、最大相電壓控制訊號值。在實作上，第二分量直流電流值係為最小電壓控制訊號值及中間電壓控制訊號值之差值的二分之一與最小的相電壓控制訊號值相對應的相電流訊號值的乘積。以下將針對各情況逐一舉例說明。
例如，當V a為最小電壓控制訊號值時，V a>V b且V a>V c，此時將採取公式(2)，以最小相電壓控制訊號值(V a)相對應的相電流訊號值(i a)作為第二電流訊號值作為運算主項（即i a為第二電流訊號值），進一步判斷另外兩電壓控制訊號值，意即比較V b與V c的大小，當V b>V c時，此時V b為中間電壓控制訊號值，括號內第一項成立(V b>V c)，且第二項不成立(V b>V c)，故第二分量直流電流值為I dcia-=i a(V a-V b/2) ，亦即最小電壓控制訊號值(V a)及中間電壓控制訊號值(V b)之差值的二分之一乘上第二電流訊號值(i a)。當V b>V c時，此時V c為中間電壓控制訊號值，括號內第一項不成立(V b>V c)，第二項成立(V b>V c)，故第二分量直流電流值為I dcia-=i a(V a-V c/2) ，亦即最小電壓控制訊號值(V a)及中間電壓控制訊號值(V c)之差值的二分之一乘上第二電流訊號值(i a)。
當Vb為最小電壓控制訊號值時，V b>V a且V b>V c，此時將採取公式(4) ，以最小相電壓控制訊號值(V b)相對應的相電流訊號值(i b)作為第二電流訊號值i b作為運算主項（即i b為第二電流訊號值），進一步判斷另外兩電壓控制訊號值，意即比較V a與V c的大小，當V a>V c時，此時V a為中間電壓控制訊號值，括號內第一項成立(V a>V c)，且第二項不成立(V a>V c)，故第二分量直流電流值為I dcib-=i b(V b-V a/2) ，亦即最小電壓控制訊號值(V b)及中間電壓控制訊號值(V a)之差值的二分之一乘上第二電流訊號值(i b)。當V a>V c時，此時V c為中間電壓控制訊號值，括號內第一項不成立(V a>V c)，第二項成立(V a>V c)，故第二分量直流電流值為I dcib-=i b(V b-V c/2) ，亦即最小電壓控制訊號值(V b)及中間電壓控制訊號值(V c)之差值的二分之一乘上第二電流訊號值(i b)。
當V c為最小電壓控制訊號值時，V c>V a且V c>V b，此時將採取公式(6)，以最小相電壓控制訊號值(V c)相對應的相電流訊號值(i c)作為第二電流訊號值i c作為運算主項（即i c為第二電流訊號值），進一步判斷另外兩電壓控制訊號的電壓參數，意即比較V a與V b的大小，當V a>V b時，此時V a為中間電壓控制訊號值，括號內第一項成立(V a>V b)，且第二項不成立(V a>V b)，故第二分量直流電流值為I dcic-=i c(V c-V a/2) ，亦即最小電壓控制訊號值(V c)及中間電壓控制訊號值(V a)之差值的二分之一乘上第二電流訊號值(i c)。當V a>V b時，此時V b為中間電壓控制訊號值，括號內第一項不成立(V a>V b)，第二項成立(V a>V b)，故第二分量直流電流值為I dcic-=i c(V c-V b/2) ，亦即最小電壓控制訊號值(V c)及中間電壓控制訊號值(V b)之差值的二分之一乘上第二電流訊號值(i c)。
綜合上述步驟S110及S111的概念以實際範例來說，在V a>V b>V c的情況下，由於V a為最大電壓控制訊號值，V c為最小電壓控制訊號值。在V a為最大值的狀況下，將採取公式（1）做計算，此時利用i a作為主項。在V c為最小值的狀況下，採取公式（6）做計算，此時利用i c作為主項。其餘的公式（2）至公式（5）的兩比較式乘積的值為0。因此，公式（2）至公式（5）的計算結果必為0。
在V a>V c>V b的情況下，由於V a為最大電壓控制訊號值，V b為最小電壓控制訊號值。在V a為最大值的狀況下，將採取公式（1）做計算，此時利用i a作為主項。在V b為最小值的狀況下，採取公式（4）做計算，此時利用i c作為主項。其餘的公式（2）、（3）、（5）、（6）的兩比較式乘積的值為0。因此，公式（2）至公式（5）的計算結果必為0。
在V b>V a>V c的情況下，由於V b為最大電壓控制訊號值，V c為最小電壓控制訊號值。在V b為最大值的狀況下，將採取公式（3）做計算，此時利用i b作為主項。在V c為最小值的狀況下，採取公式（6）做計算，此時利用i c作為主項。其餘的公式（1）、（2）、（4）、（5）的兩比較式乘積的值為0。因此，公式（1）、（2）、（4）、（5）的計算結果必為0。
在V b>V c>V a的情況下，由於V b為最大電壓控制訊號值，V a為最小電壓控制訊號值。在V b為最大值的狀況下，將採取公式（3）做計算，此時利用i b作為主項。在V a為最小值的狀況下，採取公式（2）做計算，此時利用i c作為主項。其餘的公式（1）、（4）、（5）、（6）的兩比較式乘積的值為0。因此，公式（1）、（4）、（5）、（6）的計算結果必為0。
在V c>V a>V b的情況下，由於V c為最大電壓控制訊號值，V b為最小電壓控制訊號值。在V c為最大值的狀況下，將採取公式（5）做計算，此時利用i c作為主項。在V b為最小值的狀況下，採取公式（4）做計算，此時利用i b作為主項。其餘的公式（1）、（2）、（3）、（6）的兩比較式乘積的值為0。因此，公式（1）、（2）、（3）、（6）的計算結果必為0。
在V c>V b>V a的情況下，由於V c為最大電壓控制訊號值，V a為最小電壓控制訊號值。在V c為最大值的狀況下，將採取公式（5）做計算，此時利用i c作為主項。在V a為最小值的狀況下，採取公式（2）做計算，此時利用i a作為主項。其餘的公式（1）、（3）、（4）、（6）的兩比較式乘積的值為0。因此，公式（1）、（3）、（4）、（6）的計算結果必為0。
在步驟S120中，控制電路101依據所述的第一分量直流電流值與第二分量直流電流值的總和估算輸入驅控裝置10的直流鏈電流值I DC。其中，前述的步驟S110及步驟S111在執行上並無先後之分。亦即，步驟S111也可以在步驟S110之前執行，或者是步驟S110及步驟S111一同執行，本發明不以上述實施例的步驟執行順序為限。
綜上所述，在本發明所提出的直流電流估測裝置及方法中，主要係先回授馬達的三相電流訊號值，並且依據三相電流訊號值及命令值輸出控制訊號控制多個開關，以產生三相電壓控制訊號，再進一步依據三相電流訊號及三相電壓控制訊號據以估算直流鏈電流值。藉此，可以在原有的馬達驅控系統的架構下，不需額外加裝直流感測器且不佔用電路空間，便可以達到監控直流鏈電流值的目的。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
1:馬達驅控運作系統 10:驅控裝置 101:控制電路 1011:第一座標轉換單元 1012:電流誤差估算單元 1013:電流控制單元 1014:第二座標轉換單元 1015:訊號轉換單元 102:開關驅動電路 11:電流偵測電路 12:電力供應源 121:電源 122:電容 13:位置感測器 2:馬達 IDC:直流鏈電流 T1~T6:電晶體開關 S1~S3:電流感測器 PS:位置訊號 IA、IB、IC:相電流 ia、ib、ic:相電流訊號值 Va、Vb、Vc:相電壓控制訊號值 Vd、Vq:電壓矢量 Id、Iq、Vα、Vβ:變量 Id_ref、Iq_ref:命令值 GS:控制訊號
圖1A係依據本發明之一實施例所繪示的馬達驅控運作系統的架構圖。 圖1B係依據本發明之圖1A實施例所繪示的控制電路的內部功能方塊圖。 圖2係依據本發明之一實施例所繪示的直流電流估測方法的方法流程圖。 圖3係依據本發明之圖2實施例所繪示的直流電流估測程序的流程圖。 圖4係依據本發明之一實施例所繪示的直流電流估測程序的細部流程圖。

Claims (12)

  1. 一種直流電流估測裝置，適於一馬達，該直流電流估測裝置包含：一電流偵測電路，電性連接該馬達，該電流偵測電路用以偵測並回授該馬達的三相電流訊號值；以及一驅控裝置，電性連接該電流偵測電路及該馬達，該驅控裝置用以依據該三相電流訊號值與一組命令值產生三相電壓控制訊號值，其中每一該相電壓控制訊號值對應於該三相電流訊號值之一；其中，該驅控裝置根據回授的該三相電流訊號值及該三相電壓控制訊號值執行一直流電流估測程序，該直流電流估測程序包含：判斷該三相電壓控制訊號值的大小，並且依據判斷結果及該三相電流訊號值，決定多個分量直流電流值，並且依據該些分量直流電流值估算輸入該驅控裝置的一直流鏈電流值。
  2. 如請求項1所述的直流電流估測裝置，其中判斷該三相電壓控制訊號值的大小，並且依據判斷結果及該三相電流訊號值，決定該些分量直流電流值，並且依據該些分量直流電流值估算輸入該驅控裝置的該直流鏈電流值包含：判斷該三相電壓控制訊號值中最大相電壓控制訊號值、中間相電壓控制訊號值及一最小該相電壓控制訊號值；以一第一比較結果與一第一電流訊號值決定一第一分量直流電流值，其中該第一電流訊號值係為對應於該最大相電壓控制訊號值的該相電流訊號值，且該第一比較結果係為確認該最大相電壓控制訊號值以及另外兩個該些相電壓控制訊號值的比較結果；以一第二比較結果與一第二電流訊號值決定一第二分量直流電流值；其中該第二電流訊號值係為對應於該最小相電壓控制訊號值的該相電流訊號值，且該第二比較結果係為確認該最小相電壓控制訊號值以及另外兩個該些相電壓控制訊號值的比較結果；以及依據該第一分量直流電流值與該第二分量直流電流值的總和估算輸入該驅控裝置的該直流鏈電流值。
  3. 如請求項2所述的直流電流估測裝置，其中，以該第一比較結果與該第一電流訊號值決定該第一分量直流電流值包含：以該最大相電壓控制訊號值相對應的該相電流訊號值作為該第一電流訊號值，並且對另外該兩相電壓控制訊號值進行比較，以定義出該中間相電壓控制訊號值、該最小相電壓控制訊號值，據以決定該第一分量直流電流值。
  4. 如請求項3所述的直流電流估測裝置，其中該第一分量直流電流值係為該最大相電壓控制訊號值及該中間相電壓控制訊號值之差值的二分之一與該最大相電壓控制訊號值相對應的該相電流訊號值的乘積。
  5. 如請求項2所述的直流電流估測裝置，其中，以該第二比較結果與該第二電流訊號值決定該第二分量直流電流值包含：以該最小相電壓控制訊號值相對應的該相電流訊號值作為該第二電流訊號值，並且對另外該兩相電壓控制訊號值進行比較，以定義出該中間相電壓控制訊號值、該最大相電壓控制訊號值，據以決定該第二分量直流電流值。
  6. 如請求項5所述的直流電流估測裝置，其中該第二分量直流電流值係為該最小相電壓控制訊號值及該中間相電壓控制訊號值之差值的二分之一與該最小相電壓控制訊號值相對應的該相電流訊號值的乘積。
  7. 一種直流電流估測方法，包含：以一電流偵測電路偵測並回授一馬達的三相電流訊號；以一驅控裝置用以依據該三相電流訊號值與一組命令值產生三相電壓控制訊號值；以及以該驅控裝置根據回授的該三相電流訊號值及該三相電壓控制訊號值執行一直流電流估測程序；其中，該直流電流估測程序包含判斷該三相電壓控制訊號值的大小，並且依據判斷結果及該三相電流訊號值，決定多個分量直流電流值，並且依據該些分量直流電流值估算輸入該驅控裝置的一直流鏈電流值。
  8. 如請求項7所述的直流電流估測方法，其中判斷該三相電壓控制訊號值的大小，並且依據判斷結果及該三相電流訊號值，決定該些分量直流電流值，並且依據該些分量直流電流值估算輸入該驅控裝置的該直流鏈電流值包含：判斷該三相電壓控制訊號值中最大相電壓控制訊號值及最小相電壓控制訊號值、中間相電壓控制訊號值；以一第一比較結果與一第一電流訊號值決定一第一分量直流電流值，其中該第一電流訊號值係為對應於該最大相電壓控制訊號值的該相電流訊號值，且該第一比較結果係確認該最大相電壓控制訊號值以及另外兩個該些相電壓控制訊號值的比較結果；以一第二比較結果與一第二電流訊號值決定一第二分量直流電流值，其中該第二電流訊號值係為對應於該最小相電壓控制訊號值的該相電流訊號值，且該第二參數比較結果係為確認該最小相電壓控制訊號值以及另外兩個該些相電壓控制訊號值的比較結果；以及依據該第一分量直流電流值與該第二分量直流電流值的總和估算輸入該驅控裝置的該直流鏈電流值。
  9. 如請求項8所述的直流電流估測方法，其中，以該第一比較結果與該第一電流訊號值決定該第一分量直流電流值包含：以該最大相電壓控制訊號值相對應的該相電流訊號值作為該第一電流訊號值，並且對另外該兩相電壓控制訊號值進行比較，以定義出該中間相電壓控制訊號值、該最小相電壓控制訊號值，據以決定該第一分量直流電流值。
  10. 請求項9所述的直流電流估測方法，其中該第一分量直流電流值係為該最大相電壓控制訊號值及該中間相電壓控制訊號值之差值的二分之一與該最大相電壓控制訊號值相對應的該相電流訊號值的乘積。
  11. 如請求項8所述的直流電流估測方法，其中，以該第二比較結果與該第二電流訊號值決定該第二分量直流電流值包含：以該最小相電壓控制訊號值相對應的該相電流訊號值作為該第二電流訊號值，並且對另外該兩相電壓控制訊號值進行比較，以定義出該中間相電壓控制訊號值、該最小相電壓控制訊號值，據以決定該第二分量直流電流值。
  12. 如請求項11所述的直流電流估測方法，其中該第二分量直流電流值係為該最小相電壓控制訊號值及該中間相電壓控制訊號值之差值的二分之一與該最小相電壓控制訊號值相對應的該相電流訊號值的乘積。
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