[发明专利]用于变频器的电流过零检测及死区补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种用于变频器的电流过零检测及死区补偿方 法。

背景技术

变频器等逆变电源的主电路是由开关器件所组成的桥式电路。桥式电路中一般采用脉宽调 制的方法进行控制，即上、下桥臂的器件轮流开通，以实现对输出电压、电流的控制。由于 器件存在延时，且开通延时和关断延时不同，因此为了避免上、下桥臂的器件同时导通而使 得器件损坏，在各种采用脉宽调制方法的变频电源中，均设有死区时间，即将驱动信号的上 升沿向后延迟一定时间。在死区时间内，上、下桥臂的两个开关管都处于关断状态，输出电 流的极性决定各器件的反并二极管是否进入续流状态，而输出电压完全取决于输出电流的极 性，即输出电压不可控的。死区时间的存在造成了输出电压与指令电压之间存在误差，使得 输出电流产生畸变。如果该电源的负载为电机，则会产生脉动转矩，尤其在低速运行时，输 出转矩的带载能力大大降低，甚至出现带不动负载的情况。

在现有的变频器中，一般都有对系统进行死区补偿。一种补偿方法为检测死区时间内的电 流，依据输出电流的极性来确定死区补偿的方向。在该方法中，电流检测基本上是通过霍尔 元件采样，采样过程中不可避免地掺进了干扰信号，从而影响补偿效果，甚至是恶化效果， 尤其是在电流往复过零阶段；另外，霍尔元件的使用大大提高了该变频器的成本。另一种死 区补偿方法是检测死区时间内的输出电压。该方法通过增加硬件来检测死区时间内的输出相 电压，再与指令电压相比较，其差值作为死区补偿的依据。该方法中，输出相电压较难精确 获得，而且需依靠复杂的硬件电路，并且该方法占用大量的CPU，而且延时情况较严重。还 有一种死区补偿方法为检测IGBT的CE两端的压降。该方法通过增加硬件，获得死区时间内 IGBT的CE两端的压降，从而判断该IGBT的反并二极管是否在死区时间内导通，从而确定 死区补偿的方向。该方法中，通过增加硬件检测CE电压，而且用到的硬件都是快速器件，这 将大大提高制造成本。

由于变频器等逆变电源基本上都是用于电机控制，而电机系统的惯性非常大，因此，输出 电流在过零阶段往往会出现多次往复过零的现象，而且在相邻的电机转动周期内，输出电流 过零次数相差较少。于是可以统计往复过零阶段里的电流过零周期数作为下一个周期的电流 过零周期数的参考，从而对系统进行更好的死区补偿。

IGBT的开通延时，远大于D触发器信号锁存的延时，于是，以驱动信号相“或”作为D触 发器的时钟信号，在时钟信号的上升沿处，可以锁存死区时间结束时的输出电压情况从而判 断输出死区时间结束时电流的极性、开关周期内电流是否发生翻转及其翻转次数。通常情况 下，IGBT的开通延时为几百ns，D触发器的延时为几十ns。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提出一种用于变频器的电流过零检 测，及相应的死区补偿方法。

为解决技术问题，本发明提出的电流过零检测方法以及相应的死区补偿方法，具体步骤 为：

(1)将上、下桥臂的驱动信号Wx、相“或”，作为D触发器的时钟信号，即作为输出 电压采样的时钟信号；将变频器输出电压Ux隔离变换得到高低电平Sx，将Sx作为D触发器 的输入信号，获得D触发器的输出信号Qx；

(2)根据Qx判断死区时间内输出电流的极性：Qx为逻辑高电平时，即代表下桥臂续流 二极管导通，输出电流为正；Qx为逻辑低电平时，即代表由上桥臂续流二极管导通，输出电 流为负；

(3)在每个开关周期Ts内，判断Qx是否翻转：若Qx有发生翻转，表示在该开关周期 里，输出电流有过零；若Qx没有发生反转，表示在该开关周期里，输出电流没有过零；

(4)依据在每个开关周期Ts内的Qx的翻转次数Nf，来确定在该开关周期里输出电流 的状态：(a)Nf＝0，表示电流没有过零；(b)Nf＝1，表示电流确实过零，且该电流往复 过零阶段在本开关周期内结束；(c)Nf＞1，表示电流处于往复过零阶段，下一开关周期电 流继续过零。

作为一种改进，本发明还包括：根据步骤(4)所述翻转次数Nf的三种情况与输出电流 的正、负极性的逻辑组合，由外围逻辑电路向控制器发送6种输出信号；这6种输出信号与 Nf＝1、Nf＞1情况下连续翻转开关周期次数N，共同构成输出电流过零检测判断信号。