專利名稱：多相直流/直流升壓轉(zhuǎn)換器的電流感測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及多相直流到直流(DC/DC)升壓轉(zhuǎn)換器(boost converter),更具體地涉及用于多相DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器的電流感測(cè)的 方法和裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，諸如升壓轉(zhuǎn)換器的直流到直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器測(cè) 量升壓電感器的電流以控制升壓轉(zhuǎn)換器電流。對(duì)于傳統(tǒng)的多相DC/DC轉(zhuǎn) 換器，其控制器需要來(lái)自于每個(gè)相的電流信息來(lái)控制升壓轉(zhuǎn)換器電流。 通過(guò)增加DC/DC轉(zhuǎn)換器的相數(shù)，可以減小DC輸入和輸出濾波電容器的 波紋電流。因此，增加相數(shù)降低了需要的輸出濾波電容器的尺寸。但是， 傳統(tǒng)地，為每個(gè)相的升壓電感器提供分開(kāi)的電流傳感器以.向控制器提供 每個(gè)相的電流信息。因而，對(duì)于多個(gè)DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器相需要多個(gè)電流 傳感器抵銷(xiāo)了電容器尺寸縮減帶來(lái)的任何益處。因此，期望提供一種用于感測(cè)每個(gè)相的電流的方法和裝置，其在不 減少相數(shù)的情況下減少了電流傳感器的數(shù)目。另外，期望提供一種用數(shù) 目減少的電流傳感器測(cè)量和控制DC / DC轉(zhuǎn)換器電流的方法和裝置。此外， 通過(guò)結(jié)合附圖和上述技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)，根據(jù)下面的詳細(xì)說(shuō)明和隨附 的權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的其他期望特征和特性將變得顯而易見(jiàn)。發(fā)明內(nèi)容提供一種直流到直流(DC/DC)升壓轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)在該DC/DC升 壓轉(zhuǎn)換器的輸入處提供的直流電壓進(jìn)行升壓。電流感測(cè)電路包括耦合到 多個(gè)相似的相中的每一個(gè)的單電流傳感器(singular current sensor) 以及升壓轉(zhuǎn)換器控制器中的相電流計(jì)算塊。該多個(gè)相似的相將該輸入處 提供的直流電壓升壓到輸出電壓，該多個(gè)相似的相的每一個(gè)具有與其相 關(guān)的電流，并且該多個(gè)相似的相的每一個(gè)包括多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備中的對(duì)應(yīng)的 一個(gè)。單電流傳感器耦合到所有該多個(gè)相似的相的輸出并且感測(cè)該多個(gè) 相似的相的總電流。升壓轉(zhuǎn)換器控制器耦合到該多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備，用于產(chǎn)生并向其提供柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便在將輸入電壓升壓到輸出電壓的時(shí)候 在該多個(gè)相似的相之間平均地分擔(dān)電流負(fù)載。升壓轉(zhuǎn)換器控制器還耦合 到單電流傳感器，用于響應(yīng)于該總電流和柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)計(jì)算該多個(gè)相 似的相的每 一 個(gè)的電流信息，升壓轉(zhuǎn)換器控制器響應(yīng)于對(duì)該多個(gè)相似的 相的每 一 個(gè)計(jì)算的電流信息而產(chǎn)生所述柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。另外，提供一種用于感測(cè)多個(gè)相上的電流的方法。該方法包括響應(yīng) 于DC鏈路電流和多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的一個(gè)來(lái)確定該多個(gè)相的每一個(gè) 的電流的步驟，其中多個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管的每一個(gè)與該多個(gè)相中的一個(gè)有 關(guān)，并且該多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的每一個(gè)被提供到該多個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管中的 一個(gè)的4冊(cè)才及。還才是供一種電動(dòng)才幾系統(tǒng)，該電動(dòng)沖幾系統(tǒng)包括電動(dòng)才幾、逆變器、逆變器控制器、直流電壓源、直流總線和DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器。該逆變器耦合 到電動(dòng)機(jī)并且為電動(dòng)機(jī)提供電控制。該逆變器控制器耦合到該逆變器并 且產(chǎn)生用于控制逆變器的操作控制信號(hào)。直流電壓源產(chǎn)生第一電壓和第 一電流。直流總線將第二電壓和第二電流提供到逆變器，以通過(guò)逆變器 對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電控制。并且DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器耦合到直流電壓源并且響 應(yīng)于所述第一電壓和第一電流產(chǎn)生所述第二電壓和第二電流，DC/DC升 壓轉(zhuǎn)換器將所述第二電壓和第二電流提供到直流總線。DC/DC升壓轉(zhuǎn)換 器包括多個(gè)相似的相、單電流傳感器和升壓轉(zhuǎn)換器控制器。該多個(gè)相似 的相將第一電壓升壓到第二電壓，該多個(gè)相似的相的每一個(gè)具有與其相 關(guān)的電流，以及該多個(gè)相似的相的每一個(gè)包括多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備中的對(duì)應(yīng)的 一個(gè)。單電流傳感器感測(cè)所述第二電流。并且升壓轉(zhuǎn)換器控制器耦合到 該多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備，用于產(chǎn)生并向該多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備提供柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以 便在控制該多個(gè)相的總電流并且將第 一 電壓升壓到第二電壓時(shí)在該多 個(gè)相似的相之間平均地分擔(dān)電流負(fù)載。升壓轉(zhuǎn)換器控制器還耦合到單電 流傳感器，用于響應(yīng)于所述第二電流和柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)計(jì)算該多個(gè)相似 的相的每一個(gè)的電流信息，其中升壓轉(zhuǎn)換器控制器響應(yīng)于對(duì)該多個(gè)相似 的相的每一個(gè)計(jì)算的電流信息而產(chǎn)生所述柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。


以下將結(jié)合附圖來(lái)描述本發(fā)明，其中相同的數(shù)字表示相同的元件，以及圖1示出了傳統(tǒng)的直流到直流(DC/DC)升壓轉(zhuǎn)換器的圖； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器的圖； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖2的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器的電流 控制器的框圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖2的相電流計(jì)算塊的柵極驅(qū)動(dòng) 信號(hào)和電流的時(shí)序圖；圖5包括圖5A和5B，示出了圖1的現(xiàn)有技術(shù)多相電流感測(cè)電路的 DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器的電流波形圖(圖5A)和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖2 的電流感測(cè)電路的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器的電流波形的圖(圖5B);和圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的利用圖2的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器 的電動(dòng)才幾和它的控制系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施方式
以下詳細(xì)描述本質(zhì)上僅僅是示范性的，并且不打算限制本發(fā)明或本 發(fā)明的應(yīng)用和用途。此外，不打算受前面的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明 內(nèi)容或以下的詳細(xì)描述中給出的任何明示或暗示的理論的限制。在現(xiàn)有技術(shù)中，測(cè)量升壓電感器的電流以控制升壓轉(zhuǎn)換器電流。在 多相應(yīng)用中，為每一相的每個(gè)升壓電感器提供電流傳感器。參考圖1， 傳統(tǒng)的多相直流到直流(DC/DC)升壓轉(zhuǎn)換器IO的圖包括三相12、 14、 16,以減小從諸如電功率存儲(chǔ)設(shè)備(例如電池)或電功率產(chǎn)生設(shè)備(例 如燃料電池)的直流電壓源18輸入的直流電的電流波紋，以及減小輸 出濾波電容器20的尺寸，輸出濾波電容器20位于三相升壓轉(zhuǎn)換器10 的輸出處的直流總線17的支路(leg)之間。相12、 14和16并聯(lián)耦合，并且每個(gè)相12、 14、 16為DC鏈路19的一個(gè)支路提供從三相升壓轉(zhuǎn)換器10的輸入到其輸出的可切換的路徑。 晶體管42、 44、 46為每個(gè)相12、 14、 16提供切換，晶體管42、 44、 46 與二極管52、 54、 56串聯(lián)連接到DC鏈路17的輸出支路。直流電壓在相12、 14和16的每一個(gè)中被升壓，相12、 14和16將 升壓后的直流電壓提供到DC升壓轉(zhuǎn)換器10的輸出。另外，分別連接在 晶體管42、 44和46以及二極管52、 54和56之間的電感器62、 64和 66將直流電流提供到相應(yīng)的電流傳感器72、 74、 76,用于對(duì)其進(jìn)行測(cè) 量。8這三個(gè)電流傳感器72、 74和76將電流值Ilcalc、 12calc和13calc 提供到升壓轉(zhuǎn)換器控制器80,用于控制三相升壓轉(zhuǎn)換器10。在三相升 壓轉(zhuǎn)換器10的輸入82處提供的電流參考Idc—皮提供給升壓轉(zhuǎn)換器控制 器80的電流控制器85,電流控制器85也接收電流值Ilcalc、 12calc 和13calc并且通過(guò)將柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給晶體管42、 44和46來(lái)控制 相12、 14和16的切換，4冊(cè)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)響應(yīng)于電流參考Idw以及這三個(gè) 電流值Ilcalc、 12calc和13calc而產(chǎn)生。
因而，可見(jiàn)雖然傳統(tǒng)的多相升壓轉(zhuǎn)換器10通過(guò)增加相12、 14、 16 的數(shù)目可以減小輸出濾波電容器20的尺寸，但是每個(gè)相12、 14、 16需 要分開(kāi)的電流傳感器72、 74、 76,因此多個(gè)電流傳感器72、 74、 76的 尺寸抵銷(xiāo)了減小電容器20的尺寸帶來(lái)的益處。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的直流到直流(DC/DC)升壓轉(zhuǎn)換器100克服 了現(xiàn)有技術(shù)的升壓轉(zhuǎn)換器IO的不足，其在圖2的圖中示出。DC/DC升壓 轉(zhuǎn)換器IOO是多相升壓轉(zhuǎn)換器的例子，并且具有三個(gè)相似的相102、 104、 106用于對(duì)直流電壓進(jìn)行升壓。雖然下文描述了三相DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器 100,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，該原理還可以被應(yīng)用于具有任意 數(shù)目的相的多相DC/DC升壓電路。
電流感測(cè)電路包括單電流傳感器IIO和升壓轉(zhuǎn)換器控制器140中的 相電流計(jì)算塊150，用于感測(cè)來(lái)自于該多個(gè)相102、 104、 106的總電流， 并且將感測(cè)的在DC鏈路17的輸出處的所有支路的總電流信息作為總電 流信息信號(hào)112提供給升壓轉(zhuǎn)換器控制器140。升壓轉(zhuǎn)換器控制器140 耦合到電流傳感器110,以提供柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本實(shí)施例 的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器100的升壓功能和電流控制功能。
響應(yīng)于從電流傳感器IIO接收到的總電流信息信號(hào)112,升壓轉(zhuǎn)換 器控制器140確定電流信息并且響應(yīng)于該電流信息產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) 222、 224、 226。升壓轉(zhuǎn)換器控制器140將柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給相102、 104、 106的每一個(gè)，以便響應(yīng)于柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)222、 224、 226在相102、 104、 106之間平均地分擔(dān)電流負(fù)載，同時(shí)對(duì)直流輸入電壓18進(jìn)行升壓， 以在DC鏈路17的輸出處提供升壓后的直流電壓30。
根據(jù)本實(shí)施例，由升壓電感器202、 204、 206在相102、 104、 106 的每一個(gè)處對(duì)直流輸入電壓18進(jìn)行升壓，升壓電感器202、 204、 206 的每一個(gè)耦合在開(kāi)關(guān)設(shè)備，即晶體管212、 214、 216和二極管232、 234、236之間。晶體管212、 214、 216是合適的開(kāi)關(guān)設(shè)備，諸如絕緣柵雙極 晶體管(IGBT)。晶體管212、 214、 216和二極管232、 234、 236耦合 在DC鏈路17的支路之間。
當(dāng)晶體管212接收到用于流過(guò)二極管232的電流的停用
(deactivating )柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)222時(shí)，電流傳感器110感測(cè)第一相102 上的相電流。同樣地，當(dāng)晶體管214接收到用于流過(guò)二極管234的電流 的停用柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)224時(shí)，電流傳感器110感測(cè)第二相104上的相電 流，并且當(dāng)晶體管216接收到用于流過(guò)二極管236的電流的停用柵極驅(qū) 動(dòng)信號(hào)226時(shí)，電流傳感器IIO感測(cè)第三相106上的相電流。升壓轉(zhuǎn)換 器控制器140將激活和停用柵極信號(hào)222、 224、 226提供給晶體管212、 214、 216,分別用于激活和停用它們，并且升壓轉(zhuǎn)換器控制器140耦合 到電流傳感器110,以從其接收感測(cè)的總電流作為總電流信息信號(hào)112。 根據(jù)本實(shí)施例，升壓轉(zhuǎn)換器控制器140包括電流控制器120和相電 流計(jì)算塊150。相電流計(jì)算塊接收柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)222、 224、 226和總電 流信息信號(hào)112并且由此計(jì)算每一相102、 104、 106的相電流信息 Ilcalc、 12calc、 13calc。根據(jù)本實(shí)施例，相電流計(jì)算塊150結(jié)合由電 流控制器120產(chǎn)生的激活和停用柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)222、 224、 226,響應(yīng)于 相102、 104、 106的電流采樣，計(jì)算相102、 104、 106的每一個(gè)的相電 流信息Ilcalc、 12calc、 13calc。
參考圖3,根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于穩(wěn)定相電流的升壓轉(zhuǎn)換器控 制器140的電流控制器120的框圖包括DC電流控制才莫塊310(諸如普通 的PI控制器)和多個(gè)電流平衡控制模塊312、 314、 316 (諸如操縱
(steering) P控制器)。參考電流Idc* 82 (即，DC鏈路17上的DC 電流的設(shè)定點(diǎn))在加法器320處與來(lái)自于DC鏈路17的總電流信息信號(hào) Idcll2組合，并且其差被提供到DC電流控制模塊310的輸入。利用參 考電流Idc * 82和總電流信息信號(hào)Idc 112的差，DC電流控制模塊310 在計(jì)算電流信息期間補(bǔ)償DC鏈路電流的誤差。
電流信息包括相102、 104、 106的每一個(gè)的相電流信息，以及相沖莫 塊312、 314、 316^^艮據(jù)^v電流感測(cè)電路ll(M妾收到的感測(cè)的電流計(jì)算相 電流。例如，可以計(jì)算相102、 104、 106的相對(duì)電流值，并且這些相對(duì) 電流值可用于平衡相102、 104、 106間的相電流，其中相對(duì)電流值是可 以包括偏移量但是仍然指示 一 個(gè)相電流高于或低于其他相電流的電流信息。關(guān)于相模塊312、 314、 316的輸入，當(dāng)來(lái)自于電流控制器120的 柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別停用晶體管212、 214和216時(shí)，Ilcalc、 12calc和 13calc是平均電流值,而Icalc_avg是Ilcalc、 12calc和13calc的平 均值。響應(yīng)于總電流信息信號(hào)112確定在相電流計(jì)算塊150中計(jì)算的相 對(duì)電流值Ilcalc、 12calc和13calc，其中電流值Ilcalc、 12calc和 13calc是其對(duì)應(yīng)的晶體管212、 214、 216 #:停用的相102、 104、 106中 的那些相的電流的總和。
在加法器322中，Icalc-avg與Ilcalc組合，并且其差被提供給相 模塊312的輸入。同樣地，在加法器324中，Icalc —avg與12calc組合， 并且其差被提供給相模塊314的輸入，以及在加法器326中，Icalc_avg 與13calc組合，并且其差被提供給相模塊316的輸入。因而，總電流 信息信號(hào)Idc 112被測(cè)量以確定這些相之間的相電流差。如下所述，響 應(yīng)于通過(guò)對(duì)相102、 104、 106電流采樣而得到的多個(gè)感測(cè)的電流，相電 流差^f皮用來(lái)計(jì)算相102、 104、 106的每一個(gè)的相電流信息。
除了計(jì)算相對(duì)電流值之外，可以計(jì)算絕對(duì)電流信息。例如，如果當(dāng) 晶體管212和214被停用時(shí)總電流信息信號(hào)Idc 112為100A,當(dāng)晶體管 214和216被停用時(shí)總電流信息信號(hào)Idc 112為110A,當(dāng)晶體管216和 212被停用時(shí)總電流信息信號(hào)Idc 112為120A,則由等式
11 + 12=100 (1)
12+13=110 (2)
13+11=120 (3)
相102、 104、 106的相電流I1、 12、 13可以分別4皮確定為 11= 55 A (4) 12= 45 A (5) 13= 65 A (6)
因而，可以由單電流傳感器IIO計(jì)算該多個(gè)相102、 104、 106的每 一個(gè)的電流。為了控制多相DC/DC轉(zhuǎn)換器100，控制器140需要該多個(gè) 相102、 104、 106的每一個(gè)的絕對(duì)或相對(duì)電流信息。在典型地需要和相 的數(shù)目 一 樣多的電流傳感器的情況下，本實(shí)施例提供了單個(gè)電流傳感器 110,用于響應(yīng)于來(lái)自于電流控制器120的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)該多個(gè)相 102、 104、 106進(jìn)行電流采樣，使得升壓轉(zhuǎn)換器控制器140能夠響應(yīng)于 才冊(cè)^l驅(qū)動(dòng)信號(hào)和DC鏈路電流而計(jì)算該多個(gè)相102、 104、 106的每一個(gè)
ii的電流信息。
電流控制器120利用從相模塊312、 314、 316提供的電流信息作為 電流平衡信號(hào)來(lái)修改柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈寬調(diào)制(PWM)的占空比(被示 出為分別對(duì)應(yīng)于晶體管212、 214、 216的激活時(shí)間的P麗占空比1 (P麗 duty 1 ) 、 PWM占空比2和PWM占空比3)。為了導(dǎo)出PWM占空比1信 號(hào)，從相模塊312的輸出提供的電流平衡信號(hào)與來(lái)自于DC電流控制模 塊310的輸出信號(hào)在加法器332中組合，其總和是晶體管212的激活時(shí) 間(PWM占空比1 )。
同樣地，PWM占空比2信號(hào)在加法器334中被導(dǎo)出為DC電流控制才莫 塊310的輸出和相^t塊314的輸出的總和，并且PWM占空比3信號(hào)在加 法器336中被導(dǎo)出為DC電流控制才莫塊310的輸出和相模塊316的輸出 的總和。
通過(guò)這樣的方式，控制器120穩(wěn)定和平衡相102、 104、 106的電流， 以提供經(jīng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定電流，用于對(duì)相102、 104、 106的每一個(gè)處的電壓 進(jìn)行升壓。例如，如果所有相102、 104、 106被很好地平衡，貝'j Ilcalc、 12calc和13calc具有相同的值，/人而為相才莫塊312、 314、 316的每一 個(gè)的輸入提供零值。但是，如果相102的電流值低于相104和106的電 流值，則相模塊312的輸出變?yōu)檎?，其在加法?32中被加到來(lái)自于 DC電流控制模塊310的誤差信號(hào)，以增加晶體管212的占空比，P麗占 空比1。通過(guò)增加PWM占空比1,增加相102的電流值以將它穩(wěn)定到與 相104和106相同的值。
參考圖4,放大的時(shí)序圖400描繪了根據(jù)本實(shí)施例的用于相應(yīng)相 102、 104、 106的柵才及驅(qū)動(dòng)信號(hào)222、 224、 226和電流波形412、 414、 416。當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)222、 224或226為高時(shí)，相應(yīng)的晶體管212、 214 或216被激活(例如，被"導(dǎo)通")。軌跡420表示總電流信息信號(hào)112, 并且是流過(guò)其對(duì)應(yīng)晶體管212、 214、 216被停用(例如，"關(guān)斷")的 相102、 104、 106的相電流的總和。如上所述，當(dāng)對(duì)相102、 104、 106 進(jìn)行電流采樣時(shí)，可以響應(yīng)于總電流信息信號(hào)112和柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)222、 224、 226來(lái)確定相102、 104、 106的每一個(gè)的電流。
圖5包括圖5A和5B,示出了現(xiàn)有技術(shù)的多相升壓轉(zhuǎn)換器10 (圖1 ) 的電流感測(cè)的波形的曲線圖500 (圖5A)和根據(jù)本實(shí)施例的多相升壓轉(zhuǎn) 換器100的電流感測(cè)的波形的曲線圖550 (圖5B)。參考圖5A, DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器10具有三個(gè)電流傳感器72、 74、 76, 用于分開(kāi)檢測(cè)三相12、 14、 16的電流以對(duì)其進(jìn)行控制，當(dāng)電流控制器 85的DC設(shè)定點(diǎn)510具有如圖所示的階躍響應(yīng)時(shí)，該DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器 10產(chǎn)生DC電流響應(yīng)信號(hào)505。
參考圖5B， DC電流設(shè)定點(diǎn)555和DC電流響應(yīng)波形560被描繪在曲 線圖550上。由圖5A和5B的比較可以看出，根據(jù)本實(shí)施例的使用單個(gè) 電流傳感器IIO反饋結(jié)構(gòu)的多相升壓轉(zhuǎn)換器100的操作產(chǎn)生類(lèi)似于傳統(tǒng) 多相升壓轉(zhuǎn)換器的結(jié)果，并且可以被用于大多數(shù)的多相升壓轉(zhuǎn)換器。
參考圖6,利用根據(jù)本實(shí)施例的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器100的電動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)600包括三相電動(dòng)機(jī)610,諸如感應(yīng)式電機(jī)或永磁體電動(dòng)機(jī)，其響應(yīng) 于來(lái)自電機(jī)控制電路620 (諸如逆變器)的信號(hào)而工作。直流電壓源18 產(chǎn)生第一電壓和第一電流，將第一電壓和第一電流提供給DC/DC升壓轉(zhuǎn) 換器100。 DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器100是多相DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，諸如圖2 中所描繪的三相DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器100,并且如上所述地響應(yīng)于第一電 壓和第一電流產(chǎn)生第二電壓和第二電流。第二電壓在直流總線17上被 提供給逆變器620。第二電流是每一個(gè)相似的相102、 104、 106的電流 的總電流，其被單電流傳感器110 (圖2)感測(cè)為直流總線17上的DC 鏈3各電流。
逆變器620包括開(kāi)關(guān)622到627,并且響應(yīng)于來(lái)自于逆變器控制器 670的操作控制信號(hào)而工作，以將電壓提供給電機(jī)610的每個(gè)相或電機(jī) 繞組615,開(kāi)關(guān)對(duì)622/625、 623/626和624/627的每一個(gè)形成逆變器 620的相支路。除逆變器620中描繪的開(kāi)關(guān)電路之外，開(kāi)關(guān)622到627 可以可替換地由晶體管實(shí)現(xiàn)，諸如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
分解器660 (或相似的感測(cè)設(shè)備或等效虛擬軟件)耦合到電機(jī)610, 用于測(cè)量轉(zhuǎn)子位置并且檢測(cè)其速度。分解器到數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (resolver-to-digital converter ) 665將來(lái)自于分解器660的信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)，并且將電機(jī)610的轉(zhuǎn)子的角位置和檢測(cè)的速度的那些數(shù) 字表示提供給控制器670。
控制器670從分解器到數(shù)字轉(zhuǎn)換器665接收角位置和檢測(cè)的轉(zhuǎn)子速
度的數(shù)字表示以及從電機(jī)610的每個(gè)相615接收電流信號(hào)(Ia、 Ib、
并且響應(yīng)于扭矩控制信號(hào)(扭矩命令T*)修改相電流(Ia、 Ib、 1。)， 以產(chǎn)生操作控制信號(hào)來(lái)提供給逆變器620,從而控制開(kāi)關(guān)622、 623、 624、625、 626、 627。扭矩控制信號(hào)h是從較高等級(jí)的控制器接收到的，并 且響應(yīng)于其產(chǎn)生的操作控制信號(hào)是高頻脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)，用
于控制逆變器620的每循環(huán)平均值(per-cycle average) 、 lt出電壓 幅度、相位、和頻率。典型地，逆變器620的開(kāi)關(guān)622、 623、 624、 625、
626、 627工作在恒定的切換頻率下，同時(shí)調(diào)制開(kāi)關(guān)占空比以產(chǎn)生具有期 望的幅度、相位和頻率的三相電壓，從而提供給電機(jī)610的電機(jī)繞組 615。
根據(jù)本實(shí)施例的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器IOO在電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)600中的使用 減少了來(lái)自于直流電壓源18的第一電流的電流波紋，并且使得能夠使 用尺寸減小的輸出濾波電容器20 (圖2)。因而，可見(jiàn)根據(jù)本實(shí)施例的 多相DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器IOO提供了一種用于感測(cè)多相的每一個(gè)的電流同 時(shí)將電流感測(cè)電路的數(shù)目減少到 一 個(gè)的方法和裝置。雖然為實(shí)現(xiàn)根據(jù)本 實(shí)施例的電流傳感方法所需的電流采樣的頻率的增加以及附加的計(jì)算 時(shí)間可能引起減小的控制響應(yīng)，但是D C / D C升壓轉(zhuǎn)換器10 0和輸出濾波 電容器20的尺寸減小在產(chǎn)品尺寸和產(chǎn)品成本兩方面都提供顯著的優(yōu)勢(shì)， 其比任何這樣的控制響應(yīng)減小更重要。
雖然在上述詳細(xì)說(shuō)明中已經(jīng)給出了至少一個(gè)示范性實(shí)施例，但是應(yīng) 當(dāng)理解，存在許多變化。還應(yīng)該理解， 一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例4又僅是 示例，不意欲以任何方式限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用性或配置。相反，上 述詳細(xì)說(shuō)明將為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例的 便利指導(dǎo)。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求書(shū)及其法律等價(jià)物所限 定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)元件的功能和布置進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.一種用于感測(cè)多個(gè)相上的電流的方法，該方法包括響應(yīng)于DC鏈路電流和多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)而確定該多個(gè)相的每一個(gè)的電流的步驟，其中多個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管中的每一個(gè)與該多個(gè)相中的一個(gè)有關(guān)，并且該多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的每一個(gè)被提供給該多個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管中的一個(gè)的柵極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定該多個(gè)相的每一個(gè) 的電流的步驟包括響應(yīng)于該多個(gè)相中的兩個(gè)或更多個(gè)相的多個(gè)感測(cè)的 電流計(jì)算該多個(gè)相的每一 個(gè)的電流信息的步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述計(jì)算該多個(gè)相的每一個(gè) 的電流信息的步驟包括通過(guò)對(duì)該多個(gè)相進(jìn)行電流采樣來(lái)計(jì)算該多個(gè)相 的每 一 個(gè)的電流信息的步驟。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述計(jì)算該多個(gè)相的每一個(gè) 的電流信息的步驟包括步驟響應(yīng)于該多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)確定該多個(gè)相中的哪些相具有流過(guò)電 流傳感器的電流，該電流傳感器感測(cè)該多個(gè)相的總輸出電流并且響應(yīng)于 其產(chǎn)生總電流信息信號(hào)；以及通過(guò)處理一組柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的多個(gè)樣本和所述總電流信息信號(hào)來(lái) 計(jì)算每個(gè)相的電流。
5. —種直流到直流(DC/DC)升壓轉(zhuǎn)換器，包括 多個(gè)相似的相，用于對(duì)在該DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器的輸入處提供的直流電壓進(jìn)行升壓，該多個(gè)相似的相的每一個(gè)具有與其相關(guān)的電流，并且該多個(gè)相似的相的每一個(gè)包括多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)；單電流傳感器，其耦合到該多個(gè)相似的相的輸出，用于感測(cè)該多個(gè) 相似的相的總電流；和升壓轉(zhuǎn)換器控制器，其耦合到該多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備，用于產(chǎn)生并向其提 供柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以在該多個(gè)相似的相之間平均地分擔(dān)電流負(fù)載，該升 壓轉(zhuǎn)換器控制器進(jìn)一步耦合到該單電流傳感器，用于響應(yīng)于所述總電流 和柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算該多個(gè)相似的相的每一個(gè)的電流信息，其中該升壓 轉(zhuǎn)換器控制器響應(yīng)于為該多個(gè)相似的相的每 一 個(gè)計(jì)算的電流信息而產(chǎn) 生柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其中該升壓轉(zhuǎn)換器 控制器通過(guò)響應(yīng)于該柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)該多個(gè)相似的相進(jìn)行電流采樣來(lái)確定該多個(gè)相似的相的每一 個(gè)的電流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其中該升壓轉(zhuǎn)換器 控制器包括相電流計(jì)算器，其耦合到該單電流傳感器并且響應(yīng)于該多個(gè)相似的 相的總電流和柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)計(jì)算該多個(gè)相似的相的每 一 個(gè)的電流信 息；以及電流控制器，其耦合到該相電流計(jì)算器，用于接收由該相電流計(jì)算 器計(jì)算的該多個(gè)相似的相的每一個(gè)的電流并且響應(yīng)于其產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng) 信號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其中該電流控制器 進(jìn)一步接收由該單電流傳感器產(chǎn)生并且從該單電流傳感器提供的該多 個(gè)相的總電流作為總電流信息信號(hào)，該電流控制器響應(yīng)于該總電流信息 信號(hào)和由該相電流控制器計(jì)算的該多個(gè)相似的相的每 一 個(gè)的電流產(chǎn)生 該柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其中該電流控制器 包括:DC電流控制才莫塊，用于控制在其輸出處的DC電流值，該DC電流值 對(duì)應(yīng)于該多個(gè)相似的相的每 一 個(gè)的電流的總和；以及多個(gè)電流平衡控制模塊，該多個(gè)電流平衡控制模塊的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于 該多個(gè)相似的相的 一 個(gè)并且計(jì)算所有該多個(gè)相似的相的平均電流與該 多個(gè)相似的相中的對(duì)應(yīng) 一 個(gè)的電流之間的差，用于提供附加的控制到該 DC電流控制模塊的輸出，從而平衡該多個(gè)相似的相之間的電流。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其中該DC電流控 制模塊從該單電流傳感器接收總電流信息值，該DC電流模塊響應(yīng)于該總 電流信息值和參考DC電流值控制DC電流值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其中該多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè) 備的每一個(gè)包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，其柵極耦合到該升壓控制 器，用于從其接收柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其中該電流信息包 括該多個(gè)相似的相的每一個(gè)的相電流信息，以及其中該升壓轉(zhuǎn)換器控制 器響應(yīng)于參考DC電流值和由該升壓轉(zhuǎn)換器控制器產(chǎn)生并且提供給該多 個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)確定該多個(gè)相的每 一 個(gè)的相電流。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其中該單電流傳 感器將總電流感測(cè)為從該多個(gè)相似的相輸出的DC鏈路上的總電流信息 值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其中該升壓控制 器響應(yīng)于由單電流傳感器感測(cè)的總電流信息值、該參考DC電流值和柵 極驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)確定該多個(gè)相的每一 個(gè)的相電流信息。
15. —種電動(dòng)才幾系統(tǒng)，包才舌 電動(dòng)才幾；逆變器，耦合到該電動(dòng)機(jī)并且為其提供電控制；逆變器控制器，其耦合到該逆變器，用于產(chǎn)生操作控制信號(hào)并且將 這樣的操作控制信號(hào)提供給該逆變器；直流(DC)電壓源，用于產(chǎn)生第一電壓和第一電流；直流總線，其耦合到該逆變器，用于將第二電壓和第二電流提供給 該逆變器，以由該逆變器對(duì)該電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電控制；和DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，其耦合到所述直流電壓源，用于響應(yīng)于所述第 一電壓和第一電流產(chǎn)生所述第二電壓和第二電流并且將所述第二電壓 和第二電流提供給該直流總線，該DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器包括多個(gè)相似的相，用于將所述第一電壓升壓到所述第二電壓，該多個(gè) 相似的相的每一個(gè)具有與其相關(guān)的電流，以及該多個(gè)相似的相的每一個(gè)包括多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)；單電流傳感器，用于感測(cè)所述第二電流；和升壓轉(zhuǎn)換器控制器，耦合到該多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備，用于產(chǎn)生并向其提供 柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以在該多個(gè)相似的相之間平均地分擔(dān)電流負(fù)載，該升壓 轉(zhuǎn)換器控制器進(jìn)一步耦合到該單電流傳感器，用于響應(yīng)于所述第二電流 和柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算該多個(gè)相似的相的每一個(gè)的電流信息，其中該升壓 轉(zhuǎn)換器控制器響應(yīng)于為該多個(gè)相似的相的每 一 個(gè)計(jì)算的電流信息產(chǎn)生 所述柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中該升壓轉(zhuǎn)換器控制 器包括相電流計(jì)算器，其耦合到該單電流傳感器并且響應(yīng)于該笫二電流和 柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)計(jì)算該多個(gè)相似的相的每一 個(gè)的電流信息；以及電流控制器，其耦合到該相電流計(jì)算器，用于接收由相電流計(jì)算器計(jì)算的該多個(gè)相似的相的每一個(gè)的電流并且響應(yīng)于其產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng)信 號(hào)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中該電流控制器進(jìn)一 步接收參考電流，該電流控制器響應(yīng)于該參考電流、第二電流和由相電 流控制器計(jì)算的該多個(gè)相似的相的每 一 個(gè)的電流產(chǎn)生該柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中該電流控制器包括 DC電流控制模塊，用于控制對(duì)應(yīng)于該多個(gè)相似的相的每一個(gè)的電流的總和的電流^i;和多個(gè)電流平衡控制模塊，該多個(gè)電流平衡控制模塊的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于 該多個(gè)相似的相的一個(gè)并且計(jì)算所有該多個(gè)相似的相的平均電流與該 多個(gè)相似的相中的對(duì)應(yīng)一個(gè)的電流之間的差，用于提供附加的控制到DC電流控制才莫塊的輸出，以平衡該多個(gè)相似的相之間的電流。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中該DC/DC升壓轉(zhuǎn)換 器的該多個(gè)相似的相的該多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備的每一個(gè)包括絕緣柵雙極晶體 管(IGBT),其柵極耦合到該升壓轉(zhuǎn)換器控制器，用于從其接收柵極驅(qū) 動(dòng)信號(hào)，以及其中該逆變器包括多個(gè)IGBT,每個(gè)IGBT的柵極耦合到該 逆變器控制器，用于從其接收操作控制信號(hào)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中該電動(dòng)才幾包括永f茲 體電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及多相直流/直流升壓轉(zhuǎn)換器的電流感測(cè)。提供了感測(cè)多個(gè)相上的電流并且由其確定電流信息的方法和裝置。該多相升壓轉(zhuǎn)換器包括耦合到所有該多個(gè)相的單個(gè)傳感器和耦合到傳感器且用于響應(yīng)于由該傳感器感測(cè)的該多個(gè)相的每一個(gè)上的電流來(lái)確定電流信息的控制器。該感測(cè)方法利用柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)和DC電流傳感器輸出來(lái)計(jì)算由該傳感器感測(cè)的該多個(gè)相的每一個(gè)上的電流。
文檔編號(hào)G01R19/00GK101634668SQ20091016454
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月21日
發(fā)明者C·C·斯坦庫(kù), G·R·伍迪, S·-J·楊 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司