專利名稱：逆變器單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變器單元，更具體地說，涉及可以穩(wěn)定逆變器電路的輸出的逆變器單元，以便在使用多個開關(guān)元件將車輛中使用的DC(直流)電源的DC電壓轉(zhuǎn)換成脈沖列狀的偽AC(交流)電壓時，即使電源的電壓發(fā)生變化，輸出電壓也不變。
背景技術(shù)：
例如，可以將電池之類的DC電源安裝在車輛上，且可以將所述DC電源的DC電壓用于各種目的和控制。通過使用具有多個開關(guān)元件的逆變器電路將所述DC電源的該DC電壓轉(zhuǎn)換成脈沖列狀的偽AC電壓。電動機(jī)使用所述偽AC電壓來驅(qū)動車輛的空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)(如電動機(jī)驅(qū)動的壓縮機(jī)的無刷電動機(jī)等)或驅(qū)動其他電動機(jī)(例如磁阻電動機(jī)或感應(yīng)電動機(jī))，或者，將所述電壓作為輸出電壓輸出到變壓器和其他裝置。
在車輛的空調(diào)系統(tǒng)使用的制冷壓縮機(jī)之類的壓縮機(jī)中，盡管壓縮機(jī)可以使用引擎的旋轉(zhuǎn)力作為其驅(qū)動力，諸如在電動機(jī)驅(qū)動的壓縮機(jī)或混合式壓縮機(jī)中，但是壓縮機(jī)通常包括無刷電動機(jī)。這種無刷電動機(jī)是通過由逆變器電路轉(zhuǎn)換的脈沖列狀的偽AC電壓驅(qū)動的，且轉(zhuǎn)速由用于通過改變所述偽AC電壓的占空比，也即通過脈沖寬度調(diào)制(PWM)來控制提供的有效電壓的方法進(jìn)行控制。
然而，相對于電負(fù)載，電池之類的安裝在車輛上的DC電源可能產(chǎn)生電壓波動。例如，在具有用于開動所述車輛的電動機(jī)的電動車輛或混合式車輛之類的車輛中，當(dāng)其加速時，由于用于開動車輛的電動機(jī)中流動的大負(fù)載電流，所述DC電源的電壓可能會快速降低，而當(dāng)其減速時，由于用于開動車輛的電動機(jī)的再生電流，所述DC電源的電壓可能會快速增加。并且，即使車輛由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動，如果所述DC電源的功率使用量大，其電壓也會快速降低。
當(dāng)所述DC電源的電壓的這種波動發(fā)生時，其輸出電壓也會成比例地發(fā)生變化。例如，當(dāng)驅(qū)動上述無刷電動機(jī)時，伴隨這種電壓波動，所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可能快速地加速或減速。并且，當(dāng)其減速時?？赡軙a(chǎn)生過電流，在最壞的情況下，保護(hù)電路的運(yùn)行將讓所述電動機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。
對于這樣的問題，日本專利No.3,084,941公開了一種控制方法，其中，檢測DC電源的電壓，且響應(yīng)于測得的電壓值控制占空比。
然而，在用這樣的方法進(jìn)行控制時，難以穩(wěn)定地和準(zhǔn)確地得到希望的輸出。特別地，在上述控制方法中，由于所述控制單元的處理速度等，在識別所述DC電源的電壓波動和調(diào)整占空比之間可能產(chǎn)生延時，因此，可能難以快速地和恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整所述占空比。因此，在所述無刷電動機(jī)中可能會發(fā)生轉(zhuǎn)速的波動、過電流或轉(zhuǎn)矩的不足。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種逆變器單元，所述單元在使用具有多個開關(guān)元件的逆變電路將DC電源的電壓轉(zhuǎn)換成脈沖列狀的偽AC電壓時，即使DC電源的電壓發(fā)生波動，也能一直穩(wěn)定地和準(zhǔn)確地得到希望的輸出電壓。
為實(shí)現(xiàn)前述和其他目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的逆變器單元包括DC電源、具有多個開關(guān)元件對的逆變器電路，和連接到所述逆變器電路的、用于通過脈沖寬度調(diào)制調(diào)節(jié)所述偽AC電壓的PWM發(fā)生器。在每對開關(guān)元件中，所述開關(guān)元件串聯(lián)耦合，且所述開關(guān)元件對與所述DC電源并聯(lián)連接，以便將所述DC電源的DC電壓轉(zhuǎn)換成來自所述逆變電路的脈沖列狀的偽AC電壓。所述逆變器單元包括用于檢測從逆變器電路輸出的實(shí)際輸出電壓的裝置、用于控制輸出占空比的裝置，以便使用于檢測的裝置檢測的輸出電壓變成目標(biāo)輸出電壓。特別地，在本發(fā)明中，沒有檢測DC電源的電壓，而是檢測實(shí)際輸出的電壓值，并基于所檢測的電壓值控制輸出占空比，以便使所檢測的輸出電壓成為目標(biāo)輸出電壓。
在根據(jù)本發(fā)明的逆變器單元中，例如可以將上述目標(biāo)輸出電壓從輸出指示器提供到PWM發(fā)生器。上述輸出占空比可等于目標(biāo)輸出電壓除以所檢測的高輸出電壓與所檢測的低輸出電壓之差。
在這種關(guān)系中，高輸出電壓是脈沖列狀的偽AC電壓中的最大值，而低輸出電壓是所述脈沖列狀的偽AC電壓中的最小值。特別地，檢測具有高的輸出相的電壓和具有低的輸出相的電壓，并且基于上述關(guān)系確定了輸出占空比。該輸出占空比的最大值為100％。
并且，可以在不檢測高的輸出電壓或低的輸出電壓之一的情況下計(jì)算所述輸出占空比。這個未檢測的值成為輸出電壓的參考，且未檢測的輸出電壓值設(shè)定為零。
輸出電壓值(VO)可以等于百分比形式的輸出占空比乘以占空比為100％時的參考電壓(Vdc)。
在根據(jù)本發(fā)明的這樣一種逆變器單元中，檢測實(shí)際輸出的電壓(如高的輸出電壓或低的輸出電壓)，并基于上述等式計(jì)算輸出占空比，以便例如使輸出電壓成為輸出指示器的設(shè)定值(即目標(biāo)輸出電壓)和實(shí)現(xiàn)PWM控制。因此，不論電源的電壓減少或是電源的電壓波動，總可以穩(wěn)定地得到希望的輸出電壓。例如，當(dāng)將電壓輸出到電動機(jī)時，可以穩(wěn)定地和準(zhǔn)確地將輸出到電動機(jī)的有效電壓控制在目標(biāo)值。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的逆變器單元中，例如，當(dāng)施加為驅(qū)動三相無刷電動機(jī)時，盡管為了驅(qū)動電動機(jī)通常需要檢測到該電動機(jī)的輸出電壓，但也可以按現(xiàn)狀利用所述檢測機(jī)制。另外，因?yàn)椴恍铻殡娫吹碾妷杭尤霗z測電路，因此，可用不太復(fù)雜的電路實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
從而，在根據(jù)本發(fā)明的逆變器單元中，因?yàn)檩敵稣伎毡仁峭ㄟ^檢測實(shí)際輸出電壓確定的，因此，即使在DC電源的電壓發(fā)生波動時，不管波動的數(shù)量和組成，并在不發(fā)生相對于電源的電壓波動的延時的情況下，可以穩(wěn)定地和準(zhǔn)確地將輸出電壓值控制在目標(biāo)電壓值。因此，當(dāng)將本發(fā)明用于控制給電動機(jī)的輸出時，即使DC電源的電壓發(fā)生波動，也可以穩(wěn)定地和準(zhǔn)確地將電動機(jī)的轉(zhuǎn)速維持在目標(biāo)轉(zhuǎn)速。并且，可用不太復(fù)雜的電路實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
參閱附圖，可以從以下對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明中理解本發(fā)明的另外一些目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


現(xiàn)在，參閱附圖，對本發(fā)明的一個實(shí)施例進(jìn)行說明，所述說明僅僅是示例性的，并不用來對本發(fā)明作出限制。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的逆變器單元的示意的電路圖。
圖2是流程圖，它示出了圖1中所示的逆變器單元的控制方法的一個實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的逆變器單元，特別是示出了在其中形成了作為電動機(jī)驅(qū)動的電源電路，該電路將脈沖列狀的偽AC電壓輸出到三相電動機(jī)(如車輛的空調(diào)系統(tǒng)中使用的、包含于壓縮機(jī)中的三相無刷電動機(jī))。在圖1中，逆變器單元1包括DC電源3和逆變器電路4。逆變器電路4包括多個開關(guān)元件對，且將每對開關(guān)元件2a和2b，2c和2d，和/或2e和2f串聯(lián)耦合，以形成開關(guān)元件的每個對。將所述的多個開關(guān)元件對與DC電源3并聯(lián)連接，以形成逆變器電路4，以便將DC電源3的DC電壓轉(zhuǎn)換成脈沖列狀的偽AC電壓，并將所轉(zhuǎn)換的偽AC電壓輸出。在圖1中示出的實(shí)施例中，逆變器單元1包括三對開關(guān)元件。
將用于通過脈沖寬度調(diào)制調(diào)節(jié)上述偽AC電壓的PWM發(fā)生器5連接到逆變器電路4。將來自逆變器電路4的三個輸出相分別連接到電動機(jī)7的對應(yīng)極，且通過將預(yù)先確定的電壓施加到電動機(jī)7來使電動機(jī)7以預(yù)先確定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。例如，電動機(jī)7可以是三相的無刷電動機(jī)。但是，也可以使用能由施加的偽AC電壓驅(qū)動的任何其他類型的電動機(jī)。將脈沖列狀的偽AC電壓輸出到電動機(jī)7。將輸出相6a、6b、6c中的任何一個相設(shè)置成用于輸出高輸出電壓的相，而將任一其他相設(shè)置成用于輸出較低輸出電壓的相。所述脈沖列狀的偽AC電壓的平均值成為施加于電動機(jī)7的有效電壓，且電動機(jī)7以與有效電壓對應(yīng)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
所述脈沖列狀的偽AC輸出電壓由PWM發(fā)生器5處的脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行控制。在這個實(shí)施例中，實(shí)際輸出電壓(如來自逆變器電路4的高輸出電壓或低輸出電壓)由PWM發(fā)生器5通過電阻性分壓器電路8進(jìn)行檢測。特別地，通過三相逆變器電路4中的每個開關(guān)元件的ON/OFF操作引起的在分流電阻中流動的電流，檢測每個輸出相的實(shí)際輸出電壓。將用于設(shè)定目標(biāo)輸出電壓(即將要輸出的電壓)的輸出指示器9連接到PWM發(fā)生器5，且將目標(biāo)輸出電壓從輸出指示器9提供給PWM發(fā)生器5。
PWM發(fā)生器5對輸出占空比進(jìn)行控制，以便使上述的檢測到的輸出電壓變成輸出指示器9提供的目標(biāo)輸出電壓。輸出占空比可等于目標(biāo)輸出電壓除以所檢測到的高輸出電壓與所檢測到的低輸出電壓之差。為實(shí)現(xiàn)這樣計(jì)算出的輸出占空比，通過PWM發(fā)生器5實(shí)現(xiàn)PWM控制。輸出占空比的最大值是100％。通過這樣控制輸出占空比，便將輸出到電動機(jī)7的輸出有效電壓控制在上述的目標(biāo)輸出電壓。
可以通過如圖2所示的控制方法來實(shí)現(xiàn)上述的檢測和計(jì)算。特別地，在步驟S1檢測輸出高輸出電壓的相的電壓，而在步驟S2檢測輸出低輸出電壓的相的電壓。然后，在步驟S3，基于所檢測的電壓，計(jì)算出輸出占空比，實(shí)現(xiàn)PWM控制和提供PWM輸出，使得在步驟S4實(shí)現(xiàn)所計(jì)算出的輸出占空比。然后，反復(fù)執(zhí)行由于本方法的檢測和計(jì)算。
從而，由于在不檢測DC電源3的電壓波動的情況下檢測實(shí)際輸出電壓值，確定輸出占空比，使得所檢測的電壓變成由于輸出指示器9的希望目標(biāo)電壓。實(shí)現(xiàn)PWM控制，以便即使在DC電源3側(cè)的電壓減少或由再生電流引起的電壓升高等發(fā)生時，也實(shí)現(xiàn)所確定的輸出占空比。不管電源電壓的這種波動如何，均可以穩(wěn)定地和準(zhǔn)確地將到達(dá)電動機(jī)7的輸出電壓維持在希望的目標(biāo)電壓。因此，可以減少或消除由DC電源3的電壓波動引起的電動機(jī)轉(zhuǎn)速的波動，并且可以穩(wěn)定地以預(yù)先確定的轉(zhuǎn)速驅(qū)動電動機(jī)7。
可以在以下對根據(jù)本發(fā)明的逆變器單元和日本專利No.3084941中說明的已知控制系統(tǒng)進(jìn)行比較。盡管在已知系統(tǒng)中需要用于檢測電源電壓的檢測器，但在本發(fā)明中卻不需要。因此，本發(fā)明的電路不太復(fù)雜。而且，盡管在已知系統(tǒng)中不需檢測輸出電壓，但在本發(fā)明中對實(shí)際輸出電壓進(jìn)行檢測。在本發(fā)明中，由于控制實(shí)際的輸出電壓，因此不需考慮已知系統(tǒng)中的延時對控制的影響，可以大幅度地提高控制的準(zhǔn)確度。并且，當(dāng)以上述的實(shí)施例中的方式驅(qū)動三相無刷電動機(jī)7時，由于需要檢測輸出電壓用于位置檢測，位置檢測也可以用于檢測輸出電壓。因此，不需形成更復(fù)雜的電路，便可以容易地實(shí)現(xiàn)用于執(zhí)行本發(fā)明的電路。因此，本發(fā)明可以由不太復(fù)雜的電路來執(zhí)行。
盡管在上述實(shí)施例中，通過將本發(fā)明應(yīng)用于三相無刷電動機(jī)的電壓作用電路對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是，也可以將本發(fā)明應(yīng)用于用于將來自DC電源的DC電壓轉(zhuǎn)換成脈沖列狀的偽AC電壓的任何類型的逆變器單元。特別地，適于將本發(fā)明用于電動機(jī)的電壓作用電路，而所述電動機(jī)則用于驅(qū)動車輛的空調(diào)系統(tǒng)中的壓縮機(jī)，其中可能發(fā)生電源的電壓波動。
盡管此處僅僅詳細(xì)說明了本發(fā)明的一個實(shí)施例，但本發(fā)明的范圍卻不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改。因此，此處公開的實(shí)施例僅僅是示例性的。要理解的是，本發(fā)明的范圍不是由上述說明限制的，而是由所附權(quán)利要求書確定的。
權(quán)利要求
1.一種逆變器單元，包括DC電源、具有多個開關(guān)元件對的逆變器電路、和PWM發(fā)生器，在每對開關(guān)元件中，所述開關(guān)元件串聯(lián)耦合，所述開關(guān)元件對與所述DC電源并聯(lián)連接，以便將所述DC電源的DC電壓轉(zhuǎn)換成脈沖列狀的偽AC電壓從所述逆變器電路輸出，且所述PWM發(fā)生器連接到所述逆變器電路并能通過脈沖寬度調(diào)制調(diào)節(jié)所述偽AC電壓，所述逆變器單元包括用于檢測從所述逆變器電路輸出的實(shí)際輸出電壓的裝置；和用于控制輸出占空比以使由所述用于檢測的裝置所檢測的輸出電壓變成目標(biāo)輸出電壓。
2.權(quán)利要求1所述的逆變器單元，其中，將所述目標(biāo)輸出電壓從輸出指示器提供給所述PWM發(fā)生器。
3.權(quán)利要求1所述的逆變器單元，其中，所述輸出占空比等于目標(biāo)輸出電壓除以所述檢測的高輸出電壓與所述檢測的低輸出電壓之差，且其中所述檢測的高輸出電壓是所述脈沖列狀的偽AC電壓中檢測的最大電壓值，而所述低輸出電壓是所述脈沖列狀的偽AC電壓中檢測的最小電壓值。
4.權(quán)利要求3所述的逆變器單元，其中，計(jì)算所述輸出占空比，而不檢測高輸出電壓和低輸出電壓之一，其成為輸出電壓的參考，并將未檢測的輸出電壓的值設(shè)為零。
5.權(quán)利要求1所述的逆變器單元，其中，所述輸出電壓的值(VO)等于百分比形式的輸出占空比乘以占空比為100％時的參考電壓(Vdc)。
6.一種用于控制逆變器單元的方法，所述過程包括以下步驟檢測高電壓的輸出相；檢測低電壓的輸出相；計(jì)算輸出占空比；和輸出脈沖寬度調(diào)制信號，以實(shí)現(xiàn)所述占空比。
7.權(quán)利要求6中所述的方法，其中，所述輸出占空比等于目標(biāo)輸出電壓除以所述檢測的高輸出電壓與所述檢測的低輸出電壓之差，且其中所述高輸出電壓是所述脈沖列狀的偽AC電壓中的最大電壓值，而所述低輸出電壓是所述脈沖列狀的偽AC電壓中的最小電壓值。
8.一種用于控制逆變器單元的方法，所述過程包括以下步驟檢測高電壓的輸出相和低電壓的輸出相之一；將零值指定給所述高電壓的輸出相和所述低電壓的輸出相中的另一個；計(jì)算輸出占空比；和輸出脈沖寬度調(diào)制信號，以實(shí)現(xiàn)所述占空比。
9.權(quán)利要求8中所述的方法，其中，所述輸出占空比等于目標(biāo)輸出電壓除以所述檢測的高輸出電壓與所述檢測的低輸出電壓之差，且其中所述高輸出電壓是所述脈沖列狀的偽AC電壓中的最大電壓值，而所述低輸出電壓是所述脈沖列狀的偽AC電壓中的最小電壓值。
全文摘要
一種逆變器單元包括DC電源、具有兩對或更多對開關(guān)元件的逆變器電路和PWM發(fā)生器，所述開關(guān)元件與所述DC電源并聯(lián)連接，以便將所述DC電源的DC電壓轉(zhuǎn)換成來自所述的逆變器電路的脈沖列狀的偽AC電壓輸出，且將所述PWM發(fā)生器連接到所述逆變器電路，以通過脈沖寬度調(diào)制調(diào)節(jié)所述偽AC電壓。并且，所述逆變器電路包括用于檢測其輸出的實(shí)際輸出電壓的伏特計(jì)和用于控制輸出占空比、以便讓檢測到的實(shí)際輸出電壓變成目標(biāo)輸出電壓的占空比控制器。在這種逆變器單元中，即使在電源電壓發(fā)生波動時，也能穩(wěn)定地和準(zhǔn)確地得到希望的輸出電壓。
文檔編號H02P6/08GK1848653SQ20061005960
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月3日
發(fā)明者廣野大輔, 澀谷誠 申請人:三電有限公司