專利名稱：逆變器輸入電流檢測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)逆變器輸入電流的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置及 方法，尤其涉及無(wú)需使用用于檢測(cè)輸入電流的傳感器，而利用在逆變器旋轉(zhuǎn) 控制中使用的信息來(lái)檢測(cè)輸入電流的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置及方法。
背景技術(shù)：
通常，逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為具有任意可變頻率的三相交流電(u,v,w)的電力變換裝置。由于該裝置具有節(jié)能、易于控制輸出功率的特性被越來(lái)越多地用于洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)機(jī)等電器產(chǎn)品的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這種逆變器由于額定電壓和額定電流的最大容許量被限定，因而當(dāng)輸入 超過(guò)額定電壓或額定電流的電壓、電流時(shí)，逆變器會(huì)無(wú)法正常工作或發(fā)生故障。因此，為了在所輸入的電流為非額定電流時(shí)保護(hù)逆變器，相繼開(kāi)發(fā)出了 實(shí)時(shí)測(cè)定逆變器輸入電流大小的各種裝置。作為其一例，為了檢測(cè)逆變器的輸入電流，將電流互感器(Current Transformer; CT )連接到常用電源的電源端側(cè)，并通過(guò)電阻由整流器整流在 電流互感器(CT)的二次繞組側(cè)產(chǎn)生的交流信號(hào)，由此測(cè)定輸入到逆變器的 電源的l敘入電 流。然而，這種現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)用逆變器的輸入電流測(cè)定裝置，為了直接檢 測(cè)逆變器的輸入電流需要另外使用電流互感器，這不僅導(dǎo)致制造成本上升， 而且為了處理電流互感器檢測(cè)出的電流信號(hào)需要設(shè)置由整流器、平滑電容器 及電阻構(gòu)成的低通濾波器(LPF)的附加回路，因此存在回路復(fù)雜的缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決如上的現(xiàn)有問(wèn)題而提出的，其目的是為提供一種逆變 器電流檢測(cè)裝置和方法，所述逆變器電流檢測(cè)裝置和方法不需要構(gòu)成用于檢 測(cè)輸入電流的復(fù)雜回路，而通過(guò)利用逆變器旋轉(zhuǎn)控制所使用的信息的輸入電流計(jì)算式來(lái)計(jì)算電源的輸入電流，從而精確檢測(cè)逆變器的輸入電流。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置，該逆變器用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，其特征在于包括直流電壓檢測(cè)部，用于檢測(cè)所述逆變器直 流電壓(Vdc);輸出電流檢測(cè)部，用于將所述電機(jī)的相電流轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行 放大；以及控制部，用于根據(jù)從所述輸出電流檢測(cè)部輸入的輸出電壓(AD), 計(jì)算所述逆變器直流電流(Idc)，并且基于所計(jì)算的逆變器直流電流(Idc) 和所檢測(cè)的逆變器直流電壓，檢測(cè)所述逆變器的輸入電流。而且，所述直流電壓;f企測(cè)部，其特征在于所述直流電壓^f僉測(cè)部由分壓 電阻(Rl, R2)構(gòu)成，該分壓電阻連接到對(duì)常用電源進(jìn)行整流及平滑的直流 部的平滑電容器。而且，所述輸出電流檢測(cè)部，其特征在于所述直流電壓^r測(cè)部是將流 過(guò)所述電機(jī)的各相的預(yù)定電流轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行放大的電壓放大回路。而且，所述控制部采用輸入電流計(jì)算式，將所述逆變器直流電流(Idc) 和逆變器直流電壓(Vdc )代入到所述輸入電流計(jì)算式來(lái)計(jì)算電源的輸入電流 (Is)。而且，所述輸入電流的計(jì)算式為Is = ( Vdc x ldc ) + ( Vs x cos- )。 在此，Vdc表示直流部輸出電壓、Idc表示直流部輸出電流、Vs表示電源輸入電壓、cos0表示測(cè)定實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的效率的功率因數(shù)。而且，所述控制部采用電壓對(duì)電流變換式，將從所述輸出電流檢測(cè)部輸入的輸出電壓(AD)代入到所述電壓對(duì)電流變換式并計(jì)算逆變器直流電流 (Idc )。此外，本發(fā)明的逆變器輸入電流檢測(cè)方法，該逆變器用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)， 其特征在于包括步驟；險(xiǎn)測(cè)所述逆變器直流電壓，將所述電機(jī)的相電流轉(zhuǎn)換 為電壓進(jìn)行放大，從所述轉(zhuǎn)換并進(jìn)行放大的輸出電壓產(chǎn)生所述逆變器直流電 流，基于產(chǎn)生的逆變器直流電流和檢測(cè)的逆變器直流電壓檢測(cè)所述逆變器輸 入電流。而且，；險(xiǎn)測(cè)所述逆變器輸入電流的步驟，其特征在于將所述逆變器直 流電流(Idc)和逆變器直流電壓(Vdc)代入到控制器采用的輸入電流計(jì)算 式來(lái)計(jì)算電源的輸入電流(Is)。


路圖；圖2是表示本發(fā)明逆變器輸出電壓(AD)與輸出電流(Idc)的線性關(guān) 系的函數(shù)曲線圖；圖3是比較根據(jù)本發(fā)明的逆變器所計(jì)算的電流值與實(shí)際測(cè)量的電流值的 誤差的波形圖。主要符號(hào)說(shuō)明20常用電源22整流器24電抗器26開(kāi)關(guān)型電源(SMPS)28平滑電容器30逆變器32電機(jī)34逆變器驅(qū)動(dòng)部36控制部38直流電壓4企測(cè)部40輸出電流4企測(cè)部具體實(shí)施方式
以下，參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的示例性實(shí)施例, 圖1罷赧棍太勞印,流的回路圖在圖1中，用于檢測(cè)逆變器30輸入電流的回路是在逆變系統(tǒng)中包含用于 斗企測(cè)接通到所述逆變器30的直流電壓的直流電壓4全測(cè)部38和用于4全測(cè)所述 逆變器30的輸出電流的輸出電流檢測(cè)部40而構(gòu)成，而所述逆變系統(tǒng)包含 對(duì)提供220V 60Hz等交流的常用電源20進(jìn)行全波整流而輸出的整流器22; 位于所述整流器22的后端并改善功率因素的電抗器24;連接到所述整流器 22并輸出預(yù)定大小的基準(zhǔn)電壓的開(kāi)關(guān)型電源(Switching Mode Power Supply; SMPS, ) 26、連接到所述整流器22并對(duì)所述整流器22所輸出的電壓進(jìn)行平 滑而轉(zhuǎn)換為直流的平滑電容器28;通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)將所述平滑電 容器28輸出的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂腥我饪勺冾l率的脈沖形式的3相交流(U、 V、 W)來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電才幾(BLDC,以下稱為電^L) 32的逆變器30;輸 出提供給所述逆變器30的PWM信號(hào)圖形(pattern)并通過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)部34 來(lái)控制所述逆變器30的控制部36。lar Transistor,纟色緣柵雙極型功率管，以下稱為IGBT)和二極管(FRD)連接成三相全橋電路(Full Bridge)而將直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓并將該三相交流供應(yīng)給電機(jī)32的 通常的開(kāi)關(guān)電路。所述控制部36是控制逆變器30的6個(gè)開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)/關(guān)動(dòng)作并產(chǎn)生具有 任意電壓及任意頻率三相交流電的微型處理器(MCU)。由于這是使用PWM 控制的一般方式，故在此省略其詳細(xì)說(shuō)明。而且，所述控制部36為了逆變器30的旋轉(zhuǎn)控制，通過(guò)由分壓電阻(R1、 R2 )組成的直流電壓檢測(cè)部38檢測(cè)連接到平滑電容器28的直流電壓(Vdc )， 并且通過(guò)輸出電流檢測(cè)部40檢測(cè)所述逆變器30的輸出電流(Idc),輸出提 供給逆變器30的PWM信號(hào)的圖形。所述直流電壓^r測(cè)部38通過(guò)連接到平滑電容器28的分壓電阻(Rl、 R2 ) 檢測(cè)所述平滑電容器28兩端的DC連接電壓(Vdc)并將其直接輸入到控制 部36。所述輸出電流4企測(cè)部40是在通常的逆變系統(tǒng)中將為了控制電機(jī)32旋轉(zhuǎn) 數(shù)而使用的流過(guò)電機(jī)32各相的預(yù)定電流轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行放大的電壓放大回 路，該電壓放大回路包括將通過(guò)逆變器30下側(cè)的開(kāi)關(guān)元件(IGBT)的共 同發(fā)射極端子的電流的一部分轉(zhuǎn)換為電壓并監(jiān)測(cè)的分流電阻(Rs);用于濾波 接通到所述分流電阻(Rs)的監(jiān)測(cè)電壓的時(shí)間常數(shù)用電阻(R3 )及電容器(C1); 將接通到所述分流電阻(Rs)監(jiān)測(cè)電壓，即將下側(cè)電壓以預(yù)定的幅度進(jìn)行放 大的運(yùn)算放大器41;連接到所述運(yùn)算放大器41的反相端(-)的決定放大程 度的電阻(R4、 R5);連接到所述運(yùn)算放大器41的同相端(+ )的低通濾波 用電阻(R6)和電容器(C2)。所述輸出電流檢測(cè)部(40)的運(yùn)算放大器41的輸出通過(guò)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換 端子(AD )輸入到控制部36,所述控制部36中，預(yù)先存儲(chǔ)將運(yùn)算放大器41 的輸出電壓轉(zhuǎn)換為輸入電流的轉(zhuǎn)換式。因此，當(dāng)從運(yùn)算放大器41輸入輸出電 壓時(shí)，控制部36將所述輸出電壓代入所述轉(zhuǎn)換式而確定其輸入電流(Idc )。 而且，這種轉(zhuǎn)換式可定義為圖2示出的AD和Idc的線性函數(shù)曲線圖。以下說(shuō)明如上所述的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置及方法的操作過(guò)程和作用 效果。在圖1中，當(dāng)接入常用電源20時(shí)，整流器22對(duì)提供220V 60Hz等交流 的常用電源20進(jìn)行整流，并由連接到整流器22的平滑電容器28進(jìn)行平流而轉(zhuǎn)換為直流進(jìn)行輸出。通過(guò)逆變器的脈沖寬度調(diào)制(PWM)將從所述平滑電容器28輸出的直 流電壓轉(zhuǎn)換為具有任意可變頻率的三項(xiàng)交流，并提供給電機(jī)32來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 32。此時(shí)，控制部36為了逆變器30的旋轉(zhuǎn)控制，通過(guò)由分壓電阻(R1、 R2) 組成的直流電壓檢測(cè)部38檢測(cè)連接到平滑電容器28的直流電壓(Vdc),并 且通過(guò)輸出電流4企測(cè)部40檢測(cè)所述逆變器30的輸出電流(Idc),從而控制 提供給逆變器30的PWM信號(hào)的圖形。為控制提供給所述逆變器30的PWM信號(hào)的圖形，需實(shí)時(shí)檢測(cè)逆變器 30的輸入電流。從而，為檢測(cè)輸入到逆變器30的常用電源20的輸入電流(Is)，本發(fā)明 提供一種不使用用于檢測(cè)輸入電流的傳感器，而通過(guò)利用逆變器30旋轉(zhuǎn)控制 中所使用的信息(Vdc、 Idc)的輸入電流計(jì)算式來(lái)精確檢測(cè)逆變器30的輸入 電流的方法。首先，在逆變系統(tǒng)中輸入電壓(Vs)和輸入電流(Is)的關(guān)系如下式1 所示Pin = Vs x Is x cos-......(式1 )在此，Vs表示常用電源20的輸入電壓，Is表示常用電源20的輸入電流， Pin表示常用電源20的輸入功率，cos^表示測(cè)定實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)的效率以線性 數(shù)學(xué)式使用的功率因數(shù)。此外，為逆變器30的旋轉(zhuǎn)控制而檢測(cè)的直流部的電壓(Vdc)和輸入電 壓(Vs)之間的關(guān)系如下式2所示Vdc= x vs......(式2)而且，逆變器30的直流部中直流電壓(Vdc)和輸出電流(Idc)之間的 關(guān)系如下式3所示Pout = Vdc x Idc x /inv......(式3)在此，Vdc表示逆變器30的直流部輸出電壓，Idc表示逆變器30的直流 部輸出電流、Pout是逆變器30的直流部輸出功率、T7inv表示逆變器的效率。 因此，常用電源20的輸入功率(Pin)和逆變器30的直流部輸出功率 (Pout)之間的關(guān)系如下式4所示 Pin = Pout x ;7 inv......(式4 )在此，假設(shè)逆變器效率(7 inv)為1,則常用電源20的輸入功率(Pin) 和經(jīng)過(guò)整流及平滑后的逆變器30的直流部輸出功率(Pout)如下式5所示 Pin = Pout......(式5 )從所述式5求出輸入到逆變器30的電流(Is)關(guān)系式，則可得到如下式 6所示的輸入電流計(jì)算式Is = ( Vdc x ldc ) + ( Vs x cos- )......(式6 )由所述式6可知，若要求出所述逆變器30的輸入電流(Is)，首先要求 出常用電源20的輸入電壓(Vs )，為此在驅(qū)動(dòng)電機(jī)32之前檢測(cè)直流電壓(Vdc ) 并從所述式2求出輸入電壓(Vs)。此外，逆變器30的輸出電流(Idc )通過(guò)輸入到控制部36的AD值求出， 由于AD值和輸出電流(Idc)如圖2所示，呈線性關(guān)系，因此可利用存儲(chǔ)在 所述控制部36中的轉(zhuǎn)換式^f企測(cè)輸出電流(Idc )。如上所述，對(duì)利用檢測(cè)值(Vdc， Idc)由控制部36計(jì)算的電流值和實(shí)際 測(cè)定的電流值是否發(fā)生誤差進(jìn)行仿真，其結(jié)果如圖3所示。圖3是比較本發(fā)明的逆變器中計(jì)算的電流值(計(jì)算電流)和實(shí)際測(cè)定的 電流值(實(shí)測(cè)電流)的誤差的波形圖，由此可知，沒(méi)有考慮逆變器30的效率 和電機(jī)32的效率等求出的結(jié)構(gòu)和實(shí)際測(cè)定的結(jié)果幾乎一致，并且誤差也在 士0.5A之內(nèi)，可得到不妨礙實(shí)用的精確度。從而，本發(fā)明的逆變系統(tǒng)無(wú)需使用用于檢測(cè)輸入電流的復(fù)雜回路，而通 過(guò)利用逆變器30旋轉(zhuǎn)控制而使用的信息的輸入電流計(jì)算式來(lái)計(jì)算電源的輸 入電流。如上述所示，根據(jù)本發(fā)明的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置及方法，無(wú)需構(gòu)成 用于檢測(cè)輸入電流的另外的復(fù)雜回路，而通過(guò)利用逆變器旋轉(zhuǎn)控制而使用的 信息的輸入電流計(jì)算式計(jì)算電源的輸入電流，具有可精確#:測(cè)出逆變器的輸 入電流的效果。
權(quán)利要求
1. 一種逆變器輸入電流檢測(cè)裝置，該逆變器用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，其特征在于包括直流電壓檢測(cè)部，用于檢測(cè)所述逆變器的直流電壓；輸出電流檢測(cè)部，用于將所述電機(jī)的相電流轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行放大；控制部，用于根據(jù)從所述輸出電流檢測(cè)部輸入的輸出電壓計(jì)算所述逆變器直流電流，并基于所計(jì)算的逆變器直流電流和所檢測(cè)的逆變器的直流電壓檢測(cè)所述逆變器的輸入電流。
2、 如權(quán)利要求1所述的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置，其特征在于所述直 流電壓^r測(cè)部由分壓電阻構(gòu)成，該分壓電阻連接到對(duì)常用電源進(jìn)行整流和平 滑的直流部的平滑電容器。
3、 如權(quán)利要求1所述的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置，其特征在于所述輸 出電流檢測(cè)部是將流過(guò)所述電機(jī)各相的預(yù)定電流轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行放大的電壓 放大回路。
4、 如權(quán)利要求1所述的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置，其特征在于所述控 制部采用輸入電流計(jì)算式，通過(guò)將所述逆變器直流電流和逆變器直流電壓代 入到所述輸入電流計(jì)算式而計(jì)算電源的輸入電流。
5、 如權(quán)利要求4所述的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置，其特征在于所述輸 入電流計(jì)算式為Is= (Vdcxldc) + (VsxCOS0)，在此，Vdc表示直流部輸出電壓，Idc表示直流部輸出電流，Vs表示電 源輸入電壓，cos 0表示測(cè)定實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)效率的功率因數(shù)。
6、 如權(quán)利要求1所述的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置，其特征在于所述控 制部釆用電壓對(duì)電流的轉(zhuǎn)換式，將從所述輸出電流檢測(cè)部輸入的輸出電壓代 入所述電壓對(duì)電流的轉(zhuǎn)換式而計(jì)算所述逆變器的直流電流。
7、 一種逆變器輸入電流檢測(cè)方法，該逆變器用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，其特征 在于包含步驟檢測(cè)所述逆變器的直流電壓； 將所述電機(jī)的相電流轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行放大；根據(jù)所述轉(zhuǎn)換并放大的輸出電壓計(jì)算所述逆變器直流電流，并基于所計(jì) 算的逆變器直流電流和所檢測(cè)的逆變器直流電壓檢測(cè)所述逆變器的輸入電流。
8、 如權(quán)利要求7所述的逆變器輸入電流檢測(cè)方法，其特征在于檢測(cè)所 述逆變器輸入電流的步驟是將所述逆變器直流電流和逆變器直流電壓代入到 控制部所釆用的輸入電流計(jì)算式中而計(jì)算電源的輸入電流。
9、 如權(quán)利要求8所述的逆變器輸入電流檢測(cè)方法，其特征在于所述輸 入電流計(jì)算式為Is= (Vdcxldc) + (Vsxcos^),在此，Vdc表示直流部輸出電壓，Idc表示直流部輸出電流，Vs表示電 源輸入電壓，cos0表示測(cè)定實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)效率的功率因數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種逆變器的輸入電流檢測(cè)裝置及方法，本發(fā)明無(wú)需構(gòu)成用于檢測(cè)逆變器輸入電流的另外的復(fù)雜回路，而利用逆變器旋轉(zhuǎn)控制中所使用的信息檢測(cè)輸入電流。為此，本發(fā)明所提供的逆變器輸入電流檢測(cè)裝置，該逆變器用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，其特征在于包括直流電壓檢測(cè)部，用于檢測(cè)所述逆變器的直流電壓(Vdc)；輸出電流檢測(cè)部，用于將所述電機(jī)的相電流轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行放大；以及控制部，用于根據(jù)從所述輸出電流檢測(cè)部輸入的輸出電壓(AD)計(jì)算所述逆變器直流電流(Idc)，并且基于所計(jì)算的逆變器直流電流(Idc)和所檢測(cè)的逆變器直流電壓(Vdc)，檢測(cè)所述逆變器的輸入電流。
文檔編號(hào)H02M7/00GK101246187SQ200710105419
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者金慶會(huì) 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社