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用于具有可饱和电感器的ARCPI中的升压电流补偿的方法

申请号 CN202311401544.4 申请日 2023-10-26 公开(公告)号 CN117955356A 公开(公告)日 2024-04-30
申请人 ABB瑞士股份有限公司; 发明人 埃迪·C·埃罗伊扎; 施玉祥; 戈兰·曼迪克; 陈炜强;
摘要 提供了一种用于辅助谐振换流极逆变器ARCPI的辅助设备以确定ARCPI的升压时间的方法。辅助设备包括辅助 开关 路径,辅助开关路径使用具有至少一个可饱和电感器的谐振电感器。该方法包括:由辅助设备的处理器、基于理论谐振电感和被施加到谐振电感器的 电压 来计算辅助开关路径中的第一升压时间;由处理器、基于查找表来确定辅助开关路径中的第二升压时间;以及由处理器、基于第一升压时间和第二升压时间来确定辅助开关路径中的升压时间。该方法还包括:由处理器、基于辅助开关路径中的升压时间来控制ARCPI的升压 电流 。
权利要求

1.一种用于辅助谐振换流极逆变器ARCPI的辅助设备以确定所述ARCPI的升压时间的方法,其中所述辅助设备包括辅助开关路径,所述辅助开关路径使用具有至少一个可饱和电感器的谐振电感器,所述方法包括:
由所述辅助设备的处理器、基于理论谐振电感和被施加到所述谐振电感器的电压来计算所述辅助开关路径中的第一升压时间;
由所述处理器、基于查找表来确定所述辅助开关路径中的第二升压时间;以及由所述处理器、基于所述第一升压时间和所述第二升压时间来确定所述辅助开关路径中的所述升压时间。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括:
由所述处理器,获得所述ARCPI的升压电流的值。
3.根据权利要求2所述的方法,其中由所述辅助设备的所述处理器、基于所述理论谐振电感和被施加到所述谐振电感器的所述电压来计算所述辅助开关路径中的所述第一升压时间,响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值大于阈值而进行。
4.根据权利要求3所述的方法,其中由所述处理器、基于所述查找表来确定所述辅助开关路径中的所述第二升压时间,响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值小于所述阈值而进行。
5.根据权利要求4所述的方法,其中由所述处理器、基于所述第一升压时间和所述第二升压时间来确定所述辅助开关路径中的所述升压时间包括:
响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值大于所述阈值,所述辅助开关路径中的所述升压时间等于所述辅助开关路径中的所述第一升压时间;以及
响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值小于所述阈值,所述辅助开关路径中的所述升压时间等于所述辅助开关路径中的所述第二升压时间。
6.根据权利要求5所述的方法,其中响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值大于所述阈值,所述辅助开关路径中的所述升压时间等于所述辅助开关路径中的所述第一升压时间包括:所述辅助开关路径中的所述升压时间等于所述辅助开关路径中的所述第一升压时间与所述至少一个可饱和电感器达到饱和的时间之和。
7.根据权利要求1所述的方法,其中由所述辅助设备的所述处理器、基于所述理论谐振电感和被施加到所述谐振电感器的所述电压来计算所述辅助开关路径中的所述第一升压时间是根据以下方程:
并且其中Vdc表示所述电压,所述电压是直流DC母线电压,Lr表示所述谐振电感,Tboost表示所述辅助开关路径中的所述第一升压时间,并且Iboost表示与所述辅助开关路径中的所述第一升压时间相对应的第一升压电流。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述查找表包括所述辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述至少一个非线性逼近基于曲线拟合方程,所述曲线拟合方程定义了所述辅助开关路径中的升压电流与升压时间之间的关系。
10.根据权利要求1所述的方法,还包括:
由所述处理器、基于所述辅助开关路径中的所述升压时间来控制所述ARCPI的升压电流。
11.根据权利要求1所述的方法,其中所述辅助开关路径中的所述升压时间在所述辅助开关路径的每个开关周期中基于所述辅助开关路径的所测量的输出来校正。
12.一种辅助谐振换流极逆变器ARCPI的用于控制所述ARCPI的升压电流的辅助设备,其中所述辅助设备包括辅助开关路径,所述辅助开关路径使用具有至少一个可饱和电感器的谐振电感器,其中所述辅助设备包括处理器,并且其中所述辅助设备被配置为:
获得所述ARCPI的所述升压电流的值;
响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值大于阈值,基于理论谐振电感和被施加到所述谐振电感器的电压来计算所述辅助开关路径中的第一升压时间;
响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值小于所述阈值,基于查找表来确定所述辅助开关路径中的第二升压时间;
基于所述第一升压时间和所述第二升压时间来确定所述辅助开关路径中的升压时间;
以及
基于所述辅助开关路径中的所述升压时间来控制所述ARCPI的所述升压电流。
13.根据权利要求12所述的设备,其中基于所述第一升压时间和所述第二升压时间来确定所述辅助开关路径中的所述升压时间包括:
响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值大于所述阈值,所述辅助开关路径中的所述升压时间等于所述辅助开关路径中的所述第一升压时间;以及
响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值小于所述阈值,所述辅助开关路径中的所述升压时间等于所述辅助开关路径中的所述第二升压时间。
14.根据权利要求13所述的设备,其中响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值大于所述阈值,所述辅助开关路径中的所述升压时间等于所述辅助开关路径中的所述第一升压时间包括:所述辅助开关路径中的所述升压时间等于所述辅助开关路径中的所述第一升压时间与所述至少一个可饱和电感器达到饱和的时间之和。
15.根据权利要求12所述的设备,其中响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值大于所述阈值,基于所述理论谐振电感和被施加到所述谐振电感器的所述电压来计算所述辅助开关路径中的所述第一升压时间是根据以下方程:
并且其中Vdc表示所述电压,所述电压是直流DC母线电压,Lr表示所述谐振电感,Tboost表示所述辅助开关路径中的所述第一升压时间,并且Iboost表示与所述辅助开关路径中的所述第一升压时间相对应的第一升压电流。
16.根据权利要求12所述的设备,其中所述查找表包括所述辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
17.根据权利要求16所述的设备,其中所述至少一个非线性逼近基于曲线拟合方程,所述曲线拟合方程定义了所述辅助开关路径中的升压电流与升压时间之间的关系。
18.一种用于辅助谐振换流极逆变器ARCPI的辅助设备以确定所述ARCPI的升压时间的方法,其中所述辅助设备包括辅助开关路径,包括:
由所述辅助设备的处理器来获得所述ARCPI的升压电流的值;
响应于所述ARCPI的所述升压电流的所述值小于所述阈值,由所述处理器、基于查找表来确定所述辅助开关路径中的所述升压时间;以及
由所述处理器、基于所述辅助开关路径中的所述升压时间来控制所述ARCPI的所述升压电流。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述查找表包括所述辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
20.根据权利要求19所述的方法,其中所述至少一个非线性逼近基于曲线拟合方程,所述曲线拟合方程定义了所述辅助开关路径中的升压电流与升压时间之间的关系。

说明书全文

用于具有可饱和电感器的ARCPI中的升压电流补偿的方法

技术领域

[0001] 通常,本公开涉及一种脉宽调制(PWM)辅助谐振换流极逆变器(ARCPI),更具体地涉及一种用于具有可饱和电感器的PWM ARCPI的方法和设备。

背景技术

[0002] 脉宽调制(PWM)辅助谐振换流极逆变器(ARCPI)通常被用于实现软切换。PWM ARCPI提供了高效率、在较高切换频率下操作以及易于控制的优点。当前,在PWM ARCPI中应用可饱和电感器,以减轻用于ARCPI的辅助半导体器件中的过大瞬态电压。然而,由于可饱和电感器的非线性性质,通过用于ARCPI的辅助半导体器件的电流可控性的准确性受到损害。通常,用于ARCPI的辅助半导体器件能够在每个换流瞬间之前提高精确量的电流,以确保零电压切换和降低切换损耗。可饱和电感器的使用减轻了用于ARCPI的辅助半导体器件上的潜在过电压,然而,增加了辅助半导体器件预计控制的升压电流的不准确性。
[0003] 因此,考虑到可饱和电感器的非线性性质,需要校正通过用于ARCPI的辅助半导体器件控制的升压电流。发明内容
[0004] 在示例性实施例中,本公开提供了一种用于辅助谐振换流极逆变器(ARCPI)的辅助设备确定ARCPI的升压时间的方法,其中辅助设备包括辅助开关路径,该辅助开关路径使用谐振电感器和至少一个可饱和电感器。该方法包括:由辅助设备的处理器,基于理论谐振电感和被施加到谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间;由处理器,基于查找表来确定辅助开关路径中的第二升压时间;以及由处理器,基于第一升压时间和第二升压时间来确定辅助开关路径中的升压时间。
[0005] 该方法还包括:由处理器,获得ARCPI的升压电流的值。由辅助设备的处理器基于理论谐振电感和被施加到谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间响应于ARCPI的升压电流的值大于阈值而进行。由处理器基于查找表来确定辅助开关路径中的第二升压时间响应于ARCPI的升压电流的值小于阈值而进行。
[0006] 由处理器基于第一升压时间和第二升压时间来确定辅助开关路径中的升压时间包括:响应于ARCPI的升压电流的值大于阈值,辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第一升压时间;以及响应于ARCPI的升压电流的值小于阈值,辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第二升压时间。响应于ARCPI的升压电流的值大于阈值,辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第一升压时间包括:辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第一升压时间与至少一个可饱和电感器达到饱和的时间之和。
[0007] 由辅助设备的处理器基于理论谐振电感和被施加到谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间是根据以下方程:
[0008]
[0009] 其中Vdc表示电压,该电压是直流(DC)母线电压,Lr表示谐振电感,Tboost表示辅助开关路径中的第一升压时间,并且Iboost表示与辅助开关路径中的第一升压时间相对应的第一升压电流。
[0010] 查找表包括辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。至少一个非线性逼近基于曲线拟合方程,该曲线拟合方程定义辅助开关路径中的升压电流和升压时间之间的关系。
[0011] 该方法还包括:由处理器,基于辅助开关路径中的升压时间来控制ARCPI的升压电流。辅助开关路径中的升压时间在辅助开关路径的每个开关周期中基于辅助开关路径的所测量的输出来校正。
[0012] 在另一示例性实施例中,本公开提供了一种辅助谐振换流极逆变器(ARCPI)的用于控制ARCPI的升压电流的辅助设备。辅助设备包括辅助开关路径,该辅助开关路径使用具有至少一个可饱和电感器的谐振电感器。辅助设备包括处理器,并且辅助设备被配置为:获得ARCPI的升压电流的值;响应于ARCPI的升压电流的值大于阈值,基于理论谐振电感和被施加到谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间;响应于ARCPI的升压电流的值小于阈值,基于查找表来确定辅助开关路径中的第二升压时间;基于第一升压时间和第二升压时间来确定辅助开关路径中的升压时间;以及基于辅助开关路径中的升压时间来控制ARCPI的升压电流。
[0013] 基于第一升压时间和第二升压时间来确定辅助开关路径中的升压时间包括;响应于ARCPI的升压电流的值大于阈值,辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第一升压时间;以及响应于ARCPI的升压电流的值小于阈值,辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第二升压时间。响应于ARCPI的升压电流的值大于阈值,辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第一升压时间包括:辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第一升压时间与至少一个可饱和电感器达到饱和的时间之和。
[0014] 响应于ARCPI的升压电流的值大于阈值,基于理论谐振电感和被施加到谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间是根据以下方程:
[0015]
[0016] 其中Vdc表示电压,该电压是直流(DC)母线电压,Lr表示谐振电感,Tboost表示辅助开关路径中的第一升压时间,并且Iboost表示与辅助开关路径中的第一升压时间相对应的第一升压电流。
[0017] 查找表包括辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。至少一个非线性逼近基于曲线拟合方程,该曲线拟合方程定义辅助开关路径中的升压电流和升压时间之间的关系。
[0018] 在另一示例性实施例中,本公开提供了一种用于辅助谐振换流极逆变器(ARCPI)的辅助设备确定ARCPI的升压时间的方法。辅助设备包括辅助开关路径。该方法包括:由辅助设备的处理器,获得ARCPI的升压电流的值;响应于ARCPI的升压电流的值小于阈值,由处理器,基于查找表来确定辅助开关路径中的升压时间;以及由处理器,基于辅助开关路径中的升压时间来控制ARCPI的升压电流。
[0019] 查找表包括辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。至少一个非线性逼近基于曲线拟合方程,该曲线拟合方程定义辅助开关路径中的升压电流和升压时间之间的关系。附图说明
[0020] 图1(a)是根据本公开的示例性实施例的单相辅助谐振换流极逆变器(ARCPI)等效电路的示意图;
[0021] 图1(b)是根据本公开的示例性实施例的当在ARCPI的辅助开关路径中使用与具有可饱和芯的可饱和电感器串联的谐振电感器时的单相ARCPI等效电路的示意图;
[0022] 图2(a)是根据本公开的示例性实施例的在从顶部绝缘栅双极晶体管(IGBT)S1到底部IGBT S2的电流转换期间用于升压电流路径的等效电路的示意图;
[0023] 图2(b)是根据本公开的示例性实施例的当使用与具有可饱和芯的可饱和电感器串联的谐振电感器时在从顶部IGBT S1到底部IGBT S2的电流转换期间用于升压电流路径的等效电路的示意图;
[0024] 图3(a)是根据本公开的示例性实施例的在从底部IGBT S2到顶部IGBT S1的电流转换期间用于升压电流路径的等效电路的示意图;
[0025] 图3(b)是根据本公开的示例性实施例的当使用与具有可饱和芯的可饱和电感器串联的谐振电感器时在从底部IGBT S2到顶部IGBT S1的电流转换期间用于升压电流路径的等效电路的示意图;
[0026] 图4是根据本公开的示例性实施例的根据方程的ARCPI的辅助开关路径上的理论电流(Iaux)的示意图;
[0027] 图5是根据本公开的示例性实施例的当使用由具有可饱和芯的可饱和电感器Lsat(与空芯电感器Lr有效串联)组成的谐振电感器Lr’时ARCPI的辅助开关路径上的理论辅助电流(Iaux‑t)和实际辅助电流(Iaux‑r)的示意图;
[0028] 图6(a)是根据本公开的示例性实施例的理论辅助电流(Iaux‑t)和实际辅助电流(Iaux‑r)的示意图,描述了当使用具有可饱和芯的谐振电感器Lr’时ARCPI的辅助开关路径上的校正时间Tsat的影响;
[0029] 图6(b)是根据本公开的示例性实施例的当使用具有可饱和芯的谐振电感器时ARCPI的辅助开关路径上的校正后的理论辅助电流(Iaux‑t)和实际辅助电流(Iaux‑r)的示意图,描述了转换阈值电流Ith;
[0030] 图7是根据本公开的示例性实施例的计算ARCPI的升压时间的示意性流程图
[0031] 图8是根据本公开的另一示例性实施例的确定ARCPI的升压时间的示意性流程图;
[0032] 图9是根据本公开的另一示例性实施例的控制ARCPI的升压时间的示意性流程图;
[0033] 图10是根据本公开的另一示例性实施例的控制ARCPI的升压时间的示意性流程图;
[0034] 图11是根据本公开的示例性实施例的用于控制ARCPI的升压电流的算法的ARCPI控制器的示意图;以及
[0035] 图12是根据本公开的示例性实施例的ARCPI信号发生器的结构的示意图。

具体实施方式

[0036] 本公开的示例性实施例提供了一种用于辅助谐振换流极逆变器(ARCPI)的辅助设备确定ARCPI的升压时间的方法。辅助设备可以包括辅助开关路径,该辅助开关路径使用具有至少一个可饱和电感器的谐振电感器。通过考虑ARCPI的辅助设备的辅助开关路径中的可饱和电感器的非线性来校正升压时间,该方法在ARCPI的辅助设备的辅助开关路径中提供更准确的升压电流电平。
[0037] 在脉宽调制(PWM)ARCPI中应用可饱和电感器,以减轻用于ARCPI的辅助半导体器件中的过大瞬态电压。可饱和电感器被设计为针对非常低的电流电平提供高电感,并且提供高于最小电流阈值的接近零的电感。在非常低的电流电平下高电感的存在防止了在辅助半导体器件的辅助半导体开关关断期间过大的二极管反向恢复电流和过电压。当高于最小电流阈值时,总电感仅由可饱和电感器的空芯电感确定,该空芯电感是接近零的电感。
[0038] 如上所述,在ARCPI中使用可饱和电感器在平滑辅助关断电流方面是有效的。然而,需要处理通过使用可饱和电感器而对ARCPI中的升压电流准确性的影响。
[0039] 升压电流不准确问题的一种解决方案是接通可饱和电感器中的延迟。该解决方案在可饱和芯用作磁冲压缩电路(即,所谓的磁开关)的情况下是例示的。施加在可饱和电感器的可饱和芯上的电压和可饱和电感器的总体温度可以确定延迟。这意味着,可饱和芯电压和可饱和芯温度可以被监测并且用于调整脉冲触发的定时。在ARCPI中,也如图1(b)所示,可饱和电感器与谐振电感器串联,以抑制用于ARCPI的辅助半导体器件的辅助二极管的反向恢复。然而,可饱和电感器对ARCPI中的升压电流的影响尚未得到研究,因此仍然未知。
[0040] 该技术领域的另一新发展是ARCPI的所谓“基于人工智能(AI)的”控制器。这是自适应控制器,它监测转换器操作的状态,并且在未知条件下从初始启动中主动学习。随后,自适应控制器优化和调整定时,以确保为ARCPI操作生成正确的PWM序列。进一步地,自适应控制器允许更大的参数容差,因此,它能够处理由可饱和电感器引起的ARCPI中的升压电流的非线性。然而,这种基于AI的控制器的实施方式和可行性尚未完成或证明。
[0041] 根据本公开的一些实施例,用于ARCPI的辅助设备确定ARCPI的升压时间的方法可以包括辅助设备的处理器基于理论谐振电感和被施加到辅助设备的辅助开关路径中的谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间。该方法还可以包括处理器基于查找表来确定辅助开关路径中的第二升压时间。该方法还可以包括处理器基于第一升压时间和第二升压时间来确定辅助开关路径中的升压时间。
[0042] 根据本公开的一些实施例,该方法可以包括处理器获得ARCPI的辅助开关路径中的升压电流的值。响应于ARCPI的辅助开关路径中的升压电流的值大于阈值,该方法可以包括处理器基于理论谐振电感和被施加到谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间。响应于ARCPI的升压电流的值小于阈值,该方法可以包括处理器基于查找表来确定辅助开关路径中的第二升压时间。
[0043] 根据本公开的一些实施例,响应于ARCPI的升压电流的值大于阈值,该方法可以包括处理器确定辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第一升压时间。该方法还可以包括处理器确定辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第一升压时间与至少一个可饱和电感器达到饱和的时间之和。响应于ARCPI的升压电流的值小于阈值,该方法可以包括处理器确定辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第二升压时间。
[0044] 根据本公开的一些实施例,该方法可以包括处理器根据以下方程基于理论谐振电感和被施加到谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间:
[0045]
[0046] 其中Vdc表示电压,该电压是直流(DC)母线电压,Lr表示辅助开关路径中的谐振电感,Tboost表示辅助开关路径中的第一升压时间,并且Iboost表示与辅助开关路径中的第一升压时间相对应的第一升压电流。
[0047] 根据本公开的一些实施例,提供了一种ARCPI的用于控制ARCPI的升压电流的辅助设备。辅助设备可以包括辅助开关路径,该辅助开关路径使用具有至少一个可饱和电感器的谐振电感器。辅助设备可以包括处理器,并且被配置为获得ARCPI的升压电流的值;响应于ARCPI的升压电流的值大于阈值,基于理论谐振电感和被施加到谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间;响应于ARCPI的升压电流的值小于阈值,基于查找表来确定辅助开关路径中的第二升压时间;基于第一升压时间和第二升压时间来确定辅助开关路径中的升压时间;以及基于辅助开关路径中的升压时间来控制ARCPI的升压电流。
[0048] 根据本公开的一些实施例,提供了一种用于ARCPI的辅助设备控制ARCPI的升压电流的方法。辅助设备可以包括辅助开关路径。该方法可以包括辅助设备的处理器获得ARCPI的升压电流的值;响应于ARCPI的升压电流的值小于阈值,处理器基于查找表来确定辅助开关路径中的升压时间;以及处理器基于辅助开关路径中的升压时间来控制ARCPI的升压电流。
[0049] 图1(a)示出了单相辅助谐振换流极逆变器(ARCPI)等效电路100(a)的示意图。该电路包括直流(DC)充电电源110。电路100(a)包括辅助开关路径,该辅助开关路径使用具有两个绝缘栅双极晶体管(IGBT)Sa1和Sa2的谐振电感器Lr,这两个IGBT用作形成双向开关配置的辅助开关。电路100(a)包括用作主开关的另外两个IGBT S1和S2。主开关S1和S2中的每个主开关都与电容器C1和C2并联。
[0050] 图1(b)示出了当在ARCPI的辅助开关路径中使用与具有可饱和芯的可饱和电感器串联的谐振电感器时单相ARCPI等效电路100(b)的示意图。电路100(b)类似于图1(a)所示的电路100(a)。然而,电路100(b)包括辅助开关路径,该辅助开关路径使用与可饱和电感器Lsat串联并且进一步与两个绝缘栅双极晶体管(IGBT)Sa1和Sa2串联的谐振电感器Lr,这两个IGBT用作形成双向开关配置的辅助开关。
[0051] 图2(a)是在从顶部IGBT S1到底部IGBT S2的电流转换期间用于升压电流路径的等效电路的示意图。如图2(a)所示,在等效电路200(a)中,当电流从顶部主开关S1换流到底部主开关S2时,辅助开关路径通过接通Sa1来接合。对应地,辅助开关路径中的辅助电流Iaux流向谐振电感器Lr。Sa1和S1之间的导通重叠时间确定了辅助开关路径中的辅助电流的升压时间Tboost。
[0052] 图2(b)是当使用与具有可饱和芯的可饱和电感器串联的谐振电感器时在从顶部IGBT S1到底部IGBT S2的电流转换期间用于升压电流路径的等效电路的示意图。图2(b)所示的等效电路200(b)类似于图2(a)所示的电路200(a),除了在辅助开关路径中与谐振电感器Lr串联的可饱和电感器Lsat。上面已经介绍了使用可饱和电感器Lsat的优点。
[0053] 图3(a)是在从底部IGBT S2到顶部IGBT S1的电流转换期间用于升压电流路径的等效电路的示意图。如图3(a)所示,在等效电路300(a)中,当电流从底部主开关S2换流到顶部主开关S1时,辅助开关路径通过接通Sa2来接合。对应地,辅助开关路径中的辅助电流Iaux从谐振电感器Lr流出。类似地,Sa2和S2之间的导通重叠时间确定了辅助开关路径中的辅助电流的升压时间Tboost。
[0054] 图3(b)是当使用与具有可饱和芯的可饱和电感器串联的谐振电感器时在从顶部IGBT S1到底部IGBT S2的电流转换期间用于升压电流路径的等效电路的示意图。图3(b)所示的等效电路300(b)类似于图3(a)所示的电路300(a),除了在辅助开关路径中与谐振电感器Lr串联的可饱和电感器Lsat。上面已经介绍了使用可饱和电感器Lsat的优点。
[0055] 通常,图1(a)所示的电路100(a)、图2(a)所示的电路200(a)和图3(a)所示的电路300(a)的升压时间Tboost由以下方程管理:
[0056]
[0057] 其中,Vdc表示直流母线电压;Lr表示谐振电感器Lr的谐振电感;Tboost表示辅助开关路径中的辅助电流的升压时间;并且Iboost表示辅助开关路径中的辅助电流的升压电流。
[0058] 在辅助开关路径中仅使用谐振电感器Lr的应用中,方程1中使用的谐振电感Lr是恒定的。在这些应用中,升压时间Tboost的计算是直接的。
[0059] 图1(b)所示的电路100(b)、图2(b)所示的电路200(b)和图3(b)所示的电路300(b)的升压时间Tboost的计算也由方程1管理。然而,在该情况下在方程1中使用的Lr表示谐振电感器Lr的谐振电感与可饱和电感器Lsat的电感之和。换言之,在该情况下在方程1中使用的Lr表示辅助开关路径中的谐振电感。
[0060] 在谐振电感Lr和可饱和电感Lsat被用于辅助开关路径的应用中,方程1中使用的表示谐振电感Lr的谐振电感和可饱和电感器Lsat的电感的Lr随辅助开关路径中的电流而变化。这是因为可饱和电感器Lsat使用可饱和芯并且其电感取决于电流。因此,在这些应用中,可饱和电感器Lsat的电感可以被更精确地表达为Lsat(i)。
[0061] 从方程1可以看出,升压电流Iboost的控制通过仅基于谐振电感和施加到辅助开关路径的电压计算辅助开关路径中的辅助电流的升压时间Tboost来执行。因此,当辅助开关路径中的电感随电流变化时,升压电流Iboost的这种控制可能容易引起误差。
[0062] 图4是根据方程(例如方程1)的ARCPI的辅助开关路径上的理论电流Iaux的示意图。如图4的示意图400所示,升压电流Iboost由ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的时间间隔Tboost给出。
[0063] 图5是当使用由具有可饱和芯的可饱和电感器Lsat(与空芯电感器Lr有效串联)组成的谐振电感器Lr’时ARCPI的辅助开关路径上的理论辅助电流(Iaux‑t)和实际电流(Iaux‑r)的示意图。使得Lr’=Lr+Lsat。当Lsat饱和时,其电感接近0亨利(即,Lsat~0)。如图5的示意图500所示,在基于方程1中的Lr计算的辅助开关路径中的辅助电流(Iaux‑t)与在使用辅助开关路径中的可饱和电感器(有效地使用Lr’)的同时测量的辅助开关路径中的辅助电流(Iaux‑r)之间存在明显的差异。例如,与理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)的第一部分相比,实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)的第一部分具有低得多的斜率,该斜率由饱和之前的电感器Lr’的可饱和电感器部分给出。与实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)在所谓时间Tsat之后的部分相比,理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)在所谓时间Tbst‑t之后的部分具有大得多的斜率。Tbst‑t由饱和后方程1中使用的电感Lr给出,而Tsat是基于谐振电感器Lr’的真实性质给出的,其中在辅助开关路径中使用可饱和电感器Lsat。
[0064] 也如图5所示,辅助电流(Iaux‑t)的理论(计算)升压电流(Ibst‑t)远大于辅助电流(Iaux‑r)的实际(测量)升压电流(Ibst‑r)。理论(计算)升压电流(Ibst‑t)和实际(测量)升压电流(Ibst‑r)在给定的时间间隔Tbst‑t之后基本上不同。这是由于使用可饱和电感器Lr’时所经历的不同电流斜率。因此可以看出,如果仅使用方程1来确定辅助开关路径中的辅助电流的升压时间,则确定升压电流的误差明显较大。
[0065] 根据本公开的示例性实施例,可以使用将升压时间延长固定值。例如,固定值可以是Tsat的值,Tsat是实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)斜率开始增加的值。理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)的升压时间的这种延长给出了辅助开关路径中的辅助电流的更好逼近,因此在理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)和实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)之间可以有比图5的示意图500所示的更好的匹配。
[0066] 图6(a)示出了理论辅助电流(Iaux‑t)和实际辅助电流(Iaux‑r)的示意图,描述了当使用具有可饱和芯的谐振电感器Lr’时ARCPI的辅助开关路径上的校正时间Tsat的影响。如图6(a)的示意图600(a)所示,当理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)的升压时间已经延长Tsat时,与图5的示意图500所示的相比,理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)与实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)更好地匹配。然而,也如图6(a)所示,例如在可饱和电感器Lsat达到饱和之后的点,理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)的斜率不一定与实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)的整个斜率匹配。
[0067] 根据本公开的示例性实施例,在达到可饱和电感器Lsat的饱和之后,可以提供微小调整来校正方程1中使用的电感Lr的值。可以基于经验数据来提供微小调整。备选地和/或附加地,也可以使用其他数据。方程1中使用的电感Lr的值的这种调整给出了辅助开关路径中的辅助电流的更好逼近。因此,与图6(a)的示意图600(a)所示的相比,可以预计理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)和实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)之间更好的匹配。
[0068] 图6(b)是当使用具有可饱和芯的谐振电感器时ARCPI的辅助开关路径上的校正后的理论辅助电流(Iaux‑t)和实际辅助电流(Iaux‑r)的示意图,描述了转换阈值电流Ith。如图6(b)的示意图600(b)所示,当方程1中使用的电感Lr的值被调整为减小大约10%并且同时理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)的升压时间已经延长了Tsat时,与图6(a)的示意图600(a)所示的相比,理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)与实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)更好地匹配。然而,也如图6(b)所示,即使通过Tsat延长升压时间并且校正方程1中使用的电感Lr,针对低于阈值点的电流电平,即,阈值电流Ith,在校正的理论辅助电流(Iaux‑t)和实际辅助电流(Iaux‑r)之间仍然存在显著的失配,如图6(b)的示意图600(b)所示。
[0069] 阈值电流Ith标识阈值电流电平,低于该阈值电流电平,例如如图1(b)的电路100(b)所示,由于可饱和电感器Lsat的非线性,预测实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)在具体时间跨度期间将如何是极其困难的。因此,当辅助开关路径中的辅助电流低于阈值电流Ith时,期望辅助开关路径中的辅助电流的另一逼近在理论(计算)辅助电流(Iaux‑t)和实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)的斜率之间具有更好的匹配。
[0070] 根据本公开的示例性实施例,当辅助开关路径中的辅助电流低于阈值电流Ith时,查找表可以被用于在具体时间跨度(即,升压时间)期间确定辅助开关路径中的辅助电流,即,升压电流Iboost。换言之,现在使用查找表来代替使用方程1对辅助开关路径中的辅助电流进行线性逼近。例如,查找表可以包括当辅助开关路径中的辅助电流低于阈值电流Ith时升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系。升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系可以包括ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流在时间跨度内的至少一个非线性关系。附加地和/或备选地,查找表可以包括ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
[0071] 图7是根据本公开的示例性实施例的计算ARCPI的升压时间的示意性流程图。如图7所示,用于计算包括至少一个可饱和电感器的ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压时间Tboost的过程的方法700可以包括以下步骤。
[0072] 在步骤702中,用户可以键入升压电流Iboost的值。升压电流Iboost的值可以是包括至少一个可饱和电感器的ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的期望升压电流的值。附加地和/或备选地,升压电流Iboost的其他随机值也可以由用户给出或由处理器计算。
[0073] 在步骤704中,升压电流Iboost的键入值可以与阈值电流Ith进行比较。阈值电流Ith标识电流电平,低于该电流电平,ARCPI的辅助开关路径中的至少一个可饱和电感器以非线性方式表现。阈值电流Ith可以基于辅助开关路径中的至少一个可饱和电感器的性质来预设。附加地和/或备选地,阈值电流Ith可以在运行方法700时实时给出。在步骤704中生成的结果可以包括升压电流Iboost的键入值大于阈值电流Ith,或者升压电流Iboost的键入值小于阈值电流Ith。
[0074] 术语“实时”是指关联事件发生的时间、测量和收集预定数据的时间、处理数据的时间以及系统对事件和环境的响应时间中的至少一个。在本文描述的实施例中,这些活动和事件基本上是即时发生的。
[0075] 在步骤706中,如果升压电流Iboost的键入值小于阈值电流Ith,则可以提供查找表,用于确定具体时间跨度内ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压时间Tboost。如图7的步骤706所示,查找表可以包括ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系。升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系可以包括辅助开关路径中的辅助电流在时间跨度内的至少一个非线性关系。附加地和/或备选地,查找表可以包括ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
[0076] 在步骤708中,如果升压电流Iboost的键入值小于阈值电流Ith,则查找表可以被提供给用于执行该过程的处理器,或者由用于执行该过程的处理器获得。然后,使用查找表来确定ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流在具体时间跨度内的升压时间Tboost。
[0077] 在步骤712中,如果升压电流Iboost的键入值大于阈值电流Ith,则可以使用方程来计算辅助开关路径中的辅助电流的理论(计算)升压时间Tbst‑t。该方程可以是上述方程1。附加地和/或备选地,也可以使用方程1的其他变化。
[0078] 在步骤712之后的步骤714中,辅助开关路径中的辅助电流的理论(计算)升压时间Tbst‑t可以延长一段时间Tsat,以便在辅助开关路径中的理论(测量)辅助电流和实际(测量)辅助电流之间更好地匹配。因此,辅助开关路径中的辅助电流的升压时间可以是理论(计算)升压时间Tbst‑t与时间Tsat的延长之和。
[0079] 在步骤710中,确定的ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压时间Tboost或者计算和延长的ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压时间Tboost可以由用于执行该过程的处理器输出。
[0080] 基于图7所示和上面描述的过程,来自该过程的输出是升压时间Tboost,利用该升压时间Tboost可以确定对应的升压电流Iboost,因此,可以形成或确定ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的更好斜率。这意味着,在ARCPI的辅助开关路径中形成或确定的辅助电流与实际(测量)辅助电流(Iaux‑r)更好地匹配。该过程通过在辅助开关路径中使用可饱和电感器来解决ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流不准确的问题。同时,在ARCPI的辅助开关路径中使用可饱和电感器以保证零电压切换的优点可以被最大化。
[0081] 根据本公开的示例性实施例,图8是确定ARCPI的升压时间的示意性流程图。如图8所示,提供了一种用于ARCPI的辅助设备确定ARCPI的升压时间的方法800。辅助设备包括辅助开关路径,该辅助开关路径使用谐振电感器和至少一个可饱和电感器。
[0082] 在步骤802中,辅助设备的处理器基于理论谐振电感和被施加到辅助开关中的谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间。
[0083] 根据本公开的示例性实施例,处理器获得ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流的值。升压电流的值可能是用户对于ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流所期望的。附加地和/或备选地,升压电流的其他随机值也可以由用户给出。
[0084] 根据本公开的示例性实施例,如果ARCPI的升压电流的值大于阈值,则进行步骤802,即,处理器基于理论谐振电感和被施加到ARCPI的辅助开关路径中的谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间。阈值可以标识电流电平,低于该电流电平,ARCPI的辅助开关路径中的至少一个可饱和电感器示出非线性特点。阈值可以基于至少一个可饱和电感器的性质来预设。附加地和/或备选地,可以在运行方法800时实时给出阈值。
[0085] 根据本公开的示例性实施例,如果ARCPI的升压电流的值大于阈值,则步骤802还可以包括处理器通过将基于理论谐振电感和被施加到ARCPI的辅助开关路径中的谐振电感器的电压计算出的辅助开关路径中的升压时间与时间的延长求和来确定辅助开关路径中的第一升压时间。例如,延长的时间是至少一个可饱和电感器达到饱和的时间点。
[0086] 根据本公开的示例性实施例,如果ARCPI的升压电流的值大于阈值,则步骤802中的处理器可以如下根据方程1基于理论谐振电感和被施加到辅助开关中的谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间。
[0087]
[0088] 其中Vdc表示电压,该电压可以是直流(DC)母线电压,Lr表示辅助开关路径中的谐振电感,Tboost表示辅助开关路径中的第一升压时间,并且Iboost表示与辅助开关路径中的第一升压时间相对应的第一升压电流。
[0089] 在步骤804中,辅助设备的处理器基于查找表来确定辅助开关路径中的第二升压时间。
[0090] 根据本公开的示例性实施例,如果ARCPI的升压电流的值小于阈值,则进行步骤804,即,处理器基于查找表来确定辅助开关路径中的第二升压时间。
[0091] 根据本公开的示例性实施例,查找表可以包括ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系。升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系可以包括辅助开关路径中的辅助电流在时间跨度上的至少一个非线性关系。附加地和/或备选地,查找表可以包括ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
[0092] 例如,至少一个非线性逼近可以基于曲线拟合方程,该曲线拟合方程定义辅助开关路径中的升压电流和升压时间之间的关系。附加地和/或备选地,其他数据也可以被用于定义ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
[0093] 在步骤806中,处理器基于在步骤802中计算的第一升压时间和在步骤804中确定的第二升压时间来确定辅助开关路径中的升压时间。
[0094] 根据本公开的示例性实施例,如果ARCPI的升压电流的值大于阈值,则处理器确定辅助开关路径中的升压时间等于在步骤802中计算的辅助开关路径中的第一升压时间,如图8所示;并且如果ARCPI的升压电流的值小于阈值,则处理器确定辅助开关路径中的升压时间等于在步骤804中确定的辅助开关路径中的第二升压时间,如图8所示。
[0095] 根据本公开的示例性实施例,处理器基于在步骤806中确定的辅助开关路径中的辅助电流的升压时间来控制ARCPI的辅助开关路径中的辅助电路的升压电流,如图8所示。
[0096] 根据本公开的示例性实施例,处理器基于辅助开关路径的所测量的输出在辅助开关路径中的每个开关周期中校正在步骤806中确定的辅助开关路径中的辅助电流的升压时间。
[0097] 用于ARCPI的辅助设备的方法800确定ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的更准确的升压时间。代替仅使用一般方程(例如方程1)和/或基于经验数据的电感的微小调整和/或在ARCPI的辅助开关路径中使用的至少一个可饱和电感器饱和时的时间延长,方法800还使用查找表来对ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流进行非线性逼近。因此,通过在辅助开关路径中使用至少一个可饱和电感器,对ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的准确性的影响(特别是对辅助电流的升压电流的影响)被最小化。
[0098] 图9是控制ARCPI的升压电流的示意性流程图。如图9所示,提供了ARCPI的用于控制ARCPI的升压电流的辅助设备。辅助设备包括辅助开关路径,该辅助开关路径使用谐振电感器和至少一个可饱和电感器。进一步地,辅助设备包括处理器,并且辅助设备的处理器被配置为执行方法900。
[0099] 在步骤902中,辅助设备的处理器获得ARCPI的升压电流的值。该值可以由用户输入。该值可能是用户对于ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流所期望的。附加地和/或备选地,升压电流的其他值也可以由用户给出。
[0100] 在步骤904中,辅助设备的处理器将ARCPI的升压电流的获得值与阈值进行比较。如果ARCPI的升压电流的获得值大于阈值,则辅助设备的处理器基于理论谐振电感和被施加到谐振电感器的电压来计算辅助开关路径中的第一升压时间。
[0101] 根据本公开的示例性实施例,该阈值可以是ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的阈值。ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的阈值可以标识辅助电流电平,低于该辅助电流电平,ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流以非线性方式表现。例如,在由ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的阈值标识的辅助电流电平以下,在ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流和升压时间之间存在非线性关系。ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的阈值可以基于至少一个可饱和电感器的性质来预设。附加地和/或备选地,可以在运行方法900时实时给出阈值。
[0102] 根据本公开的示例性实施例,如果ARCPI的升压电流的获得值大于阈值,则辅助设备的处理器在步骤904中计算辅助开关路径中的第一升压时间可以包括辅助设备的控制器通过将基于理论谐振电感和被施加到ARCPI的辅助开关路径中的谐振电感器的电压计算的辅助开关路径中的升压时间与时间的延长求和来计算第一升压时间。例如,延长的时间是至少一个可饱和电感器达到饱和的时间点。
[0103] 根据本公开的示例性实施例,如果ARCPI的升压电流的获得值大于阈值,则辅助设备的处理器在步骤904中计算辅助开关路径中的第一升压时间可以如下根据方程1:
[0104]
[0105] 其中Vdc表示电压,该电压可以是直流(DC)母线电压,Lr表示辅助开关路径中的谐振电感,Tboost表示辅助开关路径中的第一升压时间,并且Iboost表示与辅助开关路径中的第一升压时间相对应的第一升压电流。
[0106] 在步骤906中,如果ARCPI的升压电流的值小于阈值,则辅助设备的处理器基于查找表来确定辅助开关路径中的第二升压时间。
[0107] 根据本公开的示例性实施例,查找表可以被预先存储在辅助设备的存储器中。查找表可以被预先存储在辅助设备访问的远程服务器或远程中。附加地和/或备选地,一个或多个查找表可以被预先存储在辅助设备的存储器中、远程服务器中或远程云中。在一个或多个查找表被预先存储在远程服务器或远程云中的场景中,辅助设备与远程服务器或远程云通信,并且通知远程服务器或远程云哪个查找表应该被输入到辅助设备。
[0108] 根据本公开的示例性实施例,查找表可以包括ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系。升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系可以包括辅助开关路径中的辅助电流在时间跨度上的至少一个非线性关系。附加地和/或备选地,查找表可以包括ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
[0109] 例如,至少一个非线性逼近可以基于曲线拟合方程,该曲线拟合方程定义辅助开关路径中的辅助电流的升压电流和升压时间之间的关系。附加地和/或备选地,其他数据也可以被用于定义ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
[0110] 在步骤908中,辅助设备的处理器基于第一升压时间和第二升压时间确定辅助路径中的升压时间。例如,如果ARCPI的升压电流的值大于阈值,则辅助设备的处理器确定辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第一升压时间。例如,如果ARCPI的升压电流的值小于阈值,则辅助设备的处理器确定辅助开关路径中的升压时间等于辅助开关路径中的第二升压时间。
[0111] 因此,确定辅助路径中的升压时间。所确定的升压时间比仅通过升压时间和升压电流的方程和/或通过基于经验数据的调整和/或通过升压时间的延长确定的升压时间更准确。在升压时间和升压电流由于辅助开关路径中使用的至少一个可饱和电感器而处于非线性关系的时间跨度期间,所确定的升压时间是特别准确的。
[0112] 在步骤910中,辅助设备的处理器基于在步骤908中确定的辅助开关路径中确定的升压时间来控制ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流。
[0113] 通过应用方法900,在使用至少一个可饱和电感器的辅助路径中确定的辅助电流的总体曲线图与在使用至少一个可饱和电感器的辅助路径中的实际(测量)辅助电流的总体曲线图更好地匹配。
[0114] 用于ARCPI的辅助设备的方法900基于辅助电流的升压时间来控制ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流。辅助电流的升压时间不仅通过方程1和/或基于经验数据的电感的微小调整和/或在ARCPI的辅助开关路径中使用的至少一个可饱和电感器饱和时的时间延长来确定,而且还通过用于ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的非线性逼近的查找表来确定。因此,通过使用至少一个可饱和电感器对ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流的准确性的影响被最小化。
[0115] 图10是控制ARCPI的升压电流的示意性流程图。如图10所示,提供了一种用于ARCPI的辅助设备控制ARCPI的升压电流的方法1000。辅助设备可以包括辅助开关路径。辅助开关路径可以包括至少一个可饱和电感器。
[0116] 在步骤1002中,辅助设备的处理器获得ARCPI的升压电流的值。ARCPI的升压电流的值可以由用户提供。ARCPI的升压电流的值可能是用户对于ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的期望值。附加地和/或备选地,ARCPI的升压电流的其他随机值也可以由用户给出。
[0117] 在步骤1004中,如果ARCPI的升压电流的值小于阈值,则辅助设备的处理器基于查找表来确定辅助开关路径中的辅助电流的升压时间。
[0118] 根据本公开的示例性实施例,该阈值可以是ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流的阈值。阈值可以标识升压电流电平,低于该升压电流电平,ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流和升压时间可以是非线性关系。换言之,如果ARCPI的升压电流的值小于阈值,则可以确定辅助开关路径中的辅助电流的升压时间的非线性逼近。阈值可以基于辅助开关路径中的至少一个可饱和电感器的性质来预设。附加地和/或备选地,可以在运行方法1000时实时给出阈值。
[0119] 根据本公开的示例性实施例,查找表可以被预先存储在辅助设备的存储器中。查找表可以被预先存储在辅助设备访问的远程服务器或远程云中。附加地和/或备选地,一个或多个查找表可以被预先存储在辅助设备的存储器中、远程服务器中或远程云中。在一个或多个查找表被预先存储在远程服务器或远程云中的场景中,辅助设备与远程服务器或远程云通信,并且通知远程服务器或远程云哪个查找表应该被输入到辅助设备。
[0120] 根据本公开的示例性实施例,查找表可以包括ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系。升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系可以包括辅助开关路径中的辅助电流在时间跨度上的至少一个非线性关系。附加地和/或备选地,查找表可以包括ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
[0121] 例如,至少一个非线性逼近可以基于曲线拟合方程,该曲线拟合方程定义辅助开关路径中的辅助电流的升压电流和升压时间之间的关系。附加地和/或备选地,其他数据也可以被用于定义ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
[0122] 在步骤1006中,辅助设备的处理器基于在步骤1004中确定的辅助开关路径中的升压时间来控制ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流。
[0123] 用于ARCPI的辅助设备的方法1000基于辅助电流的升压时间来控制ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流。当升压电流的给定(期望)值小于阈值电流时,基于用于ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的非线性逼近的查找表来确定辅助电流的升压时间。因此,通过使用辅助开关路径中的至少一个可饱和电感器对ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流的准确性的影响被最小化。
[0124] 图11是用于确定ARCPI的升压时间的算法的ARCPI控制器的示意图。如图11所示,ARCPI控制器1100被布置如下:ARCPI 1102基于变频驱动(VFD)控制器1108或者逆变器、DC/AC转换器或AC/DC转换器的任何控制器并且进一步地基于前述方法来控制ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流。ARCPI 1102的辅助开关路径使用可饱和电感器Lsat。基于前述方法,该ARCPI控制器1100通过不仅考虑DC母线电压、可饱和电感器Lsat温度、经验数据和升压时间延长来校正升压电流,而且由于可饱和电感器Lsat的性质,通过ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流和升压时间之间的非线性关系来校正升压电流。
[0125] 根据本公开的示例性实施例,ARCPI 1102可以包括电源Vdc。ARCPI 1102可以包括辅助开关路径,该辅助开关路径使用谐振电感器Lr、与用作形成双向辅助开关配置的辅助开关的两个IGBT Sa1和Sa2串联的可饱和电感器Lsat。谐振电感器Lr、可饱和电感器Lsat以及两个IGBT Sa1和Sa2可以进一步与谐振电感器Lo串联。ARCPI 1102可以包括用作主开关的另外两个IGBT S1和S2。主开关S1和S2中的每个主开关都可以与电容器C1和C2并联。进一步地,主开关S1和S2中的每个主开关都可以分别与电容器Cd串联。
[0126] 根据本公开的示例性实施例,VFD控制器1108可以是一种类型的达控制器,它通过改变其电源的频率和电压来驱动电动机。如图11所示,在ARCPI 1102中使用形成双向IGBT开关器件的两个绝缘栅双极晶体管(IGBT)Sa1和Sa2作为VFD控制器1108的逆变器开关器件。逆变器开关器件的输出可以被提供给电动机。附加地和/或备选地,也可以应用其他类型的马达控制器。
[0127] VFD控制器1108可以将在ARCPI 1102中使用的两个IGBT(主开关S1和S2)的两个开关信号S’1和S’2输出到图11所示的ARCPI信号发生器1104,作为ARCPI信号发生器1104的输入。进一步地,用于ARCPI信号发生器1104的输入可以包括用于ARCPI 1102中的谐振电感器Lo的电流Io、用于ARCPI 1102的电源Vdc以及用于ARCPI 1102中的可饱和电感器Lsat的温度信息。这些输入被用于确定和/或调整ARCPI 1102的脉冲触发的定时。例如,施加到可饱和电感器Lsat的电压和可饱和电感器Lsat的温度信息可以由ARCPI信号发生器1104监测,以便通过S1、Sa1、Sa2或S2调整ARCPI 1102的开关的定时。
[0128] 根据本公开的示例性实施例,ARCPI信号发生器1104的其他输入可以包括由升压电流算法1106确定的升压时间。例如,ARCPI信号发生器1104可以向升压电流算法1106提供升压电流Iboost的值。该值可以是用户对于ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流所期望的升压电流值,该升压电流值将被应用于应用场景。附加地和/或备选地,升压电流的其他随机值也可以由用户给出。基于升压电流值作为输入,升压电流算法1106可以运行上述图7所示的方法700、图8所示的800、图9所示的900或图10所示的1000,以相应地确定ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流的升压时间。
[0129] 例如,升压电流算法1106首先将升压电流的输入值与阈值升压电流值Ith进行比较。阈值升压电流值Ith可以基于在ARCPI 1102的辅助开关路径中使用的可饱和电感器Lsat的性质来预设。附加地和/或备选地,可以基于各种应用场景实时给出阈值升压电流值Ith。进一步地,阈值升压电流值Ith可以被存储在为升压电流算法1106保留的存储器中。阈值升压电流值Ith也可以被存储在远程服务器或远程云中。
[0130] 根据本公开的示例性实施例,如果升压电流的输入值大于阈值升压电流值Ith,则升压时间Tboost可以根据方程1基于诸如电源Vdc、辅助开关路径中的谐振电感Lr和升压电流的输入值等变量来确定。附加地和/或备选地,升压电流算法1106可以通过将根据方程1计算的升压时间Tboost与时间的延长求和来确定升压时间Tboost。例如,延长的时间是至少一个可饱和电感器Lsat达到饱和的时间点。
[0131] 根据本公开的示例性实施例,如果升压电流的输入值小于阈值升压电流值Ith,则这指示由于在辅助开关路径中使用的可饱和电感器Lsat的性质,ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流和升压时间处于非线性关系。诸如方程1等简单方程和/或电感的微小调整和/或时间的直接延长将无法基于升压电流的输入值来确定准确的升压时间。在这种情况下,可以利用查找表来确定ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流的升压时间。
[0132] 例如,查找表可以包括ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系。该关系可以包括辅助开关路径中的辅助电流在时间跨度上的至少一个非线性关系。附加地和/或备选地,查找表可以包括辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。例如,至少一个非线性逼近可以基于曲线拟合方程,该曲线拟合方程定义辅助开关路径中的辅助电流的升压电流Iboost和升压时间Tboost之间的关系。附加地和/或备选地,其他数据也可以被用于定义ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流的至少一个非线性逼近。
[0133] 如图11所示,在基于升压电流的输入值确定ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流的升压时间之后,升压电流算法1106将升压时间Tboost输出到ARCPI信号发生器1104。然后,基于所确定的升压时间Tboost,ARCPI信号发生器1104通过向ARCPI 1102输出S1、Sa1、Sa2和/或S2来调整用于ARCPI 1102的开关的定时。因此,即使在由于ARCPI 1102的辅助路径中使用的可饱和电感器Lsat引起的非线性的影响下,也能更准确地触发ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流。换言之,在ARCPI 1102的辅助开关路径中使用可饱和电感器Lsat以保证零电压切换的优点得以维持。
[0134] ARCPI控制器1100通过向ARCPI输出S1、Sa1、Sa2和/或S2来控制ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流。用于控制辅助电流的升压电流的S1、Sa1、Sa2和/或S2的输出基于辅助电流的升压时间。辅助电流的升压时间通过使用方程1和/或基于经验数据的微小调整和/或在ARCPI的辅助开关路径中使用的至少一个可饱和电感器饱和时的时间延长来确定。辅助电流的升压时间也通过使用查找表来确定,以对ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流进行非线性逼近。因此,通过使用至少一个可饱和电感器对ARCPI的辅助开关路径中的辅助电流的升压电流的准确性的影响被最小化。
[0135] 图12是ARCPI信号发生器的结构示意图。如图12所示,ARCPI信号发生器1104可以包括母线1114、处理器1124、通信接口1134和存储器1144。附加地和/或备选地,ARCPI信号发生器1104还可以包括显示器1154。例如,处理器1124、通信接口1134、存储器1144和显示器1154可以通过母线1114彼此通信。
[0136] 处理器1124可以包括一个或多个通用处理器(诸如中央处理单元(CPU))或者CPU和硬件芯片的组合。硬件芯片可以是专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备(PLD)或其组合。PLD可以是复杂可编程逻辑设备(CPLD)、现场可编程阵列(FPGA)、通用阵列逻辑(GAL)或其任何组合。
[0137] 存储器1144可以包括易失性存储器,例如随机存取存储器(RAM)。存储器1144还可以包括非易失性存储器(NVM),例如只读存储器(ROM)、闪存、硬盘驱动器(HDD)或固态驱动器(SSD)。存储器1144还可以包括前述类型的组合。
[0138] 存储器1144可以具有存储在其上的计算机可读程序代码。处理器1124可以读取存储在存储器1144上的计算机可读程序代码,以实施上述方法700、800、900或1000,以确定图11所示的ARCPI 1102的辅助开关路径中的辅助电流的升压时间。附加地和/或备选地,处理器1124可以读取存储在存储器1144上的计算机可读程序代码,以实施一个或多个其他功能、这些功能的组合。
[0139] 处理器1124还可以通过通信接口1134与另一计算设备进行通信。例如,处理器1124可以与图11所示的VFD控制器1108通信,用于接收图11所示的ARCPI 1102中使用的两个IGBT(主开关S1和S2)的两个开关信号S’1和S’2,作为ARCPI信号发生器1104的输入。例如,处理器1124可以与图11所示的升压电流算法1106通信,用于将升压电流的(期望)值输出到升压电流算法1106,并且进一步用于接收由升压电流算法1106相应地确定的升压时间。
[0140] 处理器1124还可以触发显示器1154以向用户显示信息。例如,处理器1124可以触发显示器1154来显示由用户键入的用于操作图11所示的升压电流算法1106的升压电流的值。例如,处理器1124可以触发显示器1154来显示用于由图11所示的ARCPI信号生成器1104生成S1、Sa1、Sa2和/或S2的过程的实时状况。
[0141] 本领域的普通技术人员将了解,图12所示的ARCPI信号发生器1104可以通过通信接口1134或无线连接与一个或多个其他计算设备通信,以实现其他功能或功能的组合。ARCPI信号发生器1104还可以包括一个或多个其他功能组件以执行和/或触发其他功能或者功能的组合。
[0142] 本文引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)均通过引用并入本文,其程度如同每个参考文献被单独地且具体地指示为通过引用并入本文并且在本文中完整陈述。
[0143] 在描述本发明的上下文中(特别是在以下权利要求的上下文中),术语“一”和“一个”以及“该”和“至少一个”和类似指代的使用应被解释为覆盖单数和复数形式,除非本文另有指示或与上下文明显矛盾。术语“至少一个”之后是一个或多个项目的列表(例如“A和B中的至少一个”)的使用应被解释为是指从所列项目(A或B)中选择的一个项目或者所列项目(A和B)中的两个或多个的任何组合,除非本文另有指示或与上下文明显矛盾。除非另有提到,否则术语“包括(comprising)”、“具有”、“包括(including)”和“包含”应被解释为开放式术语(即,表示“包括但不限于”)。除非本文另有指示,否则本文中值范围的叙述仅旨在用作单独指代落入该范围内的每个单独值的简写方法,并且将每个单独值并入说明书中,就像在本文中单独叙述一样。除非本文另有指示或与上下文明显矛盾,否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。除非另有要求保护,否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本公开,并且不对本公开的范围构成限制。说明书中的语言不应该被解释为指示任何未要求保护的元素对于本公开的实践来说都是必不可少的。
[0144] 本文描述了本公开的示例性实施例,包括发明人已知的用于执行本公开的最佳模式。在阅读前述描述时,那些示例性实施例的变化对于本领域的普通技术人员而言可能变得显而易见。本发明人预计熟练的技术人员适当地采用这种变化,并且本发明人旨在以不同于本文具体描述的方式来实践本公开。因此,本公开包括适用法律所允许的所附权利要求书中叙述的主题的所有修改和等效物。而且,除非本文另有指示或与上下文明显矛盾,否则本公开涵盖上述元素在其所有可能的变化中的任何组合。
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