專利名稱：用于減少線電流失真的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及電動機(jī)控制系統(tǒng)和方法，并且更具體地涉及功率因數(shù)校正系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在此提供的背景技術(shù)說明用于一般地呈現(xiàn)本公開的背景的目的。在本背景技術(shù)部分中描述的當(dāng)前提名的發(fā)明人的工作以及否則不合適作為在提交時的現(xiàn)有技術(shù)的說明的方面既不明確地也不隱含地被承認(rèn)為相對于本公開的現(xiàn)有技術(shù)。在包括但是不限于加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)的各種各樣的工業(yè)和居住應(yīng)用中使用電動機(jī)。僅作為示例，電動機(jī)可以驅(qū)動在HVAC系統(tǒng)中的壓縮機(jī)。也可以在HVAC 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)一個或更多個另外的電動機(jī)。僅作為示例，HVAC系統(tǒng)可以包括驅(qū)動與冷凝器相關(guān)聯(lián)的風(fēng)扇的另一個電動機(jī)?？梢栽贖VAC系統(tǒng)中包括另一個電動機(jī)，以驅(qū)動與蒸發(fā)器相關(guān)聯(lián)的風(fēng)扇。功率因數(shù)是在電路中的電流和電壓之間的關(guān)系或與存儲和向電源返回能量作比較而言電路如何有效地使用有效功率的指示器。功率因數(shù)可以被表達(dá)為在0和1之間的值。 電路的實(shí)際有效功率的使用除以由電路拉出的總的伏安會隨著功率因數(shù)接近1而增大。在不同實(shí)現(xiàn)方式中，可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)。PFC系統(tǒng)通常運(yùn)行以將電路的功率因數(shù)向1增大，由此與電路存儲和向電源返回的無功功率的數(shù)量作比較而言提高電路的有效功率的使用。

發(fā)明內(nèi)容
一種功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)包括調(diào)整模塊、補(bǔ)償模塊和占空比控制模塊。調(diào)整模塊基于N個預(yù)定時間提前量和(N-I)個時間提前量調(diào)整來產(chǎn)生N個時間提前量，其中N是大于零的整數(shù)。補(bǔ)償模塊通過使用正弦參考信號的梯度和N個時間提前量提前預(yù)測輸入交流(AC)線信號，來分別產(chǎn)生輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本，其中正弦參考信號在相位和頻率上與輸入AC線信號同步。占空比控制模塊基于輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本產(chǎn)生PFC 占空比。在其他特征中，預(yù)測過零檢測模塊基于輸入AC線信號的預(yù)測過零產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號并且基于輸入AC線信號預(yù)測過零，其中基于翻轉(zhuǎn)信號使PFC占空比翻轉(zhuǎn)。在其他特征中，在第一時間長度上發(fā)生PFC占空比的完全翻轉(zhuǎn)，預(yù)測過零檢測模塊基于輸入AC線信號的提前版本的預(yù)測過零來切換翻轉(zhuǎn)信號的狀態(tài)，并且預(yù)測過零檢測CN 102549899 A模塊通過按時間提前量進(jìn)行提前預(yù)測來產(chǎn)生輸入AC線信號的提前版本，其中該時間提前量基于PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲和第一時間長度的一半的和。在其他特征中，預(yù)測過零檢測模塊通過沿正弦參考信號的當(dāng)前梯度按時間提前量外推輸入AC線信號的當(dāng)前值來產(chǎn)生輸入AC線信號的提前版本。在其他特征中，陷波濾波器通過濾除輸入AC線信號的預(yù)定頻率來產(chǎn)生濾波的AC 信號，其中預(yù)定頻率基于PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲，補(bǔ)償模塊通過提前預(yù)測濾波的AC信號來產(chǎn)生輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本，并且預(yù)測過零檢測模塊基于濾波的AC信號來預(yù)測過零。在其他特征中，陷波濾波器通過濾除輸入AC線信號的預(yù)定頻率來產(chǎn)生濾波的AC 信號，其中預(yù)定頻率基于PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲，并且補(bǔ)償模塊通過提前預(yù)測濾波的AC 信號來產(chǎn)生輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本。在其他特征中，對于輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本中的每個版本，補(bǔ)償模塊通過沿正弦參考信號的當(dāng)前梯度按N個時間提前量中的相應(yīng)的一個時間提前量外推輸入AC線信號的當(dāng)前值來產(chǎn)生該版本。在其他特征中，(N-I)個時間提前量調(diào)整基于具有不同相位的N個測量電流之間的差，其中N是大于1的整數(shù)。在其他特征中，N個預(yù)定時間提前量被設(shè)定在設(shè)計時間。一種用于功率因數(shù)校正(PFC)的方法包括基于N個預(yù)定時間提前量和(N-I)個時間提前量調(diào)整來產(chǎn)生N個時間提前量，其中N是大于零的整數(shù)，通過使用正弦參考信號的梯度和N個時間提前量提前預(yù)測輸入交流(AC)線信號，來分別產(chǎn)生輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本，其中正弦參考信號在相位和頻率上與輸入AC線信號同步，以及基于輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本產(chǎn)生PFC占空比。在其他特征中，該方法包括基于輸入AC線信號的預(yù)測過零產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號，基于輸入AC線信號預(yù)測過零，以及基于翻轉(zhuǎn)信號使PFC占空比翻轉(zhuǎn)。在其他特征中，在第一時間長度上發(fā)生PFC占空比的完全翻轉(zhuǎn)，并且該方法包括基于輸入AC線信號的提前版本的預(yù)測過零來切換翻轉(zhuǎn)信號的狀態(tài)，以及通過按時間提前量進(jìn)行提前預(yù)測來產(chǎn)生輸入AC線信號的提前版本，其中該時間提前量基于PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲和第一時間長度的一半的和。在其他特征中，該方法包括通過沿正弦參考信號的當(dāng)前梯度按時間提前量外推輸入AC線信號的當(dāng)前值來產(chǎn)生輸入AC線信號的提前版本。在其他特征中，該方法包括通過使用陷波濾波器濾除輸入AC線信號的預(yù)定頻率來產(chǎn)生濾波的AC信號，其中預(yù)定頻率基于PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲。在其他特征中，該方法包括通過提前預(yù)測濾波的AC信號來產(chǎn)生輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本，以及基于濾波的AC信號來預(yù)測過零。在其他特征中，該方法包括通過使用陷波濾波器濾除輸入AC線信號的預(yù)定頻率來產(chǎn)生濾波的AC信號，其中預(yù)定頻率基于PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲，以及通過提前預(yù)測濾波的AC信號來產(chǎn)生輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本。在其他特征中，該方法包括對于輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本中的每個版本，通過沿正弦參考信號的當(dāng)前梯度按N個時間提前量中的相應(yīng)的一個時間提前量外推輸入AC 線信號的當(dāng)前值來產(chǎn)生該版本。在其他特征中，(N-I)個時間提前量調(diào)整基于具有不同相位的N個測量電流之間的差，其中N是大于1的整數(shù)。在其他特征中，N個預(yù)定時間提前量被設(shè)定在設(shè)計時間。一種用于功率因數(shù)校正(PFC)的方法包括接收輸入交流(AC)線信號，通過使用陷波濾波器濾除輸入AC線信號的預(yù)定頻率來產(chǎn)生濾波的AC信號，其中預(yù)定頻率基于PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲，產(chǎn)生在相位和頻率上與輸入AC線信號同步的正弦參考信號，基于N個預(yù)定時間提前量和(N-I)個時間提前量調(diào)整來產(chǎn)生N個時間提前量，其中N是大于零的整數(shù)，對于輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本中的每個版本，通過沿正弦參考信號的當(dāng)前梯度按 N個時間提前量中的相應(yīng)的一個時間提前量外推濾波的AC線信號的當(dāng)前值來產(chǎn)生該版本， 基于輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本產(chǎn)生PFC占空比，基于濾波的AC信號來預(yù)測過零，基于濾波的AC線信號的預(yù)測過零產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號，基于翻轉(zhuǎn)信號使PFC占空比翻轉(zhuǎn)，通過按時間提前量進(jìn)行提前預(yù)測來產(chǎn)生濾波的AC線信號的提前版本，該時間提前量包括PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲和PFC占空比的完全翻轉(zhuǎn)時間的一半的和，以及基于濾波的AC線信號的提前版本的預(yù)測過零來切換翻轉(zhuǎn)信號的狀態(tài)。通過以下提供的詳細(xì)描述，本公開的其他適用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。應(yīng)當(dāng)明白，詳細(xì)說明和具體示例意欲僅用于說明的目的，并且不意欲限制本公開的范圍。


通過詳細(xì)說明和附圖，變得更全面地明白本公開，在附圖中圖1是示例制冷系統(tǒng)的功能框圖；圖2是示例驅(qū)動控制器和示例壓縮機(jī)的功能框圖；圖3a_3c是示例功率因數(shù)校正(PFC)模塊的簡化示意圖；圖4a4c是示例逆變電源模塊和示例電動機(jī)的簡化示意圖；圖5是示例PFC控制模塊的功能框圖；圖6是示例脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動模塊的功能框圖；圖7是示例電壓控制模塊的功能框圖；圖8是示例電流控制模塊的功能框圖；圖9是示例占空比轉(zhuǎn)換模塊的功能框圖；圖10是示例延遲補(bǔ)償模塊的功能框圖；圖11是示例電流平衡模塊的功能框圖；以及圖12是用于補(bǔ)償延遲的示例方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面的描述在本質(zhì)上僅是說明性的，并且絕不意欲限制本公開、其應(yīng)用或使用。為了清楚的目的，在附圖使用相同的附圖標(biāo)號來識別類似的元件。在此使用的短語A、B和C 的至少一個應(yīng)當(dāng)被解釋為使用非排他邏輯或來表示邏輯(A或B或C)。應(yīng)當(dāng)明白，在不改變本公開的原理的情況下，可以以不同的順序來執(zhí)行在方法內(nèi)的步驟。在此使用的術(shù)語模塊可以指的是下述內(nèi)容、下述內(nèi)容的一部分或包括下述內(nèi)容 專用集成電路(ASIC)；電子電路；組合邏輯電路；現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)；執(zhí)行代碼的處理器(共享、專用或組)；提供所述功能的其他適當(dāng)?shù)牟考?；或上面的一些或全部的組合， 諸如在片上系統(tǒng)中。術(shù)語模塊可以包括存儲由處理器執(zhí)行的代碼的存儲器(共享、專用或組)。上面使用的術(shù)語代碼可以包括軟件、固件和/或微碼，并且可以指的是程序、例程、函數(shù)、類和/或?qū)ο?。上面使用的術(shù)語共享表示可以使用單個(共享)處理器來執(zhí)行來自多個模塊的一些或全部代碼。另外，可以通過單個(共享)存儲器來存儲來自多個模塊的一些或全部代碼。上面使用的術(shù)語組表示可以使用一組處理器來執(zhí)行來自單個模塊的一些或全部代碼。另外，可以使用一組存儲器來存儲來自單個模塊的一些或全部代碼?？梢酝ㄟ^由一個或更多個處理器執(zhí)行的一個或更多個計算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)在此所述的設(shè)備和方法。計算機(jī)程序包括在非暫時有形計算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲的處理器可執(zhí)行指令。計算機(jī)程序也可以包括存儲的數(shù)據(jù)。非暫時有形計算機(jī)可讀介質(zhì)的非限定性示例是非易失性存儲器、磁存儲器和光學(xué)存儲器?，F(xiàn)在參考圖1，呈現(xiàn)了制冷系統(tǒng)100的功能框圖。制冷系統(tǒng)100可以包括壓縮機(jī) 102、冷凝器104、膨脹閥106和蒸發(fā)器108。根據(jù)本公開的原理，制冷系統(tǒng)100可以包括另外和/或替代的部件。另外，本公開適用于其他適當(dāng)類型的制冷系統(tǒng)，該其他適當(dāng)類型的制冷系統(tǒng)包括但是不限于加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)、熱泵、制冷和冷卻系統(tǒng)壓縮機(jī)102接收以蒸汽形式的制冷劑，并且壓縮制冷劑。壓縮機(jī)102向冷凝器104 提供加壓的以蒸汽形式的制冷劑。壓縮機(jī)102包括驅(qū)動泵的電動機(jī)。僅作為示例，壓縮機(jī) 102的泵可以包括渦旋式壓縮機(jī)和/或往復(fù)式壓縮機(jī)。加壓的制冷劑的全部或一部分在冷凝器104內(nèi)被轉(zhuǎn)換為液體形式。冷凝器104將熱量從制冷劑傳開，由此冷卻制冷劑。當(dāng)制冷劑蒸汽被冷卻到小于飽和溫度的溫度時，制冷劑變換為液體(或液化)制冷劑。冷凝器104可以包括電風(fēng)扇，該電風(fēng)扇提高將熱量從制冷劑傳開的速率。冷凝器104經(jīng)由膨脹閥106向蒸發(fā)器108提供制冷劑。膨脹閥106控制向蒸發(fā)器 108提供制冷劑的流速。膨脹閥106可以包括恒溫膨脹閥或可以被例如系統(tǒng)控制器130電控制。由膨脹閥106引起的壓力降低可能使得液化制冷劑的一部分變換回蒸汽形式。以這種方式，蒸發(fā)器108可以接收制冷劑蒸汽和液化制冷劑的混合物。制冷劑吸收在蒸發(fā)器108中的熱量。液體制冷劑當(dāng)被加熱到大于制冷劑的飽和溫度的溫度時轉(zhuǎn)換為蒸汽形式。蒸發(fā)器108可以包括電風(fēng)扇，電風(fēng)扇提高向制冷劑的熱傳導(dǎo)的速率。設(shè)施120向制冷系統(tǒng)100提供電力。僅作為示例，設(shè)施120可以在大約230伏特 (V)均方根(RMS)或在另一個適當(dāng)電壓提供單相交流(AC)電力。在各種實(shí)現(xiàn)方式中，設(shè)施 120可以在大約400伏特RMS或480伏特RMS在例如50或60Hz的線頻率提供三相電力。 設(shè)施120可以經(jīng)由AC線向系統(tǒng)控制器130提供AC電力。AC電力也可以經(jīng)由AC線被提供到驅(qū)動控制器132。系統(tǒng)控制器130控制制冷系統(tǒng)100。僅作為示例，系統(tǒng)控制器130可以基于由各個傳感器(未示出)測量的用戶輸入和/或參數(shù)來控制制冷系統(tǒng)100。傳感器可以包括壓力傳感器、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器等。傳感器也可以包括通過串行數(shù)據(jù)總線或其他適當(dāng)數(shù)據(jù)總線的、來自驅(qū)動控制的反饋信息，諸如電動機(jī)電流或扭矩。用戶接口 134向系統(tǒng)控制器130提供用戶輸入。用戶接口 134可以補(bǔ)充地或替代地向驅(qū)動控制器132提供用戶輸入。用戶輸入可以例如包括期望的溫度，關(guān)于風(fēng)扇(例如，蒸發(fā)器風(fēng)扇)的操作的請求和/或其他適當(dāng)?shù)妮斎搿Ｏ到y(tǒng)控制器130可以控制冷凝器104、 蒸發(fā)器108和/或膨脹閥106的風(fēng)扇的操作。驅(qū)動控制器132可以基于來自系統(tǒng)控制器130的命令來控制壓縮機(jī)102。僅作為示例，系統(tǒng)控制器130可以指令驅(qū)動控制器132以特定速度操作壓縮機(jī)電機(jī)。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，驅(qū)動控制器132也可以控制冷凝器風(fēng)扇?，F(xiàn)在參照圖2，呈現(xiàn)了驅(qū)動控制器132和壓縮機(jī)102的功能框圖。電磁干擾(EMI) 濾波器202降低可能否則通過驅(qū)動控制器132射回AC線上的EMI。EMI濾波器202也可以濾波在AC線上承載的EMI。功率因數(shù)校正(PFC)模塊204接收被EMI濾波器202濾波的來自AC線的AC電力。 (參考圖3a、!3b和3c更詳細(xì)描述的)PFC模塊204整流AC電力，由此將AC輸入電力轉(zhuǎn)換為直流(DC)電力。在PFC模塊204的正和負(fù)端子處提供所產(chǎn)生的DC電力。PFC模塊204也選擇性地提供在輸入AC電力和產(chǎn)生的DC電力之間的功率因數(shù)校正。PFC模塊204選擇性地將AC電力升壓到大于AC電力的峰值電壓的DC電壓。僅作為示例，PFC模塊204可以在無源模式中運(yùn)行，其中，所產(chǎn)生的DC電壓小于AC電力的峰值電壓。PFC模塊204也可以在有源模式下運(yùn)行，其中，所產(chǎn)生的DC電壓大于AC電力的峰值電壓。比AC電力的峰值電壓大的DC電壓可以被稱為升高的DC電壓。具有230V的RMS電壓的AC電力具有大約325VQ30V乘以2的平方根)的峰值電壓。僅作為示例，當(dāng)從具有230V的RMS電壓的AC電力運(yùn)行時，PFC模塊204可以產(chǎn)生在大約350V和大約410V之間的升高的DC電壓。僅作為示例，可以施加350V的下限以避免PFC 模塊204的不穩(wěn)定工作狀況。該限制可以例如隨著實(shí)際AC輸入電壓值而改變。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，PFC模塊204能夠?qū)崿F(xiàn)比410V高的升高的DC電壓。然而，可以施加上限以改進(jìn)諸如在DC濾波器206中的部件的、在較高的電壓下經(jīng)歷較大應(yīng)力的部件的長期可靠性。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以改變上限和/或下限。DC濾波器206濾波由PFC模塊204產(chǎn)生的DC電力。DC濾波器206最小化源自AC 電力向DC電力的轉(zhuǎn)換的、在DC電力中存在的紋波電壓。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，DC濾波器206 可以包括在PFC模塊204的正和負(fù)端子之間連接的一個或更多個串聯(lián)或并聯(lián)的濾波器電容器。在這樣的實(shí)現(xiàn)方式中，PFC模塊204的正和負(fù)端子可以直接地連接到逆變電源模塊208 的正和負(fù)端子。(參考圖^、4b和如更詳細(xì)所述的)逆變電源模塊208將由DC濾波器206濾波的DC電力轉(zhuǎn)換為向壓縮機(jī)電動機(jī)提供的AC電力。僅作為示例，逆變電源模塊208將DC電力轉(zhuǎn)換為三相AC電力，并且向壓縮機(jī)102的電動機(jī)的三個相應(yīng)的繞組提供AC電力的相。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，逆變電源模塊208可以將DC電力轉(zhuǎn)換為更多或更少的相的電力。DC-DC電源220也可以接收濾波的DC電力。DC-DC電源220將DC電力轉(zhuǎn)換為適合于各個部件和功能的一個或更多個DC電壓。僅作為示例，DC-DC電源220可以將DC電力的電壓降低到適合于對于數(shù)字邏輯加電的第一 DC電壓和適合于控制在PFC模塊204內(nèi)的開關(guān)的第二 DC電壓。僅作為示例，第二 DC電壓可以選擇性地被施加到開關(guān)的柵極端子。 在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以由另一個DC電源(未示出)提供DC電力，其例如是從電源230VAC 輸入經(jīng)由變壓器得出的DC電壓。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，第一 DC電壓可以是大約3. 3V，并且第二 DC電壓可以是大約15V。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，DC-DC電源220也可以產(chǎn)生第三DC電壓。僅作為示例，第三DC電壓可以是大約1.2V?？梢允褂谜{(diào)壓器來從第一 DC電壓得出第三DC電壓。僅作為示例，第三DC電壓可以用于核心數(shù)字邏輯，并且第一 DC電壓可以用于電動機(jī)控制模塊260和PFC 控制模塊250的輸入/輸出電路。PFC控制模塊250控制PFC模塊204，并且電動機(jī)控制模塊260控制逆變電源模塊 208。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，PFC控制模塊250控制在PFC模塊204內(nèi)的開關(guān)的切換，并且電動機(jī)控制模塊260控制在逆變電源模塊208內(nèi)的開關(guān)的切換?？梢詫FC模塊204實(shí)現(xiàn)為具有1、2、3或更多的相。監(jiān)督者控制模塊270可以經(jīng)由通信模塊272與系統(tǒng)控制器130進(jìn)行通信。通信模塊272可以包括輸入/輸出端口和其他適當(dāng)部件，用于作為在系統(tǒng)控制器130和監(jiān)督者控制模塊270之間的接口。通信模塊272可以實(shí)現(xiàn)有線和/或無線協(xié)議。監(jiān)督者控制模塊270向PFC控制模塊250和電動機(jī)控制模塊260提供各種命令。 例如，監(jiān)督者控制模塊270可以向電動機(jī)控制模塊260提供命令的速度。命令的速度對應(yīng)于壓縮機(jī)102的電動機(jī)的期望的旋轉(zhuǎn)速度。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，系統(tǒng)控制器130可以向監(jiān)督者控制模塊270提供命令的壓縮機(jī)速度。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，監(jiān)督者控制模塊270可以基于經(jīng)由通信模塊272提供的輸入和/或由各個傳感器測量的參數(shù)(即，傳感器輸入)來確定或調(diào)整命令的壓縮機(jī)速度。監(jiān)督者控制模塊270也可以基于來自PFC控制模塊250和/或電動機(jī)控制模塊260的反饋來調(diào)整命令的壓縮機(jī)速度。監(jiān)督者控制模塊270也可以向PFC控制模塊250和/或電動機(jī)控制模塊260提供其他命令。例如，基于命令的速度，監(jiān)督者控制模塊270可以命令PFC控制模塊250來產(chǎn)生命令總線電壓。監(jiān)督者控制模塊270可以基于另外的輸入——諸如逆變電源模塊208的操作參數(shù)和輸入AC線的測量的電壓——來調(diào)整命令總線電壓。監(jiān)督者控制模塊270可以診斷在驅(qū)動控制器132的各個系統(tǒng)中的故障。僅作為示例，監(jiān)督者控制模塊270可以從PFC控制模塊250和/或電動機(jī)控制模塊260接收故障信息。監(jiān)督者控制模塊270也可以經(jīng)由通信模塊272接收故障信息。監(jiān)督者控制模塊270可以管理在驅(qū)動控制器132和系統(tǒng)控制器130之間的故障的報告和清除。響應(yīng)于故障信息，監(jiān)督者控制模塊270可以指令PFC控制模塊250和/或電動機(jī)控制模塊260進(jìn)入故障模式。僅作為示例，在故障模式中，PFC控制模塊250可以暫停PFC 模塊204的開關(guān)的切換，而電動機(jī)控制模塊260可以暫停逆變電源模塊208的開關(guān)的切換。 另外，電動機(jī)控制模塊260可以直接地向PFC控制模塊250提供故障信息。以這種方式，PFC 控制模塊250可以響應(yīng)由電動機(jī)控制模塊260識別的故障，即使監(jiān)督者控制模塊270未正確地運(yùn)行，并且反之亦然。PFC控制模塊250可以使用脈寬調(diào)制(PWM)來控制在PFC模塊204中的開關(guān)。更具體地，PFC控制模塊250可以產(chǎn)生被施加到PFC模塊204的開關(guān)的PWM信號。PWM信號的占空比被改變以在PFC模塊204的開關(guān)中產(chǎn)生期望的電流?；谠跍y量的DC總線電壓和期望的DC總線電壓之間的誤差來計算期望電流。換句話說，計算期望電流以便實(shí)現(xiàn)期望的 DC總線電壓。期望的電流也可以基于實(shí)現(xiàn)期望的功率因數(shù)校正參數(shù)，諸如在PFC模塊204 中的電流波形的形狀。由PFC控制模塊250產(chǎn)生的PWM信號可以被稱為PFC PWM信號。
電動機(jī)控制模塊260可以使用PWM控制在逆變電源模塊208中的開關(guān)，以便實(shí)現(xiàn)命令的壓縮機(jī)速度。由電動機(jī)控制模塊260產(chǎn)生的PWM信號可以被稱為逆變器PWM信號。 逆變器PWM信號的占空比控制通過壓縮機(jī)102的電動機(jī)的繞組的電流(即，電動機(jī)電流)。 電動機(jī)電流控制電動機(jī)扭矩，并且電動機(jī)控制模塊260可以控制電動機(jī)扭矩來實(shí)現(xiàn)命令的壓縮機(jī)速度。除了共享故障信息之外，PFC控制模塊250和電動機(jī)控制模塊260也可以共享數(shù)據(jù)。僅作為示例，PFC控制模塊250可以從電動機(jī)控制模塊260接收數(shù)據(jù)，諸如負(fù)載、電動機(jī)電流、估計的電動機(jī)扭矩、逆變器溫度、逆變器PWM信號的占空比和其他適當(dāng)?shù)膮?shù)。PFC 控制模塊250也可以從電動機(jī)控制模塊沈0接收數(shù)據(jù)，諸如測量的DC總線電壓。電動機(jī)控制模塊260可以從PFC控制模塊250接收數(shù)據(jù)，諸如AC線電壓、通過PFC模塊204的電流、 估計的AC功率、PFC溫度、命令總線電壓和其他適當(dāng)?shù)膮?shù)。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以在集成電路(IC) 280上實(shí)現(xiàn)PFC控制模塊250、電動機(jī)控制模塊260和監(jiān)督者控制模塊270的一些或全部。僅作為示例，IC280可以包括數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、微處理器等。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以在1以80中包括另外的部件。另外，可以在IC280外部——例如在第二 IC中或在分立電路中——實(shí)現(xiàn)在圖2中的 α80內(nèi)示出的各個功能。僅作為示例，監(jiān)督者控制模塊270可以與電動機(jī)控制模塊260集成。圖3a是PFC模塊204的示例實(shí)現(xiàn)方式的示意圖。PFC模塊204經(jīng)由第一和第二 AC輸入端子302和304來接收AC電力。AC電力可以例如是由EMI濾波器202輸出的AC 電力。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，在第一和第二 AC輸入端子302和304處的信號可以都是相對于大地是時變的。PFC模塊204經(jīng)由正DC端子306和負(fù)DC端子308向DC濾波器206和逆變電源模塊208輸出DC電力。第一整流器二極管310的陽極連接到第二 AC輸入端子304，并且第一整流器二極管310的陰極連接到正DC端子306。第二整流器二極管312的陽極連接到負(fù)DC端子308， 并且第二整流器二極管312的陰極連接到第二 AC輸入端子304。整流器二極管310和312 的每一個可以被實(shí)現(xiàn)為一個或更多個單獨(dú)的串聯(lián)或并聯(lián)的二極管。開關(guān)塊320連接在正和負(fù)DC端子306和308之間。開關(guān)塊320包括第一 PFC支路330，第一 FPC支路330包括第一和第二開關(guān)332和334。開關(guān)332和334每一個包括第一端子、第二端子和控制端子。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，開關(guān)332和334的每一個可以被實(shí)現(xiàn)為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。在這樣的實(shí)現(xiàn)方式中，第一、第二和控制端子可以分別對應(yīng)于集電極、發(fā)射極和柵極端子。第一開關(guān)332的第一端子連接到正DC端子306。第一開關(guān)332的第二端子連接到第二開關(guān)334的第一端子。第二開關(guān)334的第二端子可以連接到負(fù)DC端子308。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，第二開關(guān)334的第二端子可以經(jīng)由分流電阻器380來連接到負(fù)DC端子308，以使得能夠測量流過第一 PFC支路330的電流。開關(guān)332和334的控制端子從PFC控制模塊250接收大體互補(bǔ)的PFCPWM信號。換句話說，向第一開關(guān)332提供的PFC PWM信號在極性上與向第二開關(guān)334提供的PFC PWM 信號相反。當(dāng)開關(guān)332和334之一的接通與開關(guān)332和334的另一個的關(guān)斷交迭時，短路電流可能流動。因此，開關(guān)332和334兩者可以在開關(guān)332和334的任何一個接通之前的空載時間期間關(guān)斷。因此，大體互補(bǔ)意味著兩個信號在它們的周期的大部分是相反的。然而，在轉(zhuǎn)換周圍，兩個信號可以在某個交迭時間段低或高。第一 PFC支路330也可以包括分別與開關(guān)332和334反并聯(lián)的第一和第二二極管 336和338。換句話說，第一二極管336的陽極連接到第一開關(guān)332的第二端子，并且，第一二極管336的陰極連接到第一開關(guān)332的第一端子。第二二極管338的陽極連接到第二開關(guān)334的第二端子，并且，第二二極管338的陰極連接到第二開關(guān)334的第一端子。開關(guān)塊320可以包括一個或更多個另外的PFC支路。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，開關(guān)塊 320可以包括一個另外的PFC支路。如圖3a中所示，開關(guān)塊320包括第二和第三PFC支路 350和360?？梢曰谛阅芎统杀緛磉x擇在開關(guān)塊320中包括的PFC支路的數(shù)量。僅作為示例，當(dāng)PFC支路的數(shù)量增加時，在PFC模塊204的DC輸出中的紋波(電壓和電流)的幅度可能降低。另外，當(dāng)PFC支路的數(shù)量增加時，在AC線電流中的紋波電流的數(shù)量可能降低。 然而，當(dāng)PFC支路的數(shù)量增加時，部件成本和實(shí)現(xiàn)方式復(fù)雜度可能增加。開關(guān)塊320的第二和第三PFC支路350和360可以類似于第一 PFC支路330。僅作為示例，第二和第三PFC支路350和360可以每一個包括開關(guān)332和334、二極管336和 338的相應(yīng)部件以及以與第一 PFC支路330相同方式連接的相應(yīng)的分流電阻器。向另外的PFC支路的開關(guān)提供的PFC PWM信號也可以在本質(zhì)上是互補(bǔ)的。向另外的PFC支路提供的PFC PWM信號可以彼此相移，并且相對于向第一 PFC支路330提供的 PFC PWM信號相移。僅作為示例，可以通過將360度(° )除以PFC支路的數(shù)量來確定PFC PWM信號的相移。例如，當(dāng)開關(guān)塊320包括三個PFC支路時，PFC PWM信號可以彼此相移 120° (或?qū)τ陔p相180°或?qū)τ谒南?0°等)。將PFC PWM信號相移可以消除在AC線電流以及DC輸出中的紋波。PFC模塊204包括第一電感器370。第一電感器370連接在第一 AC輸入端子302 和第一開關(guān)332的第二端子之間。另外的電感器可以將第一 AC輸入端子302連接到另外的PFC支路。僅作為示例，圖3a示出將第一 AC輸入端子302分別連接到第二和第三PFC 支路360和360的第二電感器372和第三電感器374?？梢栽诜至麟娮杵?80上測量電壓，以根據(jù)歐姆定律確定通過第一 PFC支路330 的電流。諸如運(yùn)算放大器的放大器(未示出)可以放大在分流電阻器380上的電壓?？梢詳?shù)字化、緩沖和/或?yàn)V波放大的電壓以確定通過第一 PFC支路330的電流?？梢允褂孟鄳?yīng)的分流電阻器來確定通過其他PFC支路的電流。作為補(bǔ)充或替代，電阻器382可以與負(fù)DC端子308串聯(lián)，如圖北中所示。通過電阻器382的電流因此可以指示從PFC模塊204輸出的總的電流。可以基于通過PFC支路 330,350和360的電流的已知相位定時的總電流來推斷通過PFC支路330、350和360的每一個的電流?？梢允褂糜糜跍y量或感測通過PFC支路330、350和360的任何一個或全部的電流的任何方法。例如，在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以使用電流傳感器387(如圖3c中所示)來測量通過第一 PFC支路330的電流。僅作為示例，可以與第一電感器370串聯(lián)地實(shí)現(xiàn)電流傳感器387。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，電流傳感器387可以包括霍爾效應(yīng)傳感器，其基于在第一電感器370周圍的磁通來測量通過第一 PFC支路330的電流。也可以分別使用相關(guān)聯(lián)的電流傳感器388和389來測量通過PFC支路350和360的電流。
PFC模塊204也可以包括第一和第二旁路二極管390和392。第一旁路二極管390 的陽極連接到第一 AC輸入端子302，并且第一旁路二極管390的陰極連接到正DC端子306。 第二旁路二極管392的陽極連接到負(fù)DC端子308，并且第二旁路二極管392的陰極連接到第一 AC輸入端子302。旁路二極管390和392可以是功率二極管，該功率二極管可以被設(shè)計來在低頻下運(yùn)行，該低頻例如是小于大約IOOHz或大約200Hz的頻率。旁路二極管390和392的電阻可以小于電感器370、372和374的電阻。因此，當(dāng)在開關(guān)塊320中的開關(guān)332和334未接通時，電流可以流過旁路二極管390和392，而不是二極管336和338。當(dāng)PFC模塊204運(yùn)行以產(chǎn)生升高的DC電壓時，該升高的DC電壓將大于在AC線上的峰值電壓。旁路二極管390和392因此不被前向偏置，并且仍然保持不活動。旁路二極管390和392可以提供雷擊保護(hù)和功率突增保護(hù)。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以使用在單個封裝中的整流二極管310和312來實(shí)現(xiàn)旁路二極管390和392。僅作為示例，可以將Vishay型號^MT或36MT或國際整流器型號^MB 或36MB用作旁路二極管390和392與整流二極管310和312。整流二極管310和312承載電流，而不論P(yáng)FC模塊204是否產(chǎn)生升高的DC電壓。因此，在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以將整流二極管310和312的每一個實(shí)現(xiàn)為并聯(lián)的兩個物理二極管。電流傳感器可以用于測量與電感器370、372和374串聯(lián)的PFC相電流?，F(xiàn)在參照圖4a，呈現(xiàn)了電動機(jī)400和逆變電源模塊208的示例實(shí)現(xiàn)方式的簡化示意圖。電動機(jī)400是圖2的壓縮機(jī)102的部件。然而，圖的原理可以適用于其他電動機(jī)，包括冷凝器104的電動機(jī)。逆變電源模塊208包括開關(guān)塊402。在各個實(shí)現(xiàn)方式中， 可以使用類似的零件實(shí)現(xiàn)開關(guān)塊402和PFC模塊204的開關(guān)塊320。僅作為示例，在圖如中，第一逆變器支路410包括第一和第二開關(guān)420和422與第一和第二二極管似4和426， 它們與圖3a的開關(guān)332和334與二極管336和338類似地布置。開關(guān)塊402經(jīng)由正DC端子404和負(fù)DC端子406來從DC濾波器206接收濾波的 DC電壓。第一開關(guān)420的第一端子可以連接到正DC端子404，而第二開關(guān)422的第二端子可以連接到負(fù)DC端子406。開關(guān)420和422的控制端子從電動機(jī)控制模塊260接收大體互補(bǔ)的逆變器PWM信號。開關(guān)塊402可以包括一個或更多個另外的逆變器支路。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，開關(guān)塊402可以包括用于電動機(jī)400的每一個相或繞組的一個逆變器支路。僅作為示例，開關(guān)塊 402可以包括第二和第三逆變器支路430和440，如圖乜中所示。逆變器支路410、430和 440可以分別向電動機(jī)400的繞組450、452和妨4提供電流。繞組妨4、452和450可以分別被稱為繞組a、b和C。向繞組妨4、452和450施加的電壓可以分別被稱為Na、Vb和Vc。 通過繞組妨4、452和450的電流可以分別被稱為la、Ib和Ic。僅作為示例，繞組450、452和妨4的第一端子可以連接到公共節(jié)點(diǎn)。繞組450、452 和妨4的第二端子可以分別連接到逆變器支路410、430和440的第一開關(guān)420的第二端子。逆變電源模塊208也可以包括與第一逆變器支路410相關(guān)聯(lián)的分流電阻器460。 分流電阻器460可以連接在第二開關(guān)422的第二端子和負(fù)DC端子406之間。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，相應(yīng)的分流電阻器可以位于逆變器支路430和440的每一個與負(fù)DC端子406之間。 僅作為示例，可以基于在第一逆變器支路410的分流電阻器460上的電壓來確定通過電動機(jī)400的第一繞組450的電流。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以省略逆變器支路410、430或440 之一的分流電阻器。在這樣的實(shí)現(xiàn)方式中，可以基于剩余的分流電阻器的測量來推斷電流。作為補(bǔ)充或替代，電阻器462可以與負(fù)DC端子406串聯(lián)，如圖4b中所示。因此，通過電阻器462的電流可以指示由逆變電源模塊208消耗的總電流?？梢曰谕ㄟ^逆變器支路410、430和440的電流的已知相位定時來從總電流推斷通過逆變器支路410、430和440 的每一個的電流?？梢栽?007年3月20日授權(quán)的、共同轉(zhuǎn)讓的美國專利No. 7，193，388中找到確定在逆變器中的電流的進(jìn)一步討論，該文通過引用被整體包含在此?？梢允褂糜糜跍y量或感測通過逆變器支路410、430和440的任何一個或全部的電流的任何方法。例如，在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以使用(在圖4c中所示的)電流傳感器487 來測量通過第一逆變器支路410的電流。僅作為示例，可以在第一逆變器支路410和第一繞組450之間實(shí)現(xiàn)電流傳感器487。也可以分別使用相關(guān)聯(lián)的電流傳感器488和489來測量流過逆變器支路430和440的電流。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，電流傳感器可以與逆變器支路 410,430和440的兩個相關(guān)聯(lián)?？梢曰谠陔妱訖C(jī)繞組中的電流的和為0的假設(shè)來確定通過逆變器支路410、430和440的另一個的電流?，F(xiàn)在參照圖5，示出PFC控制模塊250的示例實(shí)現(xiàn)方式的功能框圖。PFC控制模塊 250接收可以來自圖2的監(jiān)督者控制模塊270的命令總線電壓。飽和模塊504可以向命令總線電壓施加限制。在此使用的飽和模塊可以選擇性地強(qiáng)制下限、上限、上限和下限或不強(qiáng)制任何限制?？梢灶A(yù)定上限和下限，并且/或者可以基于各種因素來更新上限和下限。僅作為示例，如果正在強(qiáng)制上限，則當(dāng)命令總線電壓大于上限時，飽和模塊504將命令總線電壓限制為上限。類似地，如果正在強(qiáng)制下限，則當(dāng)命令總線電壓小于下限時，飽和模塊504將命令總線電壓限制為下限。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以基于電路部件的推薦的操作參數(shù)來設(shè)置上限。僅作為示例，可以基于在DC濾波器206中的電容器的期望的使用期限預(yù)期來設(shè)置上限。僅作為示例， 上限可以是410V。上限可以被降低以提高PFC控制模塊250的預(yù)期工作期限。然而，降低上限可能限制電動機(jī)400在高負(fù)載下可以獲得的速度。速率限制器模塊508接收被飽和模塊504限制的命令總線電壓。速率限制器模塊508限制被限制的命令總線電壓的改變速率，并且輸出期望的總線電壓。所施加的速率限制減少了在期望的總線電壓中的快速改變，該快速改變否則可能引起在電流上的快速改變。在電流上的快速改變可能引起輸入的AC線下垂，并且也可以引起振蕩和其他控制不穩(wěn)定。PFC使能模塊512從圖2的監(jiān)督者控制模塊270接收使能請求，并且基于該使能請求來產(chǎn)生同步使能信號。同步使能信號可以與AC線的過零同步。同步使能信號可以與AC 線的過零同步，以便最小化當(dāng)使能PFC控制模塊250時在電流上的突然跳躍。該電流跳躍可能導(dǎo)致控制不穩(wěn)定，并且可能向AC線引入失真，諸如陷波。因?yàn)锳C線可能有噪聲，使得難以在真實(shí)的過零和噪聲之間區(qū)分，所以可以使用參考信號來確定過零。通過參考產(chǎn)生模塊520來產(chǎn)生參考信號。參考產(chǎn)生模塊520接收AC 信號，并且產(chǎn)生被鎖定到AC信號的相位和頻率而沒有AC信號的噪聲和其他失真的正弦參考信號。進(jìn)入PFC控制模塊250的AC信號可以是實(shí)際AC線的隔離的、縮小的和數(shù)字化的版本。
在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以在離散的時間產(chǎn)生正弦參考信號，通過求取其自變量是從AC線確定的相位和頻率的、諸如正弦或余弦的正弦函數(shù)來產(chǎn)生在參考信號上的每一個點(diǎn)?？梢栽诿恳粋€時間步長重新計算相位和頻率，并且因此，結(jié)果產(chǎn)生的正弦參考信號可以不是純正弦波。相反，相移和頻率可以在周期的過程上改變。相位和頻率可以都被例如速率限制器低通濾波，使得在相位或頻率上沒有突變。參考產(chǎn)生模塊520輸出至少包括正弦參考信號的參考數(shù)據(jù)。參考數(shù)據(jù)也可以包括參考信號的頻率、參考信號的周期、參考信號的時變角度和/或參考信號的時變導(dǎo)數(shù)(或梯度)?？梢酝ㄟ^將參考信號求微分來產(chǎn)生梯度。替代地，可以使用其自變量是確定的相位和頻率的余弦函數(shù)來產(chǎn)生梯度?？梢砸岳缤ㄟ^使用三角恒等式的其他方式來產(chǎn)生梯度。例如，可以使用其自變量是確定的頻率和90度加確定的相位的正弦函數(shù)來產(chǎn)生梯度。參考數(shù)據(jù)也可以包括梯度和/或參考信號的縮放版本。縮放因子可以基于AC線的峰值電壓。因?yàn)橹苯拥販y量峰值電壓可能受到在AC線上的噪聲的影響，可以替代地通過將(較少受到噪聲的影響的)平均電壓乘以Pi/2來確定峰值電壓。在此使用的平均電壓指的是平均絕對電壓，因?yàn)樵诓粦?yīng)用絕對值函數(shù)的情況下，以零為中心的正弦曲線的平均值將是0。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，參考信號可以是在-1和1之間改變的單位信號。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，角度也可以在對應(yīng)于在弧度上的-η和η的-1和1之間改變。雖然周期和頻率是簡單的倒數(shù)，但是它們都可以被提供，以避免必須隨后執(zhí)行另一個計算量大的相除以從一個得出另一個?？梢允褂妙l率來確定在AC線的單個循環(huán)上的平均值。取代將值求和并且除以周期，可以將求和的值乘以頻率，這在數(shù)學(xué)上等同，但是不太計算量大。在啟動時，PFC使能模塊512輸出在無效狀態(tài)中的同步使能信號。在PFC使能模塊512從監(jiān)督者控制模塊270接收使能請求后，PFC使能模塊512等待參考數(shù)據(jù)指示AC線在過零。PFC使能模塊512可以然后將同步使能信號設(shè)置為有效狀態(tài)。在各個實(shí)現(xiàn)方式中， PFC使能模塊512可以僅在上升的過零或僅在下降的過零處將同步使能信號改變?yōu)橛行顟B(tài)。當(dāng)同步使能信號從無效狀態(tài)向有效狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，速率限制器模塊508可以初始將測量的總線電壓輸出為期望的總線電壓。隨后，速率限制器模塊508可以將期望的總線電壓以斜坡變化為由飽和模塊504限制的命令總線電壓。通過速率限制器模塊508施加的速率限制來確定斜坡的斜率。雖然被描述為施加線性速率限制，但是可以使用諸如低通濾波器的任何適當(dāng)?shù)奶娲穪韺?shí)現(xiàn)速率限制器模塊508。PFC使能模塊512可以接收關(guān)于圖2的電動機(jī)控制模塊260的操作的信息。僅作為示例，電動機(jī)控制模塊260可以向PFC使能模塊512提供逆變器操作信號。當(dāng)逆變器操作信號指示逆變電源模塊208未運(yùn)行時，PFC使能模塊512可以將同步使能信號設(shè)置為無效狀態(tài)。在正常操作下，當(dāng)逆變電源模塊208未運(yùn)行時，監(jiān)督者控制模塊270將使能請求設(shè)置為無效狀態(tài)。然而，為了防止監(jiān)督者控制模塊270的誤操作，PFC使能模塊512可以本身監(jiān)控逆變器操作信號。直接地監(jiān)控逆變器操作信號可以允許對于逆變電源模塊208的停止的更快響應(yīng)。PFC使能模塊512也輸出立即使能信號，PWM驅(qū)動模塊530接收這個立即使能信號。當(dāng)立即使能信號在有效狀態(tài)中時，PWM驅(qū)動模塊530向圖2的PFC模塊204的開關(guān)輸
15出PWM信號。當(dāng)立即使能信號在無效狀態(tài)中時，PWM驅(qū)動模塊530暫停輸出PFC PWM信號。 在同步使能信號在無效狀態(tài)中的任何時間，該立即使能信號被設(shè)置為無效狀態(tài)。可以存在其間同步使能信號在無效狀態(tài)中并且立即使能信號在無效狀態(tài)中的時間。這允許暫時停止PFC控制模塊250。僅作為示例，當(dāng)請求的PWM占空比在可接受的范圍之外時，PFC使能模塊512可以將立即使能信號設(shè)置為無效狀態(tài)。作為補(bǔ)充或替代，當(dāng)請求負(fù)電流需求時，PFC使能模塊512可以將立即使能信號設(shè)置為無效狀態(tài)，如下所述。而且，當(dāng)來自參考產(chǎn)生模塊520的參考信號與AC信號相當(dāng)大地不同時，PFC使能模塊512可以將立即使能信號設(shè)置為無效狀態(tài)。在這些情況下的每一個中，立即使能信號當(dāng)該條件存在時，可以被設(shè)置為無效狀態(tài)，并且一旦該條件不再存在則被重置到有效狀態(tài)。 在該條件結(jié)束后或當(dāng)滿足一個或更多個另外的條件時，諸如在預(yù)定時間長度后或當(dāng)滿足更多的嚴(yán)格誤差閾值時，可以將立即使能信號立即設(shè)置到有效狀態(tài)。電壓控制模塊540從速率限制器模塊508接收期望的總線電壓，并且接收測量的總線電壓。電壓控制模塊540執(zhí)行誤差控制算法來最小化在期望的總線電壓和測量的總線電壓之間的差。電壓控制模塊540基于該誤差來產(chǎn)生控制值。控制值用于確定穩(wěn)態(tài)電流需求。這個穩(wěn)態(tài)電流需求被基于參考信號轉(zhuǎn)換為正弦電流。這個瞬時電流被稱為無偏移期望瞬時電流。求和模塊546將來自DC偏移模塊550的DC校正因數(shù)加到無偏移期望瞬時電流， 以產(chǎn)生期望的瞬時電流。DC偏移模塊550接收用于PFC模塊204的每一個相位的測量電流值。雖然在此僅為了說明的目的而描述了三相PFC模塊，但是本公開的原理適用于具有1、 2或更多相的PFC模塊。DC偏移模塊550 —起平均在AC信號的一個循環(huán)(一個周期)上的三個相電流，以確定從AC信號正在拉出的DC電流的數(shù)量。DC偏移模塊550產(chǎn)生DC校正因數(shù)，以便將計算的DC電流的數(shù)量減少為0。DC偏移模塊550可以接收同步使能信號，該同步使能信號當(dāng)使能PFC控制模塊250時重置DC偏移模塊550的操作。電流控制模塊560接收來自求和模塊546的期望瞬時電流和第一相電流。電流控制模塊560執(zhí)行誤差控制算法，以最小化在第一相電流和期望的瞬時電流之間的差。通過PFC模塊204的給定相的電流可以源自在與那個相對應(yīng)的電感器上產(chǎn)生的電壓。電流控制模塊560因此產(chǎn)生期望的瞬時電壓，以便向期望的瞬時電流調(diào)整第一相電流。 當(dāng)立即使能信號在無效狀態(tài)中時或當(dāng)立即使能信號從無效狀態(tài)向有效狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，電流控制模塊560可以重置其誤差控制算法。占空比轉(zhuǎn)換模塊570接收期望的瞬時電壓。占空比轉(zhuǎn)換模塊570產(chǎn)生PWM占空比，該P(yáng)WM占空比被計算來產(chǎn)生被施加到在PFC模塊204的第一相中的開關(guān)時的期望瞬時電壓。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，占空比轉(zhuǎn)換模塊570可以對于PFC模塊204的每一個相產(chǎn)生不同的期望瞬時占空比。通過當(dāng)前DC總線電壓和AC信號的當(dāng)前電壓來建立在向開關(guān)施加的占空比和在對應(yīng)的電感器上出現(xiàn)的電壓之間的關(guān)系。因此，在給定測量的總線電壓和AC信號的當(dāng)前電壓的情況下，占空比轉(zhuǎn)換模塊570可以確定將產(chǎn)生期望的瞬時電壓的期望的瞬時占空比。然而，在PFC控制模塊250中存在的延遲可能使得期望的瞬時占空比不正確。例如，在向PFC模塊204施加期望的瞬時占空比的時間之前，AC信號的值可能已經(jīng)改變。另夕卜，在測量AC信號的時間和當(dāng)測量值被處理時的時間之間可能存在延遲?？梢员辉黾觼碛糜诳刂品€(wěn)定性的濾波器可能引入另外的延遲。為了校正這些延遲，占空比轉(zhuǎn)換模塊570可以不基于AC信號的當(dāng)前值而是基于AC 信號的預(yù)測未來值來產(chǎn)生期望的瞬時占空比。延遲補(bǔ)償模塊580可以向占空比轉(zhuǎn)換模塊 570輸出AC信號的預(yù)測版本。PFC模塊204的三個相可以被在三相系統(tǒng)中的彼此相位相差120度的PFC PWM信號驅(qū)動。在兩相系統(tǒng)中，PFC模塊204的兩個相可以被彼此相位相差180度的PFC PWM信號驅(qū)動。從當(dāng)請求在PWM占空比上的改變時直到在到達(dá)PFC模塊204的開關(guān)的PFC PWM信號中反映出該改變的延遲可以對于PFC模塊204的每一個相不同。結(jié)果，延遲補(bǔ)償模塊580可以提供AC信號的不同版本，每一個版本提前略微不同的數(shù)量，該略微不同的數(shù)量考慮了在PFC PWM信號之間的相差。延遲補(bǔ)償模塊580可以基于AC信號的預(yù)設(shè)值和其當(dāng)前的斜率或梯度來預(yù)測AC信號的未來值。因?yàn)锳C信號可能有噪聲，所以瞬時導(dǎo)數(shù)可能不提供AC信號的未來值的精確的預(yù)測。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，諸如移動平均或低通濾波器的濾波器可以被應(yīng)用到AC信號。在各個其他實(shí)現(xiàn)方式中，來自參考產(chǎn)生模塊520的參考信號的導(dǎo)數(shù)或梯度可以被用作AC信號的斜率的更穩(wěn)定的表示。因?yàn)閰⒖夹盘柋绘i相到AC信號，所以這應(yīng)當(dāng)是足夠的估計。然后， 延遲補(bǔ)償模塊580通過沿著參考信號的當(dāng)前斜率從AC信號的當(dāng)前值推算來預(yù)測AC信號的未來值。電流平衡模塊590可以減少在PFC模塊204的相中的電流之間的差。被稱為相A 的相之一可以被選擇為參考相。剩余的相因此被稱為次要相。在三相PFC模塊中，剩余的兩相被稱為相B和相C。電流平衡模塊590使用在相A中的電流來作為參考，并且試圖控制相B和相C電流來匹配相A電流。可以基于在AC信號的單個循環(huán)上的統(tǒng)計測量來比較相電流。例如，統(tǒng)計測量可以是峰值、均方值、均方根值或平均絕對值。為了調(diào)整相位B和C的電流，電流平衡模塊590對于相B和C的每一個向延遲補(bǔ)償模塊580提供提前量調(diào)整信號。延遲補(bǔ)償模塊580接收這兩個提前量調(diào)整信號，并且分別調(diào)整對于相B和C提供的AC信號的提前量的數(shù)量。因此，電流平衡模塊590可以通過改變由占空比轉(zhuǎn)換模塊570使用的AC信號的提前量的數(shù)量來調(diào)整在相B和C中的電流的相對數(shù)量，以計算期望的瞬時占空比。電流平衡模塊590可以試圖實(shí)現(xiàn)在三相的測量電流之間的零差。當(dāng)同步使能信號從無效狀態(tài)向有效狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，電流平衡模塊590可以重置提前量調(diào)整信號。PWM驅(qū)動模塊530接收其中每一個對應(yīng)于三相之一的瞬時占空比，并且對于每一個相產(chǎn)生互補(bǔ)的開關(guān)控制信號。因此，對于具有三相的諸如在圖5中所示的系統(tǒng)，將產(chǎn)生6 個開關(guān)控制信號?，F(xiàn)在參照圖6，示出PWM驅(qū)動模塊530的示例實(shí)現(xiàn)方式的功能框圖。PWM驅(qū)動模塊 530包括第一、第二和第三PWM模塊604,608和612。PWM模塊604,608和612接收立即使能信號，并且當(dāng)立即使能信號在無效狀態(tài)中時禁止它們的輸出。當(dāng)立即使能信號在有效狀態(tài)中時，PWM模塊604、608和612輸出具有分別由期望的瞬時占空比A、B和C指定的占空比的脈寬調(diào)制信號。因?yàn)镻FC模塊204的每一個相包括互補(bǔ)開關(guān)，所以分別通過逆變器6對、6觀和632來產(chǎn)生PWM模塊604、608和612的輸出的互補(bǔ)版本。如果使用嚴(yán)格互補(bǔ)的控制信號來控制在給定的PFC相中的互補(bǔ)開關(guān)，則在關(guān)斷的一個開關(guān)和接通的另一個開關(guān)之間可能有一些交迭。當(dāng)兩個開關(guān)都接通時，不期望的短路電流可能流動。因此，空載時間調(diào)整模塊640相對于一個信號的關(guān)斷時間偏移另一個控制信號的接通時間。僅作為示例，空載時間調(diào)整模塊640可以略微提前離開(有效至無效)控制信號， 并且略微延遲到來(無效至有效)控制信號。以這種方式，避免了在互補(bǔ)開關(guān)的導(dǎo)通時間之間的任何交迭?？蛰d時間調(diào)整模塊640的輸出被提供到PFC模塊204的開關(guān)。參照圖7，示出電壓控制模塊540的示例實(shí)現(xiàn)方式的功能框圖。電壓控制模塊MO 包括誤差控制模塊710，其接收來自速率限制器模塊508的期望的總線電壓和測量的總線電壓。誤差控制模塊710產(chǎn)生控制值，該控制值被計算來最小化在期望的總線電壓和測量的總線電壓之間的差?？刂浦悼梢员伙柡湍K720調(diào)整。飽和模塊720的輸出被電流轉(zhuǎn)換模塊730接收，電流轉(zhuǎn)換模塊730將控制值轉(zhuǎn)換為電流需求。為了線性化電流需求，電流轉(zhuǎn)換模塊730可以將控制值除以AC信號的測量參數(shù)。 僅作為示例，測量的參數(shù)可以是AC信號的絕對值的平均值或AC信號的均方根值。因此，當(dāng)測量的參數(shù)增大時，電流需求減少。結(jié)果，電流轉(zhuǎn)換模塊730當(dāng)AC信號較小時自動地應(yīng)用與對于提高的電流的需要對應(yīng)的適當(dāng)?shù)男Ｕ?。更新限制模塊740可以限制在來自電流轉(zhuǎn)換模塊730的電流需求上的改變以與AC 信號的參考點(diǎn)保持一致。例如，更新限制模塊740可以將在電流需求上的改變限制為僅出現(xiàn)在AC信號的上升的過零或下降的過零處——即，每一個循環(huán)一次。通過將更新速率限制為每一個循環(huán)一次，PFC控制模塊250在每個AC循環(huán)上均勻地控制PFC模塊204。貫穿AC 循環(huán)的均勻控制趨向于引起從AC線的正和負(fù)部分拉出對稱的功率，由此避免電流和功率不平衡。電流或功率不平衡可能導(dǎo)致從AC線拉出DC電流。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，更新限制模塊740可以將在電流需求上的改變限制為在AC信號的任何一個過零處出現(xiàn)——即，每半個循環(huán)一次。作為另一個替代，更新限制模塊740可以將在電流需求上的改變限制為AC信號的其他遞增，諸如每四分之一循環(huán)一次。僅作為示例，更新限制模塊740可以在諸如每一個循環(huán)一次的更限制的更新速率下運(yùn)行，并且然后適于更快的更新速率，諸如每四分之一循環(huán)一次?？梢曰谪?fù)載來執(zhí)行這種適應(yīng)。僅作為示例，在負(fù)載上的大改變可以使得更新限制模塊740提高更新速率。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以基于從圖2的電動機(jī)控制模塊260接收的值來計算負(fù)載， 或者，可以從電動機(jī)控制模塊260直接地接收負(fù)載本身的值。僅作為示例，可以從DC總線電壓中的改變推斷負(fù)載——在DC總線電壓上的迅速改變可能是在負(fù)載上的大改變的結(jié)果。 更快的更新速率允許PFC控制模塊250迅速地響應(yīng)在負(fù)載上的大改變，這可能比避免從AC 線拉出不平衡的DC電流更重要。一旦大改變已經(jīng)通過，則更新限制模塊740可以降低更新速率。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以省略更新限制模塊740，或者可以將更新限制模塊740替換為或補(bǔ)充諸如低通濾波器的濾波器。更新限制模塊740可以使用來自參考產(chǎn)生模塊520
18的參考信號來確定AC信號的每一個循環(huán)或每一個半循環(huán)何時出現(xiàn)。更新限制模塊740的輸出被稱為電流需求信號。該電流需求信號可以是負(fù)的，其指示PFC模塊204正在提供比用于保持期望的總線電壓所需更多的電流。因?yàn)椴荒軐?shí)現(xiàn)負(fù)電流需求，所以負(fù)電流需求的繼續(xù)存在將導(dǎo)致DC總線電壓上升，并且可能最終導(dǎo)致過電壓切斷條件。飽和模塊750接收負(fù)電流需求，飽和模塊750可以施加0下限。然而，這未校正由負(fù)電流需求表示的潛在問題——即，由PFC模塊204提供太多的電流。因此，PFC使能模塊 512可以當(dāng)電流需求信號是0或負(fù)值時，將立即使能信號設(shè)置為無效狀態(tài)。這停止了 PFC模塊204繼續(xù)提供過量電流。相乘模塊760將飽和模塊750的輸出與參考信號相乘，以建立瞬時電流。因?yàn)閰⒖夹盘柺钦业?，所以相乘模塊760的輸出也是正弦的。因?yàn)殡S后施加偏移，所以相乘模塊 760的輸出被稱為無偏移期望瞬時電流。返回誤差控制模塊710，相減模塊770從期望的總線電壓減去測量的總線電壓，以確定DC電壓誤差。比例模塊774將DC電壓誤差乘以比例常數(shù)。積分器模塊778將DC電壓誤差與積分器模塊778的前一個輸出組合。積分器模塊778可以首先將DC電壓誤差乘以積分常數(shù)。積分器模塊778可以向其輸出施加上限和/或下限。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，由積分器模塊778和飽和模塊720施加的限制可以基于諸如平均絕對值的AC信號的值來改變。積分器模塊778可以當(dāng)同步使能信號轉(zhuǎn)換到無效狀態(tài)或轉(zhuǎn)換回有效狀態(tài)時將其輸出復(fù)位為0。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，積分器模塊778也可以當(dāng)立即使能信號轉(zhuǎn)換到無效狀態(tài)或轉(zhuǎn)換回有效狀態(tài)時將其輸出復(fù)位為0。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以將比例常數(shù)和/或積分器常數(shù)設(shè)置為0，以去除比例模塊774或積分器模塊778的對應(yīng)的影響。求和模塊786將比例模塊774的輸出加到積分器模塊778的輸出。來自求和模塊 786的和被作為控制值從誤差控制模塊710輸出。雖然為了說明的目的而將誤差控制模塊 710示出為比例積分控制器，但是可以以諸如使用非線性控制器的各種其他形式來實(shí)現(xiàn)在本公開中的誤差控制模塊(包括誤差控制模塊710)。僅作為示例，誤差控制模塊可以包括前向反饋分量，該前向反饋分量可以與反饋分量相加以產(chǎn)生控制值?，F(xiàn)在參照圖8，示出電流控制模塊560的示例實(shí)現(xiàn)方式的功能框圖。電流控制模塊 560包括第一和第二絕對值模塊810和812。第一絕對值模塊810從圖5的求和模塊M6 接收期望的瞬時電流，并且輸出其絕對值。第二絕對值模塊812接收PFC相之一的電流，并且輸出其絕對值。在三相PFC系統(tǒng)中，如在此所述，可以使用A相的電流，而在兩相PFC系統(tǒng)中，可以使用B相的電流。誤差控制模塊820輸出電壓值，該電壓值被計算來最小化在期望的瞬時電流的絕對值和A相電流的絕對值之間的誤差。飽和模塊830處理電壓值，然后陷波濾波器模塊840 處理電壓值。陷波濾波器模塊840向飽和模塊830的輸出施加陷波濾波器，以產(chǎn)生期望的瞬時電壓。陷波濾波器模塊840可以減少貫穿控制系統(tǒng)的由延遲的反饋產(chǎn)生的振蕩。僅作為示例，可以與參考圖10下述的陷波濾波器模塊類似地實(shí)現(xiàn)陷波濾波器模塊840。誤差控制模塊820包括相減模塊850、比例模塊854、積分器模塊858以及求和模塊866，它們可以與圖7的相減模塊770、比例模塊774、積分器模塊778以及求和模塊786類似地運(yùn)行。來自求和模塊866的和被從誤差控制模塊820作為電壓值輸出。積分器模塊 858可以當(dāng)立即使能信號轉(zhuǎn)換到無效狀態(tài)或轉(zhuǎn)換回有效狀態(tài)時將其輸出復(fù)位為0。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，積分器模塊858也可以當(dāng)同步使能信號轉(zhuǎn)換到無效狀態(tài)或轉(zhuǎn)換回有效狀態(tài)時將其輸出復(fù)位為0?，F(xiàn)在參照圖9，示出占空比轉(zhuǎn)換模塊570的示例實(shí)現(xiàn)方式的功能框圖。第一、第二和第三轉(zhuǎn)換模塊920-1、920-2和920-3 (統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)換模塊920)從電流控制模塊560接收期望的瞬時電壓，并且也接收測量的總線電壓。另外，轉(zhuǎn)換模塊920分別從延遲補(bǔ)償模塊580 接收補(bǔ)償?shù)腁C信號A、B和C。補(bǔ)償?shù)腁C信號的每一個對應(yīng)于PFC模塊204的相的不同的一個。轉(zhuǎn)換模塊920 的每一個基于期望的瞬時電壓來輸出占空比。然而，因?yàn)檠a(bǔ)償?shù)腁C信號A、B和C可以被延遲補(bǔ)償模塊580在時間上移位，所以占空比值可能不同。轉(zhuǎn)換模塊920可以每一個基于表達(dá)式(Vdesired-(| ViJ-VDC)/Vdc來計算占空比。在這個表達(dá)式中，Vdesiral是期望的瞬時電壓，VA。是補(bǔ)償?shù)腁C信號的值，并且VD。是測量的總線電壓。當(dāng)在Vdc上的變化是比Vac的數(shù)量級小的數(shù)量級時，預(yù)測Vdc的未來值的益處可以忽略。 因此，在各個實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)\c是預(yù)測的補(bǔ)償值時，Vdc僅是當(dāng)前測量的總線電壓。轉(zhuǎn)換模塊920的輸出分別被飽和模塊930-1、930_2和930_3 (統(tǒng)稱為飽和模塊 930)接收。飽和模塊930可以對于占空比施加下限，以便保證可以獲得精確的電流讀數(shù)。 例如，參照3a，其中，低占空比可能導(dǎo)致具有不足電流的分流電阻器380產(chǎn)生精確的電流讀數(shù)。當(dāng)向(與電流感測電阻器接近的)下方開關(guān)施加的占空比太低時，測量通過電流感測電阻器的電流可能不夠精確。例如，當(dāng)電流流過PFC支路的給定的一個的下方開關(guān)達(dá)到至少最小的時間段時，能夠測量通過該給定的PFC支路的電流。這個最小的時間段對應(yīng)最小占空比。僅作為示例，該最小占空比可以大約是5%。另外，飽和模塊930可以施加對應(yīng)的上限，諸如95%。翻轉(zhuǎn)模塊940-1、940-2和940-3 (統(tǒng)稱為翻轉(zhuǎn)模塊940)分別接收來自飽和模塊 930的輸出。因?yàn)镻FC開關(guān)以互補(bǔ)的方式運(yùn)行，所以當(dāng)逆變器支路的下方開關(guān)以例如20% 的占空比在運(yùn)行時，在同一支路中的上方開關(guān)以80%的占空比運(yùn)行。然而，當(dāng)AC線過零時， 來自AC線的電流開始在相反方向上流動，并且頂部和底部開關(guān)的角色反轉(zhuǎn)。一旦AC線過零，則下方開關(guān)仍然以20%的占空比運(yùn)行，但是有效地作為上方開關(guān)。同時，上方開關(guān)仍然以80%的占空比運(yùn)行，但是有效地作為下方開關(guān)。結(jié)果，當(dāng)AC線過零時，PFC支路的有效占空比從80%轉(zhuǎn)換為20%。為了抵制這種反轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)模塊940在AC線的每一個過零處或開始翻轉(zhuǎn)或停止翻轉(zhuǎn)占空比。然而，翻轉(zhuǎn)占空比是大的不連續(xù)的改變。如果該改變不與實(shí)際過零一致，則可能引發(fā)大的電流波動。因?yàn)樽R別過零的時間可能困難，所以否則由翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致的在占空比上的大的不連續(xù)階梯可以取代被實(shí)現(xiàn)為斜坡。斜坡防止在錯誤的時間產(chǎn)生大的不連續(xù)階梯，并且在估計的過零時間附近擴(kuò)展誤差。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，速率限制模塊950-1、950_2和950-3(統(tǒng)稱為速率限制模塊 950)分別向翻轉(zhuǎn)模塊940的輸出施加斜坡(例如，速率限制)。速率限制模塊950的輸出分別是期望的瞬時占空比A、B和C，它們被提供到PWM驅(qū)動模塊530。
如果翻轉(zhuǎn)模塊940在估計的過零處精確地翻轉(zhuǎn)，則速率限制模塊950僅在過零后將占空比信號以斜坡改變?yōu)樗鼈兊男轮?。相反，在過零前執(zhí)行斜坡的一半而在過零后留下斜坡的僅一半在AC線上更對稱地分布誤差。另外，較早地開始斜坡減少了如果AC線在預(yù)測的過零時間之前過零則出現(xiàn)的誤差。翻轉(zhuǎn)模塊940基于來自延遲補(bǔ)償模塊580的翻轉(zhuǎn)信號來執(zhí)行翻轉(zhuǎn)。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，延遲補(bǔ)償模塊580在每一個指令的翻轉(zhuǎn)時反轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)信號的極性。換句話說，當(dāng)翻轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換到第一狀態(tài)時，翻轉(zhuǎn)模塊940開始反轉(zhuǎn)，并且當(dāng)翻轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)時，翻轉(zhuǎn)模塊940停止反轉(zhuǎn)。為了較早地開始斜坡，延遲補(bǔ)償模塊580將翻轉(zhuǎn)信號的時刻相對于估計的過零出現(xiàn)提前。僅作為示例，如果在4個PWM周期上執(zhí)行從一個極點(diǎn)至另一個的占空比的速率限制的翻轉(zhuǎn)，則在過零的估計時間之前2個PWM周期反轉(zhuǎn)信號的極性。這個2個PWM周期的時間被稱為翻轉(zhuǎn)提前量。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)由速率限制模塊950施加的速率限制降低時，由翻轉(zhuǎn)信號提供的翻轉(zhuǎn)提前量的數(shù)量也增大。如在下面更詳細(xì)所述，延遲補(bǔ)償模塊580 可以顧及在PFC控制模塊250中的系統(tǒng)控制延遲，其可以提高翻轉(zhuǎn)提前量以抵消控制延遲。比較模塊960可以監(jiān)控飽和模塊930-1的輸入和輸出。當(dāng)在飽和模塊930_1的輸出處的占空比大于在飽和模塊930-1處的輸入處的占空比時，比較模塊960識別在占空比上的下限已經(jīng)被飽和模塊930-1施加。比較模塊960的輸出可以被提供到PFC使能模塊512，以指示已經(jīng)檢測到低占空比請求。當(dāng)檢測到低占空比請求時，PFC使能模塊512可以將立即使能信號設(shè)置為無效。這禁用了 PFC模塊204，并且允許DC總線降低，直到出現(xiàn)了最低占空比(諸如5%)。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，比較模塊960可以簡單地將飽和模塊930-1的輸入與預(yù)定限制作比較，該預(yù)定限制可以等于飽和模塊930-1的下限?，F(xiàn)在參照圖10，示出延遲補(bǔ)償模塊580的示例實(shí)現(xiàn)方式的功能框圖。延遲補(bǔ)償模塊580包括陷波濾波器模塊1010，陷波濾波器模塊1010向AC信號應(yīng)用陷波濾波。僅作為示例，控制回路延遲可以導(dǎo)致在控制值上的閉環(huán)震蕩。術(shù)語控制回路延遲可以指的是歸因于在請求(例如，在電流上的)增大時與當(dāng)在測量的電流值上觀察到該增大時之間的時間的延遲。另外，在電流需求上的改變可能導(dǎo)致在AC線上的變化。電流振蕩因此產(chǎn)生AC電壓振蕩，AC電壓振蕩反饋到電流振蕩。在其中控制回路延遲是2個PWM周期的示例中，振蕩周期可以是控制延遲的兩倍或4個PWM周期。如果PWM轉(zhuǎn)換頻率例如僅是20kHz，則振蕩頻率因此是PWM轉(zhuǎn)換頻率的1/4或5kHz。陷波濾波器模塊1010可以以振蕩頻率為中心，以最小化振蕩。在一個示例實(shí)現(xiàn)方式中，陷波濾波器模塊1010通過向來自在過去的2個PWM周期的輸入值加上陷波濾波器模塊1010的當(dāng)前輸入值并且將和除以2來產(chǎn)生輸出。換句話說，可以將陷波濾波器實(shí)現(xiàn)為AC 信號的當(dāng)前讀數(shù)與來自在過去的2個PWM周期的AC信號的讀數(shù)的平均值。預(yù)測模塊1020-1、1020_2和1020-3 (統(tǒng)稱為預(yù)測模塊1020)從陷波濾波器模塊 1010接收濾波的AC信號。預(yù)測模塊1020基于參考數(shù)據(jù)來預(yù)測濾波的AC信號的未來值。 例如，可以使用參考梯度。如上所述，參考梯度是被鎖相到AC信號的正弦參考信號的導(dǎo)數(shù)。 因此，參考梯度提供了 AC信號的改變的速率的無噪聲估計。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，參考梯度被縮放為AC信號的峰值電壓。通過對應(yīng)的提前量輸入來確定預(yù)測模塊1020的每一個向未來多遠(yuǎn)預(yù)測濾波的AC 信號。預(yù)測模塊1020-1接收與A相對應(yīng)的基本提前量。例如，可以在設(shè)計時確定基本提前量，并且將其存儲在非易失性存儲器中。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，可以以PWM周期為單位或以時間為單位——諸如秒或微秒——來表達(dá)提前量的數(shù)量。也可以對于預(yù)測模塊1020-2和 1020-3預(yù)定義基本提前量。僅作為示例，用于預(yù)測模塊1020-1、1020-2和1020-3的基本提前量可以分別是3. 17PWM周期、3. 08PWM周期和3. 25PWM周期?；趤碜噪娏髌胶饽K590的輸入，可以調(diào)整用于B和C相的基本提前量。例如， 求和模塊1030-1和1030-2分別向基本提前量B和基本提前量C加上來自電流平衡模塊590 的提前量調(diào)整B和提前量調(diào)整C。求和模塊1030-1和1030-2的輸出被預(yù)測模塊1020-2和 1020-3分別用作用于B和C相的提前量輸入。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，預(yù)測模塊1020可以通過向參考梯度和指定提前量的乘積加上濾波的AC信號值來計算補(bǔ)償?shù)腁C信號。換句話說，預(yù)測模塊1020基于參考信號的斜率 (梯度)使用濾波的AC信號的線性外插。預(yù)測模塊1020的輸出被分別提供到占空比轉(zhuǎn)換模塊570來作為補(bǔ)償?shù)腁C信號A、B和C。預(yù)測過零檢測模塊1040預(yù)測AC信號的過零何時出現(xiàn)。預(yù)測過零檢測模塊1040 可以使用來自陷波濾波器模塊1010的濾波的AC信號，如圖所示，或可以使用原始AC信號。 預(yù)測過零檢測模塊1040可以提前等于控制延遲外加使用給定的速率限制的占空比的翻轉(zhuǎn)所需的時間的一半的數(shù)量來進(jìn)行預(yù)測。僅作為示例，當(dāng)控制延遲是3個PWM周期并且速率限制使得翻轉(zhuǎn)花費(fèi)4個PWM周期時，可以提前5個PWM周期來預(yù)測過零。一旦預(yù)測過零檢測模塊1040預(yù)測AC信號將過零，則預(yù)測過零檢測模塊1040反轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)信號的極性。這指令占空比轉(zhuǎn)換模塊570或者開始或者停止翻轉(zhuǎn)期望的占空比。僅作為示例，預(yù)測過零檢測模塊1040可以輸出具有第一狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)信號，直到達(dá)到預(yù)測的過零，在這個點(diǎn)，輸出具有第二狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)信號。當(dāng)達(dá)到隨后的預(yù)測過零時，翻轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換回第一狀態(tài)。僅作為示例，翻轉(zhuǎn)信號的第一狀態(tài)可以對應(yīng)于AC信號的負(fù)值，而翻轉(zhuǎn)信號的第二狀態(tài)可以對應(yīng)于AC信號的正值?，F(xiàn)在參照圖11，示出電流平衡模塊590的示例實(shí)現(xiàn)方式的功能框圖。電流平衡模塊590包括分析模塊1120-1、1120-2和1120-3 (統(tǒng)稱為分析模塊1120)。分析模塊1120分別分析PFC模塊204的相電流的一個或更多個參數(shù)。僅作為示例，分析模塊1120可以計算在AC線上的全循環(huán)上的相應(yīng)相電流的值。該值可以例如是均方根、均方值、平均絕對值或峰值。分析模塊1120可以使用來自參考產(chǎn)生模塊520的參考數(shù)據(jù)來確定何時AC線的每一個循環(huán)開始和結(jié)束。比較模塊1130-1和1130-2(統(tǒng)稱為比較模塊1130)分別將A相電流與B和C相電流作比較。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，比較模塊1130-1和1130-2試圖最小化在 B禾口 C相電流分別與A相電流之間的差。如果一個或更多個相在承載較高電流，則在那些相中的損耗將不成比例地較高。 這降低了 PFC模塊204的效率，并且可以導(dǎo)致在承載較高電流的相上的過多發(fā)熱。在電流上的差可能源自制造變化，諸如在電感器上的變化。僅作為示例，當(dāng)電感器的電感降低時， 電感器承載的電流增大，并且導(dǎo)致在電阻熱損耗上的增大。
在圖11的示例中，A相電流是參考電流。比較模塊1130向調(diào)整模塊1140-1和 1140-2(統(tǒng)稱為調(diào)整模塊1140)指示B和C相電流是否分別大于或小于A相電流。用于B 和C相的提前量調(diào)整被選擇性地改變，以將B和C相電流與A相電流匹配。在各個實(shí)現(xiàn)方式中，調(diào)整模塊1140對于其中相應(yīng)的次要相電流大于A相電流的每一個線循環(huán)將它們的輸出提高一個遞增量。類似地，調(diào)整模塊1140對于其中相應(yīng)的次要相電流小于A相電流的每一個線循環(huán)將它們的輸出降低一個遞增量。僅作為示例，調(diào)整模塊1140-1可以對于其中相電流B大于相電流A的每一個AC 線循環(huán)將提前量調(diào)整B增大PWM周期的1/1000。類似地，調(diào)整模塊1140-1可以對于其中相電流B小于相電流A的每一個AC線循環(huán)將提前量調(diào)整B減小PWM周期的1/1000。當(dāng)提高和減小提前量調(diào)整信號時的預(yù)定遞增量可以相同或可以不同。如果分析模塊1120僅在每個AC線循環(huán)后輸出新值，則調(diào)整模塊1140也可以在每一個AC線循環(huán)將提前量調(diào)整信號僅更新一次。調(diào)整模塊1140從PFC使能模塊512接收同步使能信號，當(dāng)同步的使能信號在無效狀態(tài)中時，調(diào)整模塊1140可以分別復(fù)位提前量調(diào)整信號B和C。僅作為示例，調(diào)整模塊1140可以將提前量調(diào)整信號B和C復(fù)位為0。典型的PFC系統(tǒng)可以基于來自交流(AC)線信號的測量結(jié)果控制切換元件(例如， 晶體管)的占空比。然而，來自AC線信號的測量結(jié)果是實(shí)時獲取的并且因此基于過去的測量結(jié)果控制占空比。換言之，在基于來自AC線信號的測量結(jié)果控制占空比時，存在固有延遲。此外，AC線信號易于受到AC線路電壓降和/或噪聲的影響并且因此AC線信號的測量結(jié)果可能是不正確的。更具體地，基于不正確的測量結(jié)果控制占空比可能導(dǎo)致諸如切斷和 /或故障的錯誤。因此，提出了一種系統(tǒng)和方法，其預(yù)測沿AC線信號的第一預(yù)定數(shù)目的周期的提前，因此補(bǔ)償固有延遲。更具體地，該系統(tǒng)和方法使用陷波濾波器對AC線信號進(jìn)行濾波以去除諧波失真(即，波紋)。濾波的AC線信號以下被稱為AC線信號。該系統(tǒng)和方法隨后通過使用參考信號的梯度(即，斜率)進(jìn)行外推來提前預(yù)測沿 AC線信號的第一預(yù)定數(shù)目的周期。僅作為示例，第一預(yù)定數(shù)目的周期可以是3。在一個實(shí)施例中，參考信號可以是與AC線信號同相的數(shù)學(xué)正弦曲線(S卩，正弦波)。該系統(tǒng)和方法這樣可以基于預(yù)測控制占空比。該系統(tǒng)和方法還通過使用參考信號的梯度進(jìn)行外推來提前預(yù)測沿AC線信號的第二預(yù)定數(shù)目的周期。該系統(tǒng)和方法可以基于預(yù)測的AC線信號產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號。例如，翻轉(zhuǎn)信號可以是提前的(即，提前預(yù)測的)AC線信號的符號。換言之，當(dāng)預(yù)測的AC線信號是正值 (大于零)時，翻轉(zhuǎn)信號可以是第一狀態(tài)(例如，“1”)，并且當(dāng)AC線信號的預(yù)測是負(fù)值(小于零)時，翻轉(zhuǎn)信號可以是第二狀態(tài)(例如，“0”)?，F(xiàn)在參照圖12，一種用于補(bǔ)償延遲的方法開始于1204。在1204處，延遲補(bǔ)償模塊 580確定基本提前量。例如，延遲補(bǔ)償模塊580可以從存儲器取回預(yù)定的基本提前量值。此夕卜，延遲補(bǔ)償模塊580可以確定各種數(shù)量的基本提前量。例如，延遲補(bǔ)償模塊580可以確定一個基本提前量(A，諸如單相操作)、兩個基本提前量(A和B，諸如兩相操作)或者三個基本提前量(A、B和C，諸如三相操作)。然而，延遲補(bǔ)償模塊580還可以確定其他數(shù)目的基本提前量。僅作為示例，在三相操作中，延遲補(bǔ)償模塊580可以從存儲器取回如下值基本提前量A可以是3. 18，基本提前量B可以是3. 07，并且基本提前量C可以是3. 25。此外，僅作為示例，在兩相操作中，延遲補(bǔ)償模塊580可以從存儲器取回如下值基本提前量A可以是 2. 5并且基本提前量B可以是2. 5。相似地，在單相操作中，延遲補(bǔ)償模塊580可以從存儲器取回2. 5的基本提前量A。在1208處，延遲補(bǔ)償模塊580調(diào)整從提前量。具體地，從提前量指的是相對于參考提前量調(diào)整的基本提前量。僅作為示例，在三相操作中，基本提前量B和C分別可以按提前量調(diào)整B和C進(jìn)行調(diào)整。換言之，基本提前量B和C表示從提前量并且基本提前量A表示參考提前量。替選地，僅作為示例，在兩相操作中，基本提前量A可以按提前量調(diào)整A進(jìn)行調(diào)整。換言之，基本提前量A表示從提前量并且基本提前量B表示參考提前量。在1212處，延遲補(bǔ)償模塊580對進(jìn)入的AC線信號進(jìn)行陷波濾波。更具體地，延遲補(bǔ)償模塊580可以對AC線信號進(jìn)行濾波以去除與拐角頻率對應(yīng)的AC線信號中的不穩(wěn)定性。在1216處，延遲補(bǔ)償模塊580產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)腁C信號。更具體地，延遲補(bǔ)償模塊580 可以基于陷波濾波的AC線信號、調(diào)整的提前量以及參考提前量來產(chǎn)生補(bǔ)償?shù)腁C信號。僅作為示例，延遲補(bǔ)償模塊580可以基于參考提前量A和各個調(diào)整的提前量B和C以及陷波濾波的AC線信號，產(chǎn)生三個補(bǔ)償?shù)腁C信號(A、B、C)。在1220處，延遲補(bǔ)償模塊580可以產(chǎn)生預(yù)測的AC線信號。更具體地，延遲補(bǔ)償模塊580可以基于參考信號的梯度沿AC線信號進(jìn)行提前預(yù)測。例如，參考信號可以是如前文描述的產(chǎn)生的參考信號。換言之，延遲補(bǔ)償模塊580可以通過使用產(chǎn)生的參考信號的斜率近似AC線信號的未來值來進(jìn)行提前預(yù)測。在12M處，延遲補(bǔ)償模塊580基于預(yù)測的AC線信號產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號。更具體地，延遲補(bǔ)償模塊580在預(yù)測的AC線信號指示過零時產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號。例如，翻轉(zhuǎn)信號可以基于預(yù)測的AC線信號的符號。具體地，翻轉(zhuǎn)信號可用于使占空比的極性翻轉(zhuǎn)。在12 處，占空比轉(zhuǎn)換模塊570可以基于補(bǔ)償?shù)腁C信號和翻轉(zhuǎn)信號控制占空比。 僅作為示例，在三相操作中，占空比轉(zhuǎn)換模塊570可以基于三個補(bǔ)償?shù)腁C信號A、B和C控制占空比。替選地，占空比轉(zhuǎn)換模塊570可以基于參考信號和翻轉(zhuǎn)信號控制占空比。換言之，使用參考信號而非補(bǔ)償?shù)腁C信號可以減小由于AC線路電壓降和/或噪聲引起的誤差。 控制隨后可以返回1208?？梢砸远喾N形式來實(shí)現(xiàn)本公開的廣義教導(dǎo)。因此，雖然本公開包括具體示例，但是本公開的真實(shí)范圍應(yīng)當(dāng)不限于此，因?yàn)槠渌薷膶τ趯W(xué)習(xí)了附圖、說明書和隨后的權(quán)利要求的技術(shù)人員變得顯然。
權(quán)利要求
1.一種功率因數(shù)校正PFC系統(tǒng)，包括調(diào)整模塊，基于N個預(yù)定時間提前量和(N-I)個時間提前量調(diào)整來產(chǎn)生N個時間提前量，其中N是大于零的整數(shù)；補(bǔ)償模塊，通過使用正弦參考信號的梯度和所述N個時間提前量提前預(yù)測輸入交流AC 線信號，來分別產(chǎn)生所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本，其中所述正弦參考信號在相位和頻率上與所述輸入AC線信號同步；以及占空比控制模塊，基于所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本產(chǎn)生PFC占空比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PFC系統(tǒng)，進(jìn)一步包括預(yù)測過零檢測模塊，基于所述輸入AC線信號的預(yù)測過零產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號，其中所述預(yù)測過零檢測模塊基于所述輸入AC線信號預(yù)測過零，其中基于所述翻轉(zhuǎn)信號使PFC占空比翻轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PFC系統(tǒng)，其中在第一時間長度上發(fā)生PFC占空比的完全翻轉(zhuǎn)，所述預(yù)測過零檢測模塊基于所述輸入AC線信號的提前版本的預(yù)測過零來切換所述翻轉(zhuǎn)信號的狀態(tài)，所述預(yù)測過零檢測模塊通過按時間提前量進(jìn)行提前預(yù)測來產(chǎn)生所述輸入AC線信號的提前版本，以及所述時間提前量基于所述PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲和所述第一時間長度的一半的和。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PFC系統(tǒng)，其中所述預(yù)測過零檢測模塊通過沿所述正弦參考信號的當(dāng)前梯度按所述時間提前量外推所述輸入AC線信號的當(dāng)前值來產(chǎn)生所述輸入AC線信號的提前版本。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PFC系統(tǒng)，進(jìn)一步包括陷波濾波器，通過濾除所述輸入AC線信號的預(yù)定頻率來產(chǎn)生濾波的AC信號，其中所述預(yù)定頻率基于所述PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲，其中所述補(bǔ)償模塊通過提前預(yù)測所述濾波的 AC信號來產(chǎn)生所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本，以及其中所述預(yù)測過零檢測模塊基于所述濾波的AC信號來預(yù)測過零。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PFC系統(tǒng)，進(jìn)一步包括陷波濾波器，通過濾除所述輸入AC線信號的預(yù)定頻率來產(chǎn)生濾波的AC信號，其中所述預(yù)定頻率基于所述PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲，以及其中所述補(bǔ)償模塊通過提前預(yù)測所述濾波的AC信號來產(chǎn)生所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PFC系統(tǒng)，其中對于所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本中的每個版本，所述補(bǔ)償模塊通過沿所述正弦參考信號的當(dāng)前梯度按N個時間提前量中的相應(yīng)的一個時間提前量外推所述輸入AC線信號的當(dāng)前值來產(chǎn)生所述版本。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PFC系統(tǒng)，其中所述(N-I)個時間提前量調(diào)整基于具有不同相位的N個測量電流之間的差，其中N是大于1的整數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PFC系統(tǒng)，其中所述N個預(yù)定時間提前量被設(shè)定在設(shè)計時間。
10.一種用于功率因數(shù)校正PFC的方法，包括基于N個預(yù)定時間提前量和(N-I)個時間提前量調(diào)整來產(chǎn)生N個時間提前量，其中N 是大于零的整數(shù)；通過使用正弦參考信號的梯度和所述N個時間提前量提前預(yù)測輸入交流AC線信號，來分別產(chǎn)生所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本，其中所述正弦參考信號在相位和頻率上與所述輸入AC線信號同步；以及基于所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本產(chǎn)生PFC占空比。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括 基于所述輸入AC線信號的預(yù)測過零產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號， 基于所述輸入AC線信號預(yù)測過零，基于所述翻轉(zhuǎn)信號使PFC占空比翻轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在第一時間長度上發(fā)生PFC占空比的完全翻轉(zhuǎn)，基于所述輸入AC線信號的提前版本的預(yù)測過零來切換所述翻轉(zhuǎn)信號的狀態(tài)；以及通過按時間提前量進(jìn)行提前預(yù)測來產(chǎn)生所述輸入AC線信號的提前版本，其中所述時間提前量基于所述PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲和所述第一時間長度的一半的和。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括通過沿所述正弦參考信號的當(dāng)前梯度按所述時間提前量外推所述輸入AC線信號的當(dāng)前值來產(chǎn)生所述輸入AC線信號的提前版本。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括通過使用陷波濾波器濾除所述輸入AC線信號的預(yù)定頻率來產(chǎn)生濾波的AC信號，其中所述預(yù)定頻率基于所述PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括通過提前預(yù)測所述濾波的AC信號來產(chǎn)生所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本，以及基于所述濾波的AC信號來預(yù)測過零。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括通過使用陷波濾波器濾除所述輸入AC線信號的預(yù)定頻率來產(chǎn)生濾波的AC信號，其中所述預(yù)定頻率基于所述PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲；以及通過提前預(yù)測所述濾波的AC信號來產(chǎn)生所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括對于所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本中的每個版本，通過沿所述正弦參考信號的當(dāng)前梯度按N個時間提前量中的相應(yīng)的一個時間提前量外推所述輸入AC線信號的當(dāng)前值來產(chǎn)生所述版本。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述(N-I)個時間提前量調(diào)整基于具有不同相位的N個測量電流之間的差，其中N是大于1的整數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述N個預(yù)定時間提前量被設(shè)定在設(shè)計時間。
20.一種用于功率因數(shù)校正PFC的方法，包括 接收輸入交流AC線信號；通過使用陷波濾波器濾除所述輸入AC線信號的預(yù)定頻率來產(chǎn)生濾波的AC信號，其中所述預(yù)定頻率基于PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲；產(chǎn)生在相位和頻率上與所述輸入AC線信號同步的正弦參考信號； 基于N個預(yù)定時間提前量和(N-I)個時間提前量調(diào)整來產(chǎn)生N個時間提前量，其中N 是大于零的整數(shù)；對于所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本中的每個版本，通過沿所述正弦參考信號的當(dāng)前梯度按所述N個時間提前量中的相應(yīng)的一個時間提前量外推所述濾波的AC線信號的當(dāng)前值來產(chǎn)生所述版本；基于所述輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本產(chǎn)生PFC占空比； 基于所述濾波的AC信號來預(yù)測過零； 基于所述濾波的AC線信號的預(yù)測過零產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號； 基于所述翻轉(zhuǎn)信號使PFC占空比翻轉(zhuǎn)；通過按時間提前量進(jìn)行提前預(yù)測來產(chǎn)生所述濾波的AC線信號的提前版本，所述時間提前量包括所述PFC系統(tǒng)的控制系統(tǒng)延遲和PFC占空比的完全翻轉(zhuǎn)時間的一半的和；以及基于所述濾波的AC線信號的提前版本的預(yù)測過零來切換所述翻轉(zhuǎn)信號的狀態(tài)。
全文摘要
一種功率因數(shù)校正(PFC)系統(tǒng)包括調(diào)整模塊、補(bǔ)償模塊和占空比控制模塊。調(diào)整模塊基于N個預(yù)定時間提前量和(N-1)個時間提前量調(diào)整來產(chǎn)生N個時間提前量，其中N是大于零的整數(shù)。補(bǔ)償模塊通過使用正弦參考信號的梯度和N個時間提前量提前預(yù)測輸入交流(AC)線信號，來分別產(chǎn)生輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本，其中正弦參考信號在相位和頻率上與輸入AC線信號同步。占空比控制模塊基于輸入AC線信號的N個補(bǔ)償版本產(chǎn)生PFC占空比。
文檔編號H02M3/155GK102549899SQ201080044553
公開日2012年7月4日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月10日
發(fā)明者查爾斯·E·格林 申請人:艾默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)有限公司