具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

图1示出一种传统的采用逆变器控制电机的原理示意图。如图1所示，逆变器100例如通过三相逆变器实现，包括第一相桥臂A、第二相桥臂B以及第三相桥臂C，每一相的桥臂由两个功率开关管串联组成(例如功率开关管SW1-SW6)。逆变器100用于将直流电源V_DC提供的直流电转换为交流电，并通过控制功率开关管SW1-SW6的导通和截止，输出调制波形，从而达到驱动电机200的目的。

进一步的，逆变器100例如通过SVPWM、SPWM或者DPWM等控制方法控制三相桥臂上的功率开关管的导通和截止，以将直流电转换为交流电。

应当理解，逆变器100中的功率开关管SW1-SW6以互补对称的方式导通，即在同一时刻逆变器100中每一相的上桥臂和下桥臂有且仅有一个功率开关管处于导通状态，提供至同一相的上桥臂和下桥臂的PWM控制信号具有互补关系。在逆变器100的控制过程中，每一相的上桥臂的功率开关管导通，同时下桥臂的功率开关管截止的状态用“1”表示；每一相的上桥臂的功率开关管截止，同时下桥臂的功率开关管导通的状态用“0”表示。那么逆变器100中一共有八种开关状态，如下表1所示，包含六个基本电压矢量U4、U6、U2、U3、U1和U5，以及两个零电压矢量U0和U7。

表1空间矢量脉宽调制算法电压矢量表

当使用三相逆变器控制电机时，经常需要获取电机的三相相电流以进行闭环控制，现有的三相逆变器的控制方法存在成本太高、占用资源较大、在超低调制比时没有足够的有效矢量作用时间以及移相会引入噪声等技术问题。因此，需要对现有的三相逆变器进行改进以提供一种通用、简易的控制方法，可以适用于不同的电压调制算法的电流采样及重构。

图2示出根据本发明第一实施例的一种逆变器的控制方法的流程示意图。所述逆变器例如通过图1所示的逆变器100实现，包括直流母线和相互并联地连接于直流供电的正端和负端之间的第一相桥臂A、第二相桥臂B以及第三相桥臂C，每一相的桥臂由两个功率开关管串联组成(例如功率开关管SW1-SW6)，功率开关管SW1-SW6例如选自IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或者MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。每一相的上桥臂或下桥臂的功率开关管基于空间矢量脉宽调制算法被导通和关断。如图2所示，所述控制方法包括步骤S01至S06。

在步骤S01中，设置期望最小采样时间值。

在步骤S02中，计算每个PWM控制周期内实际可采样窗口的持续时间值

在步骤S03中，在每个PWM控制周期内，判断所述持续时间值是否小于期望最小采样时间值。在该持续时间值小于期望最小采样时间值的情况下，继续步骤S04；在该持续时间值大于等于期望最小采样时间值的情况下，继续步骤S05。

在步骤S04中，对逆变器中的直流母线电流进行采样并重构获得三相相电流。进一步的，在该步骤中还包括对直流母线电流进行峰值电流采样。

在步骤S05中，判断与当前PWM控制周期相邻的连续多个PWM控制周期内的持续时间值是否均大于等于期望最小采样时间值。若与当前PWM控制周期相邻的连续多个PWM控制周期内的持续时间值均大于等于期望最小采样时间值，则继续步骤S06；否则，则返回步骤S04。

在步骤S06中，对逆变器任意两相的相电流进行采样并重构获得三相相电流。

具体的，本实施例的控制方法通过将每个PWM控制周期中的实际可采样窗口的持续时间值与期望最小采样时间值进行比较来实现采样模式的切换，在当前PWM控制周期的实际可采样窗口的持续时间值小于期望最小采样时间值的情况下，对逆变器的直流母线进行峰值电流采样并重构以得到三相相电流。在一个电流基波周期中的所有PWM控制周期中的实际可采样窗口的持续时间值均大于等于期望最小采样时间值的情况下，对逆变器任意两相的相电流进行采样并重构第三相电流以获得三相相电流。

图4A至图4C分别示出基于SPWM、SVPWM和DPWM调制方式得到的三相PWM调制波的波形示意图。在4A至图4C中，横坐标表示基波电压的位置，纵坐标表示逆变器中的多相桥臂的上桥臂的导通时间，A、B、C分别表示逆变器的第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂。此外，每个电流基波周期中包括多个PWM控制周期，一个电流基波周期的长度为2π，由于不同调制方式的PWM调制波波形不同，因此需要对至少一个基波电流周期的实际可采样窗口的持续时间值进行判断。

进一步的，在步骤S01中，需要预先获取所述逆变器的任意两相桥臂中的下桥臂在导通瞬间的电流采样信号振荡时间，获取所述逆变器中的电流采样电路的采样保持时间以及开启采样延迟时间，并根据所述电流采样信号振荡时间、采样保持时间和所述开启采样延迟时间计算得到所述期望最小采样时间值。示例的，可以根据以下公式计算得到所述期望最小采样时间值：

E＝Z+S+W

其中，E表示所述期望最小采样时间值，Z表示所述逆变器的相线端的电流采样信号振荡时间，S表示所述逆变器的采样重构模块的采样保持时间，W表示所述逆变器的采样重构模块的采样开启延迟时间。

进一步的，在步骤S02中，需要获得所述逆变器的下桥臂功率开关管的延迟导通时间、延迟关断时间和死区时间，获取每个PWM控制周期内可进行采样的时间窗口，以及根据所述延迟导通时间、延迟关断时间、死区时间以及所述可进行采样的时间窗口计算得到所述每个PWM控制周期内所述实际可采样窗口的持续时间值。示例的，可根据以下公式计算得到所述持续时间值：

R＝G-D-O+F

其中，R表示所述持续时间值，G表示可进行采样的时间窗口，D表示所述死区时间，O表示所述延迟导通时间，F表示所述延迟关断时间。更进一步的，可根据以下公式计算得到所述每个PWM控制周期内可进行采样的时间窗口：

G＝T_s-max(T_a,T_b,T_c)

其中，T_s表示PWM控制信号的PWM控制周期，T_a、T_b、T_c分别表示每个PWM控制周期内所述逆变器的三相桥臂的上桥臂的导通时间，max(T_a,T_b,T_c)表示每个PWM控制周期内所述逆变器的三相桥臂的上桥臂的最大导通时间。

如图3示出根据本发明实施例的一个PWM控制周期内的PWM控制信号的波形示意图。在图3中，控制信号PWMA-PWMC分别控制图1中的逆变器100的第一相桥臂A、第二相桥臂B和第三相桥臂C的上桥臂功率开关管的导通和截止，T_a、T_b和T_c分别表示控制信号PWMA-PWMC的高电平时间，也即第一相桥臂A、第二相桥臂B和第三相桥臂C的上桥臂功率开关管的导通时间，且T_a>T_b>T_c，T_s表示PWM控制信号的PWM控制周期。进一步的，根据PWM控制信号的高电平时间将控制信号PWMA、控制信号PWMB和控制信号PWMC分为最大相控制信号、中间相控制信号和最小相控制信号，而max(T_a,T_b,T_c)表示最大相控制信号的高电平时间，即控制信号PWMA的有效电平时间T_a，由此可得到上式中的可进行采样的时间窗口为：

G＝T_s-T_a

在本实施例的控制方法根据三相PWM控制信号的高电平时间T_a、T_b和T_c中的最大值计算得到逆变器的实际可采样窗口的持续时间值，然后将该持续时间值与期望最小采样时间值进行比较，根据比较结果切换控制电路的采样模式，所以本实施例的控制方法不指定特定的电压调制算法，可适用于SVPWM、SPWM和DPWM等通用的电压调制算法。

进一步的，本实施例的控制方法还包括：在不满足连续的多个所述PWM控制周期内所述实际可采样窗口的持续时间值均大于等于所述期望最小采样时间值的情况下，根据最大相控制信号、中间相控制信号和最小相控制信号之间的时间间隔对逆变器的直流母线电流进行采样并重构以得到逆变器的三相相电流。

具体的，继续参考图3，在最大相控制信号和中间相控制信号(即控制信号PWMA和控制信号PWMB)边沿的之间(例如，最大相控制信号的上边沿和中间相控制信号的上边沿之间，或者最大相控制信号的下边沿和中间相控制信号的下边沿之间)的第一时间间隔对直流母线电流进行采样，得到最大相控制信号对应相的相电流，最大相控制信号对应相的相电流即为该相的采样电流，在最小相控制信号和中间相控制信号(即控制信号PWMB和控制信号PWMC)的边沿之间(例如，最小相控制信号的上边沿和中间相控制信号的上边沿之间，或者最小相控制信号的下边沿和中间相控制信号的下边沿之间)的第二时间间隔对直流母线电流进行采样，得到最小相控制信号对应相的相电流，最小相控制信号对应相的电流为该相采样电流的相反数，最后根据已知两相的相电流计算中间相控制信号对应相的相电流。进一步的，中间相控制信号对应的相的相电流等于最大相控制信号对应相的相电流和最小相控制信号对应相的相电流之和的相反数。

更进一步的，本实施例的控制方法还包括：在满足连续的多个所述PWM控制周期内所述实际可采样窗口的持续时间值均大于等于所述期望最小采样时间值的情况下，在逆变器的相应相的下桥臂的功率开关管导通时，对逆变器的任意两相的相电流进行采样，并根据获得的两相相电流计算第三相的相电流。

具体的，以三相逆变器为例，第三相的相电流等于已采样得到的两相相电流之和的相反数。

图5A至图5C分别示出根据本发明的第二实施例的逆变器的三种结构示意图。如图5A至图5C所示，电机系统包括逆变器100、电机200、控制电路300以及设置在逆变器100中的第一采样单元110和多个第二采样单元120。

逆变器100用于驱动电机200。逆变器100例如通过三相逆变器实现，包括第一相桥臂A、第二相桥臂B以及第三相桥臂C，每一相的桥臂由两个功率开关管串联组成(例如功率开关管SW1-SW6)，功率开关管SW1-SW6例如选自IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)或者MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。逆变器100用于将直流电源V_DC提供的直流电转换为交流电，并通过控制功率开关管SW1-SW6的导通和截止，输出调制波，从而达到驱动电机200的目的。

进一步的，逆变器100例如通过SVPWM、SPWM或者DPWM等控制方法控制三相桥臂上的功率开关管的导通和截止，以将直流电转换为交流电。

应当理解，逆变器100中的功率开关管SW1-SW6以互补对称的方式导通，即在同一时刻逆变器100中每一相的上桥臂和下桥臂有且仅有一个功率开关管处于导通状态，提供至同一相的上桥臂和下桥臂的PWM驱动信号具有互补关系。在逆变器100的控制过程中，每一相的上桥臂的功率开关管导通，同时下桥臂的功率开关管截止的状态用“1”表示；每一相的上桥臂的功率开关管截止，同时下桥臂的功率开关管导通的状态用“0”表示。那么逆变器100中一共有八种开关状态，如上述表1所示。

示例的，第一采样单元110设置在逆变器100的直流母线上，多个第二采样单元120的数量为两个，其分别对应设置在逆变器100的相线端的任意两相的相线上或任意两相桥臂的下桥臂上。控制电路300用于通过第一采样单元110对直流母线电流进行采样以得到第一相相电流、第二相相电流和第三相相电流，或者通过多个第二采样单元120对逆变器100任意两相的相电流进行采样以得到第一相相电流、第二相相电流和第三相相电流。

如图5A所示，第二采样单元120为设置在逆变器100任意两相桥臂上的采样电阻，所述控制电路300通过对任意两相桥臂的下桥臂上串接的采样电阻上两端的电压信号进行采样获得相电流的电流采样信号，根据所述电流采样信号得到这两相的相电流。

如图5B所示，第二采样单元120为设置在逆变器100任意两相的相线端的电流传感器，所述控制电路300通过对任意两相相线端的电流进行采样以获得相电流的电流采样信号，根据所述电流采样信号得到这两相的相电流。

如图5C所示，控制电路300也可直接对逆变器100的任意两相桥臂的下桥臂的功率开关管内阻上的电压信号进行采样，以得到这两相的相电流。

此外，在一种实施例中，所述第一采样单元110为采样电阻，第一采样单元110串接在直流母线回路上，所述控制电路300通过对直流母线的采样电阻两端电压信号进行采样获得电流采样信号并进行重构以得到三相相电流。在另一种实施例中，在逆变器的直流母线上串接电流传感器，通过对直流母线的峰值电流信号进行采样并重构以得到所述相电流。

如图6所示，控制电路300包括设置模块310、计算模块320、第一判断模块331、第二判断模块332、第一采样重构模块340和第二采样重构模块350。

其中，设置模块310用于设置期望最小采样时间值。示例的，所述设置模块310根据以下公式设置所述期望最小采样时间值：

E＝Z+S+W

其中，E表示所述期望最小采样时间值，Z表示所述逆变器的采样重构模块的电流采样信号振荡时间，S表示所述逆变器的采样重构模块的采样保持时间，W表示所述逆变器的采样重构模块的采样开启延迟时间。

计算模块320用于在每个PWM控制周期内获得实际可采样窗口的持续时间值。所述逆变器100的多相桥臂相互并联地连接在直流供电的正端和负端之间，并且每一相桥臂的上桥臂和下桥臂分别设置了一个功率开关管，在所述实际可采样窗口内进行采样的相的下桥臂上的功率开关管在一PWM控制信号的作用下处于导通状态。所述计算模块根据以下公式计算得到每个PWM控制周期内所述实际可采样窗口的持续时间值：

R＝G-D-O+F

其中，R表示所述持续时间值，G表示每个PWM控制周期内可进行采样的时间窗口，D表示桥臂上功率开关管导通的死区时间，O表示桥臂上的功率开关管在一个PWM控制周期内的延迟导通时间，F表示桥臂上的功率开关管在一个PWM控制周期内的延迟关断时间。

更进一步的，所述计算模块320还根据以下公式计算得到所述可进行采样的时间窗口：

G＝T_s-max(T_a，,T_b,T_c)

其中，T_s表示PWM控制周期，T_a、T_b、T_c分别表示每个PWM控制周期内所述逆变器的三相桥臂的上桥臂的导通时间，max(T_a,T_b,T_c)表示每个PWM控制周期内所述逆变器的三相桥臂中的上桥臂的最大导通时间。

第一判断模块331和第二判断模块332用来判断得到的实际可采样窗口的持续时间值是否满足预设条件，并根据判断结果开启第一采样重构模块340或第二采样重构模块350。

其中，第一采样重构模块340和第二采样重构模块350均包括模数转换器。第一采样重构模块340用于在满足连续的多个所述PWM控制周期内所述实际可采样窗口的持续时间值均大于等于所述期望最小采样时间值的情况下，对所述逆变器中的任意两相的相电流进行采样并重构获得三相相电流。第二采样重构模块350用于在不满足连续的多个所述PWM控制周期内所述实际可采样窗口的持续时间值均大于等于所述期望最小采样时间值的情况下，对所述直流母线电流(例如，直流母线的峰值电流)进行采样并重构获得三相相电流。

具体的，第一判断模块331用于在每个PWM控制周期内判断所述持续时间值是否小于所述期望最小采样时间值，并在所述持续时间值小于所述期望最小采样时间值时，控制所述第二采样重构模块350对所述直流母线电流进行采样并重构获得三相相电流。第二判断模块332用于在所述持续时间值大于等于所述期望最小采样时间值时判断与当前PWM控制周期相邻的连续的多个PWM控制周期内所述持续时间值是否均大于等于所述期望最小采样时间值，并在与当前PWM控制周期相邻的连续的多个PWM控制周期内所述持续时间值均大于等于所述期望最小采样时间值时，控制所述第一采样重构模块340对所述逆变器中的任意两相的相电流进行采样并重构获得三相相电流，否则控制所述第二采样重构模块350对逆变器的直流母线电流进行采样并重构获得三相相电流。

进一步的，第一采样重构模块340用于在满足连续的多个所述PWM控制周期内所述实际可采样窗口的持续时间值均大于等于所述期望最小采样时间值的情况下，对逆变器的任意两相的相电流进行采样，并根据采样到的相电流计算第三相的相电流。

具体的，以三相逆变器为例，第三相的相电流等于已获得的两相相电流之和的相反数。

更进一步的，根据所述逆变器100的上桥臂的导通时间将上桥臂功率开关管的PWM控制信号划分为最大相控制信号、中间相控制信号以及最小相控制信号，而第二采样重构模块350用于在不满足连续的多个所述PWM控制周期内所述实际可采样窗口的持续时间值均大于等于所述期望最小采样时间值的情况下根据最大相控制信号、中间相控制信号和最小相控制信号之间的时间间隔对逆变器的直流母线电流进行采样以及重构以得到逆变器的各相的相电流。

具体的，第二采样重构模块350在最大相控制信号和中间相控制信号边沿之间的第一时间间隔对直流母线电流进行采样，第二采样重构模块350中的模数转换器输出的数值即为最大相控制信号对应的相的相电流，在最小相控制信号和中间相控制信号之间的第二时间间隔对直流母线电流进行采样，第二采样重构模块350中的模数转换器输出的数值的相反数即为最小相控制信号对应相的相电流，最后根据两相的相电流计算中间相控制信号对应相的相电流。示例的，中间相控制信号对应相的相电流等于最大相控制信号对应相的相电流和最小相控制信号对应相的相电流之和的相反数。

应当理解，本发明实施例的控制方法和控制电路不仅适用于三相逆变器的电流采样，而且适用于多相逆变器的电流采样。因此，基于本发明的技术思想对多相逆变器所做的改动，同样落入本发明的保护范围之内。

综上所述，本实施例的控制方法和控制电路通过将PWM控制周期中实际可采样窗口的持续时间值与期望最小采样时间值进行比较来实现采样控制模式的切换，不需要计算平方根，所以可以适用于计算能力较弱的低成本微控制器。

更进一步的，本实施例的切换方法更加平滑和简单，不会导致系统在两种采样模式之间来回切换而降低系统控制性能，且可以适用于SPWM和DPWM等通用的电压调制算法。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。