使用脉宽调制脉冲跳过的电动机驱动控制

摘要

一种用于电动机的控制系统，该控制系统包括脉宽调制模块、脉冲跳过确定模块和占空比调节模块。脉宽调制模块分别基于三个电压请求来生成三个占空比值。多个固态开关分别响应于三个占空比值来控制电动机的三个相。脉冲跳过确定模块生成脉冲跳过信号。占空比调节模块在由脉冲跳过信号指定的间隔期间选择性地防止多个固态开关进行切换。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年8月9日提交的美国实用专利申请第13/963,317 号的优先权，并且要求于2012年8月10日提交的美国临时申请第 61/682,149号、于2012年9月5日提交的美国临时申请第61/697,079号、 于2012年11月21日提交的美国临时申请第61/729,229号以及于2013年 1月22日提交的美国临时申请第61/755,230号的权益。这些申请的全部 公开内容通过引用合并到本文中。

技术领域

本公开内容涉及电动机控制系统和方法。

背景技术

电动机用于各种各样的工业应用和住宅应用，包括但不限于加热、通 风以及空调(HVAC)系统。仅举例而言，在HVAC系统中电动机可以驱 动压缩机。在HVAC系统中还可以实现一个或多个另外的电动机。仅举 例而言，HVAC系统可以包括驱动与冷凝器相关联的风扇的另外的电动 机。在HVAC系统中可以包括另外的电动机以驱动与蒸发器相关联的风 扇。

发明内容

一种用于电动机的控制系统，该控制系统包括脉宽调制模块、模式确 定模块、脉冲跳过确定模块、占空比调节模块、脉冲模块和逆变器电力模 块。脉宽调制模块基于总线电压并且分别基于三个电压请求来生成三个占 空比值。模式确定模块基于电动机的速度选择性地启用脉冲跳过模式。脉 冲跳过确定模块响应于脉冲跳过模式被启用来连续生成脉冲跳过数量。脉 冲跳过数量随机地选自0、1和2构成的组。占空比调节模块针对多个切 换周期中的每个切换周期、响应于脉冲跳过数量中的相应的脉冲跳过数量 为非零来选择性地将三个占空比值设置成零值。脉冲模块针对每个切换周 期、响应于由占空比调节模块修改的三个占空比值来生成三个脉冲波形。 逆变器电力模块分别基于三个脉冲波形来控制电动机的三个相。

一种用于电动机的控制系统，该控制系统包括脉宽调制模块、脉冲跳 过确定模块和占空比调节模块。脉宽调制模块分别基于三个电压请求来生 成三个占空比值。多个固态开关分别响应于三个占空比值来控制电动机的 三个相。脉冲跳过确定模块生成脉冲跳过信号。占空比调节模块在由脉冲 跳过信号指定的间隔期间选择性地防止多个固态开关进行切换。

在其他特征中，脉宽调制模块分别基于三个电压请求中的每个电压请 求与总线的电压的比率来生成三个占空比值中的每个占空比值，其中，该 总线经由固态开关向电动机提供电力。该系统还包括模式确定模块，该模 式确定模块响应于至少一个电动机操作参数来生成模式信号。响应于模式 信号处于第一状态下，占空比调节模块在由脉冲跳过信号指定的间隔期间 防止多个固态开关进行切换。电动机操作参数为电动机的速度。模式确定 模块响应于电动机的速度小于预定阈值来将模式信号设置成第一状态。

在另外的特征中，该系统还包括脉冲模块，该脉冲模块分别使用由三 个占空比值设置的占空比来生成三个脉冲波形。多个固态开关基于三个脉 冲波形而被控制。占空比调节模块通过使脉冲模块使用0％的占空比生成 三个脉冲波形来选择性地防止多个固态开关进行切换。

在其他特征中，脉冲跳过确定模块基于一系列整数值来生成脉冲跳过 信号。占空比调节模块响应于具有第一状态的脉冲跳过信号来防止多个固 态开关进行切换。脉冲跳过确定模块响应于一系列整数值中的当前整数值 为非零来生成具有第一状态的脉冲跳过信号。占空比调节模块对于一定数 量的连续的切换周期将三个占空比值设置成零值，其中，该数量等于脉冲 跳过数量中的非零的脉冲跳过数量。一系列整数值是预定序列。该系统还 包括生成一系列整数值的随机数发生器。

一种控制电动机的方法，该方法包括分别基于三个电压请求来生成三 个占空比值。多个固态开关分别响应于三个占空比值来控制电动机的三个 相。该方法还包括生成脉冲跳过信号，以及在脉冲跳过信号指定的间隔期 间选择性地防止多个固态开关进行切换。

在其他特征中，该方法包括分别基于三个电压请求中的每个电压请求 与总线的电压的比率来生成三个占空比值中的每个占空比值，其中，该总 线经由固态开关向电动机提供电力。该方法包括响应于至少一个电动机操 作参数来生成模式信号，以及响应于模式信号处于第一状态下，在由脉冲 跳过信号指定的间隔期间防止多个固态开关进行切换。

在另外的特征中，电动机操作参数为电动机的速度，并且该方法包括 响应于电动机的速度小于预定阈值来将模式信号设置成第一状态。该方法 包括分别使用由三个占空比值设置的占空比来生成三个脉冲波形。基于三 个脉冲波形控制多个固态开关。通过使得使用0％的占空比生成三个脉冲 波形来执行选择性地防止多个固态开关进行切换。

在其他特征中，该方法包括基于一系列整数值来生成脉冲跳过信号， 以及响应于具有第一状态的脉冲跳过信号来防止多个固态开关进行切换。 该方法包括响应于一系列整数值中的当前整数值为非零来生成具有第一 状态的脉冲跳过信号。一系列整数值是预定序列。该方法包括随机生成一 系列整数值。

根据详细的说明书、权利要求和附图，本公开内容的可应用性的另外 的方面将会变得明显。详细的描述和具体示例仅意在说明的目的，而不意 在限制本公开内容的范围。

附图说明

根据详细的说明书和附图将更加全面地理解本公开内容，在附图中：

图1是示例性制冷系统的功能框图；

图2是示例性驱动控制器和示例性压缩机的功能框图；

图3A至图3C是示例性逆变器电力模块和示例性电动机的简化示意 图；

图4是电动机控制模块的功能框图；

图5是脉宽调制(PWM)模块的功能框图；

图6A是示例性PWM控制模块的功能框图；

图6B是示出示例性脉宽调制信号的轨迹的图；

图7是开环转矩模块的功能框图；

图8A至8B是用于PWM脉冲跳过(skipping)的示例性方法的流程 图；以及

图9是用于开环转矩控制的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1是示例性制冷系统100的功能框图，该制冷系统100包括压缩机 102、冷凝器104、膨胀阀106以及蒸发器108。根据本公开内容的原理， 制冷系统100可以包括另外的和/或替选的部件。此外，本公开内容可应 用于其他类型的制冷系统，包括但不限于加热系统、通风系统和空调 (HVAC)系统、热泵系统、制冷系统和冷冻机系统。

压缩机102接收汽态的制冷剂并且对该制冷剂进行压缩。压缩机102 将加压的汽态制冷剂提供给冷凝器104。压缩机102包括驱动泵的电动机。 仅举例而言，压缩机102的泵可以包括涡旋式压缩机和/或往复式压缩机。

加压的制冷剂的全部或部分在冷凝器104内被转换成液态。冷凝器 104将热量从制冷剂转移开，从而使制冷剂冷却。当制冷剂蒸汽被冷却至 小于饱和温度的温度时，该制冷剂转换成液体(或液化的)制冷剂。冷凝 器104可以包括提高将热量从制冷剂转移开的速率的电风扇。

冷凝器104经由膨胀阀106将制冷剂提供给蒸发器108。膨胀阀106 对向蒸发器108提供制冷剂的流速进行控制。膨胀阀106可以包括恒温膨 胀阀或者可以由例如系统控制器130电控制。由膨胀阀106引起的压降可 以使液化的制冷剂的一部分转换回汽态。以这种方式，蒸发器108可以接 收制冷剂蒸汽和液化的制冷剂的混合物。

制冷剂在蒸发器108中吸收热量。液态制冷剂当被加热到大于制冷剂 的饱和温度的温度时转变成汽态。蒸发器108可以包括提高向制冷剂转移 热量的速率的电风扇。

公共设施120给制冷系统100提供电力。仅举例而言，公共设施120 可以提供大约230伏特(V)均方根(V_RMS)或者其他适当电压的单相交 流(AC)电力。在各种实现中，公共设施120可以提供线频率为例如50Hz 或60Hz的大约400V_RMS或480V_RMS的三相AC电力。公共设施120可 以经由AC线路给系统控制器130提供AC电力。AC电力还可以经由AC 线路被提供给驱动控制器132。

系统控制器130对制冷系统100进行控制。仅举例而言，系统控制器 130可以基于用户输入和/或由各种传感器(未示出)测量的参数来对制冷 系统100进行控制。传感器可以包括压力传感器、温度传感器、电流传感 器、电压传感器等。传感器还包括来自串行数据总线或其他合适的数据总 线上的驱动控制的反馈信息如电动机电流或转矩。

用户接口134向系统控制器130提供用户输入。另外地或替代地，用 户接口134可以向驱动控制器132提供用户输入。用户输入可以包括例如 期望温度、关于风扇(例如，蒸发器风扇)的操作的请求、和/或其他合 适的输入。系统控制器130可以对冷凝器104、蒸发器108和/或膨胀阀 106的风扇的操作进行控制。

驱动控制器132可以基于来自系统控制器130的命令对压缩机102 进行控制。仅举例而言，系统控制器130可以指示驱动控制器132以一定 速度操作压缩机电动机。在各种实现中，驱动控制器132还可以对冷凝器 风扇进行控制。

图2是驱动控制器132的示例性实现的功能框图。电磁干扰(EMI) 滤波器202降低可能以其他方式被驱动控制器132注回到AC线路上的 EMI。EMI滤波器202还可以对在AC线路上携带的EMI进行滤波。

功率因数校正(PFC)模块204从由EMI滤波器202滤波的AC线 路接收AC电力。PFC模块204对AC电力进行整流，从而将AC输入电 力转换成直流(DC)电力。在PFC模块204的正端子和负端子处提供所 生成的DC电力。PFC模块204还选择性地提供输入AC电力与所生成的 DC电力之间的功率因数校正。

PFC模块204选择性地将AC电力升压至比AC电力的峰值电压大的 DC电压。术语“选择性地”表示PFC模块204被配置成在一些条件下 将AC电力升压而在其他条件下不将AC电力升压。仅举例而言，PFC模 块204可以工作在被动模式下，在该被动模式下，所生成的DC电压小于 AC电力的峰值电压。PFC模块204还可以工作在主动模式下，在该主动 模式下，所生成的DC电压大于AC电力的峰值电压。可以将比AC电力 的峰值电压大的DC电压称为升压后的DC电压。

RMS电压为230V_RMS的AC电力具有大约325V(230V乘以2的平 方根)的峰值电压。仅举例而言，当根据RMS电压为230V_RMS的AC电 力进行工作时，PFC模块204可以生成大约350V(其还可以被表示为 350VDC或350V_DC)与大约410V之间的升压后的DC电压。仅举例而 言，可以施加350V的下限以避免PFC模块204的不稳定的工况(operaing  regime)。该下限可以随着例如AC输入的电压而异。在各种实现中，PFC 模块204能够获得比410V高的升压后的DC电压和/或比350V低的较低 的升压后的电压。然而，为了提高可能在较高电压处经受较大的压力的部 件例如在DC滤波器206中的部件的长期可靠性，可以施加上限例如 410V。在各种实现中，上限和/或下限可以动态地变化。

DC滤波器206对由PFC模块204生成的DC电力进行滤波。DC滤 波器206使存在于DC电力中的由于AC电力到DC电力的转换而产生的 纹波电压最小化。在各种实现中，DC滤波器206可以包括连接在PFC 模块204的正端子与负端子之间的一个或多个串联或并联的滤波器电容 器。在这样的实现中，可以将PFC模块204的正端子与负端子直接连接 至逆变器电力模块208的正端子和负端子。

逆变器电力模块208(参照图3A、图3B和图3C更详细地描述)将 由DC滤波器206滤波的DC电力转换成被提供给压缩机电动机的AC电 力。仅举例而言，逆变器电力模块208可以将DC电力转换成三相AC电 力并且将该AC电力的相提供给压缩机102的电动机的三个相应的绕组。 在其他实现中，逆变器电力模块208可以将DC电力转换成更多或更少相 的电力。此外，本公开内容的原理应用于具有多于三个绕组或少于三个绕 组的电动机。

DC-DC电源220还可以接收滤波后的DC电力。DC-DC电源220将 DC电力转换成适合于各种部件和功能的一个或多个DC电压。仅举例而 言，DC-DC电源220可以将DC电力的电压降低至适合用于给数字逻辑 供电的第一DC电压和适合用于控制PFC模块204内的开关的第二DC 电压。仅举例而言，第二DC电压可以选择性地被施加至开关的栅极端子。 在各种实现中，DC电力可以由另一DC电源(未示出)例如经由变压器 连接至主AC输入的整流器来提供。

在各种实现中，第一DC电压可以为大约3.3V而第二DC电压可以 为大约15V。在各种实现中，DC-DC电源220还可以生成第三DC电压。 仅举例而言，第三DC电压可以为大约1.2V。第三DC电压可以使用调压 器从第一DC电压得到。仅举例而言，第三DC电压可以用于核心数字逻 辑，而第一DC电压可以用于PFC控制模块250和电动机控制模块260 的输入/输出电路。

PFC控制模块250对PFC模块204进行控制，以及电动机控制模块 260对逆变器电力模块208进行控制。在各种实现中，PFC控制模块250 对PFC模块204内的开关的切换进行控制，以及电动机控制模块260对 逆变器电力模块208内的开关的切换进行控制。PFC模块204可以被实 现成1相、2相、3相或更多相。

监控模块270可以经由通信模块272与系统控制器130(图2中未示 出)通信。通信模块272可以包括输入/输出端口以及用作系统控制器130 与监控模块270之间的接口的其他合适的部件。通信模块272可以实现有 线和/或无线协议。

监控模块270给PFC控制模块250和电动机控制模块260提供各种 命令。例如，监控模块270可以给电动机控制模块260提供命令速度。该 命令速度对应于压缩机102的电动机的期望旋转速度。

在各种实现中，命令压缩机速度可以由系统控制器130提供给监控模 块270。另外地或可替代地，监控模块270可以基于经由通信模块272提 供的输入和/或由各种传感器(即，传感器输入)测量的参数来确定或者 调节命令压缩机速度。监控模块270还可以基于来自PFC控制模块250 和/或电动机控制模块260的反馈来调节命令压缩机速度。

监控模块270还可以给PFC控制模块250和/或电动机控制模块260 提供其他命令。例如，基于命令速度，监控模块270可以命令PFC控制 模块250产生命令总线电压。监控模块270可以基于另外的输入例如逆变 器电力模块208的操作参数、关于电动机400上的负载的信息、以及输入 AC线路的测量电压来调节命令总线电压。

监控模块270可以诊断驱动控制器132的各种系统的故障。仅举例而 言，监控模块270可以从PFC控制模块250和/或电动机控制模块260接 收故障信息。监控模块270还可以经由通信模块272接收故障信息。监控 模块270可以对驱动控制器132与系统控制器130之间的故障的报告和清 除进行管理。

响应于故障信息，监控模块270可以指示PFC控制模块250和/或电 动机控制模块260进入故障模式。仅举例而言，在故障模式下，PFC控 制模块250可以停止PFC模块204的开关的操作，同时，在故障模式下， 电动机控制模块260可以停止逆变器电力模块208的开关的操作。此外， 电动机控制模块260可以直接与PFC控制模块250交换故障信息。以这 种方式，即使监控模块270未正确地操作，PFC控制模块250也可以响 应由电动机控制模块260识别的故障，或者电动机控制模块260也可以响 应由PFC控制模块250识别的故障。

PFC控制模块250使用脉宽调制(PWM)来控制PFC模块204中 的开关。更具体地，PFC控制模块250可以生成被施加至PFC模块204 的开关的PWM信号。改变PWM信号的占空比以在PFC模块204的开 关中产生期望电流。期望电流基于测量DC总线电压与期望DC总线电压 之间的误差来计算。换言之，对期望电流进行计算以便获得期望DC总线 电压。期望电流还可以基于获得期望功率因数校正参数例如PFC模块204 中的电流波形的形状。由PFC控制模块250生成的PWM信号可以被称 为PFC PWM信号。

电动机控制模块260使用PWM对逆变器电力模块208中的开关进行 控制以便获得命令压缩机速度。由电动机控制模块260生成的PWM信号 可以被称为逆变器PWM信号。逆变器PWM信号的占空比对通过压缩 机102的电动机的绕组的电流(即，电动机电流)进行控制。电动机电流 控制电动机转矩，因此电动机控制模块260可以控制电动机转矩以获得命 令压缩机速度。

除了共享故障信息之外，PFC控制模块250和电动机控制模块260 还可以共享数据。仅举例而言，PFC控制模块250可以从电动机控制模 块260接收数据例如负载、电动机电流、估计的电动机转矩、逆变器温度 以及逆变器PWM信号的占空比。PFC控制模块250还可以从电动机控 制模块260接收数据例如测量的DC总线电压。电动机控制模块260可以 从PFC控制模块250接收数据例如AC线路电压、通过PFC模块204的 电流、估计的AC电力、PFC温度以及命令总线电压。

在各种实现中，PFC控制模块250、电动机控制模块260和监控模块 270中的一些或全部可以在集成电路(IC)280上实现。仅举例而言，IC 280可以包括数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、微 处理器等。在各种实现中，在IC 280中可以包括另外的部件。另外，图2 中的IC 280内部示出的各种功能可以在IC 280的外部例如在第二IC中 或在分立电路中实现。仅举例而言，监控模块270可以与电动机控制模块 260集成在一起。

现在参照图3A，给出了逆变器电力模块208的示例性实现和电动机 400的简化示意图。电动机400是图2的压缩机102的部件。然而，图3A 至图3C的原理可以应用于其他电动机包括冷凝器104的电动机。

逆变器电力模块208包括开关块402。开关块402经由正DC端子404 和负DC端子406从DC滤波器206接收滤波后的DC电压。开关块402 包括第一逆变器臂410，该第一变器臂410包括第一开关420和第二开关 422以及第一二极管424和第二二极管426。

在该示例中，第一开关420的第一端子连接至正DC端子404，而第 二开关422的第二端子连接至负DC端子406。第一开关420的第二端子 连接至第二开关422的第一端子。第一二极管424的阳极连接至第一开关 420的第二端子并且第一二极管424的阴极连接至第一开关420的第一端 子。第二二极管426的阳极连接至第二开关422的第二端子并且第二二极 管426的阴极连接至第二开关422的第一端子。

开关420和开关422的控制端子通常从电动机控制模块260接收互补 信号。电动机控制模块260使用PWM控制开关420和开关422以便获 得命令压缩机速度。逆变器PWM信号的占空比控制通过电动机400的 绕组的电流。电动机电流控制电动机转矩，因此电动机控制模块260可以 控制电动机转矩以获得命令压缩机速度。

在各种实现中，开关420和开关422中的每个开关可以被实现为绝缘 栅双极型晶体管(IGBT)。在这样的实现中，第一端子、第二端子和控制 端子可以分别对应于集电极端子、发射极端子和栅极端子。可替代地，开 关420和开关422可以被实现为其他形式的固态开关例如金属氧化物半导 体场效应晶体管(MOSFET)或功率MOSFET。

开关块402可以包括一个或多个另外的逆变器臂。在各种实现中，对 于电动机400的每个相或绕组，开关块402可以包括一个逆变器臂。仅举 例而言，如图3A所示，开关块402可以包括第二逆变器臂430和第三逆 变器臂440。逆变器臂410、430和440可以分别向电动机400的绕组450、 452和454提供电流。绕组454、452和450可以分别被称为绕组a、b和 c。施加至绕组454、452和450的电压可以分别被称为Va、Vb和Vc。 通过绕组454、452和450的电流可以分别被称为Ia、Ib和Ic。

仅举例而言，绕组450、452和454的第一端可以连接至公共节点。 绕组450、452和454的第二端可以分别连接至逆变器臂410、430和440 的第一开关420的第二端子。

逆变器电力模块208还可以包括与第一逆变器臂410相关联的分流电 阻器460。分流电阻器460可以连接在第二开关422的第二端子与负DC 端子406之间。在各种实现中，相应的分流电阻器可以位于逆变器臂430 和440中的每个逆变器臂与负DC端子406之间。仅举例而言，通过电动 机400的第一绕组450的电流可以基于第一逆变器臂410的分流电阻器 460两端的电压来确定。

在各种实现中，可以省略逆变器臂410、430或440中的一个的分流 电阻器。在这样的实现中，可以基于剩余的分流电阻器的测量来推断电流。 第三电流可以基于假设Ia+Ib+Ic＝0来确定。

另外地或可替代地，如图3B所示，电阻462可以与负DC端子406 串联连接。因此，通过电阻462的电流可以表示由逆变器电力模块208 消耗的总电流。通过逆变器臂410、430和440中每个逆变器臂的电流可 以基于通过逆变器臂410、430和440的电流的已知相位时序从总电流推 断。确定逆变器中的电流的进一步讨论可以在2007年3月20日发布的共 同转让的美国专利第7,193,388号中找到，在此其全部公开内容通过引用 合并至本文。

可以使用测量或感测通过逆变器臂410、430和440中的任何或全部 逆变器臂的电流的任何方法。例如，在各种实现中，如图3C中所示，可 以使用电流传感器487测量通过第一逆变器臂410的电流。仅举例而言， 电流传感器487可以被实现在第一逆变器臂410与第一绕组450之间。还 可以分别使用相关联的电流传感器488和489测量通过逆变器臂430和 440的电流。在各种实现中，电流传感器可以与逆变器臂410、430和440 中的两个逆变器臂相关联。通过逆变器臂410、430和440中另一个逆变 器臂的电流可以基于电动机绕组中的电流之和为零的假设来确定。

现在参照图4，示出图2的电动机控制模块260的示例性实现。电动 机控制模块260对逆变器电力模块208内的开关进行控制以控制施加至电 动机400的绕组454、452、450(在下文中“绕组_a-c”)的电压。这还可 以被称为控制逆变器电力模块208或者被称为控制电动机400。

例如，当电动机400包括三相电动机时，电动机控制模块260分别将 电压V_a-c施加至绕组_a-c。电压V_a-c被统称为输出电压。当将电压V_a-c施加 至绕组_a-c时，在绕组_a-c中分别生成电流I_a-c。电流I_a-c可以被统称为绕组 电流。绕组_a-c中的电流产生关于绕组_a-c的磁通量，或者关于绕组_a-c的磁 通量产生绕组_a-c中的电流。电动机控制模块260生成输出电压以控制绕 组电流和/或以控制磁通量。电动机400例如可以是三相内部永磁(“IPM”) 电动机或开关磁阻(“SR”)电动机。

电动机400包括响应于绕组电流而旋转的转子(未示出)。电动机控 制模块260对输出电压的幅度、占空比和/或频率进行控制以控制转子的 转矩和速度。电动机控制模块260可以基于命令电动机速度来控制输出电 压，该命令电动机速度表示转子的期望转速。

电动机控制模块260可以实现电动机400的磁场定向控制。因此，电 动机控制模块260可以将电动机驱动变量映射至各种参照系。电动机驱动 变量可以包括用于控制电动机400的请求电流/电压值以及测量的电流/电 压。例如，电动机驱动变量可以包括通过绕组_a-c的测量电流I_a-c以及由 电动机控制模块260用于将电压V_a-c电压施加至绕组_a-c的电压请求。

电动机控制模块260可以将电动机驱动变量映射到abc参考系 (FoR)、αβFoR和qdr FoR中。abc FoR表示基于绕组_a-c的三相定子系。 测量电流I_a-c中的每个测量电流可以分别被映射至abc FoR的轴a、b和 c。另外地，电动机控制模块260可以将与电压V_a-c对应的请求电压映射 至abc FoR。

αβFoR包括电动机驱动变量被投射到其上的固定的基于定子的x和 y坐标。qdr FoR是与转子对应并且与转子同步旋转的旋转FoR。因此， qdr FoR基于转子的角度。

电动机控制模块260可以将电动机驱动变量从一个FoR变换至另一 FoR。例如，电动机控制模块260可以将在abc FoR中表示的电流变换至 在αβFoR中表示的电流，并且可以将在αβFoR中表示的电流变换至在 abc FoR中表示的电流。电动机控制模块260可以使用数值变换来将电动 机驱动变量从abc FoR变换至αβFoR。电动机控制模块260可以基于转 子的角度将电动机驱动变量从αβFoR变换至qdr FoR。

电动机控制模块260基于来自图2中的监控模块270的命令速度来对 逆变器电力模块208进行控制。在各种实现中，滤波器模块501可以对来 自图2中的监控模块270的命令速度进行滤波。在这些实现中，滤波器模 块501的输出在下文被称为命令速度ω_v。

在开环模式下，假定命令速度ω_v没有变化太快，转子的实际速度通 常跟随命令速度ω_v。因此，可以选择滤波器模块501的低通滤波的系数， 使得转子加速度可以跟上从滤波器模块501输出的命令速度ω_v的变化。 否则会丢失转子同步。在各种实现中，滤波器模块501可以实现斜坡函数， 其在每个预定时间间隔期间通过达到最大增量来对命令速度ω_v进行更 新。

当工作在开环模式下时，电动机控制模块260可以基于命令FoR(例 如，qdv FoR)来控制电动机400。qdv FoR与转子的命令速度ω_v以及转 子的命令角度(θ_v)相关联。命令角度生成模块502可以例如通过对命令 速度ω_v进行积分来确定命令角度θ_v。

电动机控制模块260可以工作在各种模式例如开环模式或闭环模式 下。仅举例而言，当启动电动机400时电动机控制模块260可以工作在开 环模式下并且随后转变至工作在闭环模式下。当工作在开环模式下时，转 子往往与命令速度ω_v同步，尤其当电动机控制模块260以较慢速度操作 转子时。然而，由于施加至电动机400的负载，所以实际的转子角度可以 不同于命令角度θ_v。例如，当工作在开环模式下时负载的变化可以改变命 令角度θ_v与实际转子角度之间的相位差。

转变模块503确定何时将电动机控制模块260从开环模式转变至闭环 模式。仅举例而言，转变模块503基于以下至少之一来确定何时进行转变： 命令速度ω_v、电动机400的操作时间、电动机400上的负载、电动机400 的至少一个驱动变量、转子的命令加速度、和/或来自估计模块504的反 馈。

例如，转变模块503可以基于电动机400的命令加速度和/或过去的 操作时间来预测电动机的速度。当预测速度大于速度阈值时，转变模块 503可以从开环转变至闭环。另外地或可替代地，当命令速度ω_v大于速 度阈值时，转变模块503可以从开环转变至闭环。仅举例而言，速度阈值 可以为1400转每分钟(RPM)。在各种实现中，当从电动机400起动时 过去的时间超过预定时间段时，转变模块503可以从开环模式转变至闭环 模式。

估计模块504对转子的速度(ω_est)和角度(θ_est)进行估计。估计模 块504可以基于估计角度θ_est来确定估计速度ω_est。例如，估计模块504 可以对估计角度θ_est在一段时间上求导数和进行滤波以确定估计速度 ω_est。当估计模块504获得对估计角度θ_est和估计速度ω_est的稳定估计时， 转变模块503可以从开环模式转变至闭环模式。在各种实现中，当在估计 模块504中发生收敛时，该收敛可以由例如通量估计表示，转变模块503 可以从开环模式转变至闭环模式。

估计模块504可以基于各种电动机驱动变量确定估计角度θ_est。例如， 电动机驱动变量可以包括要被施加至绕组_a-c的电压V_a-c以及在绕组_a-c中 测量的电流I_a-c。另外，估计模块504可以基于命令速度ω_v来确定估计角 度θ_est。估计模块504可以实现状态观测器(例如，龙贝格(Luenberger) 观测器)以基于电动机驱动变量来确定估计角度θ_est和估计速度ω_est。在 2004年6月29日发布的美国专利6,756,757、2007年4月24日发布的美 国专利7,208,895、2008年3月11日发布的美国专利7,342,379以及2008 年5月20日发布的美国专利7,375,485中可以找到无传感器控制系统和方 法的进一步描述，其全部公开内容通过引用合并至本文。

估计模块504除了接收电压命令以外还可以接收实际电压或者可以 接收实际电压替代电压命令。估计模块504可以接收估计速度ω_est的滤波 后和受限的版本。在各种实现中，滤波后和受限的版本可以从角度/速度 确定模块508接收，并且可以与ω_r对应。电流确定模块506可以测量绕 组_a-c的电流I_a-c(下文中“测量电流”)。估计模块504可以使用测量电流 来估计θ_est和ω_est。

角度/速度确定模块508基于当前启用模式例如开环模式或闭环模式 来生成输出角度θ_r和输出速度ω_r。当工作在开环模式下时，角度/速度确 定模块508可以将输出角度θ_r设置成等于命令角度θ_v，而当工作在闭环 模式下时，角度/速度确定模块508可以将输出角度θ_r设置成等于估计角 度θ_est。

当转变模块503指示从开环模式转变至闭环模式时，角度/速度确定 模块508将输出角度θ_r从命令角度θ_v逐渐地调节至估计角度θ_est。当从开 环模式转变至闭环模式时，该逐渐的调节可以使瞬态电流需求最小化，其 可以防止电流控制(以下进行描述)和/或对估计角度θ_est的估计的中断。 因此，逐渐的调节可以提高转变期间的稳定性并且使电动机400能够更稳 定地起动，尤其较高负载的情况下。

角度/速度确定模块508当工作在开环模式下时将输出速度ω_r设置成 等于命令速度ω_v，而当工作在闭环模式下时将输出速度ω_r设置成等于估 计速度ω_est。在各种实现中，当转变模块503指示从开环模式转变至闭环 模式时，角度/速度确定模块508可以将输出速度ω_r从命令速度ω_v立即 切换至估计速度ω_est。

转变模块503还可以指示从闭环模式变回开环模式。仅举例而言，当 观察到出错状况例如丢失转子或异常操作状况时可以执行转变回开环模 式。因此，角度/速度确定模块508还可以将输出速度ω_r从估计速度ω_est切换回命令速度ω_v，并且将输出角度θ_r从估计角度θ_est切换回命令角度θ_v。 在各种实现中，类似于从开环模式到闭环模式的转变，可以立即执行对输 出速度ω_r的切换，同时可以逐渐地执行对输出角度θ_r的切换。

在各种实现中，可以支持另外的模式。仅举例而言，可以支持三种、 四种或更多种模式。转变模块503可以指示角度/速度确定模块508从模 式中的一种模式转变至另一模式。在每个转变期间，角度/速度确定模块 508可以将输出速度ω_r立即切换至与所选择的模式对应的速度。可替代 地，输出速度ω_r可以朝向所选择的模式的速度斜变。此外，角度/速度确 定模块508朝向与所选择的模式对应的角度使输出角度θ_r斜变。转变模 块503可以使用转变信号来指示角度/速度确定模块508从模式中的一种 模式转变至另一模式。例如，转变信号可以指定角度/速度确定模块508 应当转变至其的目标模式。

速度环路控制模块510输出被计算以将输出速度ω_r与命令速度ω_v匹配的闭环需求转矩信号。在闭环模式下，输出速度ω_r等于电动机400 的估计速度ω_est。因此，速度环路控制模块510可以生成闭环需求转矩信 号以便保持电动机400的速度近似等于命令速度ω_v。仅举例而言，当输 出速度ω_r小于命令速度ω_v时，速度环路控制模块510可以增大闭环需求 转矩，而当输出速度ω_r大于命令速度ω_v时，速度环路控制模块510可以 减小闭环需求转矩。

图7中更详细地描述的开环转矩模块511输出开环需求转矩信号，该 开环需求转矩信号被设计成朝向命令速度ω_v基于的期望速度增加电动机 的速度。在各种实现中，命令速度ω_v朝向该期望速度斜变。

多路转换器513从开环转矩模块511接收开环需求转矩信号并且从速 度环路控制模块510接收闭环需求转矩信号。响应于来自转变模块503 的转变信号，多路转换器513基于闭环需求转矩或者开环需求转矩输出需 求转矩信号。

响应于表示电动机控制模块260正工作在闭环模式下的转变信号，多 路转换器513将需求转矩信号设置成等于闭环需求转矩信号。响应于表示 电动机控制模块260正工作在开环模式下的转变信号，多路转换器513 将需求转矩信号设置成等于开环需求转矩信号。

Idr注入模块512基于DC总线电压、需求转矩信号和命令速度ω_v来生成d-轴电流(Idr)需求。Idr需求由下文描述的电流控制用于Idr注 入，其还可以被称为磁场减弱或者相位超前。在各种实现中，Idr注入模 块512可以基于下文描述的欠电压(out-of-volts)(OOV)信号以及测量 电流来调节Idr需求。

转矩映射模块514基于需求转矩信号来生成q轴电流(Iqr)需求。 因为Idr需求可以影响生成的转矩，所以转矩映射模块514还可以基于Idr 需求来确定Iqr需求。仅举例而言，转矩映射模块514可以实现电流上限。 在各种实现中，转矩映射模块514可以将Idr需求和Iqr需求的组合与电 流上限进行比较，并且当该组合超过电流上限时降低需求之一或两者。在 各种实现中，转矩映射模块514可以限制仅Iqr需求。仅举例而言，电流 上限可以是均方根极限例如25Amps_RMS。

当转矩映射模块514限制Iqr需求以满足电流上限时，转矩映射模块 514可以将限制信号输出至速度环路控制模块510。当限制信号被接收时， 速度环路控制模块510可以暂时暂停增大闭环需求转矩。在各种实现中， 速度环路控制模块510可以响应于OOV信号来采取类似的动作以暂时暂 停增大闭环需求转矩。

仅举例而言，速度环路控制模块510可以尝试将输出速度ω_r匹配至 命令ω_v的降低的版本。可替代地或者另外地，速度环路控制模块510可 以选择性地暂停会导致增大闭环需求转矩的错误总计和/或集成操作。换 言之，当转矩映射模块经由限制信号表示达到电流上限时，不能在电流上 限内获得当前需求转矩。因此，速度环路控制模块510可以停止增大闭环 需求转矩以防止需求甚至更多不能达到的转矩。

电流控制模块516基于电流需求Iqr和Idr来确定在qdr FoR中的q 轴电压需求Vqr和d轴电压需求Vdr。在各种实现中，电流控制模块516 还可以基于测量电流来确定电压命令Vqr和Vdr。在各种实现中，电流 控制模块516可以通过调节电压命令Vqr和Vdr来尝试将测量电流匹配 至Iqr需求和Idr需求。在各种实现中，电流控制模块516还可以接收输 出速度ω_r(图4中未示出)。

abc至qdr模块520基于来自角度/速度确定模块508的输出角度θ_r来将测量电流I_a-c映射至qdr FoR上。所得到的映射电流可以被称为Iqdr， 并且可以包括Iqr分量和Idr分量。因此，电动机控制模块260的部件例 如电流控制模块516可以使用测量电流的Iqdr表示。

qdr至αβ模块522可以将电压命令Vqr和Vdr从qdr FoR变换至 αβFoR，由此生成αβFoR中的电压请求(在下文中“电压请求”)。该电 压请求可以表示要被施加至绕组_a-c的电压。qdr至αβ模块522可以基于 输出角度θ_r来执行变换，并且在各种实现中，qdr至αβ模块522可以基 于输出速度ω_r来执行变换。

图5中更加详细描述的脉宽调制(PWM)模块524生成占空比值以 使用PWM对逆变器电力模块208进行控制。仅举例而言，PWM切换频 率可以为近似5kHz或近似10kHz。在各种实现中，逆变器电力模块208 和电动机400具有三相，因此PWM模块524生成三个占空比值，一个占 空比值针对一个逆变器臂。PWM模块524还可以从PWM控制模块528 接收模式信号。

图6A中更加详细描述的PWM控制模块528通过将来自PWM模块 524的占空比值转换成根据占空比值的驱动波形来对逆变器电力模块208 进行控制。PWM控制模块528可以响应于来自角度/速度确定模块508 的输出速度ω_r和/或基于其他逆变器/压缩机参数(例如压缩机转矩/电流 或负载)工作在不同的模式下。如下文将描述的，PWM控制模块528可 以给PWM模块524提供相应的模式信息，从而PWM模块524可以响应 于该模式信息来改变操作。

在各种实现中，逆变器电力模块208的每个臂包括互补开关对，因此 每个占空比值被转换成相应的互补开关的互补占空比值对。仅举例而言， 图3A中的第一逆变器臂410的开关420和开关422可以用互补占空比值 来控制。

在各种实现中，为防止暂时短路状况而引入停歇时间(deadtime)， 在暂时短路状况下两个互补开关(例如，开关420和开关422)至少部分 地导通。引入停歇时间包括调节基于互补占空比值的信号何时被施加至开 关使得当互补开关还未完成关断时该开关不接通。换言之，这两个开关的 关断时间部分地重叠。停歇时间可以由PWM控制模块528引入。停歇时 间的引入还可应用于其他PWM控制，因此可以用于通过图2的PFC控 制模块250进行的PFC控制。

引入停歇时间可以影响以下时间：在该时间期间，电流正在流动，因 此可以使所产生的实际PWM波形不与指示的占空比值匹配。因此，停歇 时间可以在了解以下情况下被引入：方向电流正在流动并且即将关断 (off-going)晶体管(晶体管关断)是否会控制电流的流动或者即将接通 (on-coming)晶体管(互补晶体管接通)是否会控制电流的流动。在每 种情况下，可以引入停歇时间，使得在将产生指示的占空比值时控制晶体 管进行转变。相应地调节其他晶体管的转变时间以产生期望的停歇时间。

替代使用自适应停歇时间引入，可以基于对如何引入停歇时间的理解 来预补偿占空比值。换言之，为停歇时间引入设置的占空比值可以增大或 者减小，使得当引入停歇时间时，在逆变器电力模块208中生成的实际电 流与指示的占空比值匹配。在图5的上下文中，这将意味着PWM模块 524基于如何期望PWM控制模块528引入间歇时间来对提供给PWM控 制模块528的占空比值进行预补偿。

现在参照图5，PWM模块524的示例性实现包括αβ至abc模块604， 其将来自图4的qdr至αβ模块522的电压请求变换成abc FoR，产生三 个电压需求(即，Vr_a、Vr_b和Vr_c，统称为Vr_a-c)，一个电压需求对应于 电动机400的三个绕组中的一个绕组。这三个电压需求表示要被施加至相 应的绕组以生成期望电流的瞬时电压。

为了实现电压需求，占空比模块608将这三个电压需求转换成三个占 空比值。在各种实现中，由于逆变器电力模块208由DC总线供电，所以 通过将电压需求除以DC总线电压来计算占空比值。仅出于说明的目的， 当DC总线电压是400V并且电压需求是320V时，所计算的占空比值是 80％(320V/400V)。

在各种实现中以及在各种工况中，所计算的占空比值可能违反给占空 比值施加的一个或多个限制。例如，按照定义占空比上限不能大于100％， 而按照定义占空比下限不能小于0％。在一些特定PWM实现中，占空比 值50％可以用数值0来表示，而占空比值0％和占空比值100％可以分别 由-0.5和0.5来表示。在其他特定PWM实现中，占空比值50％可以用数 值0来表示，而占空比值0％和占空比值100％可以分别由-1和1来表示。 这些表示之间的转换是简单的数学运算，并且在以下描述中占空比值会被 表示为百分比。

在一些实现中，占空比上限被设置成小于100％如96％、95％或92％。 可以基于对绕组电流I_a-c的测量的需求来设置占空比上限。例如，如果将 占空比100％施加至开关中的一个开关，则互补开关将不会接通并且电流 不会流过与互补开关对应的电流测量电阻器。如果电流测量电阻器的位置 改变，则可以允许占空比上限100％，但是占空比下限会被设置成大于0％ 以允许电流测量。仅举例而言，占空比下限可以被设置成4％、5％或8％。 在各种其他实现中，占空比下限可以被设置成等于1减去占空比上限。

在各种实现中，电动机400可以不响应于绕组电压自身，但是替代地 响应于绕组电压之间的差。作为简化的示例，向第一绕组施加50V并且 向第二绕组施加150V通常等于向第一绕组施加0V并且向第二绕组施加 100V。因此，即使电压需求之一可以超过可用电压，但是PWM模块524 也可以在生成占空比时移动电压需求。换言之，可以通过将全部占空比向 下移动直到最大占空比不再超过占空比上限来对超过占空比上限的占空 比进行校正。

缩放模块612确定是否需要移动并且相应地移动占空比。在各种工况 中，如下文更加详细描述的，即使没有占空比落到占空比极限的外部，缩 放模块612也可以执行移动。由于所计算的占空比可以由缩放模块612 修改，所以其可以被称为初始占空比值。注意，在各种实现中，即使所有 初始占空比值都在占空比下限与占空比上限之间，缩放模块612也移动初 始占空比值。

仅举例而言，缩放模块612可以移动初始占空比值，使得当被移动时 最高初始占空比值和最低初始占空比值以预定值例如50％为中心。该移 动技术被称为基于中心的控制。在基于中心的控制的替选实现中，缩放模 块612可以移动初始占空比值，使得所有移动后的占空比值的平均值等于 预定值例如50％。在各种实现中，缩放模块612可以实现两种类型的基 于中心的控制，并且动态地选择使用哪种，或者可以被预配置成使用两种 类型的基于中心的控制之一。

当占空比上限和占空比下限不对称(例如分别为95％和0％)时，基 于中心的控制可以防止使用全部范围内的可能的占空比值。换言之，作为 将中心约束与占空比上限结合的结果，大约50％的基于中心的控制可以 有效地将可能的占空比值限制到5％-95％。由于占空比值仍然较接近于 50％并且未到达5％极限，所以在随着低电压需求使用基于中心的控制的 实现中可以缓解该限制。

根据被称为总线箝位的另一技术，缩放模块612移动初始占空比值， 使得初始占空比值的最低占空比值被移动至最小允许占空比例如0％。这 被称为低总线箝位。可替代地，缩放模块612可以移动初始占空比值，使 得初始占空比值的最高占空比值被移动至占空比上限例如95％。这被称 为高总线箝位。

作为数值示例，考虑初始占空比值-30％、-10％和40％。基于中心的 控制的第一实现可以将初始占空比值移动45％并且产生移动后的占空比 值15％、35％和85％。然后，最高移动后的占空比值85％和最低移动后 的占空比值15％关于50％被均等隔开。基于中心的控制的第二实现可以 将初始占空比值移动50％并且产生移动后的占空比值20％、40％和90％。 这三个移动后的占空比值的平均值是50％。

同时，低总线箝位(具有最小允许占空比0％)可以将初始占空比值 移动30％并且产生移动后的占空比值0％、20％和70％。可替代地，高 总线箝位(具有最大允许占空比100％)可以将初始占空比值移动60％并 且产生移动后的占空比值30％、50％和100％。在各种实现中，可以使用 混合箝位方法，其中，取决于在任何时候哪个方法更优选，控制在低总线 箝位与高总线箝位之间交替。

缩放模块612可以实现用于缩放和移动的一个或多个方法，包括但不 限于上述方法。所使用的缩放/移动方法可以在制造时被预配置或者可以 随后被选择，例如在电动机的第一次运行期间或者在电动机的每次运行期 间。在各种其他实现中，可以在各种时刻通过缩放模块612使用这些方法 中的两个或更多个方法。仅举例而言，当电动机400低于预定速度工作时， 缩放模块612可以使用基于中心的控制，而当电动机400高于预定速度工 作时，缩放模块612可以使用总线箝位例如低总线箝位的形式。由于逆变 器臂之一对于每个PWM周期保持关断并且因此仅其他逆变器臂的开关 需要在PWM周期期间改变状态，所以总线箝位可以减小切换损耗。

可能的是，通过移动初始占空比值不能同时满足占空比上限和占空比 下限两者。换言之，最大初始占空比值与最小初始占空比值之间的差大于 占空比上限与占空比下限之间的差。该状况被称为工作在欠电压(OOV) 状态下。OOV状态可以通过缩放模块612的缩放确定模块616来确定。

对于占空比下限为零的实现而言，可替代地，对于OOV状态的测试 可以用公式表示如下：当三个电压需求中的任意两个电压需求之间的差大 于可用电压时，发生工作在OOV下，其中可用电压等于DC总线电压乘 以占空比上限。

为了响应于OOV状态，缩放模块612可以缩放初始占空比，使得其 适合在占空比上限与占空比下限的界限内。在各种实现中，缩放模块612 可以尽可能少地缩放占空比值或电压需求，使得占空比值中的最小占空比 值被设置成占空比下限，而占空比值中的最大占空比值被设置成占空比上 限。

为了保持所施加的电压向量(例如αβFoR中的电压向量)指向同一 方向，可以一致地对三个电压需求或者占空比值执行缩放。换言之，每个 电压差(Vra-Vrb、Vrb-Vrc和Vrc-Vra)与其他电压差中的每个电压差的 比值保持相同。

当呈现OOV状态时，缩放和移动两者可能都是必要的以满足占空比 上限/占空比下限，并且缩放和移动的顺序可以通过简单的数学变换来互 换。为了计算简单，在使用低总线箝位(具有最小允许占空比0％)时， 可以在缩放之前执行移动，因为在移动之后最低占空比值会保持固定在 0％。当使用基于中心的控制时，可以在移动之前执行缩放。否则，缩放 会改变移动后的占空比值的中心点，而需要另外的移动。

需要缩放占空比值的量可以被称为缩放因子。缩放模块612可以将占 空比值中的每个占空比值乘以(1-缩放因子)。例如，如果占空比值需要 被缩放10％以适合在占空比上限/占空比下限的约束内，则可以将初始占 空比值中的每个初始占空比值乘以90％(即，1-10％)。

调节模块620执行任何需要的缩放和移动，并且将命令占空比值输出 到逆变器电力模块208。

缩放因子可以被作用驱动控制器132当前距OOV多远的指示。缩放 因子可以被称为OOV幅度，并且可以被包括在由驱动控制器132的其他 部件使用的OOV信号中。同时，可以实现OOV标志以表示当前是否正 执行缩放(换言之，存在OOV状况)。在各种实现中，当正执行缩放时， 可以将OOV标志设置成活动值(例如在高活动环境中设置成1)，而当未 执行缩放时，可以将OOV标志设置为非活动值(例如，在高活动环境中 设置成0)。OOV标志还可以被包括在由驱动控制器132的其他部件包括 图4的电动机控制模块260的其他部件使用的OOV信号中。

仅出于说明的目的，可以根据放置在二维正六边形内的二维圆形气球 来考虑OOV操作，其中六边形表示驱动控制器132的操作限制(针对当 前可用DC总线电压)，而气球表示电压需求。随着气球膨胀，气球最终 会在六边形的每个边上的单个点处接触六边形。随着气球进一步膨胀，气 球靠着六边形的边变平的部分越来越多。气球靠六边形的内侧的扁率表示 限幅(也被称为OOV，并且由OOV标志表示)。换言之，驱动控制器132 不能满足电压需求。

可以基于OOV标志确定与OOV幅度不同的OOV量。OOV量可以 表示驱动控制器132正花费在OOV状态下的时间的比例。OOV量可以 由滤波器模块624来确定，该滤波器模块624可以通过将数字低通滤波器 应用于OOV标志来确定OOV量。仅举例而言，OOV量可以通过将移动 平均值如下面的加权移动平均值应用于OOV标志来确定：

y(k)＝α·y(k-1)+(1-α)·x(k)

其中x(k)是采样间隔k处的输入，而α的值设置旧样本的贡献下降的比率。

如果OOV标志假设值0或1，则OOV量将在0与1(包括0与1) 之间的范围内变化。当乘以100时，OOV量表示驱动控制器132正花费 在OOV状态下的时间的百分比。较接近于1的值将表示正频繁出现OOV 状态，并且当OOV量达到1时，只要滤波器模块624的滤波器窗口向回 延伸，就已连续存在OOV状态。类似地，当OOV量达到0时，滤波器 窗口的长度内已不存在OOV状况。

电动机控制模块260可以使用多种方法以使OOV操作最小化，或保 持OOV操作低于预定阈值。在各种实现中，图4的Idr注入模块512可 以使用OOV量来确定如何调节Idr需求。此外，图4的速度环路控制模 块510可以使用OOV量来确定何时暂停增大需求转矩。此外，图4的电 流控制模块516可以基于OOV标志暂停增大Vqr和Vdr命令中之一或 者两者。

现在参照图6A，示出了PWM控制模块528的示例性实现的功能框 图。PWM控制模块528基于电动机控制模块260的工作模式来选择性地 调节多个占空比。PWM控制模块528包括占空比调节模块626，该占空 比调节模块626包括第一多路转换器630-1、第二多路转换器630-2和第 三多路转换器630-3(统称为多路转换器630)。

PWM控制模块528还包括脉冲跳过确定模块634和模式确定模块 638。模式确定模块638生成模式信号以确定占空比调节模块626是否执 行下文描述的脉冲跳过。脉冲跳过还可以被称为零向量注入，并且简言之 在电动机的每个相位之间建立大约为零的差异。在一些实现中可以通过使 用相同的脉宽控制逆变器的每个臂来实现零向量注入。该模式信号还可以 由图5中的调节模块620使用以确定何时从基于中心的控制切换至总线箝 位。

仅举例而言，响应于处于第一状态(被称为非活动状态)的模式信号， 占空比调节模块626执行脉冲跳过并且调节模块620使用基于中心的控 制。继续该示例，响应于处于第二状态(被称为活动状态)的模式信号， 占空比调节模块626停止脉冲跳过并且调节模块620使用总线箝位。

模式确定模块638接收表示电动机400的速度的输出速度ω_r。然后， 模式确定模块638响应于输出速度ω_r来选择脉冲跳过模式。仅举例而言， 模式确定模块638响应于低于预定速度的输出速度ω_r来将模式信号设置 成活动状态(启用脉冲跳过)，而响应于高于预定速度的输出速度ω_r来将 模式信号设置成非活动状态(禁用脉冲跳过)。仅举例而言，预定速度可 以为大约8Hz。

在该示例中，当启动电动机400时，使用电动机400的开环控制，在 PWM控制模块528中启用脉冲跳过并且由PWM模块524使用基于中心 的控制。在预定速度下，禁用脉冲跳过，并且PWM模块524切换至使用 总线箝位。随后，在基于其他标准的一些实现中，对电动机400的控制被 转变至闭环。然而，可以在不同的时刻并且基于不同的标准来执行启用或 禁用脉冲跳过，以及在基于中心的控制与总线箝位之间的切换。同样地， 可以在与从开环控制转变至闭环控制同时执行或在从开环控制转变至闭 环控制之后执行启用/禁用脉冲跳过和/或切换箝位模式。

在其他实现中，模式确定模块638基于电动机控制模块260工作在开 环模式下还是工作在闭环模式下来生成模式信号，模式信号可以由来自转 变模块503的转变信号表示。仅举例而言，当电动机控制模块260工作在 开环模式下时，模式确定模块638可以将模式信号设置成活动状态(启用 脉冲跳过)，而当电动机控制模块260工作在闭环模式下时，模式确定模 块638可以将模式信号设置成非活动状态(禁用脉冲跳过)。另外地或可 替代地，模式确定模块638还可以根据命令速度ω_r来生成模式信号。模 式确定模块638还可以根据其他操作参数如电动机电流、负载和/或转矩 来生成模式信号。

脉冲跳过确定模块634选择性地生成脉冲跳过信号，其对占空比调节 模块626的多路转换器630进行控制。脉冲跳过信号确定多路转换器是使 命令占空比通过还是选择预定值(例如，在图6A中示出的0％)。虽然示 出为单脉冲跳过信号，但是在其他实现中，多路转换器630中每个多路转 换器可以使用相应的脉冲跳过信号来独立地控制。

当模式信号处于非活动状态(脉冲跳过禁用)时，脉冲跳过确定模块 634将脉冲跳过信号留在非活动状态，其使得多路转换器630使命令占空 比未改变地通过。当模式信号处于活动状态(脉冲跳过启用)时，脉冲跳 过确定模块634根据下文所描述的技术之一来将脉冲跳过信号在活动状 态与非活动状态之间交替。在活动状态下，脉冲跳过信号使多路转换器 630通过预定值(例如0％)而不是命令占空比。

多路转换器630的输出分别被提供给第一脉冲模块642、第二脉冲模 块644和第三脉冲模块648。脉冲模块642、644和648使用具有由多路 转换器630的输出指定的占空比的脉宽调制(PWM)来输出信号。当脉 冲跳过信号处于非活动状态下时，第一脉冲模块642、第二脉冲模块644 和第三脉冲模块648分别根据命令占空比A、B和C来生成PWM信号。

在各种实现中，第一脉冲模块642、第二脉冲模块644和第三脉冲模 块648能够响应于输入的占空比命令来改变每个脉冲的宽度。换言之，对 于PWM波形的每个周期而言，PWM脉冲的占空比会基于当前的占空比 命令，并且该占空比命令可以每个周期改变一次。当请求0％占空比时， 在该周期内不产生脉冲，并且该脉冲被看作“跳过”。通过跳过该脉冲， 可以降低逆变器电力模块208中的切换损耗。

因此，脉冲跳过确定模块634可以针对PWM的每个周期来改变脉冲 跳过信号的状态。脉冲跳过信号是活动的PWM周期被称为跳过脉冲，因 为0％占空比使得在PWM信号中不存在电压变化。脉冲跳过确定模块634 可以根据例如预定脉冲跳过序列和/或在不工作时(on the fly)生成的脉 冲跳过序列来确定跳过哪些脉冲。

例如，预定脉冲跳过序列可以限定跳过哪些脉冲，并且当预定脉冲跳 过序列是有限长时，预定脉冲跳过序列可以反复重复。仅举例而言，预定 脉冲跳过序列可以指定仅每隔一个脉冲跳过一个脉冲或者每隔四个脉冲 跳过一个脉冲。预定脉冲跳过序列可以更加复杂，并且可以包括二进制序 列，该二进制序列具有表示是否应当跳过相应的脉冲的每个二进制位。可 替代地，预定脉冲跳过序列可以包括一系列整数，每个整数指定在跳过脉 冲之前允许多少个脉冲。

在各种实现中，脉冲跳过确定模块634可以实现从其选择脉冲跳过序 列的查找表格。该查找表格可以存储与电动机400或电动机控制模块260 的不同的工况对应的脉冲跳过序列。例如，不同的脉冲跳过序列可以基于 电动机400的速度从查找表格选择。

可以在设计时使用伪随机数生成器生成预定脉冲跳过序列。如果预定 脉冲跳过序列足够长，则其可以简单地反复重复以获得与真实随机序列略 微不同的结果。可替代地，脉冲跳过确定模块634可以实现伪随机数生成 器以允许在不工作时创建随机化的脉冲跳过序列。伪随机数序列可以是例 如非均匀分布或者正态分布。在各种实现中，可以在不替换的情况下生成 伪随机数序列，即，在序列重复之前正好使用每个值一次。

例如，脉冲跳过确定模块634可以从例如包含集合[0、1、2]的集合 随机地选择整数。该整数确定会跳过多少脉冲，即，值0表示不跳过下一 脉冲。值1表示跳过下一脉冲，而值2表示跳过接下来的两个脉冲。集合 可以包括大于2的另外的整数并且可以省略某些整数。仅举例而言，整数 的集合可以由偶数包括零组成。在替选实现中，整数的集合可以由零以及 一个或多个奇数值组成。

因为逆变器电力模块208的每个相包括互补开关，所以脉冲模块642、 644和648的输出的互补版本分别由逆变器652、656和660生成。如果 在给出的逆变器相中的互补开关用严格的互补控制信号来控制，则在一个 开关关断与另一开关接通之间存在一些重叠。当两个开关都接通时，不期 望的短路电流会流出。因此，停歇时间模块664根据另一控制信号的关断 时间来抵消一个信号的接通时间。

仅举例而言，停歇时间模块664可以稍微提前即将关断(活动到非活 动)控制信号并且稍微延迟即将接通(非活动到活动)控制信号。以这种 方式，避免了在互补开关的导通时间之间的重叠。停歇时间模块664的输 出被提供给逆变器电力模块208的开关。

在各种实现中，可以重新布置停歇时间模块664、脉冲模块642、644 和648以及占空比调节模块626的顺序。仅举例而言，停歇时间模块664 可以布置在脉冲模块642、644和648之后但在占空比调节模块626之前。 在这样的实现中，占空比调节模块626可以响应于表示应当跳过脉冲的脉 冲跳过信号来简单地使用一个非活动信号(例如，在高活动环境中的0) 来替代六个已调节停歇时间的脉冲。

现在参照图6B，示出了对四个示例性脉宽调制(PWM)信号的轨迹， 沿着x轴的时标是毫秒。第一PWM信号670的切换频率为10kHz，占 空比为50％。虽然在这些示例中使用10kHz，但是也可以使用更高或更 低的切换频率。在各种实现中，当第一PWM信号670为低时读取电动机 电流。这些读取时间用竖直虚线标记。这些电动机电流可以用于闭环电动 机控制。

为了降低切换损耗，可以使用切换频率较低的PWM信号。仅举例而 言，示出了具有5kHz切换频率的第二PWM信号674。切换频率降低了 一半，因此切换损耗(由低到高和由高到低的信号转变引起)降低了大约 一半。然而，5kHz切换的听得见的特性(signature)会比10kHz切换的 听得见的特性更让人耳感觉不舒适。此外，在一些实现中，当PWM信号 为高时电动机电流不可测量。在这些实现中，第二PWM信号674仅允许 执行的电流读取的次数是第一PWM信号670的次数的一半。这可以降低 闭环控制的响应性。

示出了在每个读取时间允许电流读取的第三PWM信号678。第三 PWM信号678可以被认为是在25％占空比下工作的5kHz PWM信号或 者是相当于每隔一个脉冲跳过一个脉冲的10kHz PWM信号。因此，类 似于第二PWM信号674，降低了切换损耗。然而，第三PWM信号678 仍然会存在与第二PWM信号674类似的使人不舒服的听得见的特性。

第四PWM信号682与第一PWM信号670一样工作在10kHz下， 但是跳过了个别的PWM周期。如果以非周期的方式跳过这些PWM信号， 则由于PWM开关的能量不再聚集在5kHz，所以减小了引起的听得见的 特性。

在各种实现中，在生成每个脉冲之后，生成随机数。然后，跳过该数 量的脉冲。在这样的实现中，第四PWM信号682是响应于如所示已生成 的一系列随机数686而产生。注意在数字0生成之后，没有跳过脉冲，并 且该脉冲连续。在数字1生成之后，跳过单个脉冲。类似地，在数字2 生成之后，跳过两个脉冲。

现在参照图7，示出了开环转矩模块511的示例性实现的功能框图。 开环转矩模块511生成开环需求转矩，其可以根据DC总线电压和设备温 度而被限制。开环转矩模块511包括转矩限制确定模块704、开环转矩确 定模块708以及转矩限制模块712。

开环转矩确定模块708确定适用于在开环模式下启动电动机400的需 求转矩。该需求转矩可以是单个预定值。在其他实现中，开环转矩可以是 存储在查找表格中的多个值之一。

转矩限制确定模块704基于DC总线电压和图3A至图3C的开关块 402的温度(被称为开关块温度)来确定转矩上限。仅举例而言，转矩限 制确定模块704从被布置成确定开关块402的温度的温度传感器(未示出) 接收开关块温度。在各种实现中，可以通过组合来自多个温度传感器的温 度值来确定开关块温度。每个温度传感器可以热耦接至不同的电路元件。 仅举例而言，每个温度传感器可以热耦接至包括开关块402的晶体管中的 两个晶体管以及二极管中的两个二极管的相应的切换模块。可以通过求平 均来组合各个温度值。可替代地，可以选择各个温度值中的最大值。

仅举例而言，可以使用DC总线电压和开关块温度的函数来计算转矩 上限。另外地或可替代地，可以根据由DC总线电压和开关块温度索引的 查找表格来确定转矩上限。

转矩限制模块712通过根据转矩上限限制需求转矩来生成受限的需 求转矩。换言之，转矩限制模块712输出需求转矩和转矩上限中的较小者 作为受限的需求转矩。

现在参照图8A，示出PWM电动机控制的示例。在804处，控制确 定命令电动机速度是否小于预定阈值速度。如果命令电动机速度小于预定 阈值速度，则控制继续到806处，否则控制继续到808处。在808处，控 制接收命令占空比。在812处，控制基于命令占空比来生成脉冲并且继续 到804处。

在806处，控制接收命令占空比。在820处，控制基于命令占空比生 成脉冲。在824处，控制确定要跳过的脉冲的数量N。在828处，控制确 定N是否大于零。如果N大于零，则控制继续到832处；否则控制返回 804处。在各种实现中，在828和832之间再次检查命令速度，如果命令 速度不再小于阈值，则控制转到808，否则控制继续在832处。在832处， 控制接收命令占空比。在836处，控制基于零占空比生成脉冲，换言之， 跳过脉冲。在840处，控制递减N。控制继续到828处。

现在参照图8B，示出PWM电动机控制的替选示例。图8A的附图 标志用于表示相似的元件。在820之后，控制继续到850处。在850处， 控制确定0与2之间的随机整数，并且设置N等于随机整数。然后，控 制继续到828处。

现在参照图9，与产生受限的需求转矩相关的控制在900处开始。在 904处，控制确定模式是开环还是闭环。如果模式是开环，则控制继续到 906。如果模式是闭环，则控制继续到908。在908处，控制使用来自速 度环路的需求转矩来控制电动机并且返回904。

在906处，控制确定开环转矩。在916处，控制基于总线电压和设备 温度例如开关块温度来确定转矩上限。在920处，控制确定开环转矩是否 大于转矩上限。如果开环转矩大于转矩上限，则控制继续到924处；否则 控制继续到928处。在924处，控制将开环转矩减小到转矩上限。控制继 续到928处。在928处，控制使用开环转矩控制电动机并且返回904。

以上描述本质上仅是说明性的而不意在限制本公开内容、本公开内容 的应用或使用。可以以各种形式实现本公开内容的广泛的教示。因此，虽 然本公开内容包括具体示例，但是由于当学习附图、说明书和所附权利要 求时其他修改会变得明显，所以本公开内容的实际范围不应当限于此。如 本文所使用的，短语A、B和C中至少之一应当解释为使用非排他性逻辑 或(OR)表示逻辑(A或B或C)。应当理解的是，可以在不改变本公开 内容的原理的情况下以不同的顺序(或同时)执行方法内的一个或多个步 骤。

在包括以下定义的本申请中，可以将术语模块替换为术语电路。术语 模块可以指下述的一部分或者包括下述：专用集成电路(ASIC)、数字、 逻辑或混合的模拟/数字分立电路、数字、模拟或混合的模拟/数字集成电 路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)、执行代码的处理器(共 享、专用、或组合)、存储由处理器执行的代码的存储器(共享、专用、 或组合)、提供所描述的功能的其他合适的硬件部件、或者上述的一些或 者全部的组合如片上系统。

如以上所使用的，术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且 可以指程序、例程、功能、类和/或对象。术语共享处理器包含执行来自 多个模块的一些或全部代码的单个处理器。术语组处理器包括与另外的处 理器结合起来执行来自一个或多个模块的一些或全部代码的处理器。术语 共享存储器包含存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器。术语 组存储器包括与另外的存储器结合起来存储来自一个或多个模块的一些 或全部代码的存储器。术语存储器可以是术语计算机可读介质的子集。术 语计算机可读介质不包括通过介质传播的暂态电信号和电磁信号并且因 此可以被看做有形的并且非暂态的。非暂态有形计算机可读介质的非限制 性示例包括非易失存储器、易失存储器、磁存储装置以及光学存储装置。

在本申请中描述的设备和方法可以由一个或多个处理器执行的一个 或多个计算机程序部分地或全部实现。计算机程序包括存储在至少一个非 暂态有形计算机可读介质中的处理器可执行的指令。计算机程序还可以包 括和/或依赖于所存储的数据。