SVPWM逆變控制的死區補償策略

胡 淵 蔣 銳 韓 淳

（1.西南交通大學，成都 610031；2.成都交大許繼電氣公司，成都 610031）

1 引言

在電壓型脈寬調制逆變器中，由于所用的開關管固有存儲時間的存在，開通時間通常小于關斷時間，這就容易導致同一橋臂上的兩只開關管同時導通，發生短路故障，所以必須加入死區時間，在保證同一橋臂上的一只開關管可靠關斷之后，另一只開關管才導通。但這樣導致逆變器的輸出電壓產生嚴重失真，進而導致電流畸變。為了解決死區影響，研究人員已經提出大量解決辦法，但這些方法大多需要檢測電流方向，但在電流傳感器的直流偏移還有PWM的開關噪聲影響下電流在過零點附近的方向很難準確判斷，從而導致不能準確的計算補償量，使得相電流過零點附近的補償很不理想。針對這種情況，本文提出一種無需判斷電流方向的死區補償方法[1，3]。

2 死區效應分析

在實際系統中，死區時間由于受到功率管開關時間，功率管正向壓降和續流二極管壓降這幾個參數的影響，會有一個常數時間Te加到死區時間里，故實際系統的死區時間應該為

但是在本文中為了方便起見，死區時間忽略Te。

圖1 逆變器a相橋臂示意圖

如圖1所示，以逆變器的一個橋臂為例，當ia流入負載時ia＞0，反之ia＜0，則：

（1）當ia＞0時，當關斷Q1并需要開通Q2時，由于死區時間存在，Q2延時開通，a點電壓為 0，但此時a點電壓本應為0，所以此時電壓無損失。

當關斷Q2后需要開通Q1管，但是在死區時間TDT里兩個功率管處于關斷狀態，電流通過 VD2續流，a點的電壓為0，那么就可以得出在一個PWM周期內a相死區時間的電壓損失為

式中，Ts是逆變器PWM的周期，VDC是逆變器直流側的電壓[2]。

（2）當ia＜0時，當關斷Q2并需要開通Q1時，由于死區時間存在，Q1延時開通，a點電壓為VDC/2，但此時a點電壓本應VDC/2，所以此時無影響。

當關斷Q1并需要開通Q2時，在死區時間TDT內兩個功率管處于關閉狀態，電流通過VD1續流，a點電壓為VDC/2，但此時a點電壓本應為0，所以可以得出在一個PWM周期內a相死區時間的電壓損失為

同理，可以推出b、c兩相的電壓損失。那么在一個PWM周期內死區時間引起的各相電壓損失為

式中Va、Vb、Vc是逆變器三相輸出的參考電壓，Va*、Vb*、Vc*是考慮死區時間影響后的實際三相輸出端電壓。從而我們可以得出死區時間所引起的擾動電壓矢量為

上式中Vn和Vn*分別是輸出電壓三相理想中點電壓和考慮死區影響的實際中點電壓。

3 補償方案

為了免去補償時對電流方向的判別，死區時間在本文按以下公式取值：

式中的k值通過以下方式確定

式中，TDT_max為逆變器所能允許的最大死區時間，但在式（8）中，如果某一相電流過小，那么死區時間將變得很大，所以需要進行修正：

式中，uΔ 、di、qi分別為d-q坐標系下的死區擾動電壓矢量和電流矢量。

以上兩式可以得出逆變器各相的死區電壓擾動，而且該值和電流方向無關，它是一個和電流矢量同步旋轉的矢量。從而我們可以設計出補償器，根據式（12）計算出d-q坐標系下的死區時間電壓擾動分量，然后加到指令矢量上完成補償。

4 補償控制系統

為了驗證本文死區補償算法的可行性與有效性，在 SVPWM算法中加入本文的死區補償算法，采用TMS320F240的DSP，補償系統框圖如圖2所示。

圖2 補償系統框圖

按照此系統設計一補償系統。設載波頻率f=2Hz，直流電壓 300V，三相異步電機額定功率為1kW，額定電壓為 380V，額定頻率 50Hz，額定轉速1400r/min，實驗結果如圖3所示。由此結果可知，本文所述補償方法補償后波形更接近正弦波，表明本文補償方法可行。

圖3 補償前的相電流波形

圖4 補償后相電流波形

5 結論

本文提出的這種死區補償策略，無需判斷電流方向，避免了傳統補償算法在電流過零點時的補償效果的下降。實驗結果表明，本文提出的補償策略有效的對死區效應進行了補償，有很好的工程使用價值。

[1] 竇汝振.劉均.SVPWM 控制逆變器死區補償方法的研究[J].電力電子技術,2004,12(6):59-61.

[2] 劉亮,鄧名高.基于 SVPWM 控制的死區補償策略[J].長沙大學學報,2008:3(2):28-31.

[3] 王兆安,劉進軍. 電力電子技術[M].北京:機械工業出版,2009.5.

[4] 吳茂剛,馬宏興,郭冀玲.空間矢量 PWM 逆變器死區效應分析與補償方法[J].浙江大學學報(工學版),2006(3).