一種用于SVPWM技術(shù)中的死區(qū)補(bǔ)償方法

摘要：提出一種用于空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的死區(qū)補(bǔ)償方法。該方法根據(jù)電流極性及6個非零電壓空間矢量間的位置關(guān)系，確定了所需補(bǔ)償?shù)碾妷嚎臻g矢量，僅需在每個PWM周期內(nèi)對部分PWM脈寬進(jìn)行修正就能有效改善由死區(qū)效應(yīng)引起的輸出波形畸變，減小誤補(bǔ)償隨時(shí)間積累所產(chǎn)生的影響，減少CPU運(yùn)行時(shí)間。最后通過TMS320LF2407A型DSP實(shí)現(xiàn)該補(bǔ)償算法，并在110 kW感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中驗(yàn)證了其有效性。
關(guān)鍵詞：逆變器；死區(qū)補(bǔ)償；空間矢量脈寬調(diào)制

1 引言
設(shè)計(jì)逆變器時(shí)，為防止上下橋臂出現(xiàn)直通，通常需設(shè)置一個死區(qū)時(shí)間以延遲開關(guān)器件的導(dǎo)通。但死區(qū)時(shí)間的存在使實(shí)際輸出的電壓、電流波形發(fā)生畸變，電機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)生脈動，且在低速或輕載時(shí)這種影響尤其嚴(yán)重。因此對死區(qū)的補(bǔ)償問題已成為變頻調(diào)速系統(tǒng)中必須解決的關(guān)鍵問題。
現(xiàn)有文獻(xiàn)的死區(qū)補(bǔ)償方法可分為硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償兩類。其中硬件補(bǔ)償需要額外的硬件電路，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，成本增加，實(shí)際中較少采用；軟件補(bǔ)償通過在控制程序中加入補(bǔ)償算法來實(shí)現(xiàn)死區(qū)補(bǔ)償，它無需添加硬件，且更加靈活，具有廣泛的適用性。軟件補(bǔ)償大體上又可分為兩種：①通過計(jì)算需要補(bǔ)償?shù)碾妷浩骄祦磉M(jìn)行補(bǔ)償。該方法易于實(shí)現(xiàn)，但補(bǔ)償精度低，較少用；②目前應(yīng)用較多的是基于脈沖的死區(qū)補(bǔ)償方法，即直接在本周期內(nèi)對逆變器的6個PWM脈寬同時(shí)進(jìn)行修正，從而補(bǔ)償因死區(qū)時(shí)間而損失或增加的輸出電壓。該方法理論上可對死區(qū)時(shí)間進(jìn)行較準(zhǔn)確的補(bǔ)償。但實(shí)際系統(tǒng)中補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確程度取決于電流極性檢測的正確與否。一旦電流極性檢測錯誤，必然導(dǎo)致誤補(bǔ)償，不但不能消除死區(qū)對系統(tǒng)的影響，反而會使此影響加重。
這里在分析死區(qū)的產(chǎn)生及其影響的基礎(chǔ)上，針對SVPWM方式提出了一種新型的基于脈沖的死區(qū)補(bǔ)償方法，該方法僅需在每個PWM周期里對部分PWM脈寬進(jìn)行修正。在一臺110 kW感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。

2 死區(qū)效應(yīng)分析
圖1示出典型的電壓源型逆變電路，以該電路為例分析死區(qū)效應(yīng)的影響，負(fù)載為異步電動機(jī)。為便于分析，不考慮開關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，且逆變電路采用SVPWM控制。以A相為例，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)逆變器上、下橋臂的功率開關(guān)器件均關(guān)斷，且由于電磁慣性使得電動機(jī)繞組中的電流不會立即反向，而是通過續(xù)流二極管續(xù)流。則當(dāng)iA>0時(shí)，電流通過VD4續(xù)流，A橋臂對直流的中點(diǎn)電位uAO'=-Ud／2；iA0時(shí)，iA通過VD1續(xù)流，uAO'=Ud／2。

圖2a為不考慮死區(qū)影響情況下uAO'的理想波形。考慮死區(qū)時(shí)間Td影響后，A相橋臂功率開關(guān)器件VT1與VT4的實(shí)際驅(qū)動信號分別見圖2b，c。圖2d為考慮Td影響后實(shí)際的uAO'波形。圖2e為由于死區(qū)影響產(chǎn)生的電壓偏差脈沖uer，且uer=uAO'*-uAO'，其正、負(fù)與電流極性有關(guān)。圖2f為iA波形。