摘要：基于SVPWM技術(shù)的PWM整流器必然需要在功率管驅(qū)動(dòng)信號(hào)中加入死區(qū)時(shí)間。這樣將影響電壓和電流的波形，也就是死區(qū)效應(yīng)。首先本文分析了死區(qū)效應(yīng)產(chǎn)生的原理，并以此為基礎(chǔ)提出了一種死區(qū)補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ⒃敿?xì)介紹了基于DSP的軟件實(shí)現(xiàn)方法。

1 引言

目前，越來(lái)越多的變頻器采用IGBT作為功率器件，任何固態(tài)電子開(kāi)關(guān)器件都有其固有的開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間會(huì)隨著流過(guò)功率器件電流的提高而增大 ,導(dǎo)致實(shí)際的開(kāi)關(guān)信號(hào)比驅(qū)動(dòng)信號(hào)滯后。在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的傳遞過(guò)程中，也會(huì)有一些使開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻滯后的環(huán)節(jié)，例如邏輯器件的響應(yīng)時(shí)間和濾波電路的電容等，驅(qū)動(dòng)隔離電路也會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)間延遲。如果不采取措施 ,這些因素會(huì)導(dǎo)致變換器中同橋臂串聯(lián)的多只功率管直通，造成電壓型電力電子設(shè)備中電壓短路 ,很容易燒毀器件，發(fā)生事故。因此，死區(qū)作為一種防止直通的保護(hù)措施被廣泛使用，是非常有必要的。

2 死區(qū)效應(yīng)原理

在三相電壓型PWM整流器（VSR）控制過(guò)程中，由于開(kāi)關(guān)管固有開(kāi)關(guān)時(shí)間的影響，開(kāi)通時(shí)間往往小于關(guān)斷時(shí)間，因此在上下橋臂互補(bǔ)控制時(shí)，容易發(fā)生同臂兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通的短路故障。為防止VSR同一橋臂兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的直通，在PWM控制信號(hào)中，必須設(shè)定“先斷后通”P(pán)WM開(kāi)關(guān)死區(qū)。盡管對(duì)于快速的功率開(kāi)關(guān)管，所設(shè)定的開(kāi)關(guān)死區(qū)時(shí)間很短，但高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)的累積，使死區(qū)引起輸出誤差電壓，并導(dǎo)致三相VSR交流輸出電壓波形發(fā)生畸變，進(jìn)而影響三相VSR交流電流波形^[]。

三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，以其中一相為例，分析死區(qū)對(duì)三相VSR工作過(guò)程的影響。

圖 2 所示，T1、T2 為理想驅(qū)動(dòng)信號(hào)；T1’、T2’為加入死區(qū)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；VaN為理想電壓波形；VaN+為ia>0時(shí)，

3 死區(qū)補(bǔ)償方法

根據(jù)上述 PWM 開(kāi)關(guān)死區(qū)時(shí)間 td 對(duì)三相 VSR 輸出電壓波形的影響。由于當(dāng) ik>0（k=a、b、c）時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出電壓偏差發(fā)生在上升沿，而當(dāng) ik<0（k=a、b、c）時(shí)，對(duì)應(yīng)相的輸出電壓偏差發(fā)生在下降沿，因此針對(duì)偏差電壓發(fā)生規(guī)律，可以對(duì) PWM 開(kāi)關(guān)死區(qū)效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。為了補(bǔ)償偏差電壓，

當(dāng) ik>0 應(yīng)使驅(qū)動(dòng)信號(hào)上升沿超前 td，從而正好補(bǔ)償死區(qū)時(shí)間。同理，當(dāng) ik<0 時(shí)，應(yīng)使理想驅(qū)動(dòng)信號(hào)下降沿超前 td。具體方法如圖 3 所示。

這種方法在以 F2812 為主控芯片的三相 VSR 控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)將是比較容易的，不會(huì)增加硬件成本，軟件計(jì)算量不大。F2812 的事件管理器自帶有死區(qū)時(shí)間設(shè)置。根據(jù)IGBT 的參數(shù)設(shè)置死區(qū)時(shí)間，通過(guò)在周期中斷和下溢中斷里增加對(duì)比較寄存器值的校正來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體方法如下圖 4 所示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證死區(qū)補(bǔ)償對(duì)三相PWM整流器控制系統(tǒng)的影響，本文在一臺(tái)主動(dòng)式伺服電源上進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)試，測(cè)試設(shè)備參數(shù)為：交流輸入為三相交流400VAC；直流母線輸出為600VDC；交流側(cè)電感為1mH；直流側(cè)濾波電容為2800uF；開(kāi)關(guān)頻率為10kHz；IGBT為200A模塊，死區(qū)時(shí)間設(shè)置為4us。

控制核心采用F2812，主頻為150MHz，試驗(yàn)觀察相電流的效果。圖5為無(wú)死區(qū)補(bǔ)償?shù)南嚯娏鞑ㄐ?，圖6為加入死區(qū)補(bǔ)償?shù)南嚯娏鞑ㄐ?。?duì)比兩圖，我們可以明顯看出，在無(wú)死區(qū)補(bǔ)償?shù)那闆r下，電流產(chǎn)生較大的畸變，正弦度較差，含有大量的諧波。加入死區(qū)補(bǔ)償后，相電流的正弦度明顯改善，變得很光滑，諧波含量很小。

5 結(jié)語(yǔ)

三相電壓型PWM整流器的死區(qū)效應(yīng)容易引起電壓和電流的畸變，本文介紹了基于DSP的死區(qū)補(bǔ)償方法，能夠有效的改善死區(qū)效應(yīng)帶來(lái)的波形畸變，提高了PWM整流器的輸出性能，而且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，在主動(dòng)式伺服電源的應(yīng)用中取得了較好的效果。