一種用于SVPWM技術中的死區補償方法

摘要：提出一種用于空間矢量脈寬調制(SVPWM)的死區補償方法。該方法根據電流極性及6個非零電壓空間矢量間的位置關系，確定了所需補償的電壓空間矢量，僅需在每個PWM周期內對部分PWM脈寬進行修正就能有效改善由死區效應引起的輸出波形畸變，減小誤補償隨時間積累所產生的影響，減少CPU運行時間。最后通過TMS320LF2407A型DSP實現該補償算法，并在110 kW感應電機變頻調速系統中驗證了其有效性。
關鍵詞：逆變器；死區補償；空間矢量脈寬調制

1 引言
設計逆變器時，為防止上下橋臂出現直通，通常需設置一個死區時間以延遲開關器件的導通。但死區時間的存在使實際輸出的電壓、電流波形發生畸變，電機轉矩發生脈動，且在低速或輕載時這種影響尤其嚴重。因此對死區的補償問題已成為變頻調速系統中必須解決的關鍵問題。
現有文獻的死區補償方法可分為硬件補償和軟件補償兩類。其中硬件補償需要額外的硬件電路，使系統結構復雜化，成本增加，實際中較少采用；軟件補償通過在控制程序中加入補償算法來實現死區補償，它無需添加硬件，且更加靈活，具有廣泛的適用性。軟件補償大體上又可分為兩種：①通過計算需要補償的電壓平均值來進行補償。該方法易于實現，但補償精度低，較少用；②目前應用較多的是基于脈沖的死區補償方法，即直接在本周期內對逆變器的6個PWM脈寬同時進行修正，從而補償因死區時間而損失或增加的輸出電壓。該方法理論上可對死區時間進行較準確的補償。但實際系統中補償的準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，必然導致誤補償，不但不能消除死區對系統的影響，反而會使此影響加重。
這里在分析死區的產生及其影響的基礎上，針對SVPWM方式提出了一種新型的基于脈沖的死區補償方法，該方法僅需在每個PWM周期里對部分PWM脈寬進行修正。在一臺110 kW感應電機進行實驗，結果驗證了該方法的有效性。

2 死區效應分析
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效應的影響，負載為異步電動機。為便于分析，不考慮開關器件導通和關斷時間，且逆變電路采用SVPWM控制。以A相為例，在死區時間內逆變器上、下橋臂的功率開關器件均關斷，且由于電磁慣性使得電動機繞組中的電流不會立即反向，而是通過續流二極管續流。則當iA>0時，電流通過VD4續流，A橋臂對直流的中點電位uAO'=-Ud／2；iA0時，iA通過VD1續流，uAO'=Ud／2。

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