SVPWM逆变控制的死区补偿策略

胡 渊 蒋 锐 韩 淳

（1.西南交通大学，成都 610031；2.成都交大许继电气公司，成都 610031）

1 引言

在电压型脉宽调制逆变器中，由于所用的开关管固有存储时间的存在，开通时间通常小于关断时间，这就容易导致同一桥臂上的两只开关管同时导通，发生短路故障，所以必须加入死区时间，在保证同一桥臂上的一只开关管可靠关断之后，另一只开关管才导通。但这样导致逆变器的输出电压产生严重失真，进而导致电流畸变。为了解决死区影响，研究人员已经提出大量解决办法，但这些方法大多需要检测电流方向，但在电流传感器的直流偏移还有PWM的开关噪声影响下电流在过零点附近的方向很难准确判断，从而导致不能准确的计算补偿量，使得相电流过零点附近的补偿很不理想。针对这种情况，本文提出一种无需判断电流方向的死区补偿方法[1，3]。

2 死区效应分析

在实际系统中，死区时间由于受到功率管开关时间，功率管正向压降和续流二极管压降这几个参数的影响，会有一个常数时间Te加到死区时间里，故实际系统的死区时间应该为

但是在本文中为了方便起见，死区时间忽略Te。

图1 逆变器a相桥臂示意图

如图1所示，以逆变器的一个桥臂为例，当ia流入负载时ia＞0，反之ia＜0，则：

（1）当ia＞0时，当关断Q1并需要开通Q2时，由于死区时间存在，Q2延时开通，a点电压为 0，但此时a点电压本应为0，所以此时电压无损失。

当关断Q2后需要开通Q1管，但是在死区时间TDT里两个功率管处于关断状态，电流通过 VD2续流，a点的电压为0，那么就可以得出在一个PWM周期内a相死区时间的电压损失为

式中，Ts是逆变器PWM的周期，VDC是逆变器直流侧的电压[2]。

（2）当ia＜0时，当关断Q2并需要开通Q1时，由于死区时间存在，Q1延时开通，a点电压为VDC/2，但此时a点电压本应VDC/2，所以此时无影响。

当关断Q1并需要开通Q2时，在死区时间TDT内两个功率管处于关闭状态，电流通过VD1续流，a点电压为VDC/2，但此时a点电压本应为0，所以可以得出在一个PWM周期内a相死区时间的电压损失为

同理，可以推出b、c两相的电压损失。那么在一个PWM周期内死区时间引起的各相电压损失为

式中Va、Vb、Vc是逆变器三相输出的参考电压，Va*、Vb*、Vc*是考虑死区时间影响后的实际三相输出端电压。从而我们可以得出死区时间所引起的扰动电压矢量为

上式中Vn和Vn*分别是输出电压三相理想中点电压和考虑死区影响的实际中点电压。

3 补偿方案

为了免去补偿时对电流方向的判别，死区时间在本文按以下公式取值：

式中的k值通过以下方式确定

式中，TDT_max为逆变器所能允许的最大死区时间，但在式（8）中，如果某一相电流过小，那么死区时间将变得很大，所以需要进行修正：

式中，uΔ 、di、qi分别为d-q坐标系下的死区扰动电压矢量和电流矢量。

以上两式可以得出逆变器各相的死区电压扰动，而且该值和电流方向无关，它是一个和电流矢量同步旋转的矢量。从而我们可以设计出补偿器，根据式（12）计算出d-q坐标系下的死区时间电压扰动分量，然后加到指令矢量上完成补偿。

4 补偿控制系统

为了验证本文死区补偿算法的可行性与有效性，在 SVPWM算法中加入本文的死区补偿算法，采用TMS320F240的DSP，补偿系统框图如图2所示。

图2 补偿系统框图

按照此系统设计一补偿系统。设载波频率f=2Hz，直流电压 300V，三相异步电机额定功率为1kW，额定电压为 380V，额定频率 50Hz，额定转速1400r/min，实验结果如图3所示。由此结果可知，本文所述补偿方法补偿后波形更接近正弦波，表明本文补偿方法可行。

图3 补偿前的相电流波形

图4 补偿后相电流波形

5 结论

本文提出的这种死区补偿策略，无需判断电流方向，避免了传统补偿算法在电流过零点时的补偿效果的下降。实验结果表明，本文提出的补偿策略有效的对死区效应进行了补偿，有很好的工程使用价值。

[1] 窦汝振.刘均.SVPWM 控制逆变器死区补偿方法的研究[J].电力电子技术,2004,12(6):59-61.

[2] 刘亮,邓名高.基于 SVPWM 控制的死区补偿策略[J].长沙大学学报,2008:3(2):28-31.

[3] 王兆安,刘进军. 电力电子技术[M].北京:机械工业出版,2009.5.

[4] 吴茂刚,马宏兴,郭冀玲.空间矢量 PWM 逆变器死区效应分析与补偿方法[J].浙江大学学报(工学版),2006(3).