一种基于SVPWM的死区补偿策略

一种基于SVPWM的死区补偿策略

湖南人文科技学院通信与控制工程系 李新君 中南大学信息科学与工程学院 伍铁斌

1 引言

对于三相桥式逆变器，由于所用开关管固有存

储时间的影响，开通时间往往小于关断时间，因此

很容易发生同桥臂两只开关管同时导通的短路故

障。为了保证使同桥臂上的一只开关管可靠关断

后，另一只开关管才能导通，通常采用将理想的

PWM驱动信号上升沿(或下降沿)延迟一段时间，即

死区时间。但是死区时间的设置会给输出电压、电流造成严重的波形畸变和基波电压损失，引起逆变

器输出电流波形的交越失真，甚至引起电机振荡[1]。不少学者已提出很多种死区补偿措施，但效果不甚理想，诸如存在补偿滞后、增加系统复杂性等问题。本文提出了一种简单的基于SVPWM的死区补偿策略，主要是运用预测电流控制对死区时间导致的误差电压按照空间矢量进行分区域补偿，实验结果证明了该策略的可行性。

2 死区效应分析

典型的电压型三相桥式逆变器的主电路如图1所示。图2为死区时间t[2]d对PWM脉冲的影响示意图。设es为三角载波，ea为a相正弦调制波。由es和ea比较生成的脉冲如图2b)所示。为了防止逆变桥上下臂器件直通，必须使图2b) 的脉冲前沿滞后td时间，如图2c)所示。

图1 三相逆变器主电路

以a相为例，设ia由a流入负载时ia＞0，反之为ia＜0，则：

（1）当ia＞0时，在t1时刻关断VT4，由于VT1尚未开通，即VT1、VT4都处于死区时间。为了保持ia方向不变，续流二极管VD4导通，a点钳制在电源-E/2电位上，如图2d)所示。

在(t1+td)时刻，VT1导通，a点钳制在电源E/2电位上。在t2时刻，VT1关断，则VD4导通，a点又回到-E/2电位上。比较图2b)、d)可以看出，逆变器输出相电压ua的脉冲宽度比图2b)的预期宽度窄了td时间，如图2e)所示。

（2）当ia＜0时，在t1时刻关断VT4，由于VT1尚未开通，即VT1、VT4都处于死区时间。由于ia＜0，VD1导通，a点钳制在电源E/2电位上，如图2d)所示。

在(t1+td)时刻，虽然VT1触发导通，但ia仍沿着VD1流向E正端，a点一直保持在E/2电位上。在t2时刻，VT1关断，此时VT4尚未导通，VD1继续保持导通，使a点维持在E/2电位上。在(t2+ td)时刻，VT4导通，则a点又回落到-E/2电位上。比较图2b)、d)可以看出，逆变器输出相电压ua的脉冲宽度比图2b)的预期宽度多了td时间，如图2e)所示。 。

图2 死区对调制脉冲的影响图

根据以上分析可得，实际输出电压u和理想输出电压u*之间存在误差电压△u=u- u*。这个误差电压脉冲的极性与输出电流的极性相反，当电流大于零时△u=-e，当电流小于零时△u=e，其宽度等于死区时间，而且随着载波频率的提高，误差电压脉冲出现的次数也将随之提高，对系统的影响加剧。当交流电动机由一个电压型逆变器供电时，由误差电压所造成的电流波形畸变和基波电压损失等都会影响系统的稳定性，特别是在低频、无负载时，将带来附加损耗，还会降低效率，而且即使是非常小的谐波成分，一旦与电动机耦合也有可能导致系统的运行不稳定，所以寻求一种简便、有效的死区时间补偿策略是很有必要的。

3 基于SVPWM的死区补偿策略

SVPWM技术是从电动机的角度出发，以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁通为基准，利用逆变器不同开关模式输出所产生的实际磁通去逼近，由此决定逆变器中电力电子器件的开关状态，进而产生PWM波。

对于180°导通型逆变器，其开关信号可以产生8种导通状态，包括6个有效矢量和2个无效矢量，具体通断状态与输出电压见表1，表中1表示相应上桥臂导通，0表示相应下桥臂导通。

其中电压ua、ub和uc与桥臂的通断关系如式(1)矩阵方程

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