一种用于SVPWM技术中的死区补偿方法

摘要：提出一种用于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的死区补偿方法。该方法根据电流极性及6个非零电压空间矢量间的位置关系，确定了所需补偿的电压空间矢量，仅需在每个PWM周期内对部分PWM脉宽进行修正就能有效改善由死区效应引起的输出波形畸变，减小误补偿随时间积累所产生的影响，减少CPU运行时间。最后通过TMS320LF2407A型DSP实现该补偿算法，并在110 kW感应电机变频调速系统中验证了其有效性。
关键词：逆变器；死区补偿；空间矢量脉宽调制

1 引言
设计逆变器时，为防止上下桥臂出现直通，通常需设置一个死区时间以延迟开关器件的导通。但死区时间的存在使实际输出的电压、电流波形发生畸变，电机转矩发生脉动，且在低速或轻载时这种影响尤其严重。因此对死区的补偿问题已成为变频调速系统中必须解决的关键问题。
现有文献的死区补偿方法可分为硬件补偿和软件补偿两类。其中硬件补偿需要额外的硬件电路，使系统结构复杂化，成本增加，实际中较少采用；软件补偿通过在控制程序中加入补偿算法来实现死区补偿，它无需添加硬件，且更加灵活，具有广泛的适用性。软件补偿大体上又可分为两种：①通过计算需要补偿的电压平均值来进行补偿。该方法易于实现，但补偿精度低，较少用；②目前应用较多的是基于脉冲的死区补偿方法，即直接在本周期内对逆变器的6个PWM脉宽同时进行修正，从而补偿因死区时间而损失或增加的输出电压。该方法理论上可对死区时间进行较准确的补偿。但实际系统中补偿的准确程度取决于电流极性检测的正确与否。一旦电流极性检测错误，必然导致误补偿，不但不能消除死区对系统的影响，反而会使此影响加重。
这里在分析死区的产生及其影响的基础上，针对SVPWM方式提出了一种新型的基于脉冲的死区补偿方法，该方法仅需在每个PWM周期里对部分PWM脉宽进行修正。在一台110 kW感应电机进行实验，结果验证了该方法的有效性。

2 死区效应分析
图1示出典型的电压源型逆变电路，以该电路为例分析死区效应的影响，负载为异步电动机。为便于分析，不考虑开关器件导通和关断时间，且逆变电路采用SVPWM控制。以A相为例，在死区时间内逆变器上、下桥臂的功率开关器件均关断，且由于电磁惯性使得电动机绕组中的电流不会立即反向，而是通过续流二极管续流。则当iA>0时，电流通过VD4续流，A桥臂对直流的中点电位uAO'=-Ud／2；iA0时，iA通过VD1续流，uAO'=Ud／2。

图2a为不考虑死区影响情况下uAO'的理想波形。考虑死区时间Td影响后，A相桥臂功率开关器件VT1与VT4的实际驱动信号分别见图2b，c。图2d为考虑Td影响后实际的uAO'波形。图2e为由于死区影响产生的电压偏差脉冲uer，且uer=uAO'*-uAO'，其正、负与电流极性有关。图2f为iA波形。