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基于TMS320LF2407的SVPWM死区研究

作者:时间:2011-06-16来源:网络收藏

对于三相全桥式变流电路,由于功率开关管的非理想开关特性,同桥臂的两开关管容易发生短路故障。为解决这一问题,通常的办法是加入一个时间,即在一只开关管关断后隔一段时间再开通另一只开关管。如果提前 关断且延迟 开通,称为双边对称设置。若按时开通,延迟 开通,称为单边不对称设置。
波形的影响由诸多因素决定。主要有:
1宽度及设置方法。
2.负载功率因数角。
3.器件开关规律(SPWM)
由于控制方式较SPWM方式复杂,其死区的影响很难用简单的傅里叶级数表达,公式推导难度较大。而仿真计算简单易行,可以大体上反映其规律。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/257870.htm

SVPWM波形模型
在计算中SVPWM波形模型采用的是内部硬件支持的单边不对称死区。为简化计算,SVPWM波的基波幅值设为最大,即矢量顶点的轨迹是正六边形的内切圆(如图2)。不考虑电流过零点落在死区内的情况,这种近似带来的误差很小,而且随载波比的增加而减小。认为器件的开关特性是理想的。
SVPWM波形模型如图1所示,在360度内分为6个区间,由于各区间内脉宽规律不同,在6个区间内单独计算谐波。6个区间的谐波累加便可得到SVPWM波形模型的谐波。
给出T0T1T2(圆轨迹下的百分值)公式,不作详细推导:
T0=COS( /6- )
T1=\frac{SIN( /3- )}{SIN +SIN( /3- )}(1-T0)
T2=\frac{SIN }{SIN +SIN( /3- )}(1-T0)
其中 设T0+T1+T2=1
为合成矢量与T1对应矢量夹角
结果分析
在每个载波周期内对SVPWM波模型进行手工积分,用软件将结果计算出来并累加。计算中不计管压降,取直流电压为1,载波比为6000,分别计算了负载功率因数角为0度、30度、60度、90度时死区宽度对基波及各次谐波的影响。死区宽度的单位为其相对于载波周期的百分比,计算出来的是波形的峰值。
从仿真结果可以得出一些结论:
1.在载频一定的条件下,功率因数角为03060度时基波的幅值会随不对称死区的增大而减小,功率因数高时基波幅值减小速度较慢,反之较快。功率因数角为90度时基波的幅值会随不对称死区的增大而增大。
2.在载频一定的条件下,在各次谐波中,3次谐波幅值最大,功率因数角为0度时随死区的增大而减小,功率因数角为306090度时随死区的增大而增大。
3.在载频一定的条件下,9次谐波幅值随死区的增大而减小,但是其绝对量很小。
4.在载频一定的条件下,不对称设置的死区增大时,24578次谐波的幅值会不同程度的增大,两者随死区变化的规律十分近似于增量线性关系。
5. 在载频一定的条件下,3的偶次倍数谐波为零。
解决方案
可以采用电流补偿法对死区进行补偿,即根据电流和电压矢量的位置决定补偿方案。死区期间桥臂中点的电位由电流方向决定,感性负载时,若输出电流,则下桥臂二极管续流,电位为负。若上桥臂提前关断而下桥臂准时开通,则输出脉冲正电平少了一个死区宽度,负电平多了一个死区宽度,此时若能将正脉宽时间人为的加入一个死区宽度,则理论上可以完全克服死区的影响。但若为输入电流,上桥臂提前关断而下桥臂准时开通,死区期间续流的为上桥臂二极管,此时无需对死区进行补偿。由此可以总结出电压矢量与电流矢量的配合的一般规律:若输出电流,由01的跳变无需补偿,由10的跳变要补偿高电平;若输入电流,由01的跳变要补偿低电平,由10的跳变无需补偿。对脉宽的实时补偿需要知道电压矢量相对于T1矢量的夹角,以及电流矢量与电压矢量夹角,根据电流、电压矢量确定脉宽补偿实时方案。
对于三相电路,可以将电流矢量的位置划分为660度的区间,在每个区间内,应补偿的三相电压矢量如图3所示。例如,若A相电流矢量位于-30度到30度的区间内,A相电流为正,BC相电流为负,A相需要对正脉宽补充一个死区宽度,BC相需要对负脉宽补充一个死区宽度,即补充的电压矢量为CBA=001,图3列出了A相电流矢量位于6个区间时应补偿的电压矢量,此时未考虑电压矢量与电流矢量的配合问题。
中,补偿脉宽可以通过修改CMPR1CMPR2来实现。举一例说明。若电压矢量位于45度而电流矢量位于15度,由图3可知该载波周期应补偿的电压矢量为001。可使CMPR1=CMPR1+半个死区宽度,B相的负跳变滞后半个死区宽度,以补偿B相一个死区宽度的负脉冲,可使CMPR2=CMPR2+半个死区宽度,以补偿C相一个死区宽度的负脉冲。注意A相此时无需补偿,因为在此电压矢量的60度电压区间内,A相桥臂不会切换开关状态,故无死区影响。这是SVPWMSPWM的区别所在。补偿时应注意CMPR1CMPR2Tp这一约束条件,在电压矢量接近6个非零矢量时要作折衷处理。
这种补偿方案实际上是利用了二极管的续流作用,续流与桥臂开关并不矛盾,可以同时进行,但是必须在电感性负载下才能完成,有一定的局限性。这种方案可以在很大程度上减小死区的影响。图4为实录电流波形。



关键词: TMS320LF2407 SVPWM 死区

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