死区补偿总结资料下载.pdf

1、死区的存在使逆变器不能完全精确复现控制信号的波形，输出电压产生幅值和相位的误差。由于死区的作用，每一个调制周期内引起的微小畸变经积累后，必然会使逆变器的输出电流波形产生畸变，它不但会降低基波幅值，而且会产生低次谐波，直接影响电动机在低速下的运行性能。过去为了消除死区的影响，通常采用硬件和软件相结合的解决方案，但硬件补偿方法存在着检测精度差、滞后以及实现困难等问题。微处理器在电机控制中的应用使死区补偿变得容易，尤其是TI公司的专为电机控制设计的 2000 系列处理器（如TMS320F240、TMS320LF2407、TMS320F2812 等）在芯片内部集成了专门的硬件电路进行死区补偿，减少了电

2、压误差，可以获得满意的效果。2 死区效应分析 三相电压型逆变器的基本构成如图 1 所示，与电流型逆变器相比，电压型逆变器可以提高逆变器的开关频率，有利于快速控制和抑制逆变器噪声，并且输出阻抗小，适合于交流电机调速控制。为了防止逆变器区桥臂的上下功率开关发生直通，在上下功率开关改变状态时必须插入死区时间，即先将已开通的功率管关断，插入一定的死区延时，再开通另一个处于关断状态的功率管。1 图 1 三相电压型逆变器 下面以图 1 中 A 相桥臂为例，分析了死区引起的电压误差。（1）电流 Ia 0 时（a）下开关 T2 关断，上开关 T1 导通:死区时间 Td 内，电流继续流过下方的二极管 D2，经过

3、导通时间 Ton 的延迟，电流开始流过上开关 T1，结果导致在 Td+Ton 时间内输出电压出现偏差。（b）上开关 T1 关断，下开关 T2 导通:经过 Toff 的时间延时，流过上开关T1 的电流开始流过下方二极管 D2，结果在 Toff 区间内逆变器的输出电流和参考电压之间出现偏差。（2）电流 Ia 0 的情况。若在一个开关周期sT中，考虑相电压的伏秒面积，则理想情况下的面积为 tsVDT V=dc）d （1）实际获得的伏秒面积为：（）（）（tsdcsssVDTM VVTDTM V=+（2）式中 sT开关周期 占空比 直流侧电压 DdcV根据参考电压和补偿后电压伏秒面积相同的原则，其误差电

4、压的伏秒面积为：（）（tdcssssVMVDTM VTDTM V=+）d （3）相应的误差时间为：（）（）dcssssddcdsMVDTM VTDTM VtVVV+=+（4）为简化表达式，忽略较小的二阶项，可得简化的误差时间为：（1）sdesdcDVD VtMTV+=+（5）式中donoffMttt=+同样，当 Ia 0 时，补偿后逆变器输出的PWM波占空比要比补偿前的大，而且只需修正PWM前沿；当Ia 0，Ib 0，Ic 0 时，Ud1，Ud4=（110）;Ud2，Ud3=（111）。即 00,10Ix y zI 8 图 9 空间矢量的调制原理 从图 8 容易看出若参考空间电压矢量使用，那么

5、逆变器的输出电压正好为，即将用代替。式（11）说明了的求解方法，其中 Ud=Ud1+Ud2+Ud3+Ud4，即四个死区矢量合成的总死区矢量。且，Ud 均要转化到 dq 坐标上。图 10 为预测死区补偿策略的流程图。*U*U*U*U*U*U*pwmpwmddUTU TU T=（11）图 10 死区补偿流程图 3.4.2 一相补偿7图 11 画出了一个开关周期中三相输出电压的波形，实线代表实际获得的电压波形，虚线代表理想情况下的相电压波形。9 图 12 三相输出电压波形 每相上管实际导通时间为 aonarefebonbrefeconcrefettttttttt=+（12）式中和分别为相电流大于和小

6、于零时的误差时间。一个开关周期中平均相电压为：etetarefeaodcsbrefebodcscrefecodcsttVVTttVVTttVVT=+=（13）开关周期中的平均线电压为（）（）arefbrefabdcarefsbrefcrefeebcdcbrefescrefarefeecadcarefesttVVVTttttVVVVTttttVVVVT=+=+=+（14）式中（eeedcsttVVT+=）（15）下面以永磁同步电机的控制为例来介绍这种补偿策略。电流的方向根据电压空矢量的扇区来确定。若电流和电压同相，则当开关周期中输出电压平均值为零 10时，相电流和相电压过零，即相电流在输出电压占

7、空比为 0.5 时发生过零。根据三相电流的对称性可知，当其中一相电流发生过零时，其他两相电流方向相反。在电压矢量图 13 中画出电压空间矢量的位置和此时三相电流的方向及其过零点。图中符号从中心向外依次为 A、B、C 相，例如当输出电压矢量位于 90角时将出现 A 相电流过零。图中所示的 a、b、c 分别是 6 个补偿区域中待补偿相的序号。图 13 电压矢量图中的三相电流方向 由于电机是感性负载，其电压超前于电流，如图 14 所示，其中eq 是合成到q 轴的感应电动势，Rq是等效到q 轴的定子电阻，表示合成电压矢量和感应电动势之间的夹角，计算如下|/|dqarctg uu=（16）对应于上文的分

8、析，图 13 中三相电流过零点的位置相应超前角，即当电压矢量位于 90+处时 A 相电流发生过零，三相电流方向的分析与上文类似。图 14 dq 坐标系下的电流和电压矢量图 由于三相电流和为零，因此任意时刻三相电流中必有两相方向相同，对于有相同电流符号的两相，根据上文分析，将不受死区效应的影响，而电流方向不同的一相必须进行补偿，图 4 中标出了 6 个补偿区域以及待补偿的相。对于图 2 所示的三相电流方向，必须对 c 相进行死区补偿，补偿后的时间应为 -（）ccomcrefeettt=t+（17）11c 相电流大于零时则有 （）ccomcrefeettt=+t （18）电角度e可以通过光电码盘反

9、馈获得，下面分析图 13 所示的区域与电角度e的关系。（1）=0 时 取图 13 中（30，90）的区域进行分析，此时=0，可推算出相应的due区域为（60，0）。（2）0 时 此时图 13 中（30，90）的区域相应变为（30+，90+），此时 0，可以推出相应的due区域仍为（60，0）。类似的可以推出其他 5 个区域对应的e角范围，如表 2 所示。其中补偿相中的符号代表需要补偿相电流的正负。表 2 6 个补偿区域的划分 5 死区补偿中的零电流箝位问题 当电流在死区时间内接近零时会存在着零电流箝位现象，死区时间内不论电流是什么方向，电流的幅值总沿零方向减小。如果在死区开始时，电流的幅值接近

10、零，则当电流下降到零后，由于二极管承受了反压，阻止了电流的反向流动，在死区的剩余时间内，电流将保持为零，桥臂的电压也为零。由此可见，在零电流箝位现象发生时，电压也存在着波形畸变。图 15 示出因死区导致的零电流箝位现象。图 15 因死区导致的零电流箝位现象 12 对于这一问题，通常的解决办法是，用预测电流控制算法进行死区补偿。为了减少零电流箝位现象，在预测电流控制中加入辅助反馈，通过一个增加电压的应用使实际电流逼近预测电流。假设运用辅助电压的增加（当然该增加的电压必须大于死区的误差电压）改变规则运行的实际电压，则由此迫使电流比正常的更早过零。具体实现方法可以参考文献89。6 总结 本文对目前常

11、见的死区补偿的原理和实现方法进行了简单的描述，国内外大量学者的研究结果也证明了死区补偿可以明显地改善逆变器的电流波形。当然，死区补偿的方法还会随着新的控制方法的进步而不断发展。参考文献 1 张涛，张强，李良辰.逆变器中死区效应及其补偿策略分析.信息技术，2003，27（11）：70-71 2 唐剑飞，马伟明.基于空间矢量的死区预测补偿.中小型电机，2003，30（2）：4-7 3 胡庆波，吕征宇.一种用于三相逆变器死区效应得数字补偿方法.电力电子技术，2005，39（4）：9-10 4 王庆义，尹泉，刘杰，万淑芸.一种基于定子电流重构的死区补偿技术.电力电子技术,2006，40（2）:73-7

12、5 5 孙昌志，李红梅，陈治飞.逆变器死区时间对异步电机转矩脉动影响及削弱办法.沈阳工业大学学报，2003，25（1）：32-34 6 赵春水，许镇琳.基于 TMS320F240 的死区效应补偿技术.电力电子技术，2004，38（2）：78-79 7 胡庆波，吕征宇.一种新颖的基于空间矢量 PWM 的补偿方法.中国电机工程学报，2005，25（3）：13-17 8 刘亮，邓名高.一种补偿 PWM 逆变器死区效应的新方法.电力电子技术，2005，39（6）：123-125 9 刘亮，邓名高，欧阳红林，周马山.基于预测电流控制的 PWM 逆变器死区补偿方法研究.电工技术学报，2005，20（8）：78-83 13