摘要：基于SVPWM技術(shù)的PWM整流器必然需要在功率管驅(qū)動信號中加入死區(qū)時間。這樣將影響電壓和電流的波形，也就是死區(qū)效應(yīng)。首先本文分析了死區(qū)效應(yīng)產(chǎn)生的原理，并以此為基礎(chǔ)提出了一種死區(qū)補償?shù)姆椒?，并詳細介紹了基于DSP的軟件實現(xiàn)方法。

1 引言

目前，越來越多的變頻器采用IGBT作為功率器件，任何固態(tài)電子開關(guān)器件都有其固有的開通時間和關(guān)斷時間。開通、關(guān)斷時間會隨著流過功率器件電流的提高而增大 ,導(dǎo)致實際的開關(guān)信號比驅(qū)動信號滯后。在驅(qū)動信號的傳遞過程中，也會有一些使開通和關(guān)斷時刻滯后的環(huán)節(jié)，例如邏輯器件的響應(yīng)時間和濾波電路的電容等，驅(qū)動隔離電路也會產(chǎn)生一定的時間延遲。如果不采取措施 ,這些因素會導(dǎo)致變換器中同橋臂串聯(lián)的多只功率管直通，造成電壓型電力電子設(shè)備中電壓短路 ,很容易燒毀器件，發(fā)生事故。因此，死區(qū)作為一種防止直通的保護措施被廣泛使用，是非常有必要的。

2 死區(qū)效應(yīng)原理

在三相電壓型PWM整流器（VSR）控制過程中，由于開關(guān)管固有開關(guān)時間的影響，開通時間往往小于關(guān)斷時間，因此在上下橋臂互補控制時，容易發(fā)生同臂兩個功率開關(guān)管同時導(dǎo)通的短路故障。為防止VSR同一橋臂兩個功率開關(guān)管的直通，在PWM控制信號中，必須設(shè)定“先斷后通”PWM開關(guān)死區(qū)。盡管對于快速的功率開關(guān)管，所設(shè)定的開關(guān)死區(qū)時間很短，但高頻開關(guān)動作次數(shù)的累積，使死區(qū)引起輸出誤差電壓，并導(dǎo)致三相VSR交流輸出電壓波形發(fā)生畸變，進而影響三相VSR交流電流波形^[]。

三相VSR拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，以其中一相為例，分析死區(qū)對三相VSR工作過程的影響。

圖 2 所示，T1、T2 為理想驅(qū)動信號；T1’、T2’為加入死區(qū)的驅(qū)動信號；VaN為理想電壓波形；VaN+為ia>0時，

3 死區(qū)補償方法

根據(jù)上述 PWM 開關(guān)死區(qū)時間 td 對三相 VSR 輸出電壓波形的影響。由于當(dāng) ik>0（k=a、b、c）時，對應(yīng)的輸出電壓偏差發(fā)生在上升沿，而當(dāng) ik<0（k=a、b、c）時，對應(yīng)相的輸出電壓偏差發(fā)生在下降沿，因此針對偏差電壓發(fā)生規(guī)律，可以對 PWM 開關(guān)死區(qū)效應(yīng)進行補償。為了補償偏差電壓，

當(dāng) ik>0 應(yīng)使驅(qū)動信號上升沿超前 td，從而正好補償死區(qū)時間。同理，當(dāng) ik<0 時，應(yīng)使理想驅(qū)動信號下降沿超前 td。具體方法如圖 3 所示。

這種方法在以 F2812 為主控芯片的三相 VSR 控制系統(tǒng)中實現(xiàn)將是比較容易的，不會增加硬件成本，軟件計算量不大。F2812 的事件管理器自帶有死區(qū)時間設(shè)置。根據(jù)IGBT 的參數(shù)設(shè)置死區(qū)時間，通過在周期中斷和下溢中斷里增加對比較寄存器值的校正來實現(xiàn)。具體方法如下圖 4 所示。

4 實驗結(jié)果分析

為驗證死區(qū)補償對三相PWM整流器控制系統(tǒng)的影響，本文在一臺主動式伺服電源上進行了相關(guān)的測試，測試設(shè)備參數(shù)為：交流輸入為三相交流400VAC；直流母線輸出為600VDC；交流側(cè)電感為1mH；直流側(cè)濾波電容為2800uF；開關(guān)頻率為10kHz；IGBT為200A模塊，死區(qū)時間設(shè)置為4us。

控制核心采用F2812，主頻為150MHz，試驗觀察相電流的效果。圖5為無死區(qū)補償?shù)南嚯娏鞑ㄐ危瑘D6為加入死區(qū)補償?shù)南嚯娏鞑ㄐ?。對比兩圖，我們可以明顯看出，在無死區(qū)補償?shù)那闆r下，電流產(chǎn)生較大的畸變，正弦度較差，含有大量的諧波。加入死區(qū)補償后，相電流的正弦度明顯改善，變得很光滑，諧波含量很小。

5 結(jié)語

三相電壓型PWM整流器的死區(qū)效應(yīng)容易引起電壓和電流的畸變，本文介紹了基于DSP的死區(qū)補償方法，能夠有效的改善死區(qū)效應(yīng)帶來的波形畸變，提高了PWM整流器的輸出性能，而且實現(xiàn)簡單，在主動式伺服電源的應(yīng)用中取得了較好的效果。