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摘要：基于SVPWM技術的PWM整流器必然需要在功率管驅動信號中加入死區時間。這樣將影響電壓和電流的波形，也就是死區效應。首先本文分析了死區效應產生的原理，并以此為基礎提出了一種死區補償的方法，并詳細介紹了基于DSP的軟件實現方法。

1 引言

目前，越來越多的變頻器采用IGBT作為功率器件，任何固態電子開關器件都有其固有的開通時間和關斷時間。開通、關斷時間會隨著流過功率器件電流的提高而增大 ,導致實際的開關信號比驅動信號滯后。在驅動信號的傳遞過程中，也會有一些使開通和關斷時刻滯后的環節，例如邏輯器件的響應時間和濾波電路的電容等，驅動隔離電路也會產生一定的時間延遲。如果不采取措施 ,這些因素會導致變換器中同橋臂串聯的多只功率管直通，造成電壓型電力電子設備中電壓短路 ,很容易燒毀器件，發生事故。因此，死區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 死區效應原理

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

三相VSR拓撲結構如圖1所示，以其中一相為例，分析死區對三相VSR工作過程的影響。

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

3 死區補償方法

根據上述 PWM 開關死區時間 td 對三相 VSR 輸出電壓波形的影響。由于當 ik>0（k=a、b、c）時，對應的輸出電壓偏差發生在上升沿，而當 ik<0（k=a、b、c）時，對應相的輸出電壓偏差發生在下降沿，因此針對偏差電壓發生規律，可以對 PWM 開關死區效應進行補償。為了補償偏差電壓，

當 ik>0 應使驅動信號上升沿超前 td，從而正好補償死區時間。同理，當 ik<0 時，應使理想驅動信號下降沿超前 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 控制系統中實現將是比較容易的，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時間設置。根據IGBT 的參數設置死區時間，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。具體方法如下圖 4 所示。

4 實驗結果分析

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

控制核心采用F2812，主頻為150MHz，試驗觀察相電流的效果。圖5為無死區補償的相電流波形，圖6為加入死區補償的相電流波形。對比兩圖，我們可以明顯看出，在無死區補償的情況下，電流產生較大的畸變，正弦度較差，含有大量的諧波。加入死區補償后，相電流的正弦度明顯改善，變得很光滑，諧波含量很小。

5 結語

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