作者：北京航天工業(yè)總公司二院206所 劉鳳君（北京100854） 來源：《電源技術(shù)應(yīng)用》

開關(guān)死區(qū)對spwm逆變器

輸出電壓波形的影響 摘要：分析開關(guān)死區(qū)對spwm逆變器輸出電壓波形的影響，討論考慮開關(guān)死區(qū)時的諧波分析方法，并導(dǎo)出諧波計算公式。用計算機輔助分析和實驗方法對理想的和實際的spwm逆變器進行對比研究，得出一些不同于現(xiàn)有理論的結(jié)果。 關(guān)鍵詞：逆變器 脈寬調(diào)制 諧波 開關(guān)死區(qū) 1 引言

對于spwm三相半橋式逆變器，由于開關(guān)管固有開關(guān)時間ts的影響，開通時間ton往往小于關(guān)斷時間toff，因此容易發(fā)生同臂兩只開關(guān)管同時導(dǎo)通的短路故障。為了避免這種故障的發(fā)生，通常要設(shè)置開關(guān)死區(qū)△t，以保證同橋臂上的一只開關(guān)管可靠關(guān)斷后，另一只開關(guān)管才能開通。死區(qū)的設(shè)置方式有兩種：一種是提前△t/2關(guān)斷、延滯△t/2開通的雙邊對稱設(shè)置；另一種是按時關(guān)斷、延滯△t開通的單邊不對稱設(shè)置。典型的電壓型三相spwm半橋式逆變器如圖1（a）所示。其中圖1（b）是死區(qū)對稱設(shè)置時的波形圖；圖1（c）是死區(qū)不對稱設(shè)置時的波形圖。在這兩種波形圖中，uao為相與直流電源中點“0”之間的理想電壓波形（載波比n=(ωc/ωs)=9），uao′為設(shè)置死區(qū)時的電壓波形。

在感性負載時，當(dāng)v1導(dǎo)通時a點為+(ud/2)，當(dāng)v4導(dǎo)通時a點為-(ud/2)。在死區(qū)△t內(nèi)v1和v4都不導(dǎo)通時，感性負載使d1和d4續(xù)流以保持電流ia連續(xù)。當(dāng)ia為正時d4續(xù)流，a點與直流電源負極接通，a點電位為-(ud/2)；當(dāng)ia為負時d1續(xù)流，a點與直流電源正極接通，a點電位為+(ud/2)，這樣就產(chǎn)生了誤差電壓ud1.4。ud1.4與uao′疊加就產(chǎn)生出實際輸出電壓uao″。比較uao″與uao可知，實際輸出電壓發(fā)生了畸變。在ia為正時所有正脈沖寬度都減小△t，所有負脈沖寬度都增加△t；在ia為負時所有負脈沖寬度都減小△t，所有正脈沖寬度都增加△t。這是由死區(qū)△t內(nèi)的二極管續(xù)流造成的，畸變后的實際輸出電壓波形如圖中uao″所示。 2 實際輸出電壓uao″的諧波分析 假定載波與調(diào)制波不同步，則在調(diào)制波各周期中所包含的脈沖模式就不相同，因此不能用調(diào)制波角頻率ωs為基準，而應(yīng)當(dāng)用載波角頻率ωc為基準。這樣，研究它的基波與基波諧波、載波與載波諧波及其上下邊頻的分布情況時，就能很方便地用雙重傅立葉級數(shù)來表示：

2．1 死區(qū)雙邊對稱設(shè)置時uao′的諧波分析

如圖1(b)所示，uao′相當(dāng)于二極管不續(xù)流時輸出電壓的波形。載波三角波的方程式為：

正弦調(diào)制波的方程式為：us=ussinωst 對于理想波uao，二階spwm波正脈沖前沿（負脈沖后沿）采樣點a為：ussinωst=-(ωct-2π-π/2)2uc/π-uc

令x=ωct；y=ωst；m=us/uc，則可得

x=2πk+π/2-π/2(1+msiny)

二階spwm波負脈沖前沿（正脈沖后沿）采樣點b為：

ussinωst=(ωct-2πk-π/2)2uc/π-uc

x=2πk+π/2+π/2(1+msiny) 對于圖1(b)中uao′，在x=ωct的2πk－π/2到2π(k＋1)－π/2區(qū)間內(nèi)，可以得到二階spwm波的時間函數(shù)為：

作者：北京航天工業(yè)總公司二院206所 劉鳳君（北京100854） 來源：《電源技術(shù)應(yīng)用》

開關(guān)死區(qū)對spwm逆變器

輸出電壓波形的影響 摘要：分析開關(guān)死區(qū)對spwm逆變器輸出電壓波形的影響，討論考慮開關(guān)死區(qū)時的諧波分析方法，并導(dǎo)出諧波計算公式。用計算機輔助分析和實驗方法對理想的和實際的spwm逆變器進行對比研究，得出一些不同于現(xiàn)有理論的結(jié)果。 關(guān)鍵詞：逆變器 脈寬調(diào)制 諧波 開關(guān)死區(qū) 1 引言

對于spwm三相半橋式逆變器，由于開關(guān)管固有開關(guān)時間ts的影響，開通時間ton往往小于關(guān)斷時間toff，因此容易發(fā)生同臂兩只開關(guān)管同時導(dǎo)通的短路故障。為了避免這種故障的發(fā)生，通常要設(shè)置開關(guān)死區(qū)△t，以保證同橋臂上的一只開關(guān)管可靠關(guān)斷后，另一只開關(guān)管才能開通。死區(qū)的設(shè)置方式有兩種：一種是提前△t/2關(guān)斷、延滯△t/2開通的雙邊對稱設(shè)置；另一種是按時關(guān)斷、延滯△t開通的單邊不對稱設(shè)置。典型的電壓型三相spwm半橋式逆變器如圖1（a）所示。其中圖1（b）是死區(qū)對稱設(shè)置時的波形圖；圖1（c）是死區(qū)不對稱設(shè)置時的波形圖。在這兩種波形圖中，uao為相與直流電源中點“0”之間的理想電壓波形（載波比n=(ωc/ωs)=9），uao′為設(shè)置死區(qū)時的電壓波形。

在感性負載時，當(dāng)v1導(dǎo)通時a點為+(ud/2)，當(dāng)v4導(dǎo)通時a點為-(ud/2)。在死區(qū)△t內(nèi)v1和v4都不導(dǎo)通時，感性負載使d1和d4續(xù)流以保持電流ia連續(xù)。當(dāng)ia為正時d4續(xù)流，a點與直流電源負極接通，a點電位為-(ud/2)；當(dāng)ia為負時d1續(xù)流，a點與直流電源正極接通，a點電位為+(ud/2)，這樣就產(chǎn)生了誤差電壓ud1.4。ud1.4與uao′疊加就產(chǎn)生出實際輸出電壓uao″。比較uao″與uao可知，實際輸出電壓發(fā)生了畸變。在ia為正時所有正脈沖寬度都減小△t，所有負脈沖寬度都增加△t；在ia為負時所有負脈沖寬度都減小△t，所有正脈沖寬度都增加△t。這是由死區(qū)△t內(nèi)的二極管續(xù)流造成的，畸變后的實際輸出電壓波形如圖中uao″所示。 2 實際輸出電壓uao″的諧波分析 假定載波與調(diào)制波不同步，則在調(diào)制波各周期中所包含的脈沖模式就不相同，因此不能用調(diào)制波角頻率ωs為基準，而應(yīng)當(dāng)用載波角頻率ωc為基準。這樣，研究它的基波與基波諧波、載波與載波諧波及其上下邊頻的分布情況時，就能很方便地用雙重傅立葉級數(shù)來表示：

2．1 死區(qū)雙邊對稱設(shè)置時uao′的諧波分析

如圖1(b)所示，uao′相當(dāng)于二極管不續(xù)流時輸出電壓的波形。載波三角波的方程式為：

正弦調(diào)制波的方程式為：us=ussinωst 對于理想波uao，二階spwm波正脈沖前沿（負脈沖后沿）采樣點a為：ussinωst=-(ωct-2π-π/2)2uc/π-uc

令x=ωct；y=ωst；m=us/uc，則可得

x=2πk+π/2-π/2(1+msiny)

二階spwm波負脈沖前沿（正脈沖后沿）采樣點b為：

ussinωst=(ωct-2πk-π/2)2uc/π-uc

x=2πk+π/2+π/2(1+msiny) 對于圖1(b)中uao′，在x=ωct的2πk－π/2到2π(k＋1)－π/2區(qū)間內(nèi)，可以得到二階spwm波的時間函數(shù)為：