开关死区对SPWM逆变器输出电压波形的影响

摘要：分析开关死区对SPWM逆变器输出电压波形的影响，讨论考虑开关死区时的谐波分析方法，并导出谐波计算公式。用计算机辅助分析和实验方法对理想的和实际的SPWM逆变器进行对比研究，得出一些不同于现有理论的结果。

关键词：逆变器脉宽调制谐波开关死区

The Influence of Switching Delay on the SPWM Inverter Output Voltage Waveforms

Abstract: The paper analyzes the influence of switching delay on the SPWM inverter Output voltage waveforms.discusses the harmonic analytical method for considering the switching delay and derives harmonic calculation formulars. Through Conputer aided analysis and experiment the comparative research are implemented for the ideal and practical SPWM inverter, and certain results different from present theory is obtained.

Keywords: Inverter， PWM， Harmonic， Switching delay

中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编号：02192713(2000)12－645－04

1引言对于SPWM三相半桥式逆变器，由于开关管固有开关时间ts的影响，开通时间ton往往小于关断时间toff，因此容易发生同臂两只开关管同时导通的短路故障。为了避免这种故障的发生，通常要设置开关死区△t，以保证同桥臂上的一只开关管可靠关断后，另一只开关管才能开通。死区的设置方式有两种：一种是提前关断、延滞开通的双边对称设置；另一种是按时关断、延滞△t开通的单边不对称设置。典型的电压型三相SPWM半桥式逆变器如图1（a）所示。其中图1（b）是死区对称设置时的波形图；图1（c）是死区不对称设置时的波形图。在这两种波形图中，uAO为相与直流电源中点“0”之间的理想电压波形（载波比），uAO′为设置死区时的电压波形。在感性负载时，当V1导通时A点为，当V4导通时A点为。在死区△t内V1和V4都不导通时，感性负载使D1和D4续流以保持电流iA连续。当iA为正时D4续流，A点与直流电源负极接通，A点电位为；当iA为负时D1续流，A点与直流电源正极接通，A点电位为，这样就产生了误差电压uD1.4。uD1.4与uAO′叠加就产生出实际输出电压uAO″。比较uAO″与uAO可知，实际输出电压发生了畸变。在iA为正时所有正脉冲宽度都减小△t，所有负脉冲宽度都增加△t；在iA为负时所有负脉冲宽度都减小△t，所有正脉冲宽度都增加△t。这是由死区△t内的二极管续流造成的，畸变后的实际输出电压波形如图中uAO″所示。

2实际输出电压uAO″的谐波分析

假定载波与调制波不同步，则在调制波各周期中所包含的脉冲模式就不相同，因此不能用调制波角频

（a）电路图

(b)死区双边对称设置时的波形图

图1有死区的三相半桥式SPWM逆变器

(c)死区单边不对称设置时的波形图

率ωs为基准，而应当用载波角频率ωc为基准。这样，研究它的基波与基波谐波、载波与载波谐波及其上下边频的分布情况时，就能很方便地用双重傅立叶级数来表示：2．1死区双边对称设置时uAO′的谐波分析

如图1(b)所示，uAO′相当于二极管不续流时输出电压的波形。载波三角波的方程式为：正弦调制波的方程式为：

对于理想波uAO，二阶SPWM波正脉冲前沿（负脉冲后沿）采样点a为：令x=ωct；y=ωst；，则可得

二阶SPWM波负脉冲前沿（正脉冲后沿）采样点b为：

图2uAO′与uD1.4的向量相加和uAO″、uAO′、uD1.4的向量关系

　　对于图1(b)中uAO′，在x=ωct的2πk－到2π(k＋1)－区间内，可以得到二阶SPWM波的时间函数为：,k=0,1,2,3…

经分析可以得出：uAO′=sinωst＋Jo()cosm·sin(mNωst)－Jn()[cos(m＋n)π－1]cosmsin[(mN＋n)ωst](2)

2．2对死区双边对称设置时uD1.4的谐波分析

图（1）b中误差波uD1.4，其双重傅立叶级数中的(3)

对于载波及载波m次谐波的上下边频：；Bmn=0

2．3死区双边对称设置时uAO″的谐波分析

由图1（b）可知，实际波uAO″等于有死区波uAO′与误差波uD1.4之和。由于死区是双边对称设置，所以uAO′与调制波uS相位相同，电流iA滞后于uAO′一个φ角，而误差波uD1.4又与iA相位相反，因此，uD1.4的相位超前于uAO′180°－φ,如图（2）所示。因此，当以uAO′的相位为基准时可得：

uAO″=uAO′0°＋uD1.4180°－φ（5）uAO′与uD1.4的基波幅值uAO（1）′=;,由图（2）可知：uAO″的基波幅值UAO（1）″的初相位角（6）