单相桥式PWM逆变器死区补偿的一种方法

　　关键词：死区补偿;脉冲宽度调制;逆变器

　　桥式PWM逆变器中，为了防止同桥臂开关器件直通，需要在其互补驱动信号中设置死区，但同时会导致输出电压基波幅值降低并产生低次谐波等。为改善输出电压波形，可采取多种方法，相关资料也介绍了死区补偿的方法，但未能采用图文形象、直观的介绍死区补偿的过程，而采用纯数学推理和文字说明较抽象，不易理解。本文详细介绍了一种死区补偿的方法。

　　1 单相桥式PWM逆变电路

　　在采用IGBT作为开关器件的单相桥式PWM逆变电路中，假设负载为阻感负载。工作时V1和V2的通断状态互补，V3和V4的通断状态也互补。逆变桥的主回路由左右桥臂组成，每个桥臂有两个IGBT，每一个开关器件都有一个PWM波控制其导通，且同一桥臂上的两功率开关器件不能同时导通，否则会导致直流电压短路。考虑到在感性负载下二极管VD1、VD2、VD3、VD4存在着续流的现象，且逆变桥同一桥臂上的两个IGBT不能同时导通，所以在逆变电路中存在着五种开关状态，具体情况如表1所示。单相桥式删逆变电路如图1所示。

　　2 PWM控制过程的分析

　　2.1 PWM的产生机制

　　本文采用调制法产生PWM波形，采用等腰三角波作为载波，因为等腰三角波上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求。

　　本文设置三角波频率为550Hz，正弦波频率为50Hz，通过调制法得到每个IGBT的PWM波形图如图2所示。

　　2.2 死区补偿

　　在电压型逆变电路的PWM控制中，同一相上下两个桥臂的驱动信号都是互补的。但由于IGBT的截止时间约为200多纳秒，导通时间约为100多纳秒，开通速度比关断速度快。如果在一个IGBT截止的同时让此桥臂的另一个IGBT导通，将会出现上下两个桥臂直通而短路的现象。为了防止发生这一现象，必须在开通和关断信号之间设置一个死区时间，因而理想的调制信号和开关管输出的实际信号之间存在偏差。死区时间的存在导致输出电压波形产生畸变，降低了基波幅值，增加了负载的谐波损耗。

　　为了避免桥臂直通设置的死区时间虽然宽度很小，仅占开关周期的百分之几，单个脉冲不足以影响整个系统的性能，但由于开关频率较高，其积累效应足以使输出波形发生畸变并产生谐波干扰，所以有必要对死区效应进行补偿。

　　在图1所示的单相SPWM逆变电路中，设置死区前后的控制波形如图3所示。