中心議題：

• 單相橋式PWM逆變電路
• PWM控製過程的分析

橋式PWM逆變器中，為了防止同橋臂開關器qi件jian直zhi通tong，需xu要yao在zai其qi互hu補bu驅qu動dong信xin號hao中zhong設she置zhi死si區qu，但dan同tong時shi會hui導dao致zhi輸shu出chu電dian壓ya基ji波bo幅fu值zhi降jiang低di並bing產chan生sheng低di次ci諧xie波bo等deng。為wei改gai善shan輸shu出chu電dian壓ya波bo形xing，可ke采cai取qu多duo種zhong方fang法fa
，相xiang關guan資zi料liao也ye介jie紹shao了le死si區qu補bu償chang的de方fang法fa，但dan未wei能neng采cai用yong圖tu文wen形xing象xiang、直觀的介紹死區補償的過程，而采用純數學推理和文字說明較抽象
，不易理解。本文詳細介紹了一種死區補償的方法。

1 單相橋式PWM逆變電路

在采用IGBT作為開關器件的單相橋式PWM逆變電路中，假設負載為阻感負載。工作時V1和V2的通斷狀態互補，V3和V4的通斷狀態也互補。逆變橋的主回路由左右橋臂組成，每個橋臂有兩個IGBT，每一個開關器件都有一個PWM波控製其導通，且同一橋臂上的兩功率開關器件不能同時導通，否則會導致直流電壓短路。考慮到在感性負載下二極管VD1
、VD2、VD3
、VD4存在著續流的現象
，且逆變橋同一橋臂上的兩個IGBT不能同時導通，所以在逆變電路中存在著五種開關狀態，具體情況如表1所示。單相橋式刪逆變電路如圖1所示。

圖1 單相橋式PWM逆變電路

2 PWM控製過程的分析

2．1 PWM的產生機製
本文采用調製法產生PWMboxing，caiyongdengyaosanjiaobozuoweizaibo，yinweidengyaosanjiaoboshangrenyidiandeshuipingkuanduhegaoduchengxianxingguanxiqiezuoyouduicheng，dangtayurenheyigepinghuanbianhuadetiaozhixinhaoboxiangjiaoshi，ruguozaijiaodianshikeduidianluzhongkaiguanqijiandetongduanjinxingkongzhi
，jiukeyidedaozhengbiyuxinhaobofuzhidemaichong，zhezhenghaofuhePWM控製的要求。

本文設置三角波頻率為550Hz，正弦波頻率為50Hz，通過調製法得到每個IGBT的PWM波形圖如圖2所示。

圖2 IGBT的控製信號[page]

2．2 死區補償
在電壓型逆變電路的PWM控製中，同一相上下兩個橋臂的驅動信號都是互補的。但由於IGBT的截止時間約為200多納秒，導通時間約為100多納秒，開通速度比關斷速度快。如果在一個IGBT截止的同時讓此橋臂的另一個IGBT導(dao)通(tong)，將(jiang)會(hui)出(chu)現(xian)上(shang)下(xia)兩(liang)個(ge)橋(qiao)臂(bi)直(zhi)通(tong)而(er)短(duan)路(lu)的(de)現(xian)象(xiang)。為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)發(fa)生(sheng)這(zhe)一(yi)現(xian)象(xiang)，必(bi)須(xu)在(zai)開(kai)通(tong)和(he)關(guan)斷(duan)信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)設(she)置(zhi)一(yi)個(ge)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)，因(yin)而(er)理(li)想(xiang)的(de)調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)和(he)開(kai)關(guan)管(guan)輸(shu)出(chu)的(de)實(shi)際(ji)信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)偏(pian)差(cha)。死(si)區(qu)時(shi)間(jian)的(de)存(cun)在(zai)導(dao)致(zhi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)產(chan)生(sheng)畸(ji)變(bian)，降(jiang)低(di)了(le)基(ji)波(bo)幅(fu)值(zhi)，增(zeng)加(jia)了(le)負(fu)載(zai)的(de)諧(xie)波(bo)損(sun)耗(hao)。

為(wei)了(le)避(bi)免(mian)橋(qiao)臂(bi)直(zhi)通(tong)設(she)置(zhi)的(de)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)雖(sui)然(ran)寬(kuan)度(du)很(hen)小(xiao)，僅(jin)占(zhan)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)的(de)百(bai)分(fen)之(zhi)幾(ji)，單(dan)個(ge)脈(mai)衝(chong)不(bu)足(zu)以(yi)影(ying)響(xiang)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)，但(dan)由(you)於(yu)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)較(jiao)高(gao)

，其(qi)積(ji)累(lei)效(xiao)應(ying)足(zu)以(yi)使(shi)輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)發(fa)生(sheng)畸(ji)變(bian)並(bing)產(chan)生(sheng)諧(xie)波(bo)幹(gan)擾(rao)
，所(suo)以(yi)有(you)必(bi)要(yao)對(dui)死(si)區(qu)效(xiao)應(ying)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。

在圖1所示的單相SPWM逆變電路中

，設置死區前後的控製波形如圖3所示。

圖3 單相SPWM逆變橋設置死區前後的控製波形（i>0時）

由圖3可知，由死區及續流所致，當i>0時，正向脈衝較理想時減小了Td
，負向脈衝增加了Td；當i<0時，情況相反。

由於在死區時間內，存在V1、V2、V3、V4都不導通的情況。當電路為阻感負載時，由於電感中的電流不能突變
，所以電路會在死區時間通過續流二極管續流。

通過比較可知，因為續流的緣故
，死區時間內A
、B點的電位不再為零。當i>0時
，VD2

、VD3續流形成回路，A端電位UA為-Ed／2，B端電位UB為+Ed／2
；當i<0時
，VD1
、VD4續流形成回路，A端電位UA為+Ed／2，B端電位UB為-Ed／2。

A、B兩點之間電壓分別為
，UAB=UA-UB，UAB''=UA''-UB''，可以看出，原來處於死區時間內電壓為0的區域在續流的作用下變得有電壓了。電壓的大小由電流的方向決定，當i>0時，VD2

、VD3續流形成回路
，輸出電壓UO=UA-UB為-Ed；當i<0時，VD1、VD4續流形成回路，輸出電壓UO=UA-UB為+Ed。

由於受續流的影響，輸出電壓和輸出電流存在相位差φ，降低了係統的功率因素。為了提高功率因數，需要對波形進行死區補償。

圖4是在死區時間Td內A點和B點的電位。圖中虛線部分麵積和Td時間內產生的UA"(或UB")的麵積大小相等。

圖4 死區補償原理圖

設置死區後的PWM波形會發生形變，使其稍稍偏離正弦波。這時需要對IGBT在死區時間中功率的減小做出補償。將圖4(a)中的虛線部分補償給ur得到圖4(c)
，將圖4(b)中虛線部分補償給反向正弦波得到圖4(d)，從而實現了在死區時間內功率損失的補償。
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2．3 輸出電壓和輸出電流的分析
圖5(a)和(b)分別為輸出電壓和輸出電流的波形
，從圖中可以看出輸出電流的相位比輸出電壓滯後φ個角度。為了便於對器件的選擇，將輸出電流的波形進行了分解。

圖5 單相SPWM逆變電路輸出波形圖

其中Id為輸出電流的有效值，iβ0為器件上電流的基波分量，iβ為器件上的電流。

3 實驗與結果

本文以三角波頻率550Hz，正弦波頻率50Hz為例介紹了死區補償的方法，但在實際應用中三角波頻率要大得多，這裏選取550Hz目的是為了便於分析。

在實驗中，開關頻率為10kHz，正弦波頻率為50Hz，取L1=1．15mH，L2=0．1mH，C=90μF
，負載為純阻性
，滿載時為8歐姆
，死區時間Td設置為2μs。

通過實驗得出補償前後的波形圖如圖6所示。

圖6 補償前後輸出電壓及諧波分量的波形

4 結束語

zaisiqushijiannei
，youyuxuliudeyuangushuchudianyaboxingfashenglejibian
，tongguoduiboxingjinxingdengxiaodebuchangkeyidedaozhunzhengxianbo。tuiliheshiyanjunzhengminggaifangfanengjiaohaodiduinibianqiqiaolushuchudianyajinxingbuchang。gaifangfajiandanshiyong
，yiyushixian，juyouyidingdegongchengshiyongjiazhi。