基于TMS320LF2407的SVPWM死區研究

對于三相全橋式變流電路，由于功率開(kāi)關(guān)管的非理想開(kāi)關(guān)特性，同橋臂的兩開(kāi)關(guān)管容易發(fā)生短路故障。為解決這一問(wèn)題，通常的辦法是加入一個(gè)死區時(shí)間，即在一只開(kāi)關(guān)管關(guān)斷后隔一段時(shí)間再開(kāi)通另一只開(kāi)關(guān)管。如果提前 關(guān)斷且延遲 開(kāi)通，稱(chēng)為雙邊對稱(chēng)設置。若按時(shí)開(kāi)通,延遲 開(kāi)通，稱(chēng)為單邊不對稱(chēng)設置。
死區對SVPWM波形的影響由諸多因素決定。主要有：
1．死區寬度及設置方法。
2．負載功率因數角。
3.器件開(kāi)關(guān)規律(如SVPWM、SPWM)。
由于SVPWM控制方式較SPWM方式復雜，其死區的影響很難用簡(jiǎn)單的傅里葉級數表達，公式推導難度較大。而仿真計算簡(jiǎn)單易行，可以大體上反映其規律。

SVPWM波形模型
在計算中SVPWM波形模型采用的是TMS320LF2407內部硬件支持的單邊不對稱(chēng)死區。為簡(jiǎn)化計算，SVPWM波的基波幅值設為最大，即矢量頂點(diǎn)的軌跡是正六邊形的內切圓(如圖2)。不考慮電流過(guò)零點(diǎn)落在死區內的情況，這種近似帶來(lái)的誤差很小，而且隨載波比的增加而減小。認為器件的開(kāi)關(guān)特性是理想的。
SVPWM波形模型如圖1所示，在360度內分為6個(gè)區間，由于各區間內脈寬規律不同，在6個(gè)區間內單獨計算諧波。6個(gè)區間的諧波累加便可得到SVPWM波形模型的諧波。
給出T0、T1、T2(圓軌跡下的百分值)公式，不作詳細推導：
T0=COS( /6- )
T1=frac{SIN( /3- )}{SIN +SIN( /3- )}(1-T0)
T2=frac{SIN }{SIN +SIN( /3- )}(1-T0)
其中 設T0+T1+T2=1
為合成矢量與T1對應矢量夾角
結果分析
在每個(gè)載波周期內對SVPWM波模型進(jìn)行手工積分，用軟件將結果計算出來(lái)并累加。計算中不計管壓降，取直流電壓為1，載波比為6000，分別計算了負載功率因數角為0度、30度、60度、90度時(shí)死區寬度對基波及各次諧波的影響。死區寬度的單位為其相對于載波周期的百分比，計算出來(lái)的是波形的峰值。
從仿真結果可以得出一些結論：
1.在載頻一定的條件下，功率因數角為0、30、60度時(shí)基波的幅值會(huì )隨不對稱(chēng)死區的增大而減小，功率因數高時(shí)基波幅值減小速度較慢，反之較快。功率因數角為90度時(shí)基波的幅值會(huì )隨不對稱(chēng)死區的增大而增大。
2.在載頻一定的條件下，在各次諧波中，3次諧波幅值最大，功率因數角為0度時(shí)隨死區的增大而減小，功率因數角為30、60、90度時(shí)隨死區的增大而增大。
3.在載頻一定的條件下，9次諧波幅值隨死區的增大而減小，但是其絕對量很小。
4.在載頻一定的條件下，不對稱(chēng)設置的死區增大時(shí)，2、4、5、7、8次諧波的幅值會(huì )不同程度的增大，兩者隨死區變化的規律十分近似于增量線(xiàn)性關(guān)系。
5. 在載頻一定的條件下，3的偶次倍數諧波為零。
解決方案
可以采用電流補償法對死區進(jìn)行補償，即根據電流和電壓矢量的位置決定補償方案。死區期間橋臂中點(diǎn)的電位由電流方向決定，感性負載時(shí)，若輸出電流，則下橋臂二極管續流，電位為負。若上橋臂提前關(guān)斷而下橋臂準時(shí)開(kāi)通，則輸出脈沖正電平少了一個(gè)死區寬度，負電平多了一個(gè)死區寬度，此時(shí)若能將正脈寬時(shí)間人為的加入一個(gè)死區寬度，則理論上可以完全克服死區的影響。但若為輸入電流，上橋臂提前關(guān)斷而下橋臂準時(shí)開(kāi)通，死區期間續流的為上橋臂二極管，此時(shí)無(wú)需對死區進(jìn)行補償。由此可以總結出電壓矢量與電流矢量的配合的一般規律：若輸出電流，由0到1的跳變無(wú)需補償，由1到0的跳變要補償高電平；若輸入電流，由0到1的跳變要補償低電平，由1到0的跳變無(wú)需補償。對脈寬的實(shí)時(shí)補償需要知道電壓矢量相對于T1矢量的夾角，以及電流矢量與電壓矢量夾角，根據電流、電壓矢量確定脈寬補償實(shí)時(shí)方案。
對于三相電路，可以將電流矢量的位置劃分為6個(gè)60度的區間，在每個(gè)區間內，應補償的三相電壓矢量如圖3所示。例如，若A相電流矢量位于-30度到30度的區間內，A相電流為正，B、C相電流為負，A相需要對正脈寬補充一個(gè)死區寬度，B、C相需要對負脈寬補充一個(gè)死區寬度，即補充的電壓矢量為CBA=001，圖3列出了A相電流矢量位于6個(gè)區間時(shí)應補償的電壓矢量，此時(shí)未考慮電壓矢量與電流矢量的配合問(wèn)題。
在TMS320LF2407中，補償脈寬可以通過(guò)修改CMPR1、CMPR2來(lái)實(shí)現。舉一例說(shuō)明。若電壓矢量位于45度而電流矢量位于15度，由圖3可知該載波周期應補償的電壓矢量為001?？墒?span lang="EN-US">CMPR1=CMPR1+半個(gè)死區寬度，B相的負跳變滯后半個(gè)死區寬度，以補償B相一個(gè)死區寬度的負脈沖，可使CMPR2=CMPR2+半個(gè)死區寬度，以補償C相一個(gè)死區寬度的負脈沖。注意A相此時(shí)無(wú)需補償，因為在此電壓矢量的60度電壓區間內，A相橋臂不會(huì )切換開(kāi)關(guān)狀態(tài)，故無(wú)死區影響。這是SVPWM與SPWM的區別所在。補償時(shí)應注意CMPR1CMPR2Tp這一約束條件，在電壓矢量接近6個(gè)非零矢量時(shí)要作折衷處理。
這種補償方案實(shí)際上是利用了二極管的續流作用，續流與橋臂開(kāi)關(guān)并不矛盾，可以同時(shí)進(jìn)行，但是必須在電感性負載下才能完成，有一定的局限性。這種方案可以在很大程度上減小死區的影響。圖4為實(shí)錄電流波形。