PWM的产生机制 - 单相桥式PWM逆变器死区补偿的方法

　　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。

　　由图3可知，由死区及续流所致，当i>0时，正向脉冲较理想时减小了Td，负向脉冲增加了Td;当i<0时，情况相反。

　　由于在死区时间内，存在V1、V2、V3、V4都不导通的情况。当电路为阻感负载时，由于电感中的电流不能突变，所以电路会在死区时间通过续流二极管续流。

　　通过比较可知，因为续流的缘故，死区时间内A、B点的电位不再为零。当i>0时，VD2、VD3续流形成回路，A端电位UA为-Ed/2，B端电位UB为+Ed/2;当i<0时，VD1、VD4续流形成回路，A端电位UA为+Ed/2，B端电位UB为-Ed/2。

　　A、B两点之间电压分别为，UAB=UA-UB，UAB'=UA'-UB'，可以看出，原来处于死区时间内电压为0的区域在续流的作用下变得有电压了。电压的大小由电流的方向决定，当i>0时，VD2、VD3续流形成回路，输出电压UO=UA-UB为-Ed;当i<0时，VD1、VD4续流形成回路，输出电压UO=UA-UB为+Ed。

　　由于受续流的影响，输出电压和输出电流存在相位差φ，降低了系统的功率因素。为了提高功率因数，需要对波形进行死区补偿。

　　图4是在死区时间Td内A点和B点的电位。图中虚线部分面积和Td时间内产生的UA"(或UB")的面积大小相等。

　　设置死区后的PWM波形会发生形变，使其稍稍偏离正弦波。这时需要对IGBT在死区时间中功率的减小做出补偿。将图4(a)中的虚线部分补偿给ur得到图4(c)，将图4(b)中虚线部分补偿给反向正弦波得到图4(d)，从而实现了在死区时间内功率损失的补偿。