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基于TMS320LF2407的SVPWM死區的研究
摘要: 對于三相全橋式變流電路,由于功率開關管的非理想開關特性,同橋臂的兩開關管容易發生短路故障。為解決這一問題,通常的辦法是加入一個死區時間,即在一只開關管關斷后隔一段時間再開通另一只開關管。如果提
關鍵詞: DSP TMS320LF2407 SVPWM
Abstract:
Key words :

    對于三相全橋式變流電路,由于功率開關管的非理想開關特性,同橋臂的兩開關管容易發生短路故障。為解決這一問題,通常的辦法是加入一個死區時間,即在一只開關管關斷后隔一段時間再開通另一只開關管。如果提前 關斷且延遲 開通,稱為雙邊對稱設置。若按時開通,延遲 開通,稱為單邊不對稱設置。
   
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.器件開關規律(SVPWMSPWM)
    由于SVPWM控制方式較SPWM方式復雜,其死區的影響很難用簡單的傅里葉級數表達,公式推導難度較大。而仿真計算簡單易行,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死區。為簡化計算,SVPWM波的基波幅值設為最大,即矢量頂點的軌跡是正六邊形的內切圓(如圖2)。不考慮電流過零點落在死區內的情況,這種近似帶來的誤差很小,而且隨載波比的增加而減小。認為器件的開關特性是理想的。
    SVPWM波形模型如圖1所示,在360度內分為6個區間,由于各區間內脈寬規律不同,在6個區間內單獨計算諧波。6個區間的諧波累加便可得到SVPWM波形模型的諧波。
    給出T0T1T2(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
    在每個載波周期內對SVPWM波模型進行手工積分,用軟件將結果計算出來并累加。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03060度時基波的幅值會隨不對稱死區的增大而減小,功率因數高時基波幅值減小速度較慢,反之較快。功率因數角為90度時基波的幅值會隨不對稱死區的增大而增大。
    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度時隨死區的增大而減小,功率因數角為306090度時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,不對稱設置的死區增大時,24578次諧波的幅值會不同程度的增大,兩者隨死區變化的規律十分近似于增量線性關系。
    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。死區期間橋臂中點的電位由電流方向決定,感性負載時,若輸出電流,則下橋臂二極管續流,電位為負。若上橋臂提前關斷而下橋臂準時開通,則輸出脈沖正電平少了一個死區寬度,負電平多了一個死區寬度,此時若能將正脈寬時間人為的加入一個死區寬度,則理論上可以完全克服死區的影響。但若為輸入電流,上橋臂提前關斷而下橋臂準時開通,死區期間續流的為上橋臂二極管,此時無需對死區進行補償。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01的跳變無需補償,由10的跳變要補償高電平;若輸入電流,由01的跳變要補償低電平,由10的跳變無需補償。對脈寬的實時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時方案。
    對于三相電路,可以將電流矢量的位置劃分為660度的區間,在每個區間內,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,BC相電流為負,A相需要對正脈寬補充一個死區寬度,BC相需要對負脈寬補充一個死區寬度,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個區間時應補償的電壓矢量,此時未考慮電壓矢量與電流矢量的配合問題。
    TMS320LF2407中,補償脈寬可以通過修改CMPR1CMPR2來實現。舉一例說明。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。可使CMPR1=CMPR1+半個死區寬度,B相的負跳變滯后半個死區寬度,以補償B相一個死區寬度的負脈沖,可使CMPR2=CMPR2+半個死區寬度,以補償C相一個死區寬度的負脈沖。注意A相此時無需補償,因為在此電壓矢量的60度電壓區間內,A相橋臂不會切換開關狀態,故無死區影響。這是SVPWMSPWM的區別所在。補償時應注意CMPR1這一約束條件,在電壓矢量接近6個非零矢量時要作折衷處理。
    這種補償方案實際上是利用了二極管的續流作用,續流與橋臂開關并不矛盾,可以同時進行,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為實錄電流波形。

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