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PWM波(bo)形(xing)，采(cai)用(yong)等(deng)腰(yao)三(san)角(jiao)波(bo)作(zuo)為(wei)載(zai)波(bo)，因(yin)為(wei)等(deng)腰(yao)三(san)角(jiao)波(bo)上(shang)任(ren)一(yi)點(dian)的(de)水(shui)平(ping)寬(kuan)度(du)和(he)高(gao)度(du)成(cheng)線(xian)性(xing)關(guan)係(xi)且(qie)左(zuo)右(you)對(dui)稱(cheng)，當(dang)它(ta)與(yu)任(ren)何(he)一(yi)個(ge)平(ping)緩(huan)變(bian)化(hua)的(de)調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)波(bo)相(xiang)交(jiao)時(shi)，如(ru)果(guo)在(zai)交(jiao)點(dian)時(shi)刻(ke)對(dui)電(dian)路(lu)中(zhong)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)的(de)通(tong)斷(duan)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，就(jiu)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)正(zheng)比(bi)於(yu)信(xin)號(hao)波(bo)幅(fu)值(zhi)的(de)脈(mai)衝(chong)
，這(zhe)正(zheng)好(hao)符(fu)合(he)PWM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IGBTdaotong
，jianghuichuxianshangxialianggeqiaobizhitongerduanludexianxiang。weilefangzhifashengzheyixianxiang，bixuzaikaitongheguanduanxinhaozhijianshezhiyigesiqushijian，yinerlixiangdetiaozhixinhaohekaiguanguanshuchudeshijixinhaozhijiancunzaipiancha。siqushijiandecunzaidaozhishuchudianyaboxingchanshengjibian，jiangdilejibofuzhi

，zengjialefuzaidexiebosunhao。

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。
[page]
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

在(zai)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)內(nei)，由(you)於(yu)續(xu)流(liu)的(de)緣(yuan)故(gu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)發(fa)生(sheng)了(le)畸(ji)變(bian)
，通(tong)過(guo)對(dui)波(bo)形(xing)進(jin)行(xing)等(deng)效(xiao)的(de)補(bu)償(chang)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)準(zhun)正(zheng)弦(xian)波(bo)。推(tui)理(li)和(he)實(shi)驗(yan)均(jun)證(zheng)明(ming)該(gai)方(fang)法(fa)能(neng)較(jiao)好(hao)地(di)對(dui)逆(ni)變(bian)器(qi)橋(qiao)路(lu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。該(gai)方(fang)法(fa)簡(jian)單(dan)實(shi)用(yong)，易(yi)於(yu)實(shi)現(xian)

，具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)工(gong)程(cheng)使(shi)用(yong)價(jia)值(zhi)。