五电平逆变器死区补偿研究

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1、五电平逆变器死区补偿研究【摘要】本文分析了五电平逆变器“死区效应”，分析了一种基于脉冲自身的死区补偿策略，同时采用了一种改进的坐标变换法解决零电流箝位现象。最后通过实验对本文中的死区补偿方法予以验证，实验结果证实了该方法的可行性。【关键词】五电平逆变器；死区补偿；零电流钳位0引言由功率器件的开关特性可知，功率开关管存在开通及关断延时。三相电压源型逆变器，为了避免由于器件特性可能引起的桥臂直通现象［1］，需要在逆变器桥臂触发信号中设置一定的死区时间。死区能够保障开关器件的安全运行，但会致使理想的触发脉冲与实际输出脉冲之间存在一定的偏

2、差，从而引起了逆变器的“死区效应”。死区导致逆变器输出电压产生偏差，电流波形严重畸变。在高压大功率场合，由于IGBT，IGCT开关延时相对低压开关器件较长，需要设置更长的死区时间，死区效应对逆变器的输出影响更加严重。为了消除补偿死区效应带来的影响，国内外学者进行了很多死区补偿方法研究。这些方法一般分为两类：一类是基于平均误差电压的补偿方法，另一类是基于触发脉冲本身的死区补偿方法。第一类补偿方法容易实现，但是逆变器实际输出与理想输出存在一定的相位差，补偿不够精确，随后有五电平逆变器死区补偿研究【摘要】本文分析了五电平逆变器“死区效应

3、”，分析了一种基于脉冲自身的死区补偿策略，同时采用了一种改进的坐标变换法解决零电流箝位现象。最后通过实验对本文中的死区补偿方法予以验证，实验结果证实了该方法的可行性。【关键词】五电平逆变器；死区补偿；零电流钳位0引言由功率器件的开关特性可知，功率开关管存在开通及关断延时。三相电压源型逆变器，为了避免由于器件特性可能引起的桥臂直通现象［1］，需要在逆变器桥臂触发信号中设置一定的死区时间。死区能够保障开关器件的安全运行，但会致使理想的触发脉冲与实际输出脉冲之间存在一定的偏差，从而引起了逆变器的“死区效应”。死区导致逆变器输出电压产生偏

4、差，电流波形严重畸变。在高压大功率场合，由于IGBT，IGCT开关延时相对低压开关器件较长，需要设置更长的死区时间，死区效应对逆变器的输出影响更加严重。为了消除补偿死区效应带来的影响，国内外学者进行了很多死区补偿方法研究。这些方法一般分为两类：一类是基于平均误差电压的补偿方法，另一类是基于触发脉冲本身的死区补偿方法。第一类补偿方法容易实现，但是逆变器实际输出与理想输出存在一定的相位差，补偿不够精确，随后有学者提出了电压的补偿的改进方法，在补偿策略中把功率器件以及续流二极管的压降纳入考虑范围；第二类方法可以做到对死区效应的精确补偿，

5、但对控制器提出了很高要求，控制器在一个PWM周期内需要实现两次采样[2]。此外，死区补偿中各相电流极性的鉴别十分重要，出现零电流钳位现象时造成电流方向判断不准确会导致误补偿，因此需要采用一定的方法对其进行处理。本文采用了一种基于脉冲自身的死区补偿策略，能够迗到精确补偿的效果，且与传统方法相比不需要在控制器中设置一定的死区时间。1五电平的死区设置及死区效应如图1所示是单相二极管箝位式五电平逆变器主电路。五电平逆变器每相桥臂有五种开关状态P2[l1110000]，Pl[01111000],0[00111100],N1[00011110

6、],N2[00001111]。逆变器各桥臂开关状态按照上述五种状态依次过渡，不存在跳跃式过渡，如P2直接过渡到0。以A相为例，考虑开关特性，加入DI、D2、D3、D4四种死区状态，结合图1分析五电平逆变器加入死区后具体过渡过程如下：P2—P1过渡，先断Sal，后开通Sa5;P1—P2过渡，先断Sa5,后开通Sal;P1—0过渡，先断Sa2,后开通Sa6;0—P1过渡，先断Sa6，后开通Sa2;O-*N1过渡，先断Sa3，后开通Sa7;N1—0过渡，先断Sa7，后开通Sa3;N1—N2过渡，先断Sa4,后开通Sa8；N2-*N1过渡

7、，先断Sa8,后开通Sa4；根据上述规律，总结加入死区状态后开关状态与逆变桥电流方向关系如表1所示。以A相死区状态D1为例，图2示出了死区状态对逆变器输出的影响，规定电流流出逆变桥的方向为正方向，流入为负方向。2中，(a)为A相上桥臂Sal与下桥臂Sa5两个开关管的理想触发信号；(b)为加入死区时两个开关管触发信号；(c)为未设置死区时的理想输出电压uan;(d)为ia〉O时的实际输出电压uanl;(e)为iaO时，若开关管Sal、Sa2、Sa3、Sa4的驱动信号为高电平，输出状态为P2;若Sal的驱动信号为低电平，Sa2、Sa3

8、、Sa4的驱动信号为高电平，Dal续流，输出状态为P1，此时即使Sa5的驱动信号为高电平，也不会导通。由此可见，在ia>0时，输出状态P2仅由Sal决定。同理可得，在iaO时，保持开关管Sal的驱动信号不变，Sa5的驱动信号提前td关断并延迟td开