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hePWM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IGBT導dao通tong，將jiang會hui出chu現xian上shang下xia兩liang個ge橋qiao臂bi直zhi通tong而er短duan路lu的de現xian象xiang。為wei了le防fang止zhi發fa生sheng這zhe一yi現xian象xiang，必bi須xu在zai開kai通tong和he關guan斷duan信xin號hao之zhi間jian設she置zhi一yi個ge死si區qu時shi間jian，因yin而er理li想xiang的de調tiao製zhi信xin號hao和he開kai關guan管guan輸shu出chu的de實shi際ji信xin號hao之zhi間jian存cun在zai偏pian差cha。死si區qu時shi間jian的de存cun在zai導dao致zhi輸shu出chu電dian壓ya波bo形xing產chan生sheng畸ji變bian，降jiang低di了le基ji波bo幅fu值zhi

，增zeng加jia了le負fu載zai的de諧xie波bo損sun耗hao。

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。
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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。