[发明专利]全桥无死区SPWM控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及逆变电路PWM控制技术领域，尤其涉及一种全桥无死区高效率SPWM控制方法。

背景技术

脉宽调制（PWM）技术通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。正弦脉宽调制（SPWM）就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它已广泛应用于交流电机变频调速系统、不间断电源（ＵＰＳ）、通信电源等领域中。

采用相同功率等级的开关管，单相全桥电压型逆变器能够提供负载输入功率的范围是单相半桥逆变器的2倍。因而，全桥电压型逆变器更适用于大功率应用场合。然而，许多大功率负载如多相电机、风机、水泵等常采用多相供电，为得到n相对称交流电源则需要n个单相全桥逆变器，各逆变器输出电压幅值与频率相同，相位依次相差2π/n电角度即可。当各逆变器采用SPWM控制技术，各相可以独立控制，只需每相逆变器的调制信号幅值与频率相同，相位依次相差2π/n电角度即可。因此研究全桥SPWM技术，不仅适用于单相也适用于多相运用场合。

传统全桥逆变器同一桥臂上下开关管的工作方式是互补导通，为防止上下开关管同时导通与直流侧发生短路，上下开关管的调制信号中必须加入死区时间。死区时间的加入会引起逆变器输出电压的基波分量与理想的调制信号存在更大的偏差，输出电压基波幅值随死区时间的增加而线性减小。同时，死区时间使逆变器输出电压波形增加附加谐波，使输出电压总谐波畸变（THD）增大，这不仅造成逆变器功率因素降低，影响效率，而且还可能引起逆变器自身以及其他设备的共振，在电机变频调速领域中还会造成电机低速转矩脉动。另外，逆变器所用开关管功率等级越大，它的开通、关断时间越大，则加入死区时间也越长，因此开关管采用需加入死区时间的工作方式不利于逆变器容量的进一步扩大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服传统带死区的SPWM技术的不足，提供一种全桥无死区的SPWM控制方法，该方法可以使输出电压的THD及基波电压幅值不受死区时间的影响；采用该控制方法的全桥电压型逆变器适用于各类负载，如感性、容性、阻性负载；同时逆变器开关管采用本发明提出的工作模式后，在每个开关周期内四个全控型开关管至多只有两个开关管工作，使逆变器开关损耗降低，效率提高。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种全桥无死区SPWM控制方法，是对由直流电源或电容与两个半桥并联构成的全桥电压型逆变器进行控制，通过对这两个半桥分别作双极性SPWM调制，获得同一桥臂上下开关管互补导通的各开关管的调制信号，所得的调制信号经过基于优化前后对应每个开关周期内输出平均电压相等为原则的无死区优化过程，并在输出电流换向处加入一个死区时间得到最终各开关管的调制信号；所述全桥电压型逆变器中，半桥B₁由全控型电力电子开关S₁、S₂串联而成，S₁反并联二极管D₁，S₂反并联二极管D₂；半桥B₂由全控型电力电子开关S₃、S₄串联而成，S₃反并联二极管D₃，S₄反并联二极管D₄。

本发明具体包括以下步骤：

（1）对由反并联续流二极管的全控型开关管S₁、S₂串联构成的半桥B₁及由反并联续流二极管的全控型开关管S₃、S₄串联构成的半桥B₂分别作双极性SPWM调制，半桥B₁、半桥B₂两者的三角载波幅值、相位、频率相同，两者的正弦参考信号u_Ar与u_Br幅值相同，相位互差π电角度，频率相同，获得同一桥臂上下开关管互补导通的各开关管的调制信号，其中开关管S₁的调制信号为P₁，开关管S₃的调制信号为P₃；

（2）将上一步得到的调制信号P₁与P₃作异或处理，得到表征每个开关周期内逆变器输出电压u_AB的平均电压绝对值大小的脉冲波形PA；