[发明专利]一种基于逆变器无效开关的死区消除方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于硬件电路的逆变器无效开关的死区消除方法，该硬件电路包括反并联二极管通断检测电路、逻辑控制电路以及PWM驱动电路。 

背景技术

现代电力电子技术的飞速发展，极大地促进了交流驱动技术的进步，伴随着各种脉宽调制技术的出现，许多问题也日渐凸显。由于逆变器主电路中的功率开关元件不是理想开关，在同一上下功率管会发生直通现象，因此必须在其驱动信号中设置一段死区时间，以保证同一桥臂上下两功率管不在同一时间发生开通。 

起初，逆变器多用于电机控制，加入死区时间会造成电压畸变、转矩脉动甚至整个系统运行不稳定。因此，通过死区补偿策略来弥补这些应用的缺陷。随着现代智能电网的不断发展，对并网逆变技术要求不断提高，而逆变器与电网之间的低阻抗更加剧了死区效应对电网侧的影响。主要表现在输出电流畸变，尤其是引入低次电流谐波时，容易与网侧谐波发生交互作用，这是电网系统的稳定运行的一个潜在威胁。因此，并网系统对死区补偿效果的期待更高。 

图1为逆变器拓扑结构图。其中T₁、T₂、T₃、T₄为IGBT管，D₁、D₂、D₃、D₄为反并联二极管，V_dc为直流母线电压。为了防止直流母线电压短路，必须在同一桥臂的功率器件导通之前加入一定的死区时间。即在关断T₁，开通T₂之间增加一段时间(称为死区时间)，在该时间内，当a相电流i_a>0，逆变器桥臂a相中的T₁已关断，同时T₂尚未开通，则电流i_a通过二极管D₂来续流，此时a相电压在该死区时间内钳位于-V_dc/2；而理想情况下，此时输出电压应为V_dc/2，加入死区时间造成了V_dc的电压损失。相反，在死区时间内，如a相电流i_a<0，当T₂关断时，同时T₁尚未开通，则电流通过二极管D₁续流，a相电压在整个死区时间内钳位于V_dc/2，而理想情况下，此时输出电压应为-V_dc/2，加入死区时间造成了-V_dc的电压损失。由此可见加入死区时间后，逆变桥输出电压波形与理想情况下的输出电压波形相比发生畸变，会引入低次谐波，甚至造成系统不稳定。 

然而从上述的逆变桥实际开关管的有效工作状态发现，当逆变器电流大于零且功率管T₁开通时，电流从T₁通过；当T₁关断时，电流从D₂续流，所以无论T₂处于开通还是关断状态，电流都从D₂续流，可以在该阶段完全封锁当前无效的功率管T₂。同理在电流小于零时，可以封锁当前无效的功率管T₁，由其反并二极管导通续流，对于另一桥臂工作状态类似。因此，通过合理利用无效开关可以在较大范围内无需添加死区时间就可安全的保护功率管，并且消除了死区效应。但是，在电流过零点附近因为电流太小及零电流钳位现象，如按照上述封锁无效开关的死区消除方法，会造成控制混乱。 

  

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于纯硬件电路的逆变器无效开关的死区消除方法，在逆变桥输出电流的过零点附近划分出合理区域，在过零区域范围外，采用封锁无效功率管驱动脉冲的方法；在过零区域内，则重新使能同一桥臂中的上下功率管驱动信号，并加入驱动信号之间的死区时间。 

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 

一种基于逆变器无效开关的死区消除方法，其具体操作步骤如下：