[实用新型]基于FPGA的高精度死区补偿装置

说明书

(一)技术领域：一种含逆变器电源的死区硬件补偿技木,用于电气传动驱动电源、 供电电源等。属交流间或交直流间的变换类(H02M)。本实用新型提供的死区补偿方法及装 置主要应用于高压变频器驱动电源和光伏逆变器供电电源。

(二)背景技术

高压变频器作为调频电机驱动电源,光伏逆变器作为联网供电电源,两者主回路 均含有IGBT逆变器,控制部分通过驱动电路调节IGBT逆变器输出,如图1、图7所示。

在驱动IGBT逆变器时，为了防止上下桥臂出现直通，通常要在脉宽调制PWM波中添 加死区时间。在死区时间内，上下IGBT同时关闭，此时桥臂输出电压取决于桥臂电流方向， 结果是桥臂输出脉冲宽度并不等于驱动信号给定的脉冲宽度,即死区时间的存在使实际输 出的电源电压、电流波形发生畸变。对高压变频器导致驱动的变频电机转矩发生脉动，且在 低速或轻载时这种影响尤其严重。因此对死区的补偿问题已成为变频调速系统中必须解决 的关键问题。对光伏逆变器电源并网电压,波形发生畸变,将影响供电质量和并网。

高压变频器和光伏逆变器现有死区硬件补偿装置存在如下问题:1)见图4,传统脉 宽测量电路设计原理是将PWM脉冲看成是一个规则化的梯形U0，然后采用比较器与Udc/2做 比较得到PWM脉宽B0。但实际的PWM脉冲波形Ua并不规则(见图5),因此采用传统的脉宽测量 装置得到的PWM脉宽并不准确。不能有效地解决电压、电流波形畸变。2)现有的死区硬件补 偿装置不仅补偿精度低,且存在测量效率低、测量电路稳定性差等,均难以满足高压变频器 和光伏逆变器死区补偿要求。

(三)发明内容：

本实用新型提供的基于FPGA的高精度死区补偿装置，其目的就是解决现有高压变 频器和光伏逆变器死区硬件补偿装置获得的PWM脉宽补偿精度低、补偿装置测量效率低、测 量电路可靠性差等问题。

技术方案如下:

基于FPGA的高精度死区补偿装置，包括:1)用于高压变频器；高压变频器三相变频 电源中每相均串接多个<功率单元>形成高压电源,三相交流市电1经过移相变压器向各<功 率单元>提供移相后三相交流电1n；每个功率单元主回路由移相后三相交流电1n、整流滤波 电路2、IGBT全桥逆变器3组成；或者2)用于光伏逆变器；每相主回路由光伏电池1m、电容滤 波电路2m、IGBT三相逆变器3m组成；其特征是

1)所述死区补偿装置包括:对应每个IGBT全桥或多桥逆变器设2-3个脉宽测量电 路4、一片现场可编逻辑阵列FPGA5、一个驱动电路6；并包括外部的主控系统7；每个脉宽测 量电路如下组成:

①由运放U1、电容C1、电阻R2、R4、R3、R5、R6组成的基准电压产生电路；②由电容 C2、电阻R1、R7组成的积分电路；③由比较器U2和U3组成比较电路,比较器U2和U3输出端S1、 S2分别接FPGA两个输入I_O口；④由晶体管Q1、Q2组成的初始化电路:两晶体管Q1、Q2基极分 别接FPGA输出接口G；⑤设上述R2＝R1；R4＝R7；R3＝R6﹤﹤(R3+R5+R6)；C1﹥﹥C2…………式 (A)

将每个脉宽测量电路中电路电压Udc端、Ua端和低电位端DCN分别接IGBT全桥或多 桥逆变器直流母线高电位端D、中端E和负端O。

2)主控系统通过光纤通信传输向FPGA提供上升和下降沿零时刻t0、t02的给定矩 形脉冲U7；被测实际PWM脉冲Ua的上升和下降沿零时刻为t₁₁、t₁₂；FPGA设的等效矩形脉冲Ux 的上升和下降沿零时刻为tc₁、tc₂,并通过测量计算获得tc₁、tc₂。

上述FPGA可采用型号为ACTEL公司的A3PN250。

本实用新型有益效果：

1)本实用新型变频器死区补偿装置其原理是按实际PWM脉冲波形,设计专用的脉 宽测量电路和选择FPGA进行测量获得等效脉冲宽度,确定误差后进行补偿。与传统方法相 比，获得的等效脉宽更准确，补偿精度最高、抗干扰性更好。2)补偿装置中选择的现场可编 逻辑阵列(FPGA),运祘速度快,可满足多路专用脉宽测量电路的死区补偿测量计算需求。3) 脉宽测量电路中设有运算放大器U1,用于稳定参考电压，使测量结果更准确。

(四)附图说明