[发明专利]逆变器和变换器的截止期间电压偏移补偿方法和装置

说明书

本发明涉及脉宽调制（PWM）逆变器和变换器，具体讲，涉及截止时间间隔对那些逆变器和变换器输出电压的影响。

在PWM逆变器和变换器中，相电压包括一系列与基频相比持续时间较短的矩形脉冲。这些脉冲的幅度恒定，而脉宽可变。

逆变器的输出电压波形为周期性倒相以提供基频的脉冲串。如果采用三角比较脉宽调制方法，则输出脉冲串的重复频率为载频fc。形成每半周期的脉冲宽度的改变对RMS电压幅度进行控制。这种改变或调制实际上是通过多种技术达到的。常见的技术称为三角或次谐波方法，其中控制电源电路开关的脉冲持续时间由两个基准信号的交点确定：一个高频三角电压波和一个以基频变化的正弦电压。PWM信号用来以fc频率控制电桥中的开关。

理想情况下，当PWM信号改变到其无效状态时，例如，从逻辑1变为逻辑0时，在电桥电路每个臂上的晶体管应迅速关断。但是，在采用晶体管型电路的实际电路中，晶体管的瞬时关断是不可实现的。例如，当加到电桥臂中一对开关上的PWM信号从逻辑1变为逻辑0时，第一晶体管在第二晶体管导通后不能完全关断。这是由于在PWM激励信号改变到其无效状态（逻辑0）后，晶体管需要有限的时间才能脱离饱和。这使电桥臂中的两个晶体管同时导通。由于这两个晶体管串联联接地跨在电源上，其同时导通将导致过大的电流和晶体管的损坏。为了避免这一问题，在驱动电桥电路的PWM信号中故意引入 截止期间。换言之，逆变器臂中第二开关的导通延迟了一个截止时间t△，以避免经逆变器臂的短路。时间延迟t△的持续时间足以保证逆变器臂中的两个晶体管在容许电桥电路这一对晶体管中的一个晶体管导通前被关断。截止期间的时间也称为静寂时间。

由于在截止时间内两个开关都是关断的，所以，在该时间间隔内，线与中线间的电压取决于负载电流的方向。当负载电流i_A为正时（从逆变器到负载），这形成电压损耗△U_A＝U^＊_DC〔t△/T_c〕;当电流为负时，形成电压增益△U_A＝U^＊_DC〔-t_△/T_c〕，其中t_△等于截止时间间隔，T_c等于载频的周期，U_d为直流母线电压。需要的是使△U_A减到最小。

假定一个三相、三臂电源变换电桥（变换器或逆变器），同样的分析方法也适用于第二臂B和第三臂C。在相电流i_A、i_B和i_C的过零点上U_A、U_B和U_C的失真形成逆变器或变换器输出中诸如基频的三次、五次、七次谐波等。

需要补偿截止时间间隔，这是已知的（见Goff等人于1984年1月26日提交，1985年12月31日公开的题为“电流传感解调器”的美国专利4，562，386），因为截止期间引起了谐波方面的也早已被认识到的问题（Ned    Mohan，Tore    M.Underland，William    P.Robbins著”，“电源电子变换器、应用、以及设计”，1989年纽约John    wiley    &    Sons公司出版，第141-144页）。

用于补偿截止期间损耗的一种方法在颁发给Sakamoto等人于1983年1月25日提交，1985年10月15日公开的美国专利4，547，719中公开了，它依赖于电压反馈。这一装置采用用于 从电枢电压U_c中产生外加电压的电压变换电路，用于计算保持电路的输出电压与电压变换电路的输出电压之差的减法电路，用于积分由该减法电路产生的差的积分电路。换言之，逆变器电路的输出电压被反馈到PWM电路的前置级，以借助该反馈环路提高增益。但是，采用把微处理器用作电机控制电路一部分的电路装置时，需要为这些反馈环路提供单独的模拟电路。这一过程必须由快速模拟电路来实现，而且，不能由微处理器足够快地执行。这种解决方案结构复杂造价高。