基于TMS320LF2407的SVPWM死区研究

对于三相全桥式变流电路，由于功率开关管的非理想开关特性，同桥臂的两开关管容易发生短路故障。为解决这一问题，通常的办法是加入一个死区时间，即在一只开关管关断后隔一段时间再开通另一只开关管。如果提前 关断且延迟 开通，称为双边对称设置。若按时开通,延迟 开通，称为单边不对称设置。
死区对SVPWM波形的影响由诸多因素决定。主要有：
1．死区宽度及设置方法。
2．负载功率因数角。
3.器件开关规律(如SVPWM、SPWM)。
由于SVPWM控制方式较SPWM方式复杂，其死区的影响很难用简单的傅里叶级数表达，公式推导难度较大。而仿真计算简单易行，可以大体上反映其规律。

SVPWM波形模型
在计算中SVPWM波形模型采用的是TMS320LF2407内部硬件支持的单边不对称死区。为简化计算，SVPWM波的基波幅值设为最大，即矢量顶点的轨迹是正六边形的内切圆(如图2)。不考虑电流过零点落在死区内的情况，这种近似带来的误差很小，而且随载波比的增加而减小。认为器件的开关特性是理想的。
SVPWM波形模型如图1所示，在360度内分为6个区间，由于各区间内脉宽规律不同，在6个区间内单独计算谐波。6个区间的谐波累加便可得到SVPWM波形模型的谐波。
给出T0、T1、T2(圆轨迹下的百分值)公式，不作详细推导：
T0=COS( /6- )
T1=\frac{SIN( /3- )}{SIN +SIN( /3- )}(1-T0)
T2=\frac{SIN }{SIN +SIN( /3- )}(1-T0)
其中 设T0+T1+T2=1
为合成矢量与T1对应矢量夹角
结果分析
在每个载波周期内对SVPWM波模型进行手工积分，用软件将结果计算出来并累加。计算中不计管压降，取直流电压为1，载波比为6000，分别计算了负载功率因数角为0度、30度、60度、90度时死区宽度对基波及各次谐波的影响。死区宽度的单位为其相对于载波周期的百分比，计算出来的是波形的峰值。
从仿真结果可以得出一些结论：
1.在载频一定的条件下，功率因数角为0、30、60度时基波的幅值会随不对称死区的增大而减小，功率因数高时基波幅值减小速度较慢，反之较快。功率因数角为90度时基波的幅值会随不对称死区的增大而增大。
2.在载频一定的条件下，在各次谐波中，3次谐波幅值最大，功率因数角为0度时随死区的增大而减小，功率因数角为30、60、90度时随死区的增大而增大。
3.在载频一定的条件下，9次谐波幅值随死区的增大而减小，但是其绝对量很小。
4.在载频一定的条件下，不对称设置的死区增大时，2、4、5、7、8次谐波的幅值会不同程度的增大，两者随死区变化的规律十分近似于增量线性关系。
5. 在载频一定的条件下，3的偶次倍数谐波为零。
解决方案
可以采用电流补偿法对死区进行补偿，即根据电流和电压矢量的位置决定补偿方案。死区期间桥臂中点的电位由电流方向决定，感性负载时，若输出电流，则下桥臂二极管续流，电位为负。若上桥臂提前关断而下桥臂准时开通，则输出脉冲正电平少了一个死区宽度，负电平多了一个死区宽度，此时若能将正脉宽时间人为的加入一个死区宽度，则理论上可以完全克服死区的影响。但若为输入电流，上桥臂提前关断而下桥臂准时开通，死区期间续流的为上桥臂二极管，此时无需对死区进行补偿。由此可以总结出电压矢量与电流矢量的配合的一般规律：若输出电流，由0到1的跳变无需补偿，由1到0的跳变要补偿高电平；若输入电流，由0到1的跳变要补偿低电平，由1到0的跳变无需补偿。对脉宽的实时补偿需要知道电压矢量相对于T1矢量的夹角，以及电流矢量与电压矢量夹角，根据电流、电压矢量确定脉宽补偿实时方案。
对于三相电路，可以将电流矢量的位置划分为6个60度的区间，在每个区间内，应补偿的三相电压矢量如图3所示。例如，若A相电流矢量位于-30度到30度的区间内，A相电流为正，B、C相电流为负，A相需要对正脉宽补充一个死区宽度，B、C相需要对负脉宽补充一个死区宽度，即补充的电压矢量为CBA=001，图3列出了A相电流矢量位于6个区间时应补偿的电压矢量，此时未考虑电压矢量与电流矢量的配合问题。
在TMS320LF2407中，补偿脉宽可以通过修改CMPR1、CMPR2来实现。举一例说明。若电压矢量位于45度而电流矢量位于15度，由图3可知该载波周期应补偿的电压矢量为001。可使CMPR1=CMPR1+半个死区宽度，B相的负跳变滞后半个死区宽度，以补偿B相一个死区宽度的负脉冲，可使CMPR2=CMPR2+半个死区宽度，以补偿C相一个死区宽度的负脉冲。注意A相此时无需补偿，因为在此电压矢量的60度电压区间内，A相桥臂不会切换开关状态，故无死区影响。这是SVPWM与SPWM的区别所在。补偿时应注意CMPR1<CMPR2<Tp这一约束条件，在电压矢量接近6个非零矢量时要作折衷处理。
这种补偿方案实际上是利用了二极管的续流作用，续流与桥臂开关并不矛盾，可以同时进行，但是必须在电感性负载下才能完成，有一定的局限性。这种方案可以在很大程度上减小死区的影响。图4为实录电流波形。