一种简化SVPWM控制的死区分析与补偿方法

死区补偿总结

死区补偿技术 清华大学电机系 缪学进 1 引言 微处理和电力电子技术的迅速发展，极大地促进了PWM技术的发展和应用，各种PWM 交流传动技术在工农业生产、国防和日常生活中得到了广泛的应用。我们知道，任何固态的电子开关器件都具有一定的固有开通和关断时间。对于确定的开关器件，固有开通和关断时间内输出信号是不可控制的。三相桥式逆变器系统中，同一桥臂上的两个开关器件工作于互补状态。由于一般开关器件的开通时间小于关断时间，因此，如果将互补的控制信号加到同一桥臂上两个开关器件的控制极上，那么这两个开关器件将会发生“直通”，其后果非常严重。所以目前的逆变器系统广泛采用时间延迟的控制技术即将理想的PWM控制信号上升沿或下降沿延迟一段时间，在这段时间内输出信号是不可控的，这就是死区时间[1]。死区的存在使逆变器不能完全精确复现控制信号的波形，输出电压产生幅值和相位的误差。由于死区的作用，每一个调制周期内引起的微小畸变经积累后，必然会使逆变器的输出电流波形产生畸变，它不但会降低基波幅值，而且会产生低次谐波，直接影响电动机在低速下的运行性能。过去为了消除死区的影响，通常采用硬件和软件相结合的解决方案，但硬件补偿方法存在着检测精度差、滞后以及实现困难等问题。微处理器在电机控制中的应用使死区补偿变得容易，尤其是TI公司的专为电机控制设计的2000系列处理器（如TMS320F240、TMS320LF2407、TMS320F2812等）在芯片内部集成了专门的硬件电路进行死区补偿，减少了电压误差，可以获得满意的效果。 2 死区效应分析 三相电压型逆变器的基本构成如图 1 所示，与电流型逆变器相比，电压型逆变器可以提高逆变器的开关频率，有利于快速控制和抑制逆变器噪声，并且输出阻抗小，适合于交流电机调速控制。 为了防止逆变器区桥臂的上下功率开关发生直通，在上下功率开关改变状态时必须插入死区时间，即先将已开通的功率管关断，插入一定的死区延时，再开通另一个处于关断状态的功率管。

PWM死区时间

死区时间是PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。通常也指pwm响应时间。由于IGBT（绝缘栅极型功率管）等功率器件都存在一定的结电容，所以会造成器件导通关断的延迟现象。一般在设计电路时已尽量降低该影响，比如尽量提高控制极驱动电压电流，设置结电容释放回路等。为了使igbt工作可靠，避免由于关断延迟效应造成上下桥臂直通，有必要设置死区时间，也就是上下桥臂同时关断时间。死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断，而另一桥臂又处于导通状态，避免直通炸模块。死区时间大，模块工作更加可靠，但会带来输出波形的失真及降低输出效率。死区时间小，输出波形要好一些，只是会降低可靠性，一般为us级。一般来说死区时间是不可以改变的，只取决于功率元件制作工艺！ 死区时间是指控制不到的时间域。在变频器里一般是指功率器件输出电压、电流的“0”区，在传动控制里一般是指电机正反向转换电压、电流的过零时间。死区时间当然越小越好。但是所以设置死区时间，是为了安全。因此又不可没有。最佳的设置是：在保证安全的前提下，越小越好。以不炸功率管、输出不短路为目的(baidu的) 死区时间是PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段，所以在这个时间，上下管都不会有输出，当然会使波形输出中断，死区时间一般只占百分之几的周期。但是PWM波本身占空比小时，空出的部分要比死区还大，所以死区会影响输出的纹波，但应该不是起到决定性作用的。 死区,简单解释:通常,大功率电机、变频器等，末端都是由大功率管、IGBT等元件组成的H桥或3相桥。每个桥的上半桥和下半桥是是绝对不能同时导通的，但高速的PWM驱动信号在达到功率元件的控制极时，往往会由于各种各样的原因产生延迟的效果，造成某个半桥元件在应该关断时没有关断，造成功率元件烧毁。死区就是在上半桥关断后，延迟一段时间再打开下半桥或在下半桥关断后，延迟一段时间再打开上半桥，从而避免功率元件烧毁。这段延迟时间就是死区。（就是上、下半桥的元件都是关断的）死区时间控制在通常的低端单片机所配备的PWM中是没有的。 PWM的上下桥臂的三极管是不能同时导通的。如果同时导通就会是电源两端短路。所以，两路触发信号要在一段时间内都是使三极管断开的。这个区域就叫做“死区”优点就不用说了。缺点是使谐波的含量有所增加。

SVPWM中全新的死区时间效应补偿方法

ＳＶＰＷＭ中全新的死区时间效应补偿方法 杨来坡王泰宇徐鸿李千里 安徽中家智锐科技有限公司 摘要：文章对３相逆变的死区时间效应进行了分析，同时给出了一种全新的针对永磁同步电机驱动中死区效应的补偿方法。该方法同时考虑了零电流钳位和寄生电容的影响，经过计算和实际验证，确实改善了死区效应的影响。本方法理论分析的有效性及其实际效果都通过在空调直流电机驱动控制应用中得到了充分验证。 关键词：三电平逆变器；死区时间；补偿；ＰＷＭ Ｄｅａｄ－ｔｉｍｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＶＰＷＭ　 Ｌａｉｐｏ　ＹａｎｇＴａｉｙｕ　ＷａｎｇＨｏｎｇ　ＸｕＱｉａｎｌｉ　Ｌｉ Ａｎｈｕｉ　Ｃｈｅａｒｉ　Ｚｈｉ　Ｒｕｉ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅ　Ｄｅａｄ－ｔｉｍｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｐｈａｓｅｓ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ａ　Ｄｅａｄ－ｔｉｍｅ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｆｏｒ　ａ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ－ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ｄｒｉｖｅ　ｔａｋｉｎｇ　ｚｅｒｏ－ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄａｍｐ　ａｎｄ　ｐａｒａｓｉｔｉｃ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｉｎｔｏ　ａｃｃｏｕｎｔ．　Ｉｔ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　Ｄｅａｄ－ｔｉｍｅ　ｅｆｆｅｃｔ，　ｗｉｔｈ　ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｉｔｔｌｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　．Ｔｈｅ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ，　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｏｆ　Ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ　ｍｏｔｏｒ．　 Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　Ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ；Ｄｅａｄ　ｔｉｍｅ；Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ＰＷＭ

液压泵马达死区补偿

（４）死区补偿控制 滑阀式比例阀在阀芯运动起点（节流阀）或中位附近（方向阀）带有一定的遮盖量（即死区）。该死区减小零位阀芯泄漏，并在例如电源失效或急停工况提供更大安全性。然而阀芯遮盖的影响意味着必须向阀电磁铁线圈提供一定的最小信号值，然后系统中才出现可感觉到的动作。如图11-6(a)所示。 为了降低成本，改善工艺性，比例方向阀的节流边约有15%~20%I max的覆盖量，通常正反两个方向均有死区存在，且其大小不同。为了提高控制质量，需要设法消除该死区，常用的方法是利用阶跃信号产生快调电路，是阀芯迅速越过死区，如图11-6（b）所示。 图11-6（a）死区的形成图11-6（b）死区补偿（5）斜坡控制与方向识别 斜坡信号用于控制信号的上升变化和下降变化的速度（如摊铺机的起步，停机过程，前后行驶控制中死区的过渡等），使当输入阶跃信号时，能够以可调的速率无冲击的到达给定值的要求，从而获得平稳而迅速的起动，转换或停止，进而提高机器的作业效率。放大器上的可调的斜坡函数发生器实际上是通过电位器调整斜坡信号的角度，而不是斜坡时间，如图11-7（a）所示。现代数字控制技术中，为了实现更精确和舒适性的要求，其斜坡的形式利用软件技术可以按人为设计的曲线形式来控制。 在比例方向阀放大器中，象限识别（即方向识别）用于两个运动方向的加速和减速控制，如图11-7（b）所示。图中比例阀控制执行器，电磁铁a通电使缸活塞沿“前进”方向移动。加速度可由加速斜坡A来控制。为了使活塞运动反向，活塞先以由减速斜坡D确定的变化率减速，随着阀芯越过中位和电磁铁b通电，活塞在此以加速斜坡A确定的变化率沿后退方向加速，因而可以看到，在X与Y点之间阀芯在阀体中沿同一方向运动，但阀芯运动速度会在

死区时间的影响与形成

死区时间参数 摘要：针对不同厂家IP M要求的死区时间参数的不同，本文从硬件电路角度出发，提出一种延时电路方案，解决了因参数调整而引起软件的不统一问题，进而为M C U的大批量m a s k降低成本提供可能。 关键词：IP M死区时间 随着现代电力电子技术的飞速发展，以绝缘栅双晶体管（IG B T）为代表的功率器件在越来越多的场合得到广泛地应用。I GB T是V D MO S与双极晶体管的组合器件，集M OS FE T与G T R的优点于一身，既具有输入阻抗高，开关速度快，热稳定性好和驱动电路简单的长处，又具有通态电压低，耐压高和承受大电流的优点，特别适合于电机控制。现代逐渐得到普遍推广的变频空调，其内部的压缩机控制单元就是采用以I GB T为主要功率器件的新型智能模块（IP M）。 IP M（智能功率模块）即In te l li ge n t P o we r Mo d ul e的缩写，它是将输出功率器件I GB T和驱动电路、多种保护电路集成在同一模块内，与普通I G B T相比，在系统性能和可靠性上均有进一步提高，而且由于IP M通态损耗和开关损耗都比较低，使散热器的尺寸减小，故整个系统的尺寸减小。下面是IP M内部的电路框图： IP M内部含有门极驱动控制、故障检测和多种保护电路。保护电路分别检测过流、短路、过热、电源欠压等故障，当任一故障出现时，内部电路会封锁驱动信号并向外送出故障信号，以便外部的控制器及时处理现场，避免器件受到进一步损坏。下图是变频空调室外压缩机控制驱动主电路的原理图。

220V交流电压经过由D1～D4和电解电容C1组成的桥式整流和阻容滤波电路后成为给I PM供电的直流电压，六个开关管按照一定规律通断，分别在U、V、W三相输出一系列的矩形信号，通过调整矩形波的频率与占空比达到调节输出电压频率和幅度的目的，即现在应用最广泛的P WM（PU LS E WI D TH M OD UL A TE 脉冲宽度调制）控制技术，PW M控制技术从控制思想上可以分成四类：等脉宽PW M法、正弦波P WM法、磁链追踪PW M法和电流追踪型P W M法。不管采用何种控制方式，都必须注意U、V、W任意一相上下两个桥臂不能同时导通，否则直流电源将在IP M内部形成短路，这是绝对不允许的。为了避免电源元件的切换反应不及时可能造成的短路，一定要在控制信号之间设定互锁时间，这个时间又叫换流时间，或者叫死区时间。 死区时间，一般情况下软件工程师在程序设计时就会考虑并写进控制软件。但是，由于不同公司生产的I P M，对死区时间长短的要求不尽相同，这样软件就会出现多个版本，不便于管理，并且影响CP U的M AS K (掩模)工作。为了控制软件的统一性，有的软件工程师将死区时间放到芯片外扩展的E2中，对不同公司的I P M，只需改变一下E2中的数据，即可简单实现死区时间的匹配。这种方法的缺点是生产成本较高，在实际应用时受到一定限制。随着集成电路工艺的不断改进，各种逻辑门集成电路的价格不断地下降，使采用硬件电路实现死区时间设定应用到生产上成为可能，这种方法的优点是电路简单，延时时间方便可调，成本低廉。 方案原理图如下图3：

SVPWM逆变器死区效应补偿方法的研究

SVPWM逆变器死区效应补偿方法的研究 DEAD-TIME COMPENSATION FOR VECTOR-CONTROL INDUCTION MOTOR PWM INVERTER 王高林，贵献国，于泳，徐殿国 （哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江省 哈尔滨市 150001） (Email: Wanggl@https://www.wendangku.net/doc/df5747622.html,, Xianggui@https://www.wendangku.net/doc/df5747622.html,, Yuyong@https://www.wendangku.net/doc/df5747622.html,, Xudiang@https://www.wendangku.net/doc/df5747622.html, ) 摘要：针对伺服系统矢量控制系统，提出了一种可以补偿死区误差电压并消除零电流钳位效应的死区补偿方法。在分析了影响死区效应的因素以及等效死区时间的表达式的基础上，采用平均死区时间补偿法，在两相静止轴系中对等效死区时间产生的误差电压进行了补偿。为了提高电流极性检测的准确性，利用旋转轴系中的励磁电流和转矩电流分量经过坐标反变换，判断电流在两相静止轴系所处的扇区来决定需要施加的补偿电压。另外为了更好地消除由于死区时间而产生的零电流钳位效应，将一种消除零电流钳位效应的方法结合到上述补偿方法中。最后通过TMS320F2812 DSP芯片来实现补偿算法，并在11kW 伺服电机矢量控制系统中验证了补偿算法的有效性。 ABSTRACT: A dead-time compensation strategy is presented to compensate dead-time error-voltage and eliminate zero-current clamping effect for servo motor vector control system. The factor influencing dead-time effect is analyzed, and expression of equivalent dead time is deduced. Average dead-time compensation technique is adopted to compensate error-voltage at two-phase stationary frame. To improve accuracy of detection of current direction, components of magnetizing current and torque current are transformed into two-phase stationary frame. Therefore compensating voltage vector can be decided according to the sector the current vector is locating. In addition, a kind of zero-current clamping effect eliminating scheme is adopted combining with the above compensation method to improve the compensation performance. The proposed compensation method is performed with TMS320F2812 DSP chip. Experimental results demonstrate the efficiency of the dead-time compensation method in 11kW servo motor vector control system. 关键词：伺服系统，空间矢量PWM，死区效应，零电流钳位，补偿 KEY WORDS:servo system; space vector PWM; dead-time effect; zero-current clamping; compensation 1 引言 由于伺服系统在各种工业场合应用非常普遍，永磁伺服电机相关控制技术研究也获得了广泛重视，其中空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）一直是一个热门的研究课题[1,2]。在SVPWM逆变器中，为了防止同一桥臂的两只开关管产生直通，需要在两只开关管的开通与关断时刻之间加入一定的死区时间，所产生的死区效应会造成逆变器输出电压基波分量减小、输出电流波形畸变及输出转矩脉动[3]。在感应电机矢量控制场合，往往需要知道电压的状态量，由于输出电压是由离散的脉冲组合而成难以测量，通常直接将参考电压当作输出电压。但与参考电压相比，实际的输出电压由于受死区时间影响而与参考电压有所差别。因此为了能够进一步提高感应电机的控制性能，有必要对死区效应进行有效地补偿。 已经有众多学者对死区效应进行了研究，并提出了许多补偿方法[3-10]。这些方法基本上可以分为两种，一种是基于平均误差电压补偿法，这种方法具有易于实现的优点，缺点是补偿不够精确，后来又有学者对开关器件管压降引起的附加死区时间，以及电路中寄生参数对死区效应的影响进行了研究[11,12]。另一类方法是基于脉冲的补偿方法，这种方法可以对死区时间进行较精确地补偿，但对控制芯片的要求也更高，要求在一个PWM载波周期内进行两次采样[12]。死区补偿中电流极性的检测很重要，如果对电流过零点判断不够准确反而会引起误补偿。尽管很多补偿方法能够取得不错的补偿效果，但在低速轻载的场合，经常会发生零电流钳位的现象，使输出电流产生畸变[12]。本文研究了一种采用平均误差电压补偿法并结合消除零电流钳位效应的方法对感应电机PWM逆变器的死区效应进行了补偿，最后在11kW伺服

死区时间

死区时间 死区时间是PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。 由于IGBT等功率器件都存在一定的结电容，所以会造成器件导通关断的延迟现象。一般在设计电路时已尽量降低该影响，比如尽量提高控制极驱动电压电流，设置结电容释放回路等。为了使igbt工作可靠，避免由于关断延迟效应造成上下桥臂直通，有必要设置死区时间，也就是上下桥臂同时关断时间。死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断，而另一桥臂又处于导通状态，避免直通炸模块。 死区时间大，模块工作更加可靠，但会带来输出波形的失真及降低输出效率。死区时间小，输出波形要好一些，只是会降低可靠性，一般为us级。 IGBT在关断时的脉冲后沿因少数载流子的存储效应会产生一个较大的“拖尾”电流，因此所产生的关断能耗（Eoff）在早期产品中非常突出。 死区时间调整硬件解决方案 摘要：针对不同厂家IPM要求的死区时间参数的不同，本文从硬件电路角度出发，提出一种延时电路方案，解决了因参数调整而引起软件的不统一问题，进而为MCU的大批量mask降低成本提供可能。 关键词： IPM 死区时间 随着现代电力电子技术的飞速发展，以绝缘栅双晶体管（IGBT）为代表的功率器件在越来越多的场合得到广泛地应用。IGBT是VDMOS与双极晶体管的组合器件，集MOSFET与GTR的优点于一身，既具有输入阻抗高，开关速度快，热稳定性好和驱动电路简单的长处，又具有通态电压低，耐压高和承受大电流的优点，特别适合于电机控制。现代逐渐得到普遍推广的变频空调，其内部的压缩机控制单元就是采用以IGBT为主要功率器件的新型智能模块（IPM）。 IPM（智能功率模块）即Intelligent Power Module的缩写，它是将输出功率器件IGBT和驱动电路、多种保护电路集成在同一模块内，与普通IGBT相比，在系统性能和可靠性上均有进一步提高，而且由于IPM通态损耗和开关损耗都比较低，使散热器的尺寸减小，故整个系统的尺寸减小。下面是IPM内部的电路框图：

永磁同步电机逆变器死区补偿技术

永磁同步电机逆变器死区补偿技术 现今工业伺服驱动中多采用驱动永磁同步电动机(PMSM)的交流伺服系统，其交流驱动单元使用三相全桥电压型逆变器。PWM调制的变频控制技术实现了对交流电机动态转矩的实时控制，大大提高了伺服系统的控制性能。 然而，对于PWM逆变器，在驱动功率管的开关信号中插入延时时间以防止直流母线直接短路，延时时间的引入将导致死区时间效应，引起逆变器输出波形的畸变和基波电压的降落，影响了伺服系统性能的进一步提高。 为补偿Td引起的电压波动，研究人员提出了各种补偿方法，大致可划分为三类。 最普遍的方法是在电流极性相同的区间内，根据缺少的脉冲列相应加上极性相反的脉冲列，以抵消其影响。由于三相电流必有一相与另两相极性相反，一种简单的方法是对极性相反的相实行二倍的电压过补偿，使三相电压死区影响相互抵消，线电压波形为正弦形。详细分析了死区产生的原因和影响，并根据模拟调制和数字调制分别给出了死区的硬件电路补偿方法。文献[3]根据全桥电路的开关状态，提出了一种带死区补偿的逆变器数学模型，该模型的特点是由简单的滞环结构组成，根据此模型可由一计算公式实现死区补偿。 第二类方法是根据无效器件原理实现死区补偿的。在任意时刻，逆变器每一桥臂两个功率器件中只有一个是有效的。当上桥臂器件关断时，不论下桥臂器件是否导通，输出电压都是直流母线的负端电压，此时称下桥臂器件是“无效”的。死区补偿的办法是，维持有效器件的驱动信号不变，改变无效器件的驱动信号使之满足设置死区的要求。既然“无效”器件的通、断并不影响输出电压状态，那么也就不需要驱动信号了，只给有效器件发出驱动信号就可以了，这样也就不需要加入死区，也就没有什么死区补偿的问题了。但该方法在电流过零点处会由于误差导致畸变，因此使用这个方法时要注意电流过零区域的处理。一些学者进一步提出了改进方法。在电流过零点加一滞环，在滞环时间内使用正常的开关死区保护，可减小畸变。由于电流采样中的干扰和电流变化的复杂性，文献[5]在电流过零点附近的区域应给出两路驱动信号并加入死区及死区补偿。利用PWM关断时刻实现换流时的开关死区保护，可消除开关死区的影响。 第三类方法是电流预测控制。建立较为准确的电机系统模型，分析电流波形的畸变量，通过电流的预测控制来实现电流波形的校正。提出了预测电流控制的死区问题，通过估计反电势补偿电压波形畸变和电流零点钳位现象。文献[7]建立异步电机模型的矩阵方程，根据对SVPWM算法里定子相电流的预测，补偿其空间电压矢量。利用d-q旋转坐标系下的PMSM 模型设计观测器，观测q轴损失的电压，通过公式折算成需补偿的死区时间Tc，实现死区的在线补偿。时间延迟控制来估计死区导致的干扰电压，并将其反馈到电压参考给定上以补偿死区影响。电流预测方法计算繁琐，且补偿效果与电机模型的精度和时变的参数值直接相关，不易得到满意的效果。 逆变器死区的影响 由PWM死区时间产生的基本原理可知，引起的逆变器输出电压的偏差脉冲在绕组电流周期T1内的电压偏差可用一方波来等效，为了分析方便，假定电压偏差脉冲在时间上是等

STM32高级定时器死区控制

STM32高级定时器都带有死区控制功能，一般来说死区控制主要用于马达、变频器等控制。 一、死区时间概念 BLDC控制换相电路如下 死区时间是两路互补PWM输出时，为了使桥式换相电路上管T1和下管T2、上管T3和下管T4、上管T5和下管T6不会因为开关速度问题发生同时导通（同时导通电源会短路）而设置的一个保护时段。 假设STM32高级定时器OCX和OCXN输出互补通道PWM，极性都是高电平有效，则下图中标注“延迟”那段时间就是死区时间，此时间段上管和下管都没有导通。 二、STM32高级定时器死区时间计算 1. 配置寄存器

2. 死区时间计算示例 假设STM32F407的高级定时器TIM1的时钟为168MHz，设置tDTS=1/168us。 死区时间设置2us，经过估算该死区时间落在DTG[7:5]=110段。 (32+DTG[4:0]) /21 us= 2us，计算出DTG[4:0]=10=01010B， 再与DTG[7:5]拼接，最后算得DTG[7:0]=10=11001010B=0xCA。 死区时间设置4us，经过估算该死区时间落在DTG[7:5]=111段。 2*(32+DTG[4:0]) /21 us= 4us，计算出DTG[4:0]=10=01010B， 再与DTG[7:5]拼接，最后算得DTG[7:0]=10=11101010B=0xEA。 需注意死区时间计算是分段计算，每段公式不一样。

三、配置死区时间过程可能出现的问题 问题：发现插入死区时间后，没有互补脉冲输出了。一般是死区参数设置不合适导致出现了以下两种情况。 如果延迟时间大于有效输出（OCx 或OCxN）的宽度，则不会产生相应的脉冲。 注意：插入死区是为了保证桥式驱动电路中上下桥臂的开关管不会同时导通，提高控制安全性，但不是死区时间越长越好，死区是以牺牲开关管有效驱动脉冲时间为代价的，死区时间长短是由开关管硬件开关的速度决定。

死区时间控制

自控系统死区时间的处理方法 2007-12-06 09:53:57 对于一个反馈控制器而言，如何处理生产过程调节中的死区时间是个棘手的问题，此处我们将讨论几种处理方案。 对于一个反馈控制系统，死区时间可以定义为从“测量传感器检测到变量开始改变的瞬时”到“控制器对生产过程开始施加正确有效干预的瞬时”之间的延迟时间。在死区时间内，生产过程的实际值根本不会对控制器的调节作用起任何反应。在系统反应的死区时间结束之前，任何试图操纵或改变过程实际值的努力都注定是徒劳的。 举个例子，我们不妨想象一下“驾驶一辆方向盘很松的小汽车的过程”。小车司机如想拐弯，他一定要使劲打方向盘才能克服方向盘太松而带来的滞差，并真正施加作用在操纵杆上。只有在此之后，小车司机才能感觉到汽车方向的改变。所有完成这一系列动作的时间就是死区时间。 死区时间问题是有据可查的最难克服的控制类问题之一。在上面的例子中，如果一个司机对汽车拐弯过程中的死区时间大小估计不对的话，可能会因为上次的拐弯动作效果不佳，而在本次的拐弯过程中动作过于剧烈。 图1：如果光学测厚仪安装得离轧辊太远，那么控制器要花 较长的时间才能够纠正钢板的厚度偏差。这时还可能 由于调节过于“冒进”而使情况变得更糟。 然而，如果司机发现“在原来估算的死区时间结束之前汽车就已经开始拐弯”之后再采取缓解措施就为时已晚了，因为此前的操作动作早已矫枉过正，而且本应早些结束的。在此之后，司机又不得不试图再拐回原有方向，这样可能最终引发拐弯过程的失控。 顺便提及一下，类似的原因也是如此众多的酒后驾驶事故的罪魁祸首。也许汽车的方向盘拐弯是灵敏的，但是一个醉酒的司机由于感官不灵，等到他觉察到汽车开始拐弯时汽车就已经拐向过头了。在这种情况下，拐弯过程的失控是由人的感官迟钝导致，而非设备调节过程的死区时间，然而这种情况导致的结果却是灾难性的。

一种基于空间矢量PWM的死区效应补偿策略研究

一种基于空间矢量PWM的死区效应补偿策略研究 1 引言 目前，随着电力电子技术的发展，功率器件如igbt、mosfet等广泛应用于pwm变流电路中。对于任何固态的功率开关器件来讲，都具有一定的固有开通和关断时间，对于确定的开关器件，固有开通和关断时间内输入的信号是不可控的，称为开关死区时间，它引起开关死区效应，简称为死区效应[1,2]。在电压型pwm逆变电路中，为避免同一桥臂上的开关器件直通，必须插入死区时间，这势必导致输出电压的误差。该误差是谐波的重要来源，它不但增加了系统的损耗，甚至还可能造成系统失稳。对于电机驱动系统而言，死区效应会使得低速时的电压及电流发生严重畸变，引起转矩脉动和谐波。 本文分析了死区时间的产生以及对输出电压的影响。在此基础上，引入电流预测补偿方法，对其理论进行分析并进行了仿真与实验。 2 死区效应分析[3,12] 以逆变器的其中一个桥臂为例，进行分析死区时间的影响。假设负载为感应电机，如图1所示。 图1 逆变器一相桥臂的死区效应分析 在功率器件开通关断时，逆变器输出电压由于死区的影响在电流极性不同时会表现出不同的形式。当开通功率开关管(igbt)vt2时，vt1必须关断，如果开通速度比关断速度快，将会在桥臂上产生直通电流而导致损坏器件，因此需要插入死区时间。由于是感性负载，输出电流i1通过续流二极管进行续流，二极管的导通取决于电流i1的方向。当i1>0时，有两种工作状态，正常工作状态时，桥臂的上管vt1开通，vt2关断，电流通过vt1流向电机；而在死区时间内，vt1、vt2都关断，此时电流通过下

管的续流二极管vd2完成续流，保持电流流向电机。当i1<0时，同样也有两种工作状态：正常工作状态时，下管vt2开通，上管vt1关断，电流通过vt2形成通路；在死区时间工作状态时，vt1、vt2都关断，此时电流通过上管的续流二极管vd1完成续流，保持电流形成通路。尽管逆变器死区时间很小，单个脉冲不足以影响整个系统的性能，但连续考虑一个周期的效应，死区的积累作用使得电动机的定子电压受到很大的影响。受死区的影响，输出电压产生的畸变分析如图2所示。 图2 死区对逆变器输出电压的影响 图2中：a) 理想的驱动波形；b、c) 带有死区的上下管驱动信号；d) 电流方向； e) 逆变器的实际输出电压；f ) 为误差电压波形。 3 电流预测补偿法[4,5] 电流预测补偿方法是将预测控制用于对电压型逆变器的控制，基本思路是在第k个采样时刻根据所检测到的负载电流及补偿器输出电流、电动机的数学模型以及下一个开关周期k+1时刻的期望电流，计算出符合电流变化的输出电压矢量，然后在pwm中运用空间矢量法合成这一输出电压矢量，从而迫使下一次采样时刻的实际电流以最优特性跟踪下一个时刻参考电流，达到跟踪输出电流的目的。在对三相异步电机进行分析和控制时，将其等效为一个带有反电动势的r-l负载电路，如图3a)所示。为便于分析，这里进行坐标变换，将对称三相静止坐标系变换到d-q坐标系，如图3b)所示。

死区补偿

1 引言 目前，小功率通用或专用变频器以及交流变频家电产品大多采用典型的交-直-交电压型逆变器(vsi)结构，逆变实现一般采用双极性pwm 调制技术，即在同一逆变桥臂上、下2个开关管施加互补的触发信号。由于开关管自身的特性:开通和关断都需要一定的时间，且关断时间比开通时间要长。因此，若按照理想的触发信号控制开关管的开通和关断，就可能导致同一桥臂的2个开关管直通而损坏开关器件。为了防止这种直通现象的发生，必须在它们开通和关断之间插入一定延时的时间，这个延时时间就称为死区。死区时间内2个开关管都处于关断状态，负载电流通过反并联二极管续流，负载电压不受开关管控制，由此造成负载电压波形发生畸变，逆变器的平均输出电压降低，并产生与死区时间以及调制比成正比的3，5，7，…次谐波分量，进而影响到电动机的输入电流和运行质量。当逆变器工作在低输出频率、开关频率较高和负载感性很弱时这种影响相当严重[1,2]。为此，需要对死区的影响进行补偿，以提高变频器的输出性能和改善电动机的运行工况。常用的补偿方法有电流反馈型和电压反馈型，也有单边补偿与双边补偿、纯硬件补偿与硬件软件结合补偿等具体手段，但其工作原理相似，都是产生一个与死区引起的误差波形反向的波形，以抵消死区的作用[3,10]。motorola公司推出的电动机专用控制芯片mr16内部集成了专门的死区补偿硬件电路，只需要简单的外围电流极性检测和简单的软件编程就可以实现可靠的死区补偿[11]。 2 死区补偿原理分析 2.1死区对输出电压的影响 在理想情况下，功率开关管开通和关断都是瞬时完成，不存在开通和关断时间，因而也就不存在死区时间。但实际情况是功率开关管并非理想开关，而且关断时间比开通时间要长。为了使功率开关管工作安全，在其开通之前插入死区td，即让该桥臂的2个开关管在td时间内都处于关断状态。由于死区时间td的存在，使得功率开关管的导通时间缩短，引起pwm脉冲宽度和电位的丢失，进而影响到逆变器输出的平均电压。 图1 死区对输出电压影响示意图 下面以三相逆变桥中的一相为例，分析死区对输出电压的影响。不妨设电流正方向如图1中箭头方向所示，假设当前死区发生时，电流方向为正，这时igbt1和igbt2都没有驱动信号，处于关断状态，驱动信号如图1中的(2)和(4)。由于当前电流方向为正，所以感性负载通过下桥臂的续流二极管d2续流，因此将输出电压箝制在-udc/2电位上，输出电压波形如图1中的(6)所示。也就是说在死区期间，输出电压多出一个td宽度的负电位。实际输出电压与理想输出电压相比，正电压的脉冲宽度减小，输出电压小于期望值，如图1中的(6) 和(5)所示。当电流为负方向时，感性负载通过上端的二极管d1进行续流，这时负电压脉宽减小，输出电压大于期望值，这里不给出示意图。这样，逆变器的实际输出电压的波形与理想波形比较就发生了畸变。图1中的(1)、(3)和(5)分别为理想情况下的上管驱动信号、下管驱动信号和输出电压，(2)、(4)和(6)分别为实际情况下的上管驱动信号、下管驱动信号和输出电压。

变频系统死区效应分析及补偿

第六章变频系统死区效应分析及补偿 6.1 死区效应原理 在理想情况下，每个桥臂的上下两个开关器件严格轮流导通和关断。但实际情况是，每个器件的通、断都需要一定的时间，尤其是关断时间比导通时间更长。在关断过程中，如果截止的器件立即导通，必然引起桥臂短路。为了防止这种情况发生，必须在驱动信号中引入一段死区时间T d。在此时间内，桥臂上下开关器件都没有触发信号，该桥臂的工作状态将取决于两个续流二极管和该相电流的方向。 死区时间的引入使得逆变器主电路不能精确再现由PWM发生器所产生的理想PWM波形，影响了PWM方案的应用效果，这些影响统称为死区效应。死区效应是影响逆变器电压和电流输出的重要非线性因素，会使得低速轻载时的电压及电流发生严重畸变，引起转矩脉动和谐波。 死区时间的设置方式有两种： （1）单边不对称设置 欲关断的功率管与理想波形同时关断，欲开通的功率管延迟T d后开通。 （2）双边对称设置 欲关断的功率管比理想波形提前T d/2关断，欲开通的功率管比理想波形延迟T d/2开通。 利用逆变器中一个桥臂来说明死区效应的产生，规定电流从逆变器流向电机为参考方向的正方向，电流从电机流向逆变器时电流为负。当电机电流为正时，在死区时间内，上下桥臂两个功率管均不导通，由于电机为一感性负载，因此电流不会突变，那么电机电流就通过和下桥臂反并联的续流二极管续流，如果忽略续流二极管的管压降，则输出电压被钳位在-U d/2（U d位直流电源电压）；反之，当电机电流为负时，电机电流则通过和上桥臂反并联的续流二极管续流，如果忽略续流二极管的管压降，输出电压被钳位在+ U d/2。这样，实际输出电压U与理想输出电压U*之间就存在着误差电压△U=U-U*。这个误差电压脉冲的极性与输出电流的极性相反，当电流大于零时△U= -U d，当电流小于零时△U= U d，其宽

全数字伺服系统中死区效应的补偿方法

全数字伺服系统中死区效应的补偿方法 浙江大学 电力电子国家专业实验室 胡庆波 吕征宇 关键词： 伺服系统、电压型逆变器、死区效应、谐波电流、DSP 目前，在伺服控制系统中，通常采用三相电压型逆变器来驱动伺服电机。桥式电路中为避免同一桥臂开关器件的直通现象, 必须插入死区时间。死区时间和开关器件的非理想特性往往会造成输出电压、电流的畸变，从而造成电机转矩的脉动，影响系统工作性能。因此，必须对电压型逆变器中的死区效应进行补偿。 文献[1-4]对三相逆变器的死区效应进行了补偿。其中文献[1] 采用平均值理论，计算出一个工作周期中的误差电压并直接补偿在参考电压上，文中忽略了开关器件的非理想特性，仅仅对死区时间造成的误差电压进行了补偿，该方法简单易行，但补偿精度较低;文献[2] 在对死区时间和开关器件的非理想特性造成的死区效应进行补偿的同时，提出了一种补偿时间的离线测量方法。该方法把开关器件的电气特性与其工作电流看成线性的关系，并且要求系统对电流有很好的控制特性;文献[3]针对空间矢量调制提出了只对其中一相电压进行补偿的方法，但没有考虑开关器件的导通压降，并且在整个逆变输出周期中，其补偿时间为一常数。文献[4]提出了死区时间的一种离线测量方法，根据工作电流的范围预先测出补偿时间，然后分段进行补偿，该方法与前文几种补偿方法相比，可以通过电流的大小来调节补偿时间，但在一定的电流范围内补偿时间仍然是一常数。 对于逆变器的死区补偿，主要取决于两个方面，一是补偿时间的确定;二是负载电流方向的检测。本文将对两者加以介绍。综合上文提到的文献，其补偿时间在整个逆变输出周期皆为定值，但是在实际电路中，补偿时间往往会根据电路工作点的不同而变化。另外，在直流侧电压较高的前提下，由开关器件的导通压降造成的畸变可以近似忽略，但在蓄电池作为直流侧输入时，其工作电压较低，此时由开关管导通压降带来的输出电压畸变较大，应加以考虑。综合以上几点，本文提出一种死区时间的实时计算方法，即在一个逆变输出周期中，通过占空比的变化相应的调整补偿时间。并且，本文借鉴了文献[3]的补偿方法，即通过判断三相电流的方向，只对其中一相输出电压占空比进行补偿。实验结果表明，该方法对死区时间和开关器件非理想特性造成的死区效应有很好的补偿效果。 死区效应的分析 误差时间分析 图1 a 相桥臂电路 下面分析逆变器a 相桥臂的死区效应。图1是通用型桥臂的电路图，这里定义电流流向负载为正方向。 图2是当a 相电流流向负载时a 相的电压脉冲波形。图2中G*是上管T1的参考驱动脉冲，G 为实际获得的驱动脉冲，图2中实线表示实际获得的电压波形，虚线表示理想的电压波形。td 是死区时间，Ts 是开关周期，D 是占空比，Vdc 是直流侧电压，t`off 和t`on 分别为开关器件的等效关断和开通延迟时间，Vs 和Vd 分别是开关器件和并联二极管的导通压降。先考虑当电流流向负载时(id ＞0)的情况。在一个开关 周期中考虑相电压的伏秒面积，理想情况下其面积为: 图2 a 相脉冲电压波形 V t ＝DT s V dc (1) 实际获得的伏秒面积为: V t ＝(DT s －M)(V dc －V s )－(T s －DT s ＋M) V d (2) 根据参考电压和补偿后电压伏秒面积相同的原则，其误差电压的伏秒面积为: