一种脉宽调制变频电源及其死区补偿方法技术

本发明专利技术涉及脉宽调制变频电源及其死区补偿方法。本发明专利技术的技术方案中，在相电流的正、负半周各设置一个比较点电平，在输出相电压达到设定值时，反馈信号电平才会动作，由此获得需要的补偿量。通过对相电流进行采样，确定相电流的正、负半周时间，并在相电流的正负、峰值附近切换比较点。实施本发明专利技术，具有以下有益效果：可以有效解决电流过零点嵌位问题，准确地测量输出脉冲的宽度，进而准确地调整逆变回路上、下桥臂功率开关器件的通/断时间，以获得期望输出脉冲的宽度；提高电流波形正弦度、改善控制效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变频电源，更具体地说，涉及脉宽调制变频电源的死区补偿。
技术介绍
电压源型变频电源大都使用PWM(Pulse Width Modulation)发波技术。它的主回 路拓扑结构为通过整流和电容滤波获得一个直流电压，然后通过逆变回路，产生频率和电 压可调的脉冲输出。对于逆变回路，它的每一相电路，由两个带续流二极管的功率开关器 件串联组成，通常称与直流电源正极相联的为上桥臂，与负极相联的为下桥臂。功率开关 器件的开关需要一定的时间，因此在这种拓扑结构下，为了避免两个器件同时导通，引起短 路，必须在一个器件关闭后，延时一定时间，另一个器件才允许导通，这段时间被称为死区 时间。死区时间的加入，会造成功率开关器件实际开通时间与理论计算值不符，导致控制效 果变差。如果负载是感性的，在死区时间内，电流会经过续流二极管续流，通过哪个续流二 极管，由电流方向决定，假如电流是由直流电源流向负载，那么死区时间内下桥臂的续流二 极管开通，对负载来说，等效于下桥臂功率开关器件开通。在功率开关器件的一个开关周期 内，存在两个死区时间，如果电流方向不变，那么两次死区时间内，都是下桥臂功率开关器 件开通，或者说，下桥臂开通时间比期望值多了一个死区时间，上桥臂则少开通了一个死区 时间。在这种情况下，采用的一种死区补偿方法是如果电流方向是由电源流向负载，那么 就让上桥臂的导通时间等于理论计算值加死区时间；反之，则是减小一个死区时间。所以，死区补偿的关键，就是判断电流方向。采用这种死区补偿方法的变频电源通 常都设计有电流采样电路，依靠采样到的相电流，判断电流方向。但是存在以下问题1)PWM发波输出电压为脉冲形式，电流波动较大。在电流过零点，也就是电流方向 发生变化过程中，很难准确判断电流方向；2)死区补偿会影响电流波形，尤其是在电流过零点时，电流幅值较小，死区补偿错 误，很容易导致电流方向改变，依赖错误的电流方向补偿，结果必然也是错误的。另一种死区补偿方法就是直接采样输出电压的脉冲宽度，跟期望脉冲进行对比， 其偏差值作为死区补偿量。这种方案需要额外的电压采样电路。相电压脉冲在高低电平之间变化，设置一个接近中点电压的比较点，将实际电压 与比较点电压对比，判断输出电平的高低。这也是当前已经产品化的做法。如附图1所示， El表示理论计算的脉冲宽度，E2表示实际测量的脉冲宽度，由于采样电路有延迟，所以捕 获的延都有滞后。这种方案也存在一个缺点，问题仍然是出在电流过零点的位置。由于电流过零点 附近电流很小，无法使功率开关器件有效导通。此时测量输出电压，死区时间内的波形将会 如附图2所示，出现台阶状上升。当电流继续减小，死区时间内，功率开关器件，包括续流二 极管都无法导通。此时测量的输出电压，实际上是功率开关器件内寄生电容两端电压。由 于没有放电回路，寄生电容两端电压将维持功率开关器件关断前的电压不变。它们都无法反映上下桥臂导通情况，此时的反馈量，也就不能用于死区补偿。当比较点在接近中点位置 时，通常认为此时无需做任何补偿，或者补偿量受台阶电压出现位置的影响，变得不准确。 不补偿，或者不准确的补偿，都将导致电流长时间在零附近波动，被称作“电流嵌位”。现有技术中的这种方案，当开关器件中电流很小时，由于寄生电容的存在，使输出 电压出现不确定状态，呈阶梯状上升和下降，而且台阶出现的位置不固定，此时无论如何设 置比较点电平，都无法准确测量功率开关器件实际开通时间，导致补偿错误。在电流过零 点，不补偿或补偿错误，都会造成嵌位和电流波形畸变，导致控制性能下降。所以，只有一个比较点的相电压反馈死区补偿，仍然没有解决电流过零点问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术中直接采样输出电压的脉冲宽度进 行控制的脉宽调制变频电源，当开关器件中电流很小时，无法准确测量功率开关器件实际 开通时间的缺陷，提供一种脉宽调制变频电源，其通过设置两个比较点来准确地测量输出 脉冲的宽度，进而对功率开关器件的通/断时间进行控制，以获得期望输出脉冲的宽度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种脉宽调制变频电源，包括 用于控制逆变回路中上、下桥臂功率开关器件通/断时间的控制器，所述控制器包括相电压采样电路，用于对输出端的相电压进行采样；基准电压信号产生电路，用于产生基准电压信号；比较器，其第一输入端连接于所述相电压采样电路，第二输入端连接于所述基准 电压信号产生电路，用于将所述相电压的采样信号与所述基准电压信号进行比较，并输出 比较结果信号；处理器，其基于所述比较结果信号的持续时间计算反馈脉冲宽度，并将计算得出 的反馈脉冲宽度和期望输出脉冲宽度进行比较，基于所述反馈脉冲宽度和期望输出脉冲宽 度的比较结果输出控制信号，用以调整下一载波周期中逆变回路中上、下桥臂功率开关器 件的通/断时间；还包括相电流采样电路，用于对输出端的相电流进行采样；比较点切换信号产生电路，用于判断所述相电流的正、负半周，并当所述相电流处 于正半周时，生成促使所述基准电压信号产生电路产生第一基准电压信号的第一切换控制 信号；当所述相电流处于负半周时，生成促使所述基准电压信号产生电路产生第二基准电 压信号的第二切换控制信号。在本专利技术所述的脉宽调制变频电源中，所述第一基准电压信号为高电平信号，所 述第二基准电压信号为低电平信号；或者所述第一基准电压信号为低电平信号，所述第二 基准电压信号为高电平信号。在本专利技术所述的脉宽调制变频电源中，所述第一切换控制信号和第二切换控制信 号分别在所述相电流的正峰值和负峰值处生成。在本专利技术所述的脉宽调制变频电源中，所述第一切换控制信号和第二切换控制信 号分别在所述相电流的正峰值之前和负峰值之前生成。在本专利技术所述的脉宽调制变频电源中，所述第一切换控制信号和第二切换控制信号分别在所述相电流的正峰值之后和负峰值之后生成。在本专利技术所述的脉宽调制变频电源中，所述基准电压信号产生电路包括第一光电 耦合器U2;所述第一光电耦合器原边的发光二极管正极接一恒定电压源，负极通过第一电 阻RlO连接至比较点切换信号产生电路的输出端；所述第一光电耦合器副边的三极管集电 极与所述比较器的第二输入端相连、并通过第七电阻R7与母线电压正极P+相连，发射集通 过接地电阻R9接地，所述三极管的集电极和发射集之间并联有第八电阻R8。在本专利技术所述的脉宽调制变频电源中，所述比较器输出端与所述处理器之间连接 有第二光电耦合器。本专利技术要解决的另一技术问题在于，针对现有技术中直接采样输出电压的脉冲宽 度进行控制的脉宽调制变频电源，当开关器件中电流很小时，无法准确测量功率开关器件 实际开通时间的缺陷，提供一种脉宽调制变频电源的死区补偿方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种脉宽调制变频电源的死区 补偿方法，包括采样相电压，并将其传送至比较器的第一输入端产生基准电压信号，并将其传送至比较器的第二输入端；将所述相电压的采样值与所述基准电压信号进行比较，并输出比较结果信号；基于所述比较结果信号的持续时间计算反馈脉冲宽度，并将计算得出的反馈脉冲 宽度和期望输出脉冲宽度进行比较，基于所述反馈脉冲宽度和期望输出脉冲宽度的比较结 果输出控制信号，用以调整下一载波周期中逆变回路中上、下桥臂功率开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种脉宽调制变频电源，包括用于控制逆变回路中上、下桥臂功率开关器件通／断时间的控制器，所述控制器包括：相电压采样电路，用于对输出端的相电压进行采样；基准电压信号产生电路，用于产生基准电压信号；比较器，其第一输入端连接于所述相电压采样电路，第二输入端连接于所述基准电压信号产生电路，用于将所述相电压的采样信号与所述基准电压信号进行比较，并输出比较结果信号；处理器，其基于所述比较结果信号的持续时间计算反馈脉冲宽度，并将计算得出的反馈脉冲宽度和期望输出脉冲宽度进行比较，基于所述反馈脉冲宽度和期望输出脉冲宽度的比较结果输出脉宽调整控制信号，用以调整下一载波周期中逆变回路中上、下桥臂功率开关器件的通／断时间；其特征在于，还包括：相电流采样电路，用于对输出端的相电流进行采样；比较点切换信号产生电路，用于判断所述相电流的正、负半周，并当所述相电流处于正半周时，生成促使所述基准电压信号产生电路产生第一基准电压信号的第一切换控制信号；当所述相电流处于负半周时，生成促使所述基准电压信号产生电路产生第二基准电压信号的第二切换控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林喜波，
申请(专利权)人：深圳市汇川技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94