[发明专利]一种IGBT死区时间的优化方法

说明书

本发明涉及一种IGBT死区时间的优化方法，该方法包括如下步骤：(1)采用待优化的IGBT搭建变流器；(2)以当前设定的死区时间运行变流器，获取在该死区时间下变流器的关键性能参数；(3)以步长ΔT_d减小死区时间并循环执行步骤(2)直至变流器的关键性能参数发生剧变；(4)对于每种性能参数绘制其随死区时间变化的性能参数‑时间曲线，根据性能参数‑时间曲线获取使得对应性能参数不超过设定阈值时的死区时间作为待选取死区时间；(5)从多个待选取死区时间中选取最大值并留取一定裕量作为IGBT的最优死区时间。与现有技术相比，本发明实施简便，能在确保变流器安全可靠运行前提下有效提高变流器系统的控制性能。

技术领域

本发明涉及电力电子器件领域，尤其是涉及一种IGBT死区时间的优化方法。

背景技术

变流器是一种电能变换装置，广泛应用于新能源发电、交通、冶金等众多领域。死区时间作为变流器关键技术参数，对于系统的运行与控制性能有重要的影响。死区时间过小可能导致IGBT桥臂直通，产生过大的直通短路电流、损耗及电磁干扰，降低变流器的运行性能甚至造成器件损坏；然而死区时间过大会在变流器中产生死区效应，降低变流器输出电压精度、增加低次谐波(特别是低压运行)，恶化变流器的控制性能。因此选择较优的死区时间对变流器至关重要。目前，有如下几种死区时间的选择方法：

(1)Infineon死区时间公式法：Infineon公司提供的应用手册中采用公式T_d＝[(t_{d_off_max}-t_{d_on_min})+(t_{pdd_max}-t_{pdd_min})]*1.2计算IGBT死区时间。其中t_d-off-max和t_d-on-min分别为IGBT关断最大延时时间和开通最小延时时间，t_pdd-max和t_pdd-min分别为驱动电路最大输出延时和最小输出延时，系数1.2为安全裕量。该方法将1％IGBT额定电流时对应的开关时间参数带入死区时间公式计算IGBT最优死区时间。然而并未有任何文献提供充分的理论与工程依据说明选择1％IGBT额定电流作为死区时间优化限值的合理性，此外根据该公式得到的死区时间可能偏于保守。

(2)Fuji空载死区时间测试法：富士电机公司应用手册中提供方法是根据不同死区时间条件下空载运行的变流器中直流母线电流的峰值大小确定IGBT最优死区时间。若死区时间足够充裕，则桥臂上下管开关过程中，直流母线会产生峰值不变的电流响应。不断减小死区时间，当直流母线电流峰值增大时，就认为此时死区时间已不足。以保证直流母线电流峰值不变的最小死区时间为所测模块的最优死区时间。这种方法保证了空载条件下变流器的安全性，然而在变流器负载运行时条件下，抑制IGBT直通需要更大的死区时间，因此该方法得到的死区时间可能不足以有效抑制IGBT直通。

(3)周华伟等人发表的“一种新颖的电压源逆变器自适应死区补偿策略”以及Attaianese C等人发表的“A novel SVM strategy for VSI dead-time-effectreduction”两篇文献，通过延长IGBT占空比补偿由于死区时间而丢失的脉冲宽度，进而来抑制死区效应。这种方法需对每次开关周期的脉冲宽度进行判断补偿，会占用大量控制器计算资源。

(4)中国专利CN200910214150.1“一种用于变频器上的死区补偿方法”以及中国专利CN201510976030.0“逆变器的死区补偿方法及装置”，通过前馈控制补偿死区脉冲电压的平均值。这种方法需对电流过零点实施硬件检测，这增加该方法的复杂性与成本。

(5)中国专利CN201410074828.1“逆变器死区时间消除方法及装置”记载：除电流过零点时刻外，桥臂中仅需一路有效门极信号控制IGBT开通关断，而无需设置死区时间。该方法可在电流不过零点的时刻消除死区效应，但在电流过零点过程需恢复死区时间。该方法需额外的电流极性检测电路且过电流过零点附近变流器可能存在输出精度下降的问题。