[发明专利]一种基于PWM触发端电压采样的逆变器死区补偿方法

说明书

一种基于PWM触发端电压采样的逆变器死区补偿方法，涉及逆变器开关策略，包括如下步骤：PWM模块配置，配置PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5和PWM6的比较寄存器；配置ADC模块；在一个开关周期的开始读取端电压转换值，对ADC通道重新排序并复位排序器；对采样得到的三相端电压值进行滤波；进行三相电流极性的判断；进行补偿时间计算；根据公式计算补偿电压；对三相补偿电压进行Clarke变换，得到两相静止坐标系下的补偿电压；将其加到两相静止坐标系下的目标电压得到补偿后的目标电压；以此目标电压为输入，执行空间矢量脉宽调制策略，得到下一个开关周期三相占空比。

技术领域

本发明涉及逆变器开关策略，详细讲是一种不依赖电流检测、能够在电流过零区间实现精准电流极性判断和补偿时间计算、成本低、适用范围广的基于PWM触发端电压采样的逆变器死区补偿方法。

背景技术

我们知道，在逆变器空间矢量脉宽调制策略中，死区插入用以防止逆变器同一相上下桥的开关器件直通而导致的直流侧短路，但是同时也造成了逆变器输出电压和电流波形的畸变，大大增加了输出波形的谐波含量。在采用恒压频比控制的交流电机驱动系统中，死区插入导致的波形畸变会增加电机低速运行时转矩和转速的波动程度，降低带载能力。在采用矢量控制的交流电机驱动系统中，死区插入导致的逆变器非线性特性会降低电机低速运行时转速控制的稳定性和转矩输出的平稳性，死区导致的实际电压和目标电压的差值会降低依赖电压的磁链估计和参数辨识算法的准确性。随着交流电机驱动系统应用的日渐广泛，逆变器输出畸变问题所造成的能量损失和性能损失日益受到关注，尤其是在某些高性能场合，对死区进行有效补偿成为提高电机性能的必须手段。

现有的死区补偿方法可以分为：基于伏秒平衡理论的方法，误差观测法，电流谐波过滤法和死区消除法。

误差观测法通过误差观测器估计总的电压误差，这种方法需要准确的电机参数，受参数变化的影响比较大，参数调节对经验的要求也比较高，且只有具备转速传感器和至少两个电流传感器的系统才能应用这种方法。

电流谐波过滤法通过过滤出dq同步旋转坐标系中的6次电流谐波来计算补偿电压。虽然电流谐波过滤法不依赖电流极性检测和电机参数，但瞬态特性和补偿精度较差，而且只能应用在采用矢量控制的具有电流环的电机控制系统中。

死区消除法通过辅助硬件电路检测电流极性，然后根据电流极性只导通同一相桥臂中的一个开关管，所以没有必要插入死区。然而，这种方法并没有考虑开关时间和压降。死区消除法需要高精度的电流极性检测，因为错误的电流极性检测会导致非常严重的电压畸变。

基于伏秒平衡理论的方法将导致逆变器输出畸变的因素分为死区插入、开关时间和压降，包括前向压降和续流二极管压降。通过离线标定或建立开关器件的模型以实现在线补偿，这种方法量化每个因素对电压畸变的影响。电流过零点时精确检测电流极性和确定补偿时间是这种方法的两个关键点。

现有的电流极性检测方法主要有：(1)直接用电流传感器检测电流极性，缺点是电流过零点时电流A/D转换受零点漂移和噪声的影响比较严重；(2)对电流进行滤波，缺点是会造成较大的相位延迟，导致电流过零区间电流检测不准确；(3)采用辅助的硬件电路检测电流极性，缺点是所需硬件电路比较复杂，增加成本并且降低可靠性，实际中难以应用。现有的补偿时间确定方法主要有：(1)离线标定的方法，缺点是需要耗费大量的时间，方法通用性差；(2)采用辅助硬件电路在线测量端电压占空比，缺点是电流过零点时端电压边沿斜率会发生变化，这种硬件电路会产生多达1/4死区时间的测量误差，而且硬件成本较高，实际中难以应用；(3)对开关器件进行建模，缺点是模型依赖于电流检测，所以电流过零点时补偿时间计算的精度仍然比较低。尽管基于伏秒平衡原理的方法看似是精确的，这种方法需要解决噪声环境下微弱电流测量的难题。