摘要：基于SVPWM技术的PWM整流器必然需要在功率管驱动信号中加入死区时间。这样将影响电压和电流的波形，也就是死区效应。首先本文分析了死区效应产生的原理，并以此为基础提出了一种死区补偿的方法，并详细介绍了基于DSP的软件实现方法。

1 引言

目前，越来越多的变频器采用IGBT作为功率器件，任何固态电子开关器件都有其固有的开通时间和关断时间。开通、关断时间会随着流过功率器件电流的提高而增大 ,导致实际的开关信号比驱动信号滞后。在驱动信号的传递过程中，也会有一些使开通和关断时刻滞后的环节，例如逻辑器件的响应时间和滤波电路的电容等，驱动隔离电路也会产生一定的时间延迟。如果不采取措施 ,这些因素会导致变换器中同桥臂串联的多只功率管直通，造成电压型电力电子设备中电压短路 ,很容易烧毁器件，发生事故。因此，死区作为一种防止直通的保护措施被广泛使用，是非常有必要的。

2 死区效应原理

在三相电压型PWM整流器（VSR）控制过程中，由于开关管固有开关时间的影响，开通时间往往小于关断时间，因此在上下桥臂互补控制时，容易发生同臂两个功率开关管同时导通的短路故障。为防止VSR同一桥臂两个功率开关管的直通，在PWM控制信号中，必须设定“先断后通”PWM开关死区。尽管对于快速的功率开关管，所设定的开关死区时间很短，但高频开关动作次数的累积，使死区引起输出误差电压，并导致三相VSR交流输出电压波形发生畸变，进而影响三相VSR交流电流波形^[]。

三相VSR拓扑结构如图1所示，以其中一相为例，分析死区对三相VSR工作过程的影响。

图 2 所示，T1、T2 为理想驱动信号；T1’、T2’为加入死区的驱动信号；VaN为理想电压波形；VaN+为ia>0时，

3 死区补偿方法

根据上述 PWM 开关死区时间 td 对三相 VSR 输出电压波形的影响。由于当 ik>0（k=a、b、c）时，对应的输出电压偏差发生在上升沿，而当 ik<0（k=a、b、c）时，对应相的输出电压偏差发生在下降沿，因此针对偏差电压发生规律，可以对 PWM 开关死区效应进行补偿。为了补偿偏差电压，

当 ik>0 应使驱动信号上升沿超前 td，从而正好补偿死区时间。同理，当 ik<0 时，应使理想驱动信号下降沿超前 td。具体方法如图 3 所示。

这种方法在以 F2812 为主控芯片的三相 VSR 控制系统中实现将是比较容易的，不会增加硬件成本，软件计算量不大。F2812 的事件管理器自带有死区时间设置。根据IGBT 的参数设置死区时间，通过在周期中断和下溢中断里增加对比较寄存器值的校正来实现。具体方法如下图 4 所示。

4 实验结果分析

为验证死区补偿对三相PWM整流器控制系统的影响，本文在一台主动式伺服电源上进行了相关的测试，测试设备参数为：交流输入为三相交流400VAC；直流母线输出为600VDC；交流侧电感为1mH；直流侧滤波电容为2800uF；开关频率为10kHz；IGBT为200A模块，死区时间设置为4us。

控制核心采用F2812，主频为150MHz，试验观察相电流的效果。图5为无死区补偿的相电流波形，图6为加入死区补偿的相电流波形。对比两图，我们可以明显看出，在无死区补偿的情况下，电流产生较大的畸变，正弦度较差，含有大量的谐波。加入死区补偿后，相电流的正弦度明显改善，变得很光滑，谐波含量很小。

5 结语

三相电压型PWM整流器的死区效应容易引起电压和电流的畸变，本文介绍了基于DSP的死区补偿方法，能够有效的改善死区效应带来的波形畸变，提高了PWM整流器的输出性能，而且实现简单，在主动式伺服电源的应用中取得了较好的效果。