CN104143923B - 级联型高压变频器的死区补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种级联型高压变频器的死区补偿系统及方法，方法包括：S₁、将控制系统发出的PWM源信号在一功率单元的一桥臂中形成的PWM波形的起始点作为坐标原点，计算所有功率单元的左侧、右侧死区点的坐标；S₂、检测由PWM源信号控制的输出电流在桥臂中的方向，并比较输出电流过零点时刻的坐标与左侧、右侧死区点的坐标的大小关系；S₃、根据大小关系及功率单元的死区时间计算左侧及右侧死区补偿时间的总和；S₄、计算控制系统发出的PWM源信号需要进行死区补偿的补偿时间，并调节PWM源信号的占空比。本发明能够支持各种调制算法的死区补偿，也能适应于不同级联数、不同开关频率的高压变频器。

Description

级联型高压变频器的死区补偿系统及方法

技术领域

本发明涉及一种级联型高压变频器的死区补偿系统及方法。

背景技术

目前级联型高压变频器已成为高压变频器的主流的拓扑结构，其控制方式基本上采用VF控制(电压频率变换控制)，且采用CPS-SPWM(载波移相-正弦脉宽调制)的调试方法，也有少数公司开发出了基于矢量控制的高压变频器。现有的级联型高压变频器的死区补偿方式比较单一，不能支持不同级联数的高压变频器，对于不同开关频率及不同的调制算法，其死区补偿方式也无法统一，现有技术中也不存在能够适应不同级联数、不同开关频率、不同中性点位置以及不同调制算法的死区补偿方式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中不存在能够适应不同级联数、不同开关频率、不同中性点位置以及不同调制算法的死区补偿方式的缺陷，提供一种级联型高压变频器的死区补偿系统及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种级联型高压变频器的死区补偿方法，其特点在于，包括以下步骤：

S₁、将所述级联型高压变频器的控制系统发出的PWM(脉冲宽度调制)源信号在所述级联型高压变频器中的一功率单元的H桥的一桥臂中形成的PWM波形的起始点作为坐标原点，计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的2N_s个左侧死区点、2N_s个右侧死区点相对于所述坐标原点的坐标，其中N_s为所述级联型高压变频器的功率单元的级联数；

S₂、检测由所述PWM源信号控制的输出电流在所述桥臂中的方向，并 比较输出电流过零点时刻的坐标分别与所述左侧死区点、所述右侧死区点的坐标之间的大小关系；

S₃、根据所述大小关系、所述PWM波形的占空比及所述功率单元的死区时间分别计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的左侧死区补偿时间的总和以及右侧死区补偿时间的总和；

S₄、计算所述控制系统发出的PWM源信号需要进行死区补偿的补偿时间，并根据所述补偿时间调节所述PWM源信号的占空比。

较佳地，步骤S₁中所述桥臂为所述级联型高压变频器中PWM波形未发生移相的功率单元的H桥的左上桥臂；优选地，为所述级联型高压变频器的第一级功率单元的H桥的左上桥臂；步骤S₂中将输出电流流入所述级联型高压变频器的中性点的方向设置为正方向；步骤S₃中所述左侧死区补偿时间的总和及所述右侧死区补偿时间的总和的计算公式分别如下：

当所述输出电流为正方向且在所述左上桥臂中形成的PWM波形的占空比>50％时，计算公式为：

T_cpL＝(N_s-k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

T_cpR＝-(k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

其中，T_cpL表示所述左侧死区补偿时间的总和，T_cpR表示所述右侧死区补偿时间的总和，T_pud表示所述功率单元的死区时间，M表示所述输出电流过零点时刻的坐标，A_k表示第K个左侧死区点的坐标，B_k表示第K个右侧死区点的坐标，A₀＝0，B₀＝0，K为整数且0≤K≤2N_s；

当所述输出电流为正方向且所述占空比<50％时，计算公式为：

T_cpL＝(N_s-k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

T_cpR＝-(k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

当所述输出电流为负方向且所述占空比>50％时，计算公式为：

T_cpL＝(k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

T_cpR＝-(N_s-k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

当所述输出电流为负方向且所述占空比<50％时，计算公式为：

T_cpL＝(k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

T_cpR＝-(N_s-k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

步骤S₄中所述补偿时间的计算公式如下：

T_comp＝(T_cpL+T_cpR)/N_s，其中T_comp表示所述补偿时间。

另外，步骤S₁中所述2N_s个左侧死区点、2N_s个右侧死区点的坐标的计算方式如下：

假设所诉左上桥臂中形成的PWM波形的占空比为ccr1，左下桥臂中PWM波形的占空比为ccr3，则ccr1+ccr3＝100％，以时间为单位计算，假设移相时间Δt＝T_c/(2N_s)，则移相角Δd＝2π*(T_c/2N_s)/T，其中T_c表示PWM波形的载波周期，以所述左上桥臂中形成的PWM波形的起始点为坐标原点，则第一个左侧死区点A₁及第一个右侧死区点B₁的坐标分别如下：

A₁＝α＝T_c*(1-ccr1)/2；

B₁＝β＝T_c*(1-ccr3)/2；

由ccr1+ccr3＝100％可得：

A₁＝α＝T_c*ccr3/2；

B₁＝β＝T_c*ccr1/2；

那么，死区影响的2N_s个左侧死区点的坐标表达式为：

A_m＝α+(m-1)Δt，其中m为整数且1≤m≤N_s；

A_n＝A_n-Ns+T_c/2，其中n为整数且N_s+1≤n≤2N_s；其中A_m、A_n分别表示第m个、第n个左侧死区点的坐标。

死区影响的2N_s个右侧死区点的坐标表达式为：

B_m＝β+(m-1)Δt，其中m为整数且1≤m≤N_s；

B_n＝B_n-Ns+T_c/2，其中n为整数且N_s+1≤n≤2N_s，其中B_m、B_n分别表示第m个、第n个右侧死区点的坐标

较佳地，所述级联型高压变频器的功率单元的级联数N_s≥2。

本发明的目的在于还提供了一种级联型高压变频器的死区补偿系统，其特点在于，包括：

一第一计算模块，用于将所述级联型高压变频器的控制系统发出的PWM源信号在所述级联型高压变频器中的一功率单元的H桥的一桥臂中形成的PWM波形的起始点作为坐标原点，计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的2N_s个左侧死区点、2N_s个右侧死区点相对于所述坐标原点的坐标，其中N_s为所述级联型高压变频器的功率单元的级联数；

一检测模块，用于检测由所述PWM源信号控制的输出电流在所述桥臂中的方向，并比较输出电流过零点时刻的坐标分别与所述左侧死区点、所述右侧死区点的坐标之间的大小关系；

一第二计算模块，用于根据所述大小关系、所述PWM波形的占空比及所述功率单元的死区时间分别计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的左侧死区补偿时间的总和以及右侧死区补偿时间的总和；

一死区补偿模块，用于计算所述控制系统发出的PWM源信号需要进行死区补偿的补偿时间，并根据所述补偿时间调节所述PWM源信号的占空比。

较佳地，所述桥臂为所述级联型高压变频器中PWM波形未发生移相的功率单元的H桥的左上桥臂；所述检测模块还用于将输出电流流入所述级联型高压变频器的中性点的方向设置为正方向；所述第二计算模块计算所述左侧死区补偿时间的总和及所述右侧死区补偿时间的总和的公式如下：

当所述输出电流为正方向且在所述左上桥臂中形成的PWM波形的占空比>50％时，计算公式为：

T_cpL＝(N_s-k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

T_cpR＝-(k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

其中，T_cpL表示所述左侧死区补偿时间的总和，T_cpR表示所述右侧死区补偿时间的总和，T_pud表示所述功率单元的死区时间，M表示所述输出电流过零点时刻的坐标，A_k表示第K个左侧死区点的坐标，B_k表示第K个右侧死区点的坐标，A₀＝0，B₀＝0，K为整数且0≤K≤2N_s；

当所述输出电流为正方向且所述占空比<50％时，计算公式为：

T_cpL＝(N_s-k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

T_cpR＝-(k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

当所述输出电流为负方向且所述占空比>50％时，计算公式为：

T_cpL＝(k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

T_cpR＝-(N_s-k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

当所述输出电流为负方向且所述占空比<50％时，计算公式为：

T_cpL＝(k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

T_cpR＝-(N_s-k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

所述死区补偿模块计算所述补偿时间的公式如下：

T_comp＝(T_cpL+T_cpR)/N_s，其中T_comp表示所述补偿时间。

较佳地，所述级联型高压变频器的功率单元的级联数N_s≥2。

本发明的积极进步效果在于：本发明能够直接通过PWM输出来计算死区补偿量，不受调制算法的限制，可以支持各种调制算法的死区补偿，也能适应于不同级联数、不同开关频率的高压变频器，同时也支持不同中性点位置的级联型高压变频器的死区补偿，具有很强的适应能力。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的级联型高压变频器的死区补偿系统的模块示意图。

图2为本发明的一较佳实施例的级联型高压变频器的中性点与功率单元左桥中点相连接时的电路示意图。

图3为本发明的一较佳实施例的级联型高压变频器的电机与功率单元左桥中点相连接时的电路示意图。

图4为本发明的一较佳实施例的PWM波形未发生移相的功率单元的逆变侧的电路示意图。

图5为本发明的一较佳实施例的当左上桥臂PWM占空比>50％时PWM波形未发生移相的功率单元输出的PWM波形的波形示意图。

图6为本发明的一较佳实施例的当左上桥臂PWM占空比<50％时PWM 波形未发生移相的功率单元输出的PWM波形的波形示意图。

图7为本发明的一较佳实施例当左上桥臂PWM占空比>50％时PWM波形未发生移相的功率单元输出的PWM波形的死区分布示意图。

图8为本发明的一较佳实施例的5级联高压变频器的死区分析示意图。

图9为本发明的一较佳实施例的级联型高压变频器的死区补偿方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本发明的级联型高压变频器的死区补偿系统包括一第一计算模块1、一检测模块2、一第二计算模块3以及一死区补偿模块4。

对于级联型高压变频器，其所有功率单元接收到的PWM信号均是由控制系统发出的，也就是PWM信号源是一致的，即每相上功率单元的PWM占空比是一样的，所不同的是不同功率单元之间存在一定倍数的移相角。因此，不需要对每个功率单元单独进行死区补偿，只需要从其中的一个功率单元出发，通过计算得出对所述控制系统发出的PWM源信号的死区补偿量即可，进而通过对所述控制系统发出的PWM源信号进行死区补偿，来实现对所述级联型高压变频器的所有功率单元的死区补偿。

所述第一计算模块1将所述级联型高压变频器的控制系统发出的PWM源信号在所述级联型高压变频器中的一功率单元的H桥的一桥臂中形成的PWM波形的起始点作为坐标原点，在本实施例中，所述功率单元为所述级联型高压变频器中PWM波形未发生移相的功率单元，优选地为第一级功率单元，所述桥臂为左上桥臂，并计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的2N_s个左侧死区点、2N_s个右侧死区点相对于所述坐标原点的坐标，其中N_s为所述级联型高压变频器的功率单元的级联数。

所述检测模块2则检测由所述PWM源信号控制的输出电流在所述桥臂 中的方向，并比较输出电流过零点时刻的坐标分别与所述左侧死区点、所述右侧死区点的坐标之间的大小关系。

所述第二计算模块3根据所述大小关系、所述PWM波形的占空比及所述功率单元的死区时间分别计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的左侧死区补偿时间的总和以及右侧死区补偿时间的总和。

所述死区补偿模块4最后会计算所述控制系统发出的PWM源信号需要进行死区补偿的补偿时间，并根据所述补偿时间调节所述PWM源信号的占空比，从而通过对所述PWM源信号的调节来实现对所述级联型高压变频器的所有功率单元的死区补偿。

下面对级联型高压变频器的死区影响进行分析，级联型高压变频器的单元拓扑连接有两种方式，一种是高压变频器的中性点与功率单元左桥中点相连接，另一种是高压变频器的电机与功率单元左桥中点相连接，其电路示意图分别如图2及图3所示，对于同样的H桥PWM信号，在这两种连接方式下输出的电压及电流方向正好相反。

对于级联型高压变频器的死区影响的分析，首先假设中性点在右桥，即图3中的连接方式，然后具体分析其中的一个功率单元(即PWM波形未发生移相的功率单元)的死区影响，功率单元的逆变部分的具体电路结构如图4所示，其中T1-T4为H桥四个桥臂(依次为左上桥臂、右上桥臂、左下桥臂、右下桥臂)上的开关器件，D1-D4为H桥四个桥臂上的续流二极管，U_u为左桥臂的级联点，U_d为右桥臂的级联点，分别分析T1桥臂PWM占空比>50％和<50％时，两种电流方向下死区对输出电压的影响。

(1)T1桥臂(左上桥臂)PWM占空比>50％

当T1桥臂(左上桥臂)PWM占空比>50％时，H桥的四个开关器件PWM输出的波形如图5所示，其中虚线框部分即是PWM受到死区影响而调整的部分。

1、假设电流为正，因为T1桥PWM占空比>50％，即左上桥>50％，死区会导致存在仅有T1或T4导通的情况，其中：

1)图5中斜线矩形框左侧虚线部分(图5中实线箭头所指)，正常情况下T1、T4导通输出+U_dc，而死区的存在使得仅T4导通，从而形成U_d＝>T4＝>D3＝>U_u的电流回路，输出0V，因此该段时间少输出+U_dc，需要补偿；

2)图5中斜线矩形框右侧虚线部分，正常情况下T1、T2导通输出0V，而死区的存在使得仅T1导通，从而形成U_d＝>D2＝>T1＝>U_u的电流回路，输出也是0V，因此该段时间不受影响，无需补偿；

3)图5中横线矩形框左侧虚线部分(图5中虚线箭头所指)，正常情况下T1、T4导通输出+U_dc，而死区的存在使得仅T1导通，从而形成U_d＝>D2＝>T1＝>U_u的电流回路，输出0V，因此该段时间少输出+U_dc，需要补偿；

4)图5中横线矩形框右侧虚线部分，正常情况下T3、T4导通输出0V，而死区的存在使得仅T4导通，从而形成U_d＝>T4＝>D3＝>U_u的电流回路，输出也是0V，因此该段时间不受影响，无需补偿。因此这种情况下，死区的影响是斜线、横线矩形框左侧虚线框少输出+U_dc。

在这种情况下，死区的影响是图5中斜线、横线矩形框左侧虚线框少输出+U_dc。

2、假设电流为负，其中：

1)图5中斜线矩形框左侧虚线部分(图5中实线箭头所指)，正常情况下T1、T4导通，形成U_u＝>D1＝>C＝>D4＝>U_d，其中C表示母线电容，输出+U_dc，而死区的存在，导致虽然仅T4导通，但同样形成U_u＝>D1＝>C＝>D4＝>U_d的电流回路，输出+U_dc，因此该段时间不受影响，无需补偿；

2)图5中斜线矩形框右侧虚线部分，正常情况下T1、T2导通，形成U_u＝>D1＝>T2＝>U_d的电流回路，输出0V，而死区的存在，使得仅T1导通，从而形成U_u＝>D1＝>C＝>D4＝>U_d的电流回路，输出+U_dc，因此该段时间多输出+U_dc，需要补偿；

3)图5中横线矩形框左侧虚线部分(图5中虚线箭头所指)，正常情况 下T1、T4导通输出+U_dc，而死区的存在使得仅T1导通，从而形成U_u＝>D1＝>C＝>D4＝>U_d的电流回路，也输出+U_dc，因此该段时间不受影响，无需补偿；

4)图5中横线矩形框右侧虚线部分，正常情况下T3、T4导通输出0V，而死区的存在使得仅T4导通，从而形成U_u＝>D1＝>C＝>D4＝>U_d的电流回路，输出+U_dc，因此该段时间多输出+U_dc，需要补偿。

在这种情况下，死区的影响是图5中斜线、横线矩形框右侧虚线框多输出+U_dc。

(2)T1桥臂PWM占空比<50％

当T1桥臂PWM占空比<50％时，H桥的四个开关器件PWM输出的波形如图6所示，其中虚线框部分即是PWM受到死区影响而调整的部分。

1、假设电流为正，因为T1桥PWM占空比<50％，即左上桥<50％，死区会导致存在仅有T2或T3导通的情况，其中：

1)图6中斜线矩形框左侧虚线部分(图6中实线箭头所指)，正常情况下T2、T3导通输出-U_dc，而死区的存在使得仅T3导通，从而形成U_d＝>D2＝>C＝>D3＝>U_u的电流回路，也输出-U_dc，因此该段时间不受影响，无需补偿；

2)图6中斜线矩形框右侧虚线部分，正常情况下T1、T2导通，形成U_d＝>D2＝>T1＝>U_u的电流回路，输出0V，而死区的存在使得仅T2导通，从而形成U_d＝>D2＝>C＝>D3＝>U_u的电流回路，输出-U_dc，该段时间多输出-U_dc，需要补偿。

3)图6中横线矩形框左侧虚线部分(图6中虚线箭头所指)，正常情况下T2、T3导通输出-U_dc，而死区的存在使得仅T2导通，从而形成U_d＝>D2＝>C＝>D3＝>U_u的电流回路，也输出-U_dc，因此该段时间不受影响，无需补偿；

4)图6中横线矩形框右侧虚线部分，正常情况下T3、T4导通输出0V，而死区的存在使得仅T3导通，从而形成U_d＝>D2＝>C＝>D3＝>U_u的电流回路， 输出-U_dc，因此该段时间多输出-U_dc，需要补偿。

在这种情况下，死区的影响是图6中斜线、横线矩形框右侧虚线框多输出-U_dc。

2、假设电流为负，其中：

1)图6中斜线矩形框左侧虚线部分(图6中实线箭头所指)，不考虑死区情况下T2、T3导通，形成U_u＝>T3＝>C＝>T2＝>U_d的电流回路，输出-U_dc，而死区的存在使得仅有T3导通，从而形成U_u＝>T3＝>D2＝>U_d的电流回路，输出0V，因此该段时间少输出-U_dc，需要补偿；

2)图6中斜线矩形框右侧虚线部分，正常情况下T1、T2导通，形成U_u＝>D1＝>T2＝>U_d的电流回路，输出0V，而死区的存在，虽然使得仅T2导通，但是同样形成U_u＝>D1＝>T3＝>U_d的电流回路，也输出0V，因此该段时间不受影响，无需补偿；

3)图6中横线矩形框左侧虚线部分(图6中虚线箭头所指)，正常情况下T2、T3导通输出-U_dc，而死区的存在使得仅T2导通，从而形成U_u＝>D1＝>T2＝>U_d的电流回路，输出0V，因此该段时间少输出-U_dc，需要补偿；

4)图6中横线矩形框右侧虚线部分，正常情况下T3、T4导通，形成U_u＝>T3＝>D4＝>U_d的电流回路，输出0V，而死区的存在，虽然使得仅T3导通，但是同样形成U_u＝>T3＝>D4＝>U_d的电流回路，也输出0V，因此该段时间不受影响，无需补偿。

在这种情况下，死区的影响是图6中斜线、横线矩形框左侧虚线框少输出-U_dc。

采用以上分析方法，可以全面分析不同功率单元拓扑连接方式(即中性点与不同位置点相连接)，不同电流方向、不同占空比情况下死区的影响。具体分析如表1-1所示。其中中性点分为右桥、左桥，分别对应图2、图3中所示的连接方式。电流正方向定义如图4所示，即将输出电流流入所述级联型高压变频器的中性点的方向设置为正方向。“无死区脉冲左侧回路”表 示类似图5、图6中斜线、横线矩形框脉宽左侧虚线部分，在没有死区影响情况下的形成的电流回路；“有死区脉冲左侧回路”表示类似图5、图6中斜线、横线矩形框脉宽左侧虚线部分，在死区影响情况下的形成的电流回路，若两区域形成回路不一致，则上行、下行分别对应斜线、横线矩形框脉宽左侧虚线部分形成的回路；“无死区脉冲右侧回路”表示类似图5、图6中斜线、横线矩形框脉宽右侧虚线部分，在没有死区影响情况下的形成的电流回路，若两区域形成回路不一致，上行、下行分别对应斜线、横线矩形框脉宽左侧虚线部分形成的回路；“有死区脉冲右侧回路”表示类似图5、图6中斜线、横线矩形框脉宽右侧虚线部分，在死区影响情况下的形成的电流回路，若两区域形成回路不一致，上行、下行分别对应斜线、横线矩形框脉宽左侧虚线部分形成的回路。

从表1-1中可以归纳出以下三点结论：

1)死区补偿与所述级联型高压变频器的中性点位置无关；

2)电流正方向且T1占空比>50％，或者电流负方向且T1占空比<50％，则仅在有效脉冲(即图5、图6中斜线与横线矩形框部分)的左侧死区存在影响；

3)电流正方向且T1占空比<50％，或者电流负方向且T1占空比>50％，则仅在脉冲的右侧死区存在影响。

表1-1级联型高压变频器死区影响分析表

在分析死区对单个功率单元影响的基础上，进一步考虑其对应的死区补偿的方式，由上述分析可以发现，死区补偿与电流方向(即电流过零点时刻的情况)以及占空比是否超过50％(即输出电压正负方向)有关。

接下来进一步说明死区补偿的原理：

1)假设T_pud为1个死区的时间，如图7所示，如果PWM占空比不为0或100％，则H桥调制方式会在一个开关周期产生4个死区区域，每个死区都为T_pud；

2)如果将T1的PWM增加T_pud，则T2的PWM会相应减少T_pud，则对管(即T1、T4，或T2、T3)导通的时间(即斜线和横向框区域)会增加2*T_pud；

3)如果将T1的PWM减少T_pud，则T2的PWM会相应增加T_pud，则对管(即T1、T4，或T2、T3)导通的时间(即斜线和横向框区域)会减少2*T_pud；

4)根据表1-1分析可知，4个死区区域中只有两个死区区域产生的影响需要补偿，因此，在一个开关周期内，如果存在两个T_pud死区区域多输出了正电压，则可通过将T1的PWM增加T_pud(根据调制规则，T2的PWM会 同时减少T_pud，以下不再重复说明)进行补偿，如果存在一个T_pud死区区域多输出了正电压，则可通过将T1的PWM增加T_pud/2进行补偿，反之如果如果存在两个T_pud死区区域少输出了正电压(或多输出了负电压)，则可通过将T1的PWM减少T_pud进行补偿。

对于级联型高压变频器，由于不需要对每个功率单元分别单独进行死区补偿，因此，关于级联型高压变频器的死区补偿，还需要从系统角度出发进行考虑。

以中性点在右桥、级联数为5级联为例，由于死区造成角度差<<移相角，故忽略电流过零点时刻处于死区区域的情况，其死区分析示意图如图8所示。其中，A₁-A₁₀是死区影响的10个左侧死区点(每个单元一个周期内有两个脉冲输出，两个脉冲左侧和右侧都是死区影响部分，故5级联有10个脉冲左侧死区影响的区域，同样也有10个脉冲右侧死区影响的区域)，B₁-B₁₀是死区影响的10个右侧死区点，图中ccr1为开关器件T1的PWM占空比，ccr3为开关器件T3的PWM占空比，则：

ccr1+ccr3＝100％；

以时间为单位计算

假设移相时间：Δt＝Tc/(2Ns)；

则移相角：Δd＝2π*(Tc/2Ns)/T＝2π*Δt/T；

O点为PWM波形未发生移相的功率单元的H桥的左上桥臂中形成的PWM波形的中断点或者起始点，则A₁点时刻的坐标：

A₁＝α＝T_c*(1-ccr1)/2；

B₁＝β＝T_c*(1-ccr3)/2；

由ccr1+ccr3＝100％可得：

A₁＝α＝T_c*ccr3/2；

B₁＝β＝T_c*ccr1/2；

因此，死区影响的10个左侧死区点：

A₁＝α；A₂＝α+Δt；A₃＝α+2Δt；A₄＝α+3Δt；A₅＝α+4Δt；

A₆＝A₁+T_c/2；A₇＝A₂+T_c/2；A₈＝A₃+T_c/2；A₉＝A₄+T_c/2；A₁₀＝A₅+T_c/2；

死区影响的10个右侧死区点：

B₁＝β；B₂＝β+Δt；B₃＝β+2Δt；B₄＝β+3Δt；B₅＝β+5Δt；

B₆＝B₁+T_c/2；B₇＝B₂+T_c/2；B₈＝B₃+T_c/2；B₉＝B₄+T_c/2；B₁₀＝B₅+T_c/2；

因为三相PWM互相独立，死区补偿方法完全一致，因此只对一相进行分析即可。下面根据电流方向(过零点)以及占空比进行分类分析，如表1-2、1-3、1-4、1-5。其中T_comp为控制系统发出对应功率单元T1的PWM源信号的补偿时间，T_cpL为所述级联型高压变频器在该相上所有功率单元左侧死区补偿时间的总和，T_cpR为该相上所有功率单元右侧死区补偿时间的总和，T_pud为功率单元的死区时间。其中，T_comp＝(T_cpL+T_cpR)/N_s。

1)电流为正方向且T1占空比>50％

表1-2电流为正方向且T1占空比>50％，死区补偿分析表

对上述表格举例说明如下：

例如当M<A₁且M<B₁

因为M<A₁，表明所有A₁-A₁₀死区点的电流均为正向，此时脉冲左侧死区区域产生影响，需要将该相上每个功率单元T1的PWM增加T_pud(根据调制规则，T2-T4对应的PWM也会进行相应调整，在此不再赘述)，即T_cpL＝N_s*T_pud＝5*T_pud；

同时因为M<B₁，表明所有B₁-B₁₀死区点的电流均为正向，此时脉冲右侧死区区域不产生影响，因此无需调整PWM，即T_cpR＝0；

因此T_comp＝(T_cpL+T_cpR)/N_s＝N_s*T_pud/N_s＝T_pud，即需要将控制系统发出的对应功率单元T1的PWM源信号增加T_pud。

再例如当A₃≤M<A₄且B₁≤M<B₂

因为A₃≤M<A₄，表明A₁-A₃死区点的电流均为负向，此时脉冲左侧死区区域不产生影响，无需调整PWM；而A₄-A₁₀死区点的电流均为正向，此时脉冲左侧死区区域产生影响，需要将该相上对应功率单元T1的PWM增加T_pud，即T_cpL＝3*0+7*T_pud/2；

同时因为B₁≤M<B₂，表明B₁死区点的电流均为负向，此时脉冲左侧死区区域产生影响，需要将该相上对应功率单元T1的PWM减少T_pud；而B₂-B₁₀死区点的电流均为正向，此时脉冲右侧死区区域不产生影响，无需调整PWM，因此T_cpR＝-1*T_pud/2+9*0；

因此T_comp＝(T_cpL+T_cpR)/N_s＝(7*T_pud/2-T_pud/2)/5＝3*T_pud/5，即需要将控制系统发出对应功率单元T1的PWM源增加3*T_pud/5。

由上述表格可知，当所述输出电流为正方向且在所述左上桥臂中形成的PWM波形的占空比>50％时，

T_cpL＝(N_s-k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

T_cpR＝-(k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

其中，T_cpL表示所述左侧死区补偿时间的总和，T_cpR表示所述右侧死区补偿时间的总和，T_pud表示所述PWM波形未发生移相的功率单元的死区时间，M表示所述输出电流由负变正过零点时刻的坐标，A_k表示第K个左侧死区点的坐标，B_k表示第K个右侧死区点的坐标，A₀＝0，B₀＝0，K为整数 且0≤K≤2N_s。

2)电流为正方向且T1占空比<50％

表1-3电流为正方向且T1占空比<50％，死区补偿分析表

其中M为输出电流由负变正过零点时刻的坐标，由上述表格可知，当所述输出电流为正方向且所述占空比<50％时：

T_cpL＝(N_s-k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

T_cpR＝-(k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1。

3)电流为负方向且T1占空比>50％

表1-4电流为负方向且T1占空比>50％，死区补偿分析表

其中M为输出电流由正变负过零点时刻的坐标，由上述表格可知，当所述输出电流为负方向且所述占空比>50％时：

T_cpL＝(k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

T_cpR＝-(N_s-k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

3)电流为负方向且T1占空比<50％

表1-5电流为负方向且T1占空比<50％，死区补偿分析表

其中M为输出电流由正变负过零点时刻的坐标，由上述表格可知，当 所述输出电流为负方向且所述占空比<50％时：

T_cpL＝(k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

T_cpR＝-(N_s-k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

而所述死区补偿模块4计算所述补偿时间的公式如下：

T_comp＝(T_cpL+T_cpR)/N_s，其中T_comp表示所述补偿时间。

利用计算出的补偿时间T_comp对所述级联型高压变频器的控制系统发出的PWM源信号进行调节，进而就实现了对所述级联型高压变频器的所有功率单元的死区补偿。

如图9所示，本发明利用本实施例的死区补偿系统实现的级联型高压变频器的死区补偿方法包括以下步骤：

步骤101、将所述级联型高压变频器的控制系统发出的PWM(脉冲宽度调制)源信号在所述级联型高压变频器中PWM波形未发生移相的功率单元功率单元的H桥的左上桥臂中形成的PWM波形的起始点作为坐标原点，计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的2N_s个左侧死区点、2N_s个右侧死区点相对于所述坐标原点的坐标，其中N_s为所述级联型高压变频器的功率单元的级联数。

步骤102、检测由所述PWM源信号控制的输出电流在所述桥臂中的方向，并比较输出电流过零点时刻的坐标分别与所述左侧死区点、所述右侧死区点的坐标之间的大小关系。

步骤103、根据所述大小关系、所述PWM波形的占空比及所述功率单元的死区时间分别计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的左侧死区补偿时间的总和以及右侧死区补偿时间的总和。

步骤104、计算所述控制系统发出的PWM源信号需要进行死区补偿的补偿时间，并根据所述补偿时间调节所述PWM源信号的占空比。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方 式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种级联型高压变频器的死区补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

S₁、将所述级联型高压变频器的控制系统发出的PWM源信号在所述级联型高压变频器中的一功率单元的H桥的一桥臂中形成的PWM波形的起始点作为坐标原点，计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的2N_s个左侧死区点、2N_s个右侧死区点相对于所述坐标原点的坐标，其中N_s为所述级联型高压变频器的功率单元的级联数；

S₂、检测由所述PWM源信号控制的输出电流在所述桥臂中的方向，并比较输出电流过零点时刻的坐标分别与所述左侧死区点、所述右侧死区点的坐标之间的大小关系；

S₃、根据所述大小关系、所述PWM波形的占空比及所述功率单元的死区时间分别计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的左侧死区补偿时间的总和以及右侧死区补偿时间的总和；

S₄、计算所述控制系统发出的PWM源信号需要进行死区补偿的补偿时间，并根据所述补偿时间调节所述PWM源信号的占空比；

步骤S₁中所述桥臂为所述级联型高压变频器中PWM波形未发生移相的功率单元的H桥的左上桥臂；步骤S₂中将输出电流流入所述级联型高压变频器的中性点的方向设置为正方向；步骤S₃中所述左侧死区补偿时间的总和及所述右侧死区补偿时间的总和的计算公式分别如下：

当所述输出电流为正方向且在所述左上桥臂中形成的PWM波形的占空比>50％时，计算公式为：

T_cpL＝(N_s-k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

T_cpR＝-(k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

其中，T_cpL表示所述左侧死区补偿时间的总和，T_cpR表示所述右侧死区补偿时间的总和，T_pud表示所述功率单元的死区时间，M表示所述输出电流过零点时刻的坐标，A_k表示第k个左侧死区点的坐标，B_k表示第k个右侧死区点的坐标，A₀＝0，B₀＝0，k为整数且0≤k≤2N_s；

当所述输出电流为正方向且所述占空比<50％时，计算公式为：

T_cpL＝(N_s-k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

T_cpR＝-(k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

当所述输出电流为负方向且所述占空比>50％时，计算公式为：

T_cpL＝(k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

T_cpR＝-(N_s-k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

当所述输出电流为负方向且所述占空比<50％时，计算公式为：

T_cpL＝(k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

T_cpR＝-(N_s-k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

步骤S₄中所述补偿时间的计算公式如下：

T_comp＝(T_cpL+T_cpR)/N_s，其中T_comp表示所述补偿时间；

步骤S₁中所述2N_s个左侧死区点、2N_s个右侧死区点的坐标的计算方式如下：

假设所述左上桥臂中形成的PWM波形的占空比为ccr1，左下桥臂中PWM波形的占空比为ccr3，则ccr1+ccr3＝100％，以时间为单位计算，假设移相时间Δt＝T_c/(2N_s)，则移相角Δd＝2π*(T_c/2N_s)/T，其中T_c表示PWM波形的载波周期，以所述左上桥臂中形成的PWM波形的起始点为坐标原点，则第一个左侧死区点A₁及第一个右侧死区点B₁的坐标分别如下：

A₁＝α＝T_c*(1-ccr1)/2；

B₁＝β＝T_c*(1-ccr3)/2；

由ccr1+ccr3＝100％可得：

A₁＝α＝T_c*ccr3/2；

B₁＝β＝T_c*ccr1/2；

那么，死区影响的2N_s个左侧死区点的坐标表达式为：

A_m＝α+(m-1)Δt，其中m为整数且1≤m≤N_s；

A_n＝A_n-Ns+T_c/2，其中n为整数且N_s+1≤n≤2N_s；其中A_m、A_n分别表示第m个、第n个左侧死区点的坐标；

死区影响的2N_s个右侧死区点的坐标表达式为：

B_m＝β+(m-1)Δt，其中m为整数且1≤m≤N_s；

B_n＝B_n-Ns+T_c/2，其中n为整数且N_s+1≤n≤2N_s，其中B_m、B_n分别表示第m个、第n个右侧死区点的坐标。

2.如权利要求1所述的死区补偿方法，其特征在于，所述级联型高压变频器的功率单元的级联数N_s≥2。

3.一种级联型高压变频器的死区补偿系统，其特征在于，包括：

一第一计算模块，用于将所述级联型高压变频器的控制系统发出的PWM源信号在所述级联型高压变频器中的一功率单元的H桥的一桥臂中形成的PWM波形的起始点作为坐标原点，计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的2N_s个左侧死区点、2N_s个右侧死区点相对于所述坐标原点的坐标，其中N_s为所述级联型高压变频器的功率单元的级联数；

一检测模块，用于检测由所述PWM源信号控制的输出电流在所述桥臂中的方向，并比较输出电流过零点时刻的坐标分别与所述左侧死区点、所述右侧死区点的坐标之间的大小关系；

一第二计算模块，用于根据所述大小关系、所述PWM波形的占空比及所述功率单元的死区时间分别计算所述级联型高压变频器的所有功率单元的左侧死区补偿时间的总和以及右侧死区补偿时间的总和；

一死区补偿模块，用于计算所述控制系统发出的PWM源信号需要进行死区补偿的补偿时间，并根据所述补偿时间调节所述PWM源信号的占空比；

所述桥臂为所述级联型高压变频器中PWM波形未发生移相的功率单元的H桥的左上桥臂；所述检测模块还用于将输出电流流入所述级联型高压变频器的中性点的方向设置为正方向；所述第二计算模块计算所述左侧死区补偿时间的总和及所述右侧死区补偿时间的总和的公式如下：

当所述输出电流为正方向且在所述左上桥臂中形成的PWM波形的占空比>50％时，计算公式为：

T_cpL＝(N_s-k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

T_cpR＝-(k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

其中，T_cpL表示所述左侧死区补偿时间的总和，T_cpR表示所述右侧死区补偿时间的总和，T_pud表示所述功率单元的死区时间，M表示所述输出电流过零点时刻的坐标，A_k表示第k个左侧死区点的坐标，B_k表示第k个右侧死区点的坐标，A₀＝0，B₀＝0，k为整数且0≤k≤2N_s；

当所述输出电流为正方向且所述占空比<50％时，计算公式为：

T_cpL＝(N_s-k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

T_cpR＝-(k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

当所述输出电流为负方向且所述占空比>50％时，计算公式为：

T_cpL＝(k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

T_cpR＝-(N_s-k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

当所述输出电流为负方向且所述占空比<50％时，计算公式为：

T_cpL＝(k/2)*T_pud，B_k≤M＜B_k+1；

T_cpR＝-(N_s-k/2)*T_pud，A_k≤M＜A_k+1；

所述死区补偿模块计算所述补偿时间的公式如下：

T_comp＝(T_cpL+T_cpR)/N_s，其中T_comp表示所述补偿时间；

步骤S₁中所述2N_s个左侧死区点、2N_s个右侧死区点的坐标的计算方式如下：

假设所述左上桥臂中形成的PWM波形的占空比为ccr1，左下桥臂中PWM波形的占空比为ccr3，则ccr1+ccr3＝100％，以时间为单位计算，假设移相时间Δt＝T_c/(2N_s)，则移相角Δd＝2π*(T_c/2N_s)/T，其中T_c表示PWM波形的载波周期，以所述左上桥臂中形成的PWM波形的起始点为坐标原点，则第一个左侧死区点A₁及第一个右侧死区点B₁的坐标分别如下：

A₁＝α＝T_c*(1-ccr1)/2；

B₁＝β＝T_c*(1-ccr3)/2；

由ccr1+ccr3＝100％可得：

A₁＝α＝T_c*ccr3/2；

B₁＝β＝T_c*ccr1/2；

那么，死区影响的2N_s个左侧死区点的坐标表达式为：

A_m＝α+(m-1)Δt，其中m为整数且1≤m≤N_s；

A_n＝A_n-Ns+T_c/2，其中n为整数且N_s+1≤n≤2N_s；其中A_m、A_n分别表示第m个、第n个左侧死区点的坐标；

死区影响的2N_s个右侧死区点的坐标表达式为：

B_m＝β+(m-1)Δt，其中m为整数且1≤m≤N_s；

B_n＝B_n-Ns+T_c/2，其中n为整数且N_s+1≤n≤2N_s，其中B_m、B_n分别表示第m个、第n个右侧死区点的坐标。

4.如权利要求3所述的死区补偿系统，其特征在于，所述级联型高压变频器的功率单元的级联数N_s≥2。