CN109412401B - 一种死区设置方法及其应用装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种死区设置方法及其应用装置，通过控制用于功率输出的开关管延迟第一时长导通并延迟第二时长关断，来尽量增加该开关管的导通时间，提升电路输出电流的质量，有效降低谐波失真；同时，通过控制互补驱动的另一个开关管正常关断并延迟第三时长导通，且第三时长大于第二时长，来确保对于这两个开关管的互补控制信号存在死区，避免直通。并且，当这两个开关管所在电路的功率因素发生变化时，本方法将会根据该功率因素的不同而得到不同的判断结果，并进一步对当前功率因素下的两个开关管延迟通断的各个时长进行对应设置，避免了现有技术中由于功率因素不同而导致死区补偿效果被削弱的问题。

Description

一种死区设置方法及其应用装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种死区设置方法及其应用装置。

背景技术

如图1所示，在三相桥式逆变器系统中，同一相上、下桥臂的两个开关器件工作在互补状态，如S1和S11，S2和S22，S3和S33。但是如果直接将互补的控制信号加到同一相上、下桥臂的两个开关器件的控制极上，由于硬件原因，这两个开关器件可能发生直通现象。

因此，为了保证电路能够安全工作，必须在其同一相上、下桥臂两个开关器件的控制信号间设置一段死区时间Td；如图2所示，将原始的控制信号 D1/D11改变为D1’/D11’，使导通的功率器件可靠关闭后，经过一定的时间，关断的功率器件再被触发，这段时间内上、下桥臂的功率器件都处于关断状态。

但是，在低速以及调制频率很高时，图2所示的死区设置将会导致逆变器输出电压含有很大的谐波分量，进而增加系统附加损耗，也就是说还需要对上述死区设置进行补偿。然而，现有技术中的死区补偿技术通常效果较差，尤其是不同的功率因素会严重削弱死区补偿效果；因此，当前亟需一种有效的死区设置方法。

发明内容

本发明提供一种死区设置方法及其应用装置，以解决现有技术中不同功率因素会削弱死区补偿效果的问题。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种死区设置方法，用于实现对于互补控制信号的死区设置，所述互补控制信号为互补驱动的两个开关管的控制信号；所述死区设置方法包括：

接收两个开关管所在电路的检测信号；所述检测信号包括功率因素；

根据所述检测信号进行判断，得到判断结果；

根据所述判断结果，控制两个开关管中用于功率输出的开关管延迟第一时长导通、延迟第二时长关断，并控制两个开关管中的另一个开关管正常关断、延迟第三时长导通；其中，所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长，均与所述判断结果相对应，且所述第三时长大于所述第二时长。

优选的，所述判断结果为：

所述功率因素与1之间的差值小于等于第一阈值；或者，

所述功率因素与1之间的差值大于所述第一阈值。

优选的，若所述判断结果为所述功率因素与1之间的差值小于等于第一阈值，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2，|T2-0.5Td|≤K2，|T3-1.5Td|≤K2；或者，

|T1-Td|≤K2，|T2-Td×(1-|PF|)|≤K2，|T3-Td×(2-|PF|)|≤K2；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td 为所述预设时长，PF为所述功率因素，K2为第二阈值。

优选的，若所述判断结果为所述功率因素与1之间的差值大于所述第一阈值，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2，0≤T2≤Td，Td≤T3≤2Td，T3-T2＝Td；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td 为所述预设时长，K2为第二阈值。

优选的，所述检测信号还包括：两个开关管所在电路的输入功率。

优选的，根据所述检测信号进行判断，得到判断结果，包括：

判断所述功率因素与1之间的差值是否小于等于第一阈值；

若所述功率因素与1之间的差值大于所述第一阈值，则得到第一种判断结果；

若所述功率因素与1之间的差值小于等于所述第一阈值，则判断所述输入功率是否大于预设功率；

若所述输入功率大于所述预设功率，则得到第二种判断结果；

若所述输入功率小于等于所述预设功率，则得到第三种判断结果。

优选的，若得到所述第一种判断结果或所述第二种判断结果，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2，|T2-0.5Td|≤K2，|T3-1.5Td|≤K2；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td 为所述预设时长，K2为第二阈值。

优选的，若得到所述第二种判断结果，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td 为所述预设时长，Pmax为两个开关管所在电路的最大输入功率，Pset为所述预设功率，P为所述输入功率，K2为第二阈值。

优选的，若得到的所述第一种判断结果，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2；

|T2-Td×(1-|PF|)|≤K2；

|T3-Td×(2-|PF|)|≤K2；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td 为所述预设时长，PF为所述功率因素，K2为第二阈值。

优选的，若得到所述第三种判断结果，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2，T2≤K2，|T3-Td|≤K2；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td 为所述预设时长，K2为第二阈值。

一种死区设置方法的应用装置，包括：主电路与控制器；其中：

所述主电路中包括：至少一对互补驱动的开关管；

所述控制器用于执行上述任一所述的死区设置方法。

本发明提供的死区设置方法，通过控制用于功率输出的开关管延迟第一时长导通并延迟第二时长关断，来尽量增加该开关管的导通时间，提升电路输出电流的质量，有效降低谐波失真；同时，通过控制互补驱动的另一个开关管正常关断并延迟第三时长导通，且第三时长大于第二时长，来确保对于这两个开关管的互补控制信号存在死区，避免直通。并且，当这两个开关管所在电路的功率因素发生变化时，本方法将会根据该功率因素的不同而得到不同的判断结果，并进一步对当前功率因素下的两个开关管延迟通断的各个时长进行对应设置，避免了现有技术中由于功率因素不同而导致死区补偿效果被削弱的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的三相逆变电路的结构示意图；

图2是现有技术提供的对于互补控制信号的死区设置方式示意图；

图3是本发明实施例提供的三电平中点钳位电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的死区设置方法的流程图；

图5a至图5c是本发明实施例提供的对于互补控制信号的死区设置方式示意图；

图6a至图6d是本发明另一实施例提供的死区设置中延迟时长的取值示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明提供一种死区设置方法，以解决现有技术中不同功率因素会削弱死区补偿效果的问题。

该死区设置方法主要是用于实现对于互补控制信号的死区设置，该互补控制信号为互补驱动的两个开关管的控制信号；而该互补驱动的两个开关管，可以是指逆变电路中同一相的上、下桥臂开关管(比如图1中的：S1和S11，S2 和S22，以及，S3和S33)，也可以是指三电平中点钳位电路中的任意一对互补驱动的开关管(比如图3中的：S1和S11，及，S2和S22)，此处不做具体限定，只要满足互补驱动即可，均在本申请的保护范围内。

以图3所示的三电平中点钳位电路为例进行说明：

功率因素是电路有功功率除以视在功率的结果，为了标示电流方向，该功率因素可以为正也可以为负，记为PF。|PF|＝1时，在正半周期内，开关管S1 和S11互补加死区高频开关、开关管S2常通、开关管S22常断；此时，开关管S1作为主管用于功率输出，开关管S11作为辅管、在开关管S1关断后有驱动但是基本不导通；在负半周期内，开关管S22和S2互补加死区高频开关、开关管S1常断、开关管S11常通；此时，开关管S22作为主管用于功率输出，开关管S2作为辅管、在开关管S22关断后有驱动但是基本不导通。由于|PF|＝1 时对于电路的期望是全部输出有功，而若按照现有技术图2所示的死区设置方式，则在正半周期将会导致主管S1损失一部分占空比、在负半周期将会导致主管S22损失一部分占空比，此外也会导致死区效应产生，进而导致谐波较大。

而功率因素不等于1时，在正半周期内开关管S11作为主管用于输出、开关管S1为辅管，在负半周期内开关管S22作为主管用于输出、开关管S2为辅管。采用图2所示的死区设置方式将会导致同样的问题发生，此处不再一一赘述。

因此，本实施例提供了一种死区设置方法，请参见图4，该方法包括：

S101、接收两个开关管所在电路的检测信号；检测信号包括功率因素；

该两个开关管所在电路可以为图1所示的逆变电路或者图3所述的三电平中点钳位电路，也可以为变频器主电路，此处不做限定，包括互补驱动开关管的电路均在本申请的保护范围内。

如前所述，当上述电路的功率因素不同时，其互补驱动的两个开关管的作用将会互换，因此，需要对该电路的功率因素进行检测；实际应用中，可以由上述电路中设置的检测装置实现对于该电路功率因素的检测，并将其上传给相应的控制器，使该控制器接收后再进行步骤S102。

S102、根据检测信号进行判断，得到判断结果；

具体可以判断该功率因素是否等于1；但是，由于实际应用中，并不以 |PF|＝1为功率输出主管辅管的严格划分标准，所以只要判断功率因素与1之间的差值是否小于等于一个预设的第一阈值即可；功率因素与1之间的差值，在小于等于第一阈值时，和，大于该第一阈值时，电路中互补驱动的两个开关管的作用(是否用于功率输出)以及角色(主管或辅管)将会互换。

S103、根据判断结果，控制两个开关管中用于功率输出的开关管延迟第一时长导通、延迟第二时长关断，并控制两个开关管中的另一个开关管(即辅管) 正常关断、延迟第三时长导通；其中，第一时长、第二时长及第三时长，均与判断结果相对应，且第三时长大于第二时长。

以图3所示电路的正半周期为例进行说明：

假设步骤S102得到的判断结果是该电路的功率因素为1，则其用于功率输出的主管是开关管S1，开关管S11为辅管。这时，如图5a或图5c所示，控制开关管S1延迟第一时长T1导通、延迟第二时长T2关断，区别于现有技术中的仅延迟导通却正常关断方式，能够增加作为主管的开关管S1的导通时间，便于该电路输出电流的质量提升，有效降低谐波失真。另外，控制开关管 S11正常关断，能够确保开关管S11先关断再触发开关管S1；再者，控制开关管S11延迟第三时长T3导通，且第三时长T3大于第二时长T2，因此能够确保开关管S11导通之前开关管S1就已关断。通过上述死区设置，能够将其原始互补控制信号D1/D11改变为D1’/D11’，既能够避免直通又能够提升电路输出电流的质量。

优选的，对于图5a和图5b中的第一时长T1、第二时长T2及第三时长T3 的取值，需要满足|T1-Td|≤K2，0≤T2≤Td，Td≤T3≤2Td，T3-T2＝Td；其中，Td 为预设时长，K2为第二阈值。

而若假设步骤S102得到的判断结果是该电路的功率因素不为1，则其用于功率输出的主管是开关管S11，开关管S1为辅管。这时，如图5b所示，控制开关管S11延迟第一时长T1导通、延迟第二时长T2关断，来尽量增加作为主管的开关管S11的导通时间，便于该电路输出电流的质量提升，有效降低谐波失真；并且，控制开关管S1正常关断、延迟第三时长T3导通，能够确保一管关断之后再触发另一管。最终能够将其原始互补控制信号D1/D11改变为 D1’/D11’，既能够避免直通又能够提升电路输出电流的质量。

优选的，对于图5b中的第一时长T1、第二时长T2及第三时长T3的取值，可以如图6a所示，即满足|T1-Td|≤K2、|T2-0.5Td|≤K2及|T3-1.5Td|≤K2，或者，也可以如图6b所示，即满足|T1-Td|≤K2、|T2-Td×(1-|PF|)|≤K2及 |T3-Td×(2-|PF|)|≤K2；其中，Td为预设时长，PF为功率因素，K2为第二阈值。

综上，本实施例提供的该死区设置方法，通过上述死区设置，能够在避免直通的同时提升电路输出电流的质量，有效降低谐波失真。并且，本方法还能够根据电路功率因素的不同而得到不同的判断结果，并进一步对当前功率因素下的两个开关管延迟通断的各个时长进行对应设置，避免了现有技术中由于功率因素不同而导致死区补偿效果被削弱的问题。而且，无论电路功率因素是否为1，本方法都能够动态调节其主管的占空比，进而提高直流母线电压利用率，实现系统效率的提高。

另外，现有技术中也存在采用软件方式进行死区补偿的方案，但是该方案在电抗较小的情况下，由于二极管续流将导致补偿效果不明显，因此通常需要提高电抗感量，进而带来系统体积、重量及成本的增加。

因此，本实施例提供了另外一种死区设置方法，在上述实施例及图4的基础之上，优选的，其检测信号还包括：输入功率；该输入功率是指互补驱动的两个开关管所在电路的输入功率。

此时，步骤S102包括：

判断功率因素与1之间的差值是否小于等于第一阈值；

若功率因素与1之间的差值大于第一阈值，则得到第一种判断结果；此时，说明其电路的功率因素不为1，其死区设置后得到的控制信号波形为图5b；而对于图5b中的第一时长T1、第二时长T2及第三时长T3的取值，可以如图6a 所示，即满足|T1-Td|≤K2、|T2-0.5Td|≤K2及|T3-1.5Td|≤K2，或者，也可以如图 6b所示，即满足|T1-Td|≤K2、|T2-Td×(1-|PF|)|≤K2及|T3-Td×(2-|PF|)|≤K2；其中， Td为预设时长，PF为功率因素，K2为第二阈值。

若功率因素与1之间的差值小于等于第一阈值，则判断输入功率是否大于预设功率；实际应用中，该预设功率依据电抗大小而定，例如30％Pn，Pn为互补驱动的两个开关管所在电路的额定功率。

若输入功率大于预设功率，则得到第二种判断结果；此时，说明其电路的功率因素为1且功率较大，其死区设置后得到的控制信号波形为图5a；而对于图5a中的第一时长T1、第二时长T2及第三时长T3的取值，可以如图6c中 P＞Pset时所示，即满足|T1-Td|≤K2、|T2-0.5Td|≤K2及|T3-1.5Td|≤K2，或者，也可以如图6d中P＞Pset时所示，即满足|T1-Td|≤K2、

及

其中，Td为预设时长，Pmax为互补驱动的两个开关管所在电路的最大输入功率，Pset为预设功率，P为输入功率，K2为第二阈值。

若输入功率小于等于预设功率，则得到第三种判断结果；此时，说明其电路的功率因素为1且功率较小，其死区设置后得到的控制信号波形为图5c；而对于图5c中的第一时长T1、第二时长T2及第三时长T3的取值，可以如图 6c和图6d中P≤Pset时所示，即满足|T1-Td|≤K2、T2≤K2及|T3-Td|≤K2；其中， Td为预设时长，Pset为预设功率，P为输入功率，K2为第二阈值。

设置该第二阈值K2的目的是为了给各个时长设置留有一定的浮动量，使其尽量趋近于相应的设置值即可；图6a至图6d中均以K2＝0进行展示，实际应用中，该第二阈值K2的取值可以视其具体应用环境而定，此处不做限定，均在本申请的保护范围内。

由上述内容控制，当功率因素不为1时，适当增加主管的导通时间，能够增加电路的输出电流质量。由于纹波功率大小对应电抗纹波大小，因此，本实施例在功率因素为1时，又针对输入功率的不同进行了区别设置，即：当输入功率小于等于预设功率Pset时，适当降低主管开通时间，便于电抗续流；而当输入功率大于预设功率Pset时，增加主管开通时间，以便增加输出电流质量。本实施例提供的该死区设置方法，无需借助于电抗感量的提高即可有效降低谐波失真，因此能够避免系统体积、重量及成本的增加。

其余原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种死区设置方法的应用装置，包括：主电路与控制器；其中：

其主电路中包括：至少一对互补驱动的开关管；

控制器用于执行死区设置方法，以对上述互补驱动的开关管进行互补控制信号的死区设置，该死区设置方法的具体过程参见上述实施例所述即可，此处不再赘述。

该主电路可以为上述实施例中所述的逆变电路、三电平中点钳位电路、变频电路或者其他任意包括互补驱动开关管的电路，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

值得说明的是，并不是一个主电路必须单独设置一个控制器，比如，针对三电平中点钳位电路，可以通过其所在装置(比如三电平变换器)中的控制器实现该死区设置方法，而无需另外单独设置一个控制器。该主电路与控制器之间的对应关系，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

具体的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种死区设置方法，其特征在于，用于实现对于互补控制信号的死区设置，所述互补控制信号为互补驱动的两个开关管的控制信号；所述死区设置方法包括：

接收两个开关管所在电路的检测信号；所述检测信号包括功率因素；

根据所述检测信号进行判断，得到判断结果；其中，根据所述检测信号进行判断，包括：判断所述功率因素与1之间的差值是否小于等于第一阈值；

根据所述判断结果，确定两个开关管中用于功率输出的开关管为主管，控制所述主管延迟第一时长导通、延迟第二时长关断，并控制两个开关管中的另一个开关管正常关断、延迟第三时长导通，以对当前功率因素下的两个开关管延迟通断的各个时长进行对应设置，避免由于功率因素不同而导致死区补偿效果被削弱；其中，所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长，均与所述判断结果相对应，且所述第三时长大于所述第二时长。

2.根据权利要求1所述的死区设置方法，其特征在于，所述判断结果为：

所述功率因素与1之间的差值小于等于第一阈值；或者，

所述功率因素与1之间的差值大于所述第一阈值。

3.根据权利要求2所述的死区设置方法，其特征在于，若所述判断结果为所述功率因素与1之间的差值小于等于第一阈值，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2，|T2-0.5Td|≤K2，|T3-1.5Td|≤K2；或者，

|T1-Td|≤K2，|T2-Td×(1-|PF|)|≤K2，|T3-Td×(2-|PF|)|≤K2；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td为预设时长，PF为所述功率因素，K2为第二阈值。

4.根据权利要求2所述的死区设置方法，其特征在于，若所述判断结果为所述功率因素与1之间的差值大于所述第一阈值，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2，0≤T2≤Td，Td≤T3≤2Td，T3-T2＝Td；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td为预设时长，K2为第二阈值。

5.根据权利要求1所述的死区设置方法，其特征在于，所述检测信号还包括：两个开关管所在电路的输入功率。

6.根据权利要求5所述的死区设置方法，其特征在于，根据所述检测信号进行判断，得到判断结果，包括：

判断所述功率因素与1之间的差值是否小于等于第一阈值；

若所述功率因素与1之间的差值大于所述第一阈值，则得到第一种判断结果；

若所述功率因素与1之间的差值小于等于所述第一阈值，则判断所述输入功率是否大于预设功率；

若所述输入功率大于所述预设功率，则得到第二种判断结果；

若所述输入功率小于等于所述预设功率，则得到第三种判断结果。

7.根据权利要求6所述的死区设置方法，其特征在于，若得到所述第一种判断结果或所述第二种判断结果，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2，|T2-0.5Td|≤K2，|T3-1.5Td|≤K2；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td为所述预设时长，K2为第二阈值。

8.根据权利要求6所述的死区设置方法，其特征在于，若得到所述第二种判断结果，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td为所述预设时长，Pmax为两个开关管所在电路的最大输入功率，Pset为所述预设功率，P为所述输入功率，K2为第二阈值。

9.根据权利要求6所述的死区设置方法，其特征在于，若得到的所述第一种判断结果，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2；

|T2-Td×(1-|PF|)|≤K2；

|T3-Td×(2-|PF|)|≤K2；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td为所述预设时长，PF为所述功率因素，K2为第二阈值。

10.根据权利要求6所述的死区设置方法，其特征在于，若得到所述第三种判断结果，则所述第一时长、所述第二时长及所述第三时长满足：

|T1-Td|≤K2，T2≤K2，|T3-Td|≤K2；

其中，T1为所述第一时长，T2为所述第二时长，T3为所述第三时长，Td为所述预设时长，K2为第二阈值。

11.一种死区设置方法的应用装置，其特征在于，包括：主电路与控制器；其中：

所述主电路中包括：至少一对互补驱动的开关管；

所述控制器用于执行权利要求1-10任一所述的死区设置方法。

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