作者：北京航天工业总公司二院206所 刘凤君（北京100854） 来源：《电源技术应用》

开关死区对spwm逆变器

输出电压波形的影响 摘要：分析开关死区对spwm逆变器输出电压波形的影响，讨论考虑开关死区时的谐波分析方法，并导出谐波计算公式。用计算机辅助分析和实验方法对理想的和实际的spwm逆变器进行对比研究，得出一些不同于现有理论的结果。 关键词：逆变器 脉宽调制 谐波 开关死区 1 引言

对于spwm三相半桥式逆变器，由于开关管固有开关时间ts的影响，开通时间ton往往小于关断时间toff，因此容易发生同臂两只开关管同时导通的短路故障。为了避免这种故障的发生，通常要设置开关死区△t，以保证同桥臂上的一只开关管可靠关断后，另一只开关管才能开通。死区的设置方式有两种：一种是提前△t/2关断、延滞△t/2开通的双边对称设置；另一种是按时关断、延滞△t开通的单边不对称设置。典型的电压型三相spwm半桥式逆变器如图1（a）所示。其中图1（b）是死区对称设置时的波形图；图1（c）是死区不对称设置时的波形图。在这两种波形图中，uao为相与直流电源中点“0”之间的理想电压波形（载波比n=(ωc/ωs)=9），uao′为设置死区时的电压波形。

在感性负载时，当v1导通时a点为+(ud/2)，当v4导通时a点为-(ud/2)。在死区△t内v1和v4都不导通时，感性负载使d1和d4续流以保持电流ia连续。当ia为正时d4续流，a点与直流电源负极接通，a点电位为-(ud/2)；当ia为负时d1续流，a点与直流电源正极接通，a点电位为+(ud/2)，这样就产生了误差电压ud1.4。ud1.4与uao′叠加就产生出实际输出电压uao″。比较uao″与uao可知，实际输出电压发生了畸变。在ia为正时所有正脉冲宽度都减小△t，所有负脉冲宽度都增加△t；在ia为负时所有负脉冲宽度都减小△t，所有正脉冲宽度都增加△t。这是由死区△t内的二极管续流造成的，畸变后的实际输出电压波形如图中uao″所示。 2 实际输出电压uao″的谐波分析 假定载波与调制波不同步，则在调制波各周期中所包含的脉冲模式就不相同，因此不能用调制波角频率ωs为基准，而应当用载波角频率ωc为基准。这样，研究它的基波与基波谐波、载波与载波谐波及其上下边频的分布情况时，就能很方便地用双重傅立叶级数来表示：

2．1 死区双边对称设置时uao′的谐波分析

如图1(b)所示，uao′相当于二极管不续流时输出电压的波形。载波三角波的方程式为：

正弦调制波的方程式为：us=ussinωst 对于理想波uao，二阶spwm波正脉冲前沿（负脉冲后沿）采样点a为：ussinωst=-(ωct-2π-π/2)2uc/π-uc

令x=ωct；y=ωst；m=us/uc，则可得

x=2πk+π/2-π/2(1+msiny)

二阶spwm波负脉冲前沿（正脉冲后沿）采样点b为：

ussinωst=(ωct-2πk-π/2)2uc/π-uc

x=2πk+π/2+π/2(1+msiny) 对于图1(b)中uao′，在x=ωct的2πk－π/2到2π(k＋1)－π/2区间内，可以得到二阶spwm波的时间函数为：

作者：北京航天工业总公司二院206所 刘凤君（北京100854） 来源：《电源技术应用》

开关死区对spwm逆变器

输出电压波形的影响 摘要：分析开关死区对spwm逆变器输出电压波形的影响，讨论考虑开关死区时的谐波分析方法，并导出谐波计算公式。用计算机辅助分析和实验方法对理想的和实际的spwm逆变器进行对比研究，得出一些不同于现有理论的结果。 关键词：逆变器 脉宽调制 谐波 开关死区 1 引言

对于spwm三相半桥式逆变器，由于开关管固有开关时间ts的影响，开通时间ton往往小于关断时间toff，因此容易发生同臂两只开关管同时导通的短路故障。为了避免这种故障的发生，通常要设置开关死区△t，以保证同桥臂上的一只开关管可靠关断后，另一只开关管才能开通。死区的设置方式有两种：一种是提前△t/2关断、延滞△t/2开通的双边对称设置；另一种是按时关断、延滞△t开通的单边不对称设置。典型的电压型三相spwm半桥式逆变器如图1（a）所示。其中图1（b）是死区对称设置时的波形图；图1（c）是死区不对称设置时的波形图。在这两种波形图中，uao为相与直流电源中点“0”之间的理想电压波形（载波比n=(ωc/ωs)=9），uao′为设置死区时的电压波形。

在感性负载时，当v1导通时a点为+(ud/2)，当v4导通时a点为-(ud/2)。在死区△t内v1和v4都不导通时，感性负载使d1和d4续流以保持电流ia连续。当ia为正时d4续流，a点与直流电源负极接通，a点电位为-(ud/2)；当ia为负时d1续流，a点与直流电源正极接通，a点电位为+(ud/2)，这样就产生了误差电压ud1.4。ud1.4与uao′叠加就产生出实际输出电压uao″。比较uao″与uao可知，实际输出电压发生了畸变。在ia为正时所有正脉冲宽度都减小△t，所有负脉冲宽度都增加△t；在ia为负时所有负脉冲宽度都减小△t，所有正脉冲宽度都增加△t。这是由死区△t内的二极管续流造成的，畸变后的实际输出电压波形如图中uao″所示。 2 实际输出电压uao″的谐波分析 假定载波与调制波不同步，则在调制波各周期中所包含的脉冲模式就不相同，因此不能用调制波角频率ωs为基准，而应当用载波角频率ωc为基准。这样，研究它的基波与基波谐波、载波与载波谐波及其上下边频的分布情况时，就能很方便地用双重傅立叶级数来表示：

2．1 死区双边对称设置时uao′的谐波分析

如图1(b)所示，uao′相当于二极管不续流时输出电压的波形。载波三角波的方程式为：

正弦调制波的方程式为：us=ussinωst 对于理想波uao，二阶spwm波正脉冲前沿（负脉冲后沿）采样点a为：ussinωst=-(ωct-2π-π/2)2uc/π-uc

令x=ωct；y=ωst；m=us/uc，则可得

x=2πk+π/2-π/2(1+msiny)

二阶spwm波负脉冲前沿（正脉冲后沿）采样点b为：

ussinωst=(ωct-2πk-π/2)2uc/π-uc

x=2πk+π/2+π/2(1+msiny) 对于图1(b)中uao′，在x=ωct的2πk－π/2到2π(k＋1)－π/2区间内，可以得到二阶spwm波的时间函数为：