阅读说明：本技术 用于补偿逆变器中死区的方法及系统 (method and system for compensating dead zone in inverter ) 是由 胡家喜 张少云 佘岳 黄敏 盛建科 徐凤星 谭宇 戴茜茜 江海啸 于 2018-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于补偿逆变器中死区的方法,其包含以下步骤：采集逆变器中的功率单元的各桥臂上的实时电流信息；将电流信息传送给处理器,以进行控制计算生成脉冲信息；接收脉冲信息,并基于脉冲信息生成原始脉冲；根据实时电流信息中的方向信息,对原始脉冲的边沿中的部分进行脉冲调整得到优化脉冲,以补偿基于优化脉冲加入的死区所影响的电压值。本发明提供的一种用于补偿逆变器中死区的方法及系统能够对被补偿模块的死区时间进行补偿,不需要额外采集输出电压,实现方式简单。另外,采用过采样的方法采集信息,不需要额外的算法也能保证电流方向信息的可靠。并且,只是对脉冲的边沿做处理,可行性高。(The present invention provides a method for compensating a dead zone in an inverter, comprising the steps of: collecting real-time current information on each bridge arm of a power unit in an inverter; transmitting the current information to a processor for control calculation to generate pulse information; receiving pulse information and generating an original pulse based on the pulse information; according to the direction information in the real-time current information, pulse adjustment is carried out on the part in the edge of the original pulse to obtain an optimized pulse, so that the voltage value influenced by the dead zone added based on the optimized pulse is compensated. The method and the system for compensating the dead zone in the inverter can compensate the dead zone time of the compensated module without additionally acquiring output voltage, and the implementation mode is simple. In addition, the information is acquired by adopting an oversampling method, and the reliability of the current direction information can be ensured without an additional algorithm. And, only the edge of the pulse is processed, and the feasibility is high.)

用于补偿逆变器中死区的方法及系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体地说，涉及一种用于补偿逆变器中死区的方法及系统。

背景技术

任何固态的电力电子器件都具有一定的开通和关断时间，例如：在电压源型逆变器中，为了保证上下两个桥臂不会同时导通，在上下桥臂交替导通过程中必须添加桥臂同时关断的时间，这段时间称为死区时间。

死区的存在使变流器输出电压和目标输出电压会有幅值和相位的偏差，从而降低基波电压幅值，影响输出性能；另外也会使电流波形产生畸变、引起转矩脉动、增大系统谐波。

因此，本发明提供了一种用于补偿逆变器中死区的方法及系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于补偿逆变器中死区的方法，所述方法包含以下步骤：

采集所述逆变器中的功率单元的各桥臂上的实时电流信息；

将所述电流信息传送给处理器，以进行控制计算生成脉冲信息；

接收所述脉冲信息，并基于所述脉冲信息生成原始脉冲；

根据所述实时电流信息中的方向信息，对所述原始脉冲的边沿中的部分进行脉冲调整得到优化脉冲，以补偿基于所述优化脉冲加入的死区所影响的电压值。

根据本发明的一个实施例，采集周期小于控制计算周期。

根据本发明的一个实施例，采集所述逆变器中的功率单元的各桥臂上的实时电流信息的步骤还包含以下步骤：

采集所述逆变器中的功率单元的各桥臂上的模拟电流信号；

将所述模拟电流信号转化为数字电流信号，以得到所述电流信息。

根据本发明的一个实施例，进行控制计算生成脉冲信息的步骤还包括以下步骤：

对所述实时电流进行跟踪，根据跟踪的实时结果以及目标电流进行脉宽进行调整，以得到所述脉冲信息。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包含：当所述方向信息为流出所述逆变器时，对所述原始脉冲的边沿中的部分进行脉冲调整得到优化脉冲的步骤还包含以下步骤：

在所述原始脉冲的上升沿时刻，不对所述原始脉冲进行调整，在所述原始脉冲的下降沿时刻，对所述原始脉冲进行延时处理。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包含：当所述方向信息为流入所述逆变器时，对所述原始脉冲的边沿中的部分进行脉冲调整得到优化脉冲的步骤还包含以下步骤：

在所述原始脉冲的上升沿时刻，对所述原始脉冲进行延时处理，在所述原始脉冲的下降沿时刻，不对所述原始脉冲进行调整。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种具有死区补偿的逆变器系统，所述系统包含：

功率单元，其包含所述逆变器的桥臂，其中，所述桥臂输出实时电流信息；

处理器，其用于接收所述电流信息，以进行控制计算生成脉冲信息；

可编程逻辑器件，其配置为用以：

采集所述功率单元的各桥臂上的实时电流信息；

将所述电流信息传送给处理器，以进行控制计算生成脉冲信息；

接收所述脉冲信息，并基于所述脉冲信息生成原始脉冲；

根据所述实时电流信息中的方向信息，对所述原始脉冲的边沿中的部分进行脉冲调整得到优化脉冲，以补偿基于所述优化脉冲加入的死区所影响的电压值。

根据本发明的一个实施例，所述系统包含模数转换器，其用于采集所述逆变器中的功率单元的各桥臂上的模拟电流信号，并将所述模拟电流信号转化为数字电流信号，以得到所述电流信息。

根据本发明的一个实施例，可编程逻辑器件，还配置为用以：

对所述实时电流进行跟踪，根据跟踪的实时结果以及目标电流进行脉宽进行调整，以得到所述脉冲信息。

根据本发明的一个实施例，可编程逻辑器件，还配置为用以：

根据所述实时电流信息中的方向信息，对所述原始脉冲的边沿中的部分进行延时处理以得到优化脉冲。

本发明提供的一种用于补偿逆变器中死区的方法方法及系统能够对被补偿模块的死区时间进行补偿，不需要额外采集输出电压，实现方式简单。另外，采用过采样的方法采集信息，不需要额外的算法也能保证电流方向信息的可靠。并且，只是对脉冲的边沿做处理，可行性高。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了一种逆变器桥臂电路图；

图2显示了一种逆变器在死区影响下的输出波形图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的用于补偿逆变器中死区的方法流程图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的用于补偿逆变器中死区的系统结构框图；

图5显示了根据本发明的另一个实施例的用于补偿逆变器中死区的方法流程图；以及

图6显示了根据本发明的一个实施例的逆变器经过死区补偿后的输出波形图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

任何固态的电力电子器件都具有一定的开通和关断时间，例如：在电压源型逆变器中，为了保证上下两个桥臂不会同时导通，在上下桥臂交替导通过程中必须添加桥臂同时关断的时间，这段时间称为死区时间。由于死区的加入，会导致逆变器实际输出波形与预期输出波形并不相同，下面以逆变器其中一个桥臂为例进行分析，图1显示了一种逆变器桥臂电路图。

如图1所示。已知功率器件的开通和关断是需要一定时间，为了避免上下管(VT1和VT2)构成通路，产生直通电流损坏器件，因此***死区时间，即延迟t_d(dead time)时间后给予开通信号实现。在上下管都关断的时间内，通过二极管(VD1和VD2)来续流。

以逆变器电流流出为正，如图2所示。原始脉冲上升沿来时，VT₂正常关闭，VT₁延时t_d导通；原始脉冲下降沿来时，VT₁正常关闭，VT₂延时t_d导通；由于电流方向是流出，因此在死区时间内都是通过VD₂续流，即在死区时间内，逆变器输出电压为零。

如上所述，在该种工况下，最终输出电压的波形和预期输出电压波形(原始脉冲)之间脉宽宽度减小了宽度t_d。在逆变器输出电压较低、开关频率较高的场合，死区对系统控制性能的影响尤为明显。

因此，需要一种用于补偿逆变器中死区的方法及系统，来对逆变器的死区时间进行补偿。目前来说，研究死区补偿主要有两个方向，一种是电压反馈补偿法，另一种是基于电流的补偿法。

电压反馈型补偿法先检测出系统逆变单元的实际输出电压，然后与指令电压相比较，其差值作为补偿量迭加到指令电压上作为新指令。由于偏差电压是直接检测而不是估计的，并且对输出电压来讲具有准闭环控制的思想，因此原则上能够消除由环内的逆变单元所引起的任何输出电压和指令电压的误差(包括器件的开关死区时间)，并且不受负载电流变化的影响，具有很好的补偿效果。

基于电流的补偿方法通过检测逆变器的输出电流，在脉冲产生畸变之前加入死区补偿时间，使补偿后的脉冲在脉宽和相位上完全接近或达到理想状态下的波形，达到补偿目的。为了消除电流检测的精度的影响，提出了很多优化方案，如基于电流前馈的补偿方法、基于旋转坐标的补偿、基于电流预测的补偿等。

但目前基于电压以及电流补偿的方法均存在一定的缺陷，例如：一种脉宽调制变频电源及其死区补偿方法(CN201010042864.1)、基于FPGA的高精度死区补偿方法及装置(CN201510964194)等专利文件都采用电压补偿的方法，其不足点是结构过于复杂，不仅需要附加的电压检测电路，而且由于死区时间数值非常小，要求电压检测环节的检测精度足够高，并且没有时间滞后才能保证良好的补偿效果。如果用数字化方法实现，不仅算法复杂，而且对数据处理的速度要求很高。

专利文件：死区补偿系统及方法(CN201210388790.6)、变频器的死区补偿方法(CN00122378.X)等采用了电流补偿方案。为了消除电流采样和过零点对死区补偿的影响，方法比较复杂，对控制系统有较高要求。

因此，为了更好地对电子电力器件的死区时间进行补偿，图3显示了根据本发明的一个实施例的用于补偿逆变器中死区的方法流程图。如图3所示，在步骤S301中，采集逆变器中的功率单元的各桥臂上的实时电流信息。

根据本发明的一个实施例，在采集逆变器中的功率单元的各桥臂上的实时电流信息步骤中，需要首先采集逆变器中的功率单元的各桥臂上的模拟电流信号，然后将模拟电流信号转化为数字电流信号，继而得到电流信息。

接着，在步骤S302中，将电流信息传送给处理器，以进行控制计算生成脉冲信息。控制计算的内容包含对电流信息进行脉宽调整，以得到脉冲信息。需要说明的是，采集的周期小于控制计算的周期，控制计算周期可以是采集周期的整数倍，也可以是非整数倍。

然后，在步骤S303中，接收脉冲信息，并基于脉冲信息生成原始脉冲。原始脉冲为逆变器原本的脉冲信息，在死区时间后会有幅值以及相位的偏差，为了补偿死区时间带给逆变器电流的影响，最后，在步骤S304中，根据实时电流信息中的方向信息，对原始脉冲的边沿中的部分进行脉冲调整得到优化脉冲，以补偿基于所述优化脉冲加入的死区所影响的电压值。

根据本发明的一个实施例，当电流方向为流出逆变器时，在原始脉冲的上升沿时刻，不对原始脉冲进行调整，在原始脉冲的下降沿时刻，对原始脉冲进行延时处理。当电流方向为流入逆变器时，在原始脉冲的上升沿时刻，对原始脉冲进行延时处理，在原始脉冲的下降沿时刻，不对原始脉冲进行调整。

图4显示了根据本发明的一个实施例的用于补偿逆变器中死区的系统结构框图。本发明提供的用于补偿逆变器中死区的方法可以应用在如图4所示的逆变器上，对逆变器的死区时间进行补偿。如图4所示，逆变器主要由处理器401、可编程逻辑器件402以及功率单元403组成。另外，系统还可以包含模数转换器404。

如图4所示的系统可以采集逆变器的电流等模拟量，可以运用本发明提出的死区补偿方法通过PWM脉冲对功率单元403的电力电气器件进行开关控制，从而使逆变器输出预期的电压。

如图4所示，功率单元，其包含逆变器的桥臂，其中，桥臂输出实时电流信息。处理器，其用于接收电流信息，以进行控制计算生成脉冲信息；可编程逻辑器件，其配置为用以：采集功率单元的各桥臂上的实时电流信息；将电流信息传送给处理器，以进行控制计算生成脉冲信息；接收脉冲信息，并基于脉冲信息生成原始脉冲；根据实时电流信息中的方向信息，对原始脉冲的边沿中的部分进行脉冲调整得到优化脉冲，以补偿基于优化脉冲加入的死区所影响的电压值。

根据本发明的一个实施例，处理器401主要负责控制算法部分；可编程逻辑器件402负责根据处理器401的信息生成PWM脉冲并控制A/D转换；模数转换器404包括A/D转换芯片、模拟量调理电路，负责电流等模拟量的采集。需要说明的是，处理器可以选用任意型号的DSP、可编程逻辑器件以及模数转换器可以是任意型号的器件，其他能够完成本发明目的的器件也可以应用到本发明中，本发明不对此做出限制。

根据本发明的一个实施例，可编程逻辑器件，还配置为用以：对实时电流进行跟踪，根据跟踪的实时结果以及目标电流进行脉宽进行调整，以得到脉冲信息。根据本发明的一个实施例，可编程逻辑器件，还配置为用以：根据实时电流信息中的方向信息，对原始脉冲的边沿中的部分进行延时处理以得到优化脉冲。

图5显示了根据本发明的另一个实施例的用于补偿逆变器中死区的方法流程图。

如图5所示，在步骤S501中，利用最近一次的A/D采样数据进行控制计算，生成PWM脉冲信息。在此步骤中的采样可以应用电流过采样。电流过采样主要指可编程逻辑器件控制A/D转换的采样周期小于处理器使用模拟量进行控制计算的周期，处理器计算周期可以是A/D转换周期的整数倍(同步采样)，也可以是非整数倍(异步采样)。步骤S501的执行者可以是DSP。

接着，在步骤S502中，可编程逻辑器件根据处理器发送的PWM脉冲信息，生成原始PWM脉冲。在步骤S501中通过快速的电流采样可以使得可编程逻辑器件获得实时的电流信息。可编程逻辑器件可以根据处理器发送的PWM脉冲信息生成逆变器的原始PWM脉冲。

然后，在步骤S503中，根据电流方向，在原始PWM脉冲的基础上对上升沿及下降沿对脉冲进行调整。根据本发明的一个实施例，调整后PMW脉冲和原始PWM脉冲的关系如下表1所示。(定义电流流出逆变器为正、流入变流器为负，死区时间为t_d)

表1调整对应表

	电流方向：正	电流方向：负
			上升沿	不调整	延时t<sub>d</sub>
下降沿	延时t<sub>d</sub>	不调整

最后，在步骤S504中，在调整后脉冲的基础上，产生死区，并最终输出至上下桥臂。至此，便能够完成对逆变器的死区补偿。步骤S502、步骤S503以及步骤S504的执行者是可编程逻辑器件。

图6显示了根据本发明的一个实施例的逆变器经过死区补偿后的输出波形图。图6是在电流方向为正的情况下脉冲调整及发送情况的简单说明。时刻1是原始脉冲的上升沿，根据表1，对脉冲不做调整；时刻2是原始脉冲的下降沿，根据表1，将下降沿延时t_d；时刻3，产生死区，下桥臂立即关断，上桥臂延时t_d导通；时刻4，产生死区，上桥臂立即关断，桥臂延时t_d导通。

由于输出电流为主，在死区期间是通过上桥臂二极管续流，因此最终输出电压波形宽度和上桥臂脉宽宽度相同，从图6可以看出最终输出电压波形宽度和处理器期望的原始脉冲宽度相同。如图5以及图6所示，可编程逻辑器件根据电流的方向信息，对原始脉冲的上升沿及下降沿做部分延时处理，从而得到调整后的脉冲，在此脉冲的基础上再进行死区的生产。

本发明提供的一种死区补偿方法及系统能够对被补偿模块的死区时间进行补偿，不需要额外采集输出电压，实现方式简单。另外，采用过采样的方法采集信息，不需要额外的算法也能保证电流方向信息的可靠。并且，只是对脉冲的边沿做处理，可行性高。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。