[实用新型]一种有源死区补偿电路

说明书

技术领域

本实用新型属于电能变换装置的直流-交流逆变器领域，具体涉及一种有源死区补偿电路及其控制方法。

背景技术

伴随计算机的应用及信息技术的飞速发展，人们越来越重视交流供电的质量，为保证计算机等设备安全可靠的工作，对供电电压的稳定度及电压的谐波都提出了较高的要求。时至今日，人们对高质量的供电要求已无处不在了，已广泛深入到各行各业的众多环节，诸如通信、金融、半导体工业，科研及国防等领域，都离不开高质量的供电。为适应对高质量的供电要求，对中、大功率的直流-交流逆变设备的需求也越来越大，而且逆变器单机的功率也越来越大，从数百瓦到数千瓦，直到目前的数十千瓦数百千瓦。大部分中大输出功率的逆变电源均采用半桥结构的输出电路，在SPWM的调制规则下，该结构电路的上管及下管交替互补导通，由其中点输出经SPWM调制的高频脉冲，滤波后得到所需的正弦电压。随着单机的功率越来越大，所采用的功率电子开关的功率级别也越来越大。而功率越大的器件其导通及关断的速度就越慢，所需的时间也就越来越长。因为半桥结构的输出电路在SPWM的调制规则下，其上管及下管是交替互补导通的，如果对控制信号不作处理，就用上述控制信号去控制半桥电路的上、下管，必然会由于上、下管开关速度的原因，造成上、下管有一段时间同时导通，其产生结果是：轻则使开关管发热严重整机效率低下，重则导致机内高压直流母线短路，大功率开关管烧毁。

为确保半桥结构的输出电路的工作安全，确保半桥的上管及下管不同时导通，人们通常会在上、下管导通区之间插入一个死区，在死区中令上下管都不导通，从而保证该结构电路的工作安全。仅从安全的角度看，插入的死区是十分有效的，插入的死区越大越安全，但死区的插入也带来了某些负面的影响。当工作频率一定时，插入的死区越大，其输出的波形失真就越大，这与要求高质量的交流电源是相矛盾的。如何既确保电路工作安全，又使得输出的波形失真最小，是逆变电源必须要解决的问题。

一般情况下，死区的形成通过将由SPWM调制器输出的控制信号脉冲，去掉前沿一块来形成。且由于死区时间是因为功率管的开关速度不够快，为保证功率管的工作安全而设置的，其时长是固定的。在原SPWM的控制信号脉冲上，等时长的减掉一块，这就破坏了原控制脉冲信号所包含的信息，产生谐波失真也是必然的了。因为插入死区而带来的不利结果，在某些数字调制方案的电路中，影响可能会更大一些，诸如那些对控制信号的相对位置要求更高的调制电路。

在没有补偿的条件下，以控制信号为模拟调制的SPWM的调制器为例，令逆变电路的直流母线工作电压为正、负395V，工作频率为12.15kHZ，死区时间为2.44μs，输出为4000W，其输出电压波形图见图4，由图4可见其输出电压波形有明显的失真，其输出电压总谐波失真（THD）图见图5，输出电压总谐波失真（THD）为2.7%左右，其谐波频谱图见图6。由以上图可见，设置了死区后，输出的电压波形有了明显的失真，高次谐波成分有所增加，且当工作频率不变时，死区越大失真就越大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种有源死区补偿电路，在确保逆变器半桥结构输出电路的上下管工作安全的条件下，通过对死区进行补偿，使得该电路的输出谐波失真大为减小，令死区的设置与输出波形的失真这对矛盾得到很好的解决。

一种有源死区补偿电路，其连接于基于半桥输出电路的直流-交流逆变器中，该补偿电路包括第一谐振电容C₁、第二谐振电容C₂和辅助谐振回路，所述第一、二谐振电容C₁、C₂分别并联于半桥输出电路的上、下管，所述辅助谐振回路的一端与半桥输出电路的中点相连，另一端与半桥输出电路的正、负电源的中点即地相连；

半桥输出电路的上管关断时刻往前计时预定时段，利用半桥输出电路的上管及正电源对所述辅助谐振回路预储能直到上管关断，上管关断后所述辅助谐振回路因预储能产生的谐振电流同时对第一谐振电容C₁充电和第二谐振电容C₂放电，直到与半桥输出电路的下管反向并联的二极管导通；半桥输出电路的下管关断时刻往前计时预定时段，利用半桥输出电路的下管及负电源对所述辅助谐振回路预储能直到下管关断，下管关断后所述辅助谐振回路因预储能产生的谐振电流同时对第二谐振电容C₂充电和第一谐振电容C₁放电，直到与半桥输出电路的上管反向并联的二极管导通。