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死区补偿（非线性补偿）方法介绍

死区补偿（非线性补偿）方法介绍

在逆变器控制系统中，死区时间的引入是为了避免上下桥臂同时导通导致的短路情况。然而，死区时间的存在会对逆变器的性能产生不利影响，如降低控制精度和增加输出电压谐波。为了克服这些影响，需要采用死区补偿方法。

一、死区效应及其影响

死区效应主要体现在逆变器输出电压波形的畸变上。当相电流输出为正时，在死区时间内，下桥臂的体二极管会导通，导致输出的负脉冲时间比期望值偏长；相反，当相电流为负时，上桥臂的体二极管会导通，导致正脉冲的时间变长。这种效应在轻载低频情况下尤为明显，可能导致零电流钳位现象，进一步加剧电流波形的畸变。

二、死区补偿方法

为了克服死区效应的影响，可以根据电流的方向对对应的桥臂进行占空比补偿。补偿量的多少和补偿的时机是两个关键考虑因素。

补偿量的确定

补偿量通常使用Vdead的值作为参考。Vdead的计算公式为：

[V_mathrm{dead}=frac{T_mathrm{dead}+T_mathrm{on}-T_mathrm{off}}{T_s}u_mathrm{dc}]

其中，Tdead为死区时间，Ton和Toff分别为开关器件的导通和截止时间，Ts为PWM周期，udc为直流母线电压。

补偿时机的选择

补偿时机取决于输出电流的方向。当输出电流为正时，需要加大占空比；当输出电流为负时，需要减小占空比。获取输出电流方向的方法有两种：

直接使用测量值：这种方法简单直接，但在电流过零点附近，电流值可能频繁在正负之间切换，导致补偿值反复跳变，影响系统稳定性。

通过计算获取电流方向：这种方法可以避免电流过零点附近的跳变问题，但会增加系统的计算量。具体实现时，可以通过计算电流与电压的相位差来确定电流方向。

补偿量的实施

在实施补偿时，需要根据电流的角度对相应的相进行补偿。假设U相的电流为cosθ，那么三相电流与θ的关系可以用一个周期（2π）划分为0到5的六个等分区间来表示。每个区间中都只有一相的电流过零，另外两相电流方向并没有改变。因此，可以将θ以-π/6~π/6为周期进行划分，并确定每个区间内三相的补偿量。

补偿量函数形式为：

[V_{comp}(theta)=sat(A theta)]

其中，sat()为饱和函数，上限为+Vdead，下限为-Vdead，A为增益。A的值可以固定，也可以根据系统需求进行调整。例如，可以通过PI控制器根据Id的波动大小来获取A的值，从而实现更精确的补偿。

三、仿真效果与验证

通过仿真可以验证死区补偿方法的有效性。在仿真中，可以观察到在切入死区补偿后，Id和Iq的纹波会逐渐减少，从而验证了死区补偿方法的有效性。

综上所述，死区补偿方法是一种有效的克服逆变器死区效应的方法。通过精确计算补偿量和选择合适的补偿时机，可以显著提高逆变器的控制精度和输出电压波形质量。

收藏最全消费电子产业链名单

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