带有死区时间补偿及电容电压平衡功能的二极管钳位型三电平逆变器数字调制方法

针对二极管钳位型三电平逆变器存在的电容电压平衡问题和死区时间导致的输出波形失真问题,该文在分析死区时间对输出波形失真及电容电压平衡影响的基础上,提出一种可用于高频逆变器的数字调制方法及具体实现形式,分析量化与采样环节、数字隔离器件传输延时及采样时钟对所提方法的影响,并给出开关时钟分频倍数的设计准则。该方法独立于闭环控制系统其他环节,无需电流采样,实现容易且易于集成在数字控制器中;无需控制环路运算,可适用于更高开关频率和输出频率。仿真和实验表明,所提方法在不同开关频率、不同死区时间和不同负载类型下均能有效地降低死区时间导致的输出波形失真现象,且能够很好地解决电容电压平衡问题。此外,所提方法在开关频率高达400 kHz的情况下仍具有良好的效果。

高压大功率LLC谐振变换器死区时间优化设计方法研究

LLC谐振变换器由于具有良好的软开关特性和电气隔离能力,在近年来被广泛应用于高压、大功率、中/高频电能变换领域。现有的高压器件受开关特性的制约,需要选取较大的死区时间保证电路中开关桥臂的安全可靠工作,从而会对LLC谐振变换器的软开关实现产生影响。主要研究了大死区时间对LLC谐振变换器软开关特性的影响规律,分别从开关管安全工作、结电容放电和反并联二极管续流3个因素出发,定量推导确保全功率范围内软开关实现的死区设置区间,进而提出死区时间的优化设计方法。最后,搭建了基于6.5 kV/250 A IGBT的150 kW大功率电力电子变压器样机,通过分析和测量不同功率等级下LLC谐振变换器的软开关实现情况,验证所提死区时间设计方法的有效性。

IGBT开关机理对逆变器死区时间的影响

为了研究逆变器中功率器件对死区时间设置的影响,依据半导体物理理论与死区时间的计算依据,研究了电压、电流、温度对绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)开关时间的影响机理,给出了这3个因素对IGBT开关时间的影响规律,并得到了这3个因素对死区时间的影响机理。通过对两电平半桥逆变单元测试表明:死区时间随电压的增大近似呈线性关系增大,随电流的增大近似呈指数和双曲线复合关系而减小,随温度的增大近似呈线性关系增大,且按照计算依据得到的死区时间与实测桥路直通的发生相符,验证了理论分析的正确性。得出的结论可为实际应用中逆变器等电能变化装置死区时间的设置以及死区补偿算法的优化提供重要的参考依据。

计及MOSFET关断过程的LLC变换器死区时间选取及计算

死区时间的合理选取是LLC变换器MOSFET开关管在宽调节范围内实现零电压开通(ZVS)以降低电磁干扰并提升运行效率的必要条件。现有选取方法因忽略MOSFET关断过程对死区时间的重要影响,选取结果实用性较差。通过理论研究给出了使LLC变换器在宽调节范围内实现ZVS的死区时间选取原则,参照该原则详细描述并合理简化最恶劣工况下计及MOSFET关断瞬态的LLC变换器工作过程。在此基础上,通过对MOSFET手册中数据的分析运用,精确算得最恶劣工况下LLC变换器实现ZVS所需死区时间的最小值,最终给出LLC变换器在宽调节范围内实现ZVS所需死区时间设定值的计算方法。该方法计算过程简单直观,实验结果亦验证了其正确性和有效性。

不同负载条件下绝缘栅双极型晶体管死区时间设置分析

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的死区时间设置通常是采用Infenion技术文档中的计算式来计算。但该计算式并没有考虑不同负载时的情形,可能会导致设置不合理。为此,首先分析了IGBT死区时间设置对穿通发生区域的影响,然后在不同负载条件下采用实验的方法测试得到了IGBT死区时间设置,并与计算式得到的理论值进行了比较。结果表明:阻性负载时必须考虑关断时的下降时间;而感性负载时只需取关断延时;空载时的测试结果不能作为设计参考。由此,对不同负载条件下IGBT死区时间设置的计算式进行了修正,并分析了计算式产生差别的原因。

基于LLC直流变压器(LLC-DCT)效率优化的死区时间与励磁电感设计

对于传统PWM变换器,死区时间越小,效率越高,而谐振变换器并非如此。本文针对LLC谐振式直流变压器(LLC-DCT),通过推导LLC拓扑损耗与死区时间的定量关系,提出了一种基于死区时间和励磁电感最优解的LLC谐振参数设计方法。从而选取最佳死区时间和励磁电感,得到最优化的整机效率,避免了先前设计中死区时间选取的盲目性。同时,根据工作在直流变压器下的LLC特点,分析了励磁电感与谐振电感比值和品质因素的选取。最后,研制了一台基于该优化设计方案的150W LLC-DCT样机,实验结果表明了设计方法的有效性和准确性。

死区时间对模块化多电平换流器的影响

为研究死区时间对模块化多电平换流器(MMC)的影响,建立了考虑死区时间在内的MMC数学模型并给出了相应的计算公式。首先,在研究换流器运行原理的基础之上,根据阶梯波调制方式,从死区设置方式、桥臂电流方向、子模块状态、桥臂投入模块数及其增加或者减少的方向等方面建立了死区时间对换流器影响的通用数学模型。其次,从基波和偏差角度等方面出发简化了通用数学模型,研究了投入模块数、调制度、负载角度以及死区时间长短对换流器的影响。最后,利用MATLAB/Simulink的矩阵计算和仿真功能对建立的通用数学模型进行了验证。结果表明,死区效应的相对大小分别与子模块数目、死区时间和相位差呈现正相关,与电压调制度呈现负相关。

逆变器死区时间对永磁同步电动机系统的影响

文章分析了逆变器死区效应产生的机理以及死区时间对永磁同步电机系统的影响。分析和仿真结果表明 ,死区时间引起逆变器输出基波电压的非线性 ,并且使输出电压中产生奇次谐波 ,死区效应使永磁同步电动机系统的输出力矩下降 ,并且使电机的相电流中含有谐波 ,引起了力矩波动。

一种基于电流矢量的死区时间补偿方案

针对PWM电压型变频器死区时间对输出电压的影响,提出了一种死区时间补偿方案。该方案通过电流矢量空间角判断感应电机三相定子电流正负,推导出三相定子电压的补偿量。实验显示了该方案的有效性。

感应耦合电能传输系统软开关死区时间优化

谐振网络为感性并且合理设置逆变器的死区时间能够保证感应耦合电能传输系统的软开关运行。针对死区时间设置问题展开研究提出一种在全负载和全频率范围内实现软开关的死区时间优化设计方法。首先,建立感应耦合电能传输系统系统数学模型,简述其工作原理。其次,详细分析功率场效应管开关过程中其结电容的充放电过程以及体二极管的续流过程。研究表明最优死区时间应该介于结电容放电完毕之后和体二极管续流结束之前。然后,讨论死区时间的优化设计方法。最后,对一台57W的感应耦合电能传输系统实验样机进行死区时间优化设计。实验结果表明,基于此设计方法感应耦合电能传输系统的功率场效应管能够实现软开关。

IPM在电法发送机上应用时的死区时间选择

IPM是IGBT智能模块的简称,它集功率变换,驱动及保护电路于一身,简化了逆变器外围电路设计,大大缩短了发送机开发周期.而IPM的运用要注意一个很重要的问题:死区时间的设置.在电法勘探发送机中,负载感抗有时比较大,而感抗的大小则会影响到IPM的关断时间.因此要求发送机的死区时间设定范围比较大,同时还要求在不同的发送频率下死区时间可调.如大极距和小极距由于供电回路大小不同而导致的感抗不同就要采用不同的设定值,同时高频时则要求死区时间在满足要求的情况下尽可能的小,否则会引起输出严重失真.综合以上考虑以及硬件实现上的方便性,可将死区时间设定为可调的几档,分别对应不同的勘探方法和不同的使用条件.

变频器逆变单元控制死区时间的补偿

分析了导致逆变单元非线性畸变的控制死区时间对系统的输出电压、输出电流和运行稳定性的影响,指出这些影响在功率器件的开关频率较高或死区时间较大时是不能忽略的。在分析了传统死区时间补偿方法的缺点之后,提出了适合于通用变频器的基于旋转坐标变换的死区时间补偿方法。它将检测到的三相定子电流转化到同步旋转坐标系中进行处理,而不会引起幅值的变化,也不存在相位滞后的问题。补偿结果表明,该方法特别适用于工作在低频状态时的系统和小容量系统。

死区时间控制在等离子体电源中的应用

死区时间选择的不合理会使逆变器件产生过高的浪涌电压和电流甚至损坏。针对这一问题提出了动态的零电压延迟控制技术,它监测输入供电电压和负载电流,当逆变器功率管达到期望的零电压开关(zero voltage switching,ZVS)条件时,控制功率开关管,使变换器几乎在整个工作条件下都能实现ZVS,而不需考虑输入电压、输出负载和元器件的容差,实现最佳的导通延迟时间。应用该技术的等离子体高频高压电源在纺织材料中的实际应用结果表明:该技术在进一步提高了电源效率的同时,减小了因不合理的死区时间带来的过高的浪涌电压和电流,改善了纺织材料表面改性涂层的性能。

载波移相调制死区时间对模块化多电平换流器的影响研究

分析了死区时间对模块化多电平换流器单个子模块的影响,得出了以下结论:桥臂电流大于零时,子模块从投入状态转向切除状态会产生正极性的死区电压;桥臂电流小于零时,子模块从切除状态转向投入状态会产生负极性的死区电压。分析了死区电压对模块化多电平换流器理想基波电压的影响,推导了输出死区基波电压等效幅值、实际输出电压基波幅值及角度偏移量的公式,得出了以下结论:直流侧电压一定时,死区电压对模块化多电平换流器的影响与载波比、死区时间和输出电压与电流的相位差有关,与投入模块数无关;提高电压调制度和降低死区时间可有效降低死区时间对模块化多电平换流器的影响。仿真结果验证了上述结论的有效性。

死区时间对移相全桥电路ZVS实现的影响

移相全桥电路零电压开关(ZVS)的实现与死区时间、负载大小、谐振电感、谐振电容的选择等均有关系,这里主要分析了死区时间对移相全桥电路开关过程的影响,并通过试验验证了理论分析的正确性。

逆变器死区时间对异步电机转矩脉动影响及削弱办法

建立了考虑逆变器死区时间的异步电动机系统整体数学模型,研究逆变器死区时间对系统转矩脉动的影响。在分析常用死区补偿法的基础上,采用脉冲为基础的死区时间补偿法对死区进行补偿,可以有效达到削弱转矩脉动,改善异步电动机系统运行质量的目的.

基于DSP的高频电源死区时间选择系统

在传统的高频感应加热电源逆变电路的控制方法中,为了防止上下桥臂直通短路而留有适当的死区时间,但死区时间一般不可调。死区时间不合理会对逆变器件产生过高的浪涌电压甚至使器件损坏。针对串联谐振逆变器运行性能与死区时间有紧密联系的特点,本文提出了一种选择最佳死区时间的方法,并实现了基于DSP的时间选择系统。实验结果表明提出的方法正确可行,并大大减小了浪涌电压。

高频双有源桥变流器自适应死区时间控制方法

在高频双有源桥(DAB)变流器中,开关死区时间对变流器开关换流特性有很大影响。高频DAB变流器零电压开关(ZVS)窗口会随工作点变化且窗口时间较短,采用传统固定死区时间的方案会由于变流器在某些工作点上死区时间过长而错过ZVS窗口,导致变流器效率降低。提出一种自适应死区时间控制方法,检测高频DAB变流器初级开关管漏源极电压,通过数字控制器动态调节死区时间长度,避免了死区时间过长而错过ZVS窗口的情况,使开关器件工作在ZVS条件下,从而提高了变流器的效率。在一个5 kW/500 kHz的高频DAB变流器试验平台上验证了该控制方法的有效性。

一种新型的矢量控制逆变器死区时间补偿

提出一种新型的基于两自由度内模电流控制死区时间补偿方案。首先,将逆变器死区时间引起的误差电压看成扰动,在S域中建立逆变器模型和电机动态逆电流模型。然后通过幅值和相位裕度来设计两自由度控制器。该方法没有增加硬件,因此具有结构简单,易于实现的特点。将该方法应用于矢量控制系统中,并搭建了仿真模型。仿真结果表明:所提出的两自由度内模控制器能对死区时间引起的误差电压进行补偿,进而消除了电流畸变。

驱动死区时间控制及其对D类音频功率放大器稳定性的影响

在D类音频功率放大器中,驱动死区时间控制是一个很流行的术语。它被用来防止击穿的发生。在当今的D类音频功率放大器的设计中,随着开关频率的不断提高,死区时间间隔相对于开关周期也变得足够的长,以至于影响了系统的性能。然而,短而有效的死区时间设置对于在D类转换端口获得更好的线性总是有益的。本文将详细阐述驱动死区时间控制对D类音频功率放大器的影响。通过采用内置的死区时间产生模块的驱动集成电路芯片来降低D类音频功率放大器外部端口器件的数量。仅通过两个额外的电阻来设置DT引脚电压就很容易地得到可选择的预编程死区时间。这种设置死区时间的方式可以阻止外部噪声对系统转换时间的影响,这对于音频的性能是至关重要的。