專利名稱：一種基于dsp控制器的死區(qū)補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
功率器件的動(dòng)作有一定的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，為避免上下兩個(gè)橋臂發(fā)生直通，采用 時(shí)間延遲技術(shù)，稱為控制死區(qū)時(shí)間。開(kāi)關(guān)頻率越高，死區(qū)時(shí)間所導(dǎo)致的PWM(脈沖寬度調(diào)制) 逆變器的死區(qū)效應(yīng)越顯著即輸出基波幅值減小，諧波含量增大，輸出電流畸變?cè)絿?yán)重，且 逆變器開(kāi)關(guān)頻率越高，死區(qū)效應(yīng)越顯著即輸出基波幅值減小，諧波電壓幅值增大，輸出電 流畸變，輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，在帶電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合易引起電機(jī)振蕩。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出了很多不 同的補(bǔ)償方法，一種是運(yùn)用空間矢量的控制方法對(duì)誤差矢量電壓進(jìn)行補(bǔ)償，它將誤差電壓 看成另一個(gè)電壓矢量，并將它與給定電壓矢量進(jìn)行合成，用以補(bǔ)償死區(qū)產(chǎn)生的影響，但控制 比較復(fù)雜；另一種是結(jié)合死區(qū)產(chǎn)生的機(jī)理，對(duì)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。目前， DSP控制器已被廣泛應(yīng)用于逆變器控制中，它自帶的可編程的死區(qū)控制可以方便地在PWM 信號(hào)中插入死區(qū)，本文結(jié)合當(dāng)前主流電機(jī)控制芯片TSM320F2812并依據(jù)死區(qū)發(fā)生機(jī)理提出 了一種更加行之有效的死區(qū)補(bǔ)償策略，并通過(guò)異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)驗(yàn)證了該方法的有效性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種一種基于DSP控制器的死區(qū)補(bǔ)償方法， 其根據(jù)死區(qū)效應(yīng)的原理對(duì)起作用的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻點(diǎn)等同于理想開(kāi)通和關(guān)斷時(shí) 刻點(diǎn)。這種方法更加方便快捷。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于DSP控制器的死區(qū)補(bǔ)償方法包括首先對(duì) DSP芯片進(jìn)行配置，使得周期中斷中計(jì)算的比較值在定時(shí)器回零后起作用，而在下溢中斷計(jì) 算的比較值在定時(shí)器達(dá)到周期值后起作用；然后判斷相電流的方向，并計(jì)算理想驅(qū)動(dòng)波形 的開(kāi)通點(diǎn)、和關(guān)斷點(diǎn)t2 ；最后根據(jù)相電流的方向?qū)Ρ容^寄存器進(jìn)行移位處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)用當(dāng)前主流電機(jī)控制芯片DSP2812實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，比當(dāng)前死 區(qū)補(bǔ)償方法效果更加明顯。


圖1是三相橋式逆變電路。圖2是加入死區(qū)后的逆變波形。圖3是死區(qū)補(bǔ)償后實(shí)際開(kāi)通和關(guān)斷點(diǎn)驅(qū)動(dòng)波形(電流大于0)。圖4是死區(qū)補(bǔ)償流程圖。圖5是常規(guī)方法與新方法的對(duì)比。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是結(jié)合死區(qū)產(chǎn)生的機(jī)理，對(duì)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。
死區(qū)產(chǎn)生機(jī)理如圖1所示，在橋式逆變系統(tǒng)中，理想狀態(tài)下同一橋臂上的兩個(gè)開(kāi) 關(guān)管工作在互補(bǔ)狀態(tài)，考慮器件本身的開(kāi)通和關(guān)斷延時(shí)，一般關(guān)斷延時(shí)t。ff大于開(kāi)通延時(shí) t。n，為了防止上下兩個(gè)橋臂直通，需在PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)間加入足夠的死區(qū)時(shí)間。在DSP系統(tǒng)中， 當(dāng)計(jì)數(shù)器與比較寄存器匹配時(shí)，電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，若不考慮死區(qū)和器件的開(kāi)通和關(guān)斷延時(shí)，其 理想波形如圖2a所示，倘若考慮兩者因素，則上個(gè)兩個(gè)IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)的驅(qū) 動(dòng)信號(hào)中插入死區(qū)波形后上下兩橋臂的驅(qū)動(dòng)波形如下圖2b所示，圖中高電平表示開(kāi)通，由 于開(kāi)通和關(guān)斷延時(shí)，加入死區(qū)時(shí)間后，功率器件的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻點(diǎn)與理想狀態(tài)明顯不同。由圖2可得，比較器寄存器的大小決定了有效驅(qū)動(dòng)波形的寬度，但當(dāng)比較值非常 小或非常大，由于死區(qū)的引入，可能使輸出有效電平丟失。以三相橋式逆變電路a相為例，如圖1所示，Tl T6為IGBT，Dl D6為續(xù)流二 極管。設(shè)流向電機(jī)繞組的電流為正方向，流向逆變器的電流方向?yàn)樨?fù)方向。當(dāng)込>0時(shí)， 有兩種工作狀態(tài)，一種是正常工作狀態(tài)，上管Tl開(kāi)通，下管T4關(guān)斷，電流流過(guò)Tl流向電機(jī)； 而在Tl關(guān)斷時(shí)，此時(shí)電流通過(guò)下管反并聯(lián)的續(xù)流二極管D2完成續(xù)流，保持電流流向電機(jī)。 當(dāng)ia < 0時(shí)，同樣也有兩種工作狀態(tài)正常的Tl關(guān)斷，T4開(kāi)通，電流流過(guò)T4形成通道，而 在T4關(guān)斷時(shí)，由上管反并聯(lián)續(xù)流二極管Dl續(xù)流，保持電流形成通路。所以根據(jù)死區(qū)效應(yīng)分析，當(dāng)ia > 0時(shí)，只有上橋臂管Tl起作用，而當(dāng)ia < 0時(shí)，只 有下橋臂管T4起作用。本文補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)是如何使起作用的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻點(diǎn)等 同于理想開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻點(diǎn)。這樣必須在三角載波的上升階段和下降階段必須分開(kāi)配置開(kāi) 通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻點(diǎn)。在DSP2812的硬件配置系統(tǒng)中，根據(jù)SVPWM七段式波形設(shè)置當(dāng)前發(fā) 波計(jì)數(shù)模式為連續(xù)增/減計(jì)數(shù)，比較寄存器的重載條件為當(dāng)前計(jì)數(shù)器的值為0或等于周期 積存器的值時(shí)重載，且當(dāng)前發(fā)波定時(shí)器周期中斷和下溢中斷都有效。這樣在周期中斷中計(jì) 算的比較值會(huì)在定時(shí)器回0后起作用，而在下溢中斷計(jì)算的比較值會(huì)在定時(shí)器達(dá)到周期值 后起作用。下面分兩種情況討論補(bǔ)償后驅(qū)動(dòng)波形的改變(以a相為例)當(dāng)電流ia > 0時(shí)，T4脈沖可以忽略，只要保證經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的Tl實(shí)際開(kāi)通和關(guān)斷點(diǎn) 與理想驅(qū)動(dòng)波形的開(kāi)通和關(guān)斷點(diǎn)一致即可。在圖2中，Tl管開(kāi)通時(shí)刻點(diǎn)比理想驅(qū)動(dòng)波形的 開(kāi)通點(diǎn)、延后了 td+t。n時(shí)間，由于其起作用于上一個(gè)載波周期的周期中斷，可以將比較寄存 器CMra前移，即在周期中斷中有CMPR = L-Td-Ton同理在下溢中斷中有CMPR = t2+T。ff則考慮死區(qū)和器件開(kāi)通和關(guān)斷延時(shí)驅(qū)動(dòng)波形如圖3所示。當(dāng)ia < 0時(shí)，Tl始終不導(dǎo)通，因此Tl脈沖可以忽略，只要保證經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的T4脈 沖寬度與T4理想脈沖寬度一致即可，即有在周期中斷中有CMPR = trToff同理在下溢中斷中有CMPR = t2+T。n+Td則通過(guò)周期中斷和下溢中斷分別配置開(kāi)通和關(guān)斷點(diǎn)，使對(duì)起作用的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通 和關(guān)斷時(shí)刻點(diǎn)等同于理想開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻點(diǎn)。由上面論述可知，這種死區(qū)補(bǔ)償方法依賴于電流方向，在SVPWM控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)中，由空間電壓矢量和空間電流矢量在相位上相差一個(gè)功率因數(shù)角，則很容易得到空間電流矢量的空間角度，由坐標(biāo)變換的關(guān)系可以得到當(dāng)前電壓空間矢量下每相相電流的方 向，這種方法可以有效消除電流實(shí)時(shí)檢測(cè)零漂的影響。其實(shí)現(xiàn)流程如下圖4所示，試驗(yàn)中， 比較點(diǎn)須做限幅處理。當(dāng)前常規(guī)的補(bǔ)償方法為在一個(gè)有效脈沖內(nèi)補(bǔ)償由于死區(qū)時(shí)間和器件延時(shí)的影響， 如圖2所示，即在一個(gè)PWM周期內(nèi)損失了 T = Td+T。n-T。ff，即通過(guò)判斷電流極性使有效開(kāi)關(guān)
管的比較點(diǎn)前移或是滯后*，但這種方法使PWM波滯后理想波形。實(shí)施例本實(shí)施例IGBT模塊采用FS150R12KT3，電機(jī)為22KW，給定死區(qū)Td = 3μ s，25°C時(shí) 典型開(kāi)通和關(guān)斷延時(shí)為T(mén)on = 0.26 μ s, Toff = 0.42 μ s，載波頻率fc = 2k，試驗(yàn)在30HZ比較 了常規(guī)死區(qū)補(bǔ)償后空載電流波形和諧波分析下圖5所示，有圖可知，采用本試驗(yàn)方法其電 壓畸變率THD = 2.4%，其效果顯而易見(jiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于DSP控制器的死區(qū)補(bǔ)償方法，其特征在于包括首先對(duì)DSP芯片進(jìn)行配置， 使得周期中斷中計(jì)算的比較值在定時(shí)器回零后起作用，而在下溢中斷計(jì)算的比較值在定時(shí) 器達(dá)到周期值后起作用；然后判斷相電流的方向，并計(jì)算理想驅(qū)動(dòng)波形的開(kāi)通點(diǎn)、和關(guān)斷 點(diǎn)t2 ；最后根據(jù)相電流的方向?qū)Ρ容^寄存器進(jìn)行移位處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述DSP芯片采用TMS320F2812。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對(duì)DSP芯片進(jìn)行配置的方法包括根據(jù) SVPWM七段式波形設(shè)置當(dāng)前發(fā)波計(jì)數(shù)模式為連續(xù)增/減計(jì)數(shù)，比較寄存器的重載條件為當(dāng) 前計(jì)數(shù)器的值為0或等于周期積存器的值時(shí)重載，且當(dāng)前發(fā)波定時(shí)器周期中斷和下溢中斷 都有效。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于判斷相電流的方向的方法包括根據(jù)空間 電壓矢量和空間電流矢量在相位上相差的功率因數(shù)角，得到空間電流矢量的空間角度，然 后由坐標(biāo)變換的關(guān)系得到當(dāng)前電壓空間矢量下每相相電流的方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對(duì)比較寄存器進(jìn)行移位處理的方法包括當(dāng)相電流、>0時(shí)，在周期中斷中有CMPR = trTd-Ton,在下溢中斷中有CMPR = t2+T。ff ；當(dāng)相電流、<0時(shí)，在周期中斷中有CMPR = trToff,在下溢中斷中有CMPR = t2+T。n+Td ；其中CMPR為比較寄存器，Td為死區(qū)時(shí)間，Ton為開(kāi)通延時(shí)，Toff為關(guān)斷延時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于DSP控制器的死區(qū)補(bǔ)償方法，其包括首先對(duì)DSP芯片進(jìn)行配置，使得周期中斷中計(jì)算的比較值在定時(shí)器回零后起作用，而在下溢中斷計(jì)算的比較值在定時(shí)器達(dá)到周期值后起作用；然后判斷相電流的方向，并計(jì)算理想驅(qū)動(dòng)波形的開(kāi)通點(diǎn)t1和關(guān)斷點(diǎn)t2；最后根據(jù)相電流的方向?qū)Ρ容^寄存器進(jìn)行移位處理。本發(fā)明用當(dāng)前主流電機(jī)控制芯片DSP2812實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，比當(dāng)前死區(qū)補(bǔ)償方法效果更加明顯。
文檔編號(hào)H02M7/48GK102005955SQ20101056648
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者周虎軍, 康現(xiàn)偉, 陶文濤 申請(qǐng)人:中冶南方(武漢)自動(dòng)化有限公司