内容发布更新时间 : 2024/12/23 1:23:32星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于 MATLAB 对 AC/DC/AC 电源的死区效应的谐波分

析及仿真

0 引言

目前,各种逆变电源的控制方法及 SPWM 信号调制方式分析中,大多基于假定 功率开关器件为理想开关器件,即不考虑开关器件的上升、下降和存贮时间。但 实际上任何开关器件均具有开关延迟,特别是关断过程。因此,在电压型逆变器 中,为了防止逆变桥同一桥臂上下开关管发生直通现象,在上下管控制信号之间 必须插入一个固定的延迟时间(即死区时间)。死区时间的引入会使逆变器输出 的波形品质变坏,谐波分量增加,系统的动态性能下降,并且随着开关频率的提高, 死区加入而产生的各种影响(简称死区效应)增大。 1 对 SPWM 系统的谐波数学分析

在 SPWM 系统中，除了死区效应产生的谐波外,而 SPWM 信号调制方式本身 固有原因而产生谐波,称为固有谐波。 1. 1 固有谐波分析

单极型 SPWM 波形产生的原理图如图 1 所示 图 1 SPWM 生成原理图

SPWM 控制时输出交流波形(载波频率比为 2N,调制参数为 M),用傅氏级数可 表示为 (1) (k=1,2,3,)

分析图的波形特征,可以看出该输出是奇四分之一波对称的单位幅值波形。因 此,可证明式(1)中 (2)

因此改成为 (3) 由图可知 (4)

(θ1、θ2 等为脉冲触发时刻，即三角波与正弦波的交点) 式中 N 为偶数。对上式各项求积分,可证明当 k 为任意奇数时,bk 有 (5)

其中，0°θ1θ2θN π/2。

由于自然采样法开关角度遵循迭代关系式，因此不能用显式表达，所以实际 运用多采用规则采样法。其主要原则如下：在三角载波每个周期内的固定时刻 (如载波的峰值点)，对正弦波进行采样，以确定开关元件的导通与关断，而不 管在采样点上正弦波与三角波是否相交。

对于规则采样，其脉冲中点为αk，则脉冲宽度 Tk 为： (6)

则脉冲开关角度θk、θk+1 为 (7)

又因为 k=2(i-1)，因此式(5)可写为 (8)

则式(3)可写为 (9)

由此式即可计算出各次谐波的分量。 1.2 死区效应

当加入死区时间后，每个脉冲相当于在上升沿和下降沿都向中点收缩了一段 时间。由推导可知，在正半周内，平均压降为： (10)

(n 为载波比，Ts 为死区时间，T 为基波周期) 由此，脉冲开关角度变为： (11)

将式(11)代入式(9)，即可求出新的谐波的含量。由初步的估算，死区时间的 加入给输出波形将带来丰富的谐波含量，尤其是低次谐波分量。tips:感谢大家 的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！