摘要：針對永磁同步電機交流伺服控制系統中逆變器同一橋臂上下功率管存在的直通問題，就傳統“死區”硬件設置電路中死區時間難于調整的缺點，在分析死區工作機理及其解決方法的基礎上，提出了一種基于復雜可編程邏輯器件( cpld)來實現死區時間在線調節的新方法，仿真和試驗表明，該方法簡單有效，死區時間調節準確，無溫漂。

關鍵詞：永磁同步電機；伺服控制；逆變器；死區；cpld

中圖分類號：tm351；tm341；tp73    文獻標志碼：a    文章編號：1001-6848(2010)0?-0095-03

    圖l為三相pmsm的電壓型逆變器拓撲結構圖。圖中vl~ v6為六個功率開關管，a、b、c為永磁同步電機三相星形繞組，通過pwm脈寬調制技術實現功率管的控制，進而驅動pmsm的運行。功率管常用icbt，但igbt的耐過壓能力和耐過流自己力較差，一旦出現直通短路就會造成****性損壞，因此，其驅動和保護就成為逆變器能否可靠工作的基礎和關鍵。一般igbt有嚴格的安全工作區(soa)，其承受過電流的時間僅為幾個微秒，耐過流的余量很小，因此必須考慮直通短路問題。

  一般逆變器產生過流或短路的原因有icbt損壞、內置快速恢復二極管損壞、控制與驅動電路故障、干擾等引起的誤動作，以及輸出線接錯、輸出對地短路、電機絕緣擊穿、逆變器橋臂直通等形成的短路。其中逆變器同一橋臂直通短路故障最應關注，同一橋臂上下功率管在任一時刻都不能存在同時導通的可能性，始終要處于開關互逆狀態否則就會發生橋臂直通現象，導致功率器件的損壞。

    圖2為逆變器同一橋臂上下功率管ql、q2的理想控制波形。由于實際應用中igbt功率管的關斷和開啟都存在一定的時間延遲，即開通時間和關斷時間其中，開通時間為開通延遲時間和電流上升時間之和，關斷時間為關斷延遲時間和電流下降時間之和。

  考慮到功率管開通和關斷延遲時間，則橋臂上下功率管中的電流波形如圖2中i1、i2所示，比較i1和i2可知，在tl時間段，同一橋臂上下兩個功率管，一個未完全關閉時另一個就已經開啟，則橋臂上下功率管在tl時間內就會發生直通短路，雖然在一個pwm周期內同時導通的時間tl非常短，但在功率管中會產生很大的電流，如果電流超出功率管的soa，就會導致功率管燒毀；如果逆變器負載小，電流未超出soa，又會使功率管發熱產生熱損壞。所以在大功率系統中需要對igbt功率管進行過流和過熱保護，但最主要的就是橋臂上下管設置“死區”時間以避免這種情況發生。

    一般在電壓型pwm逆變器中，為了避免同一橋臂上下功率的直通，可以采用兩種方法：即調整開關管或者調整spwm控制信號。

   第一種方法主要是調整開關管的閉合時間，使得開關管的斷開比閉合快。

   第二種方法是在上下兩路互補的pwm控制信號中增加“死區”，使直流母線正側功率管閉合與負側功率管斷開之間有一定的延時，這樣就可以避免同時導通，實踐證明第二種方法簡單方便。

   圖3是加入死區后的控制信號和電流波形，控制信號qdi與qm,在上升沿與下降沿之間都注入了一定的“死區”時間to，這樣同一橋臂的上下功率管是在一個完全關閉以后另一個才會導通，同一橋臂的上下功率管電流沒有相交的地方，從而不會出現壹通現象，可見死區控翩為避免功率逆變器的直通提供了有效的控制方式。

    “死區”可以采用硬件rc延遲電路來產生，如圖4所示。輸入的方波信號in通過兩個反相器與rc延遲電路以后，輸出的方波信號out的上升沿和下降沿相對信號in都會有一定的延遲，延遲時間可由電阻和電容的值來決定(t= rc)，一般固定電容改變電阻比較容易調試。但是，該方法延遲時間不易修改，而且很難得到準確的延時，因此，該方法在實際應用中有諸多不便。