圖4. 死區(qū)時間插補

死區(qū)時間會影響施加到電機(jī)的平均電壓，尤其是在低速運轉(zhuǎn)時。實際上，死區(qū)時間會帶來以下近似恒定幅度的誤差電壓：

其中，VERROR為誤差電壓，tDEAD為死區(qū)時間，tON和tOFF為晶 體管開啟和關(guān)閉延遲時間，TS為PWM開關(guān)周期，VDC為直流母線電壓，VSAT為功率晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)壓降，VD為二極管導(dǎo)通電壓。

當(dāng)一個相電流改變方向時，誤差電壓改變極性，因此，當(dāng)線路電流過零時，電機(jī)線間電壓發(fā)生階躍變化。這會引起正弦基波電壓的諧波，進(jìn)而在電機(jī)中產(chǎn)生諧波電流。對于開環(huán)驅(qū)動采用的較大低阻抗電機(jī)，這是一個特別重要的問題，因為諧波電流可能很大，導(dǎo)致低速振動、扭矩紋波和諧波加熱。

在以下條件下，死區(qū)時間對電機(jī)輸出電壓失真的影響最嚴(yán)重：

高直流母線電壓

長死區(qū)時間

高開關(guān)頻率

低速工作，特別是在控制算法未添加任何補償?shù)拈_環(huán)驅(qū)動中

低速工作很重要，因為正是在這種模式下，施加的電機(jī)電壓在任何情況下都非常低，死區(qū)時間導(dǎo)致的誤差電壓可能是所施加電機(jī)電壓的很大一部分。此外，誤差電壓導(dǎo)致的扭曲抖動的影響更有害，因為對系統(tǒng)慣性的濾波只有在較高速度下才可用。

在所有這些參數(shù)中，死區(qū)時間長度是唯一受隔離式柵極驅(qū)動器技術(shù)影響的參數(shù)。死區(qū)時間長度的一部分是由功率晶體管的開關(guān)延遲時間決定的，但其余部分與傳播延遲失配有關(guān)。在這方面，光隔離器顯然不如磁隔離技術(shù)。

應(yīng)用示例

為了說明死區(qū)時間對電機(jī)電流失真的影響，下面給出了基于三相逆變的開環(huán)電機(jī)驅(qū)動的結(jié)果。逆變器柵極驅(qū)動器采用ADI公司的磁隔離器(ADuM4223ADuM4223)， 直接驅(qū)動IR的IRG7PH46UDPBF 1200 V IGBT。直流母線電壓為700 V。逆變器驅(qū)動開環(huán)V/f控制模式下的三相感應(yīng)電機(jī)。利用阻性分壓器和分流電阻，并結(jié)合隔離式∑–? 調(diào)制器(同樣是來自ADI公司的AD7403)，分別測量線電壓和相電流。各調(diào)制器輸出的單位數(shù)據(jù)流被送至控制處理器(ADI公司的ADSP-CM408)的sinc濾波器，數(shù)據(jù)在其中進(jìn)行濾波和抽取后，產(chǎn)生電壓和電流信號的精確表示。

sinc數(shù)字濾波器輸出的線電壓實測結(jié)果如圖5所示。實際線電壓為10 kHz的高開關(guān)頻率波形，但它被數(shù)字濾波器濾除，以便顯示我們感興趣的低頻部分。相應(yīng)的電機(jī)相電流如圖6 所示。

圖5. 實測線間電機(jī)電壓：(左)500 ns死區(qū)時間；(右)1 μs死區(qū)時間