大功率逆變系統(tǒng)中功率器件開關(guān)損耗的優(yōu)化算法研究

【摘要】本文首先建立功率器件的開關(guān)動作模型，以保持系統(tǒng)動態(tài)性能和控制特性不變?yōu)榍疤幔M(jìn)行優(yōu)化算法的有關(guān)推導(dǎo)研究，最后以DSP28335作為仿真平臺進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)功率器件開關(guān)頻率降低，繼而降低開關(guān)損耗的目的，證實(shí)了算法的正確性。

【關(guān)鍵詞】逆變系統(tǒng)；功率器件；開關(guān)頻率；開關(guān)損耗

在大容量逆變系統(tǒng)中，效率是系統(tǒng)中極為關(guān)鍵的考核項(xiàng)目，以500kW額定功率為例，若系統(tǒng)效率為95%，則約有25kW的熱損耗，其中很大一部分是功率器件的開關(guān)損耗引起的。大量的熱損耗將使得開關(guān)器件的工作溫度升高、系統(tǒng)可靠性和使用壽命降低，并導(dǎo)致多種故障衍生，因此降低開關(guān)損耗一直是逆變系統(tǒng)中研究的熱點(diǎn)。

一般來說，降低開關(guān)頻率可以有效降低開關(guān)損耗，但開關(guān)頻率的降低將犧牲系統(tǒng)的控制性能，帶來電流THD增大、動態(tài)響應(yīng)變差等問題。因此，如何降低開關(guān)頻率而不損失系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和控制性能，成為了一個關(guān)鍵問題。

1.功率器件開關(guān)動作模型的建立

3.仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

作者根據(jù)本文中建立的模塊狀態(tài)，依據(jù)前文所推導(dǎo)的研究算法（主要公式9），首先求得活動面積矢量之后根據(jù)等價性，對活動面積矢量進(jìn)行修正和優(yōu)化算法處理。然后以TI公司的TMS320F28335為仿真平臺，采用C語言在搭載的硬件電路平臺上進(jìn)行了仿真對比試驗(yàn)，試驗(yàn)得到的對比波形結(jié)果如下。

圖8是在不進(jìn)行脈沖優(yōu)化時開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖，可以看出，其開關(guān)頻率即為系統(tǒng)設(shè)定的頻率。而經(jīng)過脈沖優(yōu)化處理后，其驅(qū)動脈沖變?yōu)閳D9所示。此時有1/3的時間器件是不進(jìn)行開關(guān)動作的，由此達(dá)到了節(jié)省開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)可靠性的目的。

圖10為進(jìn)行脈沖優(yōu)化后同一個橋臂上下管的驅(qū)動脈沖波形，可以看出上下管脈沖保持互補(bǔ)狀態(tài)，其開關(guān)動作次數(shù)均節(jié)省了1/3，在保持系統(tǒng)動態(tài)特性不變的情況下，起到了降低開關(guān)損耗的目的。圖11為進(jìn)行綜合優(yōu)化的三相驅(qū)動脈沖波形，可以看出三者互差120°，且均有1/3的時間開關(guān)狀態(tài)保持不變，較原有方案相比，降低了開關(guān)損耗。

4.結(jié)束語

本文通過建立逆變系統(tǒng)開關(guān)模型的方法，通過矩陣的手段處理各開關(guān)狀態(tài)，最終推導(dǎo)出根據(jù)活動面積矢量的多樣性，對參考電壓作一定的變化，使活動面積矢量保持等價，當(dāng)活動面積矢量的某項(xiàng)為0時，相應(yīng)的開關(guān)不動作，節(jié)省此時開關(guān)動作。并以DSP288335作為仿真平臺，根據(jù)此原則采用C語言編寫程序進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，可以看出，利用該算法可以在保持系統(tǒng)的控制性能、動態(tài)特性以及電流THD不變的情況下，節(jié)約33%的開關(guān)損耗。

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