大功率逆变系统中功率器件开关损耗的优化算法研究
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【摘要】本文首先建立功率器件的开关动作模型，以保持系统动态性能和控制特性不变为前提，进行优化算法的有关推导研究，最后以DSP28335作为仿真平台进行验证，实现功率器件开关频率降低，继而降低开关损耗的目的，证实了算法的正确性。
在大容量逆变系统中，效率是系统中极为关键的考核项目，以500kW额定功率为例，若系统效率为95%，则约有25kW的热损耗，其中很大一部分是功率器件的开关损耗引起的。大量的热损耗将使得开关器件的工作温度升高、系统可靠性和使用寿命降低，并导致多种故障衍生，因此降低开关损耗一直是逆变系统中研究的热点。
一般来说，降低开关频率可以有效降低开关损耗，但开关频率的降低将牺牲系统的控制性能，带来电流THD增大、动态响应变差等问题。因此，如何降低开关频率而不损失系统的动态响应和控制性能，成为了一个关键问题。
1.功率器件开关动作模型的建立
3.仿真分析及实验验证
作者根据本文中建立的模块状态，依据前文所推导的研究算法（主要公式9），首先求得活动面积矢量之后根据等价性，对活动面积矢量进行修正和优化算法处理。然后以TI公司的TMS320F28335为仿真平台，采用C语言在搭载的硬件电路平台上进行了仿真对比试验，试验得到的对比波形结果如下。
图8是在不进行脉冲优化时开关器件的驱动脉冲，可以看出，其开关频率即为系统设定的频率。而经过脉冲优化处理后，其驱动脉冲变为图9所示。此时有1/3的时间器件是不进行开关动作的，由此达到了节省开关损耗，提高系统可靠性的目的。
图10为进行脉冲优化后同一个桥臂上下管的驱动脉冲波形，可以看出上下管脉冲保持互补状态，其开关动作次数均节省了1/3，在保持系统动态特性不变的情况下，起到了降低开关损耗的目的。图11为进行综合优化的三相驱动脉冲波形，可以看出三者互差120°，且均有1/3的时间开关状态保持不变，较原有方案相比，降低了开关损耗。
4.结束语
本文通过建立逆变系统开关模型的方法，通过矩阵的手段处理各开关状态，最终推导出根据活动面积矢量的多样性，对参考电压作一定的变化，使活动面积矢量保持等价，当活动面积矢量的某项为0时，相应的开关不动作，节省此时开关动作。并以DSP288335作为仿真平台，根据此原则采用C语言编写程序进行了仿真验证，可以看出，利用该算法可以在保持系统的控制性能、动态特性以及电流THD不变的情况下，节约33%的开关损耗。
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