正弦脉宽调制SPWM及其控制方法

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1、2.4正弦脉宽调制SPWM及其控制方法2.4.1PWM控制的基本原理2.4.2SPWM的控制（实现）方法■2.4.1PWM控制的基本原理PWM(PulseWidthModulation)控制就是脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值)。2.4.1PWM控制的基本原理PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现PWM控制变得十分容易。PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。

2、现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术，因此，本章能使我们对逆变电路有完整地认识。2.4.1PWM控制的基本原理重要理论基础——面积等效原理冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量窄脉冲的面积效果基本相同环节的输出响应波形基本相同图2-15形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f(t)d(t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)2.4.1PWM控制的基本原理b)图6-2冲量相等的各种窄脉冲的响应波形具体的实例说明“面积等效原理”a）u(t)－电压窄脉冲，是电路的输入。i(t)－输出电流，是电路的

3、响应。Ouωt>SPWM波2.4.1PWM控制的基本原理Ouωt>如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Ouωt>2.4.1PWM控制的基本原理若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。Ouωt>SPWM波Ouωt>如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Ouωt>2.4.1PWM控制的基本原理OwtUd-Ud对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：OwtUd-Ud根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。2.4.2SPWM控制的实现方法实现方法计算法专用

4、SPWM集成电路自然采样法规则采样法直接PWM法模拟实现1.SPWM模拟实现三相对称的参考正弦电压调制信号、、由正弦波发生器产生,其频率和幅值都是可调的。三角载波信号由三角波发生器提供，三相共用。分别与每相调制信号通过比较器进行比较，比较器输出“正”或“零”的输出，即为SPWM脉冲序列波，作为逆变器开关器件的驱动信号。2.计算法(数字控制)根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形特点：繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化1).自然采样法自然采样法：按SPWM基本原理，在正弦波和

5、三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断。该法最准确，但要求解复杂的超越方程，难以在实时控制中在线计算，工程应用不多2.计算法(数字控制)2).规则采样法特点：工程实用方法，效果接近自然采样法，计算量小得多图2-19规则采样法2.计算法(数字控制)规则采样法原理图2-19，三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc自然采样法中，脉冲中点不和三角波一周期的中点（即负峰点）重合规则采样法使两者重合，每个脉冲的中点都以相应的三角波中点为对称，使计算大为简化在三角波的负峰时刻对正弦信号波采样得E点，过E作水平直线和三角波分别交于A、B点，在A点时刻tA和B点时刻tB控制开关器件的通断脉冲宽

6、度t2和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近■2.计算法(数字控制)规则采样法计算公式推导正弦调制信号波式中，ma称为调制度，0≤ma<1；wc为信号波角频率。从图中得因此可得三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度■三角波的峰值为12.计算法(数字控制)推广到三相桥逆变电路的情况三角波载波公用，三相正弦调制波相位依次差120°同一三角波周期内三相的脉宽分别为、和，脉冲两边的间隙宽度分别为、和，、和，同一时刻三相调制波电压之和为零，由上式得其中:■2.计算法(数字控制)3).直接PWM法(面积相等法)思路:使每一载波周期内逆变器输出脉冲的面积和在同一载波周期内希望得到的正弦波的面积相等。假

7、设希望输出的正弦电压为：则从到区间正弦波的面积为：若逆变器直流环节电压为Ud，到区间的脉冲宽为，令脉冲面积和这段正弦波面积相等。可求出：3.专用SPWM集成电路应用微机产生SPWM波形，其效果受到微机字长、指令功能、运算速度、存储容量等条件的限制，有时难以有很好的实时性，特别是在高频电力电子器件被广泛应用后，完全依靠软件生成SPWM波形的方法实际上很难适应高开关频率的要求。随着微电子技术的发展，开发出一些专门用来产生SPWM控制信号的集成电路芯片，应用这些芯片比用微机生成SPWM