第7章 PWM控制技術

1、7.1 PWM控制的基本原理 7.2. PWM逆變電路及其控制方法,7.1 PWM控制的基本原理 7.2. PWM逆變電路及其控制方法,PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對脈沖的寬度進 行調制的技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效 地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。,PWM控制技術在逆變電路中的應用最為廣泛，對逆變電路的 影響也最為深刻，現(xiàn)在大量應用的逆變電路中，絕大部分都是 PWM型逆變電路。,PWM控制的思想源于通信技術，全控型器件的發(fā)展使得實現(xiàn) PWM控制變得十分容易。,PWM技術的應用十分廣泛，它使電力電子裝置的性能大大提 高，因此它在電力電子技術

2、的發(fā)展史上占有十分重要的地位。,1) 重要理論基礎面積等效原理,沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上 時，其效果基本相同。,圖7-1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖,d)單位脈沖函數,f,(,t,),d,(,t,),t,O,a)矩形脈沖,b)三角形脈沖,c)正弦半波脈沖,t,O,t,O,t,O,f,(,t,),f,(,t,),f,(,t,),沖量相等的各種窄脈沖的響應波形,具體的實例說明“面積等效原理”,a）,e (t)電壓窄脈沖，是電路的輸入。 i (t)輸出電流，是電路的響應。,如何用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波?,若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度

3、即可。,SPWM波,用PWM波代替正弦半波,將正弦半波看成是由N個彼此相連的脈沖寬度為/N，但幅值 頂部是曲線且大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成的。,把上述脈沖序列利用相同數量的等幅而不等寬的矩形脈沖代 替，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩 形脈沖和相應的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是PWM 波形。,對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。,脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形， 也稱SPWM（Sinusoidal PWM）波形。,PWM波形可分為等幅PWM波和不等幅PWM波兩種，由直流電源產生的PWM波通常是等幅PWM波。,等幅PWM波,不等

4、幅PWM波,基于等效面積原理，PWM波形還可以等效成其他所需要的波 形，如等效所需要的非正弦交流波形等。,7.1 PWM控制的基本原理 7.2. PWM逆變電路及其控制方法,7.2.1 調制法 7.2.2 異步調制和同步調制,7.2.1 調制法 7.2.2 異步調制和同步調制,調制法 把希望輸出的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載 波，通過信號波的調制得到所期望的PWM波形。 通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應 用最多。,圖7-4 單相橋式PWM逆變電路,阻感負載,圖7-4 單相橋式PWM逆變電路,單相橋式PWM逆變電路（調制法）,電路工作過程,工作時V1和V2通斷互補

5、，V3和V4通斷也互補，比如在uo正 半周，V1導通，V2關斷，V3和V4交替通斷。,負載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正， 一段區(qū)間為負。,在負載電流為正的區(qū)間，V1 和V4導通時，uo=Ud。,V4關斷時，負載電流通過V1 和VD3續(xù)流，uo=0。,圖7-4 單相橋式PWM逆變電路,在負載電流為負的區(qū)間，仍為V1和V4導通時，因io為負，故 io實際上從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud。,V4關斷，V3開通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0。,uo總可以得到Ud和零兩種電平。,在uo的負半周，讓V2保持 通態(tài)，V1保持斷態(tài)，V3和V4 交替通斷，負載電壓uo可以得 到-

6、Ud和零兩種電平。,圖7-5 單極性PWM控制方式波形,單極性PWM控制方式,調制信號ur為正弦波，載波uc 在ur的正半周為正極性的三角波， 在ur的負半周為負極性的三角波。,在ur的正半周，V1保持通態(tài)， V2保持斷態(tài)。,當uruc時使V4導通，V3關斷，uo=Ud。,當uruc時使V4關斷，V3導 通，uo=0。,圖7-5 單極性PWM控制方式波形,單極性PWM控制方式,在ur的負半周，V1保持 斷態(tài)，V2保持通態(tài)。,當uruc時使V3導通，V4關 斷，uo= -Ud。,當uruc時使V3關斷，V4導 通，uo= 0。,圖7-6 雙極性PWM控制方式波形,雙極性PWM控制方式,在調制信號

7、ur和載波信號uc 的交點時刻控制各開關器件的 通斷。,在ur的半個周期內，三角波 載波有正有負，所得的PWM 波也是有正有負，在ur的一個 周期內，輸出的PWM波只有 Ud兩種電平。,圖7-6 雙極性PWM控制方式波形,雙極性PWM控制方式,在ur的正負半周，對各開關 器件的控制規(guī)律相同。,當uruc時，V1和V4導通， V2和V3關斷，這時如io0， 則V1和V4通，如io0，則VD1 和VD4通，不管哪種情況都是 uo=Ud。,當ur0，則VD2 和VD3通，不管哪種情況都是 uo= -Ud。,對照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單極性 調制，也可采用雙極性調制，由于對開關器件通斷

8、控制的 規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。,7.2.1 調制法 7.2.2 異步調制和同步調制,根據載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM 調制方式分為異步調制和同步調制。,通常保持fc固定不變，當fr變化時，載波比N是變化的。,在信號波的半周期內，PWM波的脈沖個數不固定，相位 也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內前后1/4周 期的脈沖也不對稱。,異步調制和同步調制,當fr較低時，N較大，一周期內脈沖數較多，脈沖不對稱產 生的不利影響都較小。,當fr增高時，N減小，一周期內的脈沖數減少，PWM脈沖 不對稱的影響就變大。,通常保持fc固定不變，當fr變化時，載波比N是變化的

9、。,在信號波的半周期內，PWM波的脈沖個數不固定，相位也 不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內前后1/4周期的 脈沖也不對稱。,2） 同步調制,載波信號和調制信號保持同步的調制方式，當變頻時 使載波與信號波保持同步，即N等于常數。,圖7-10 同步調制三相PWM波形,基本同步調制方式，fr變化時 N不變，信號波一周期內輸出脈 沖數固定。,三相電路中公用一個三角波 載波，且取N為3的整數倍，使 三相輸出對稱。,圖7-10 同步調制三相PWM波形,為使一相的PWM波正負半周鏡 對稱，N應取奇數。,fr很低時，fc也很低，由調制帶 來的諧波不易濾除。,fr很高時，fc會過高，使開關器 件難以承受。,3）分段同步調制-異步調制和同步調制的綜合應用。,在fr高的頻段采用較低的N， 使載波頻率不致過高；在fr低 的頻段采用較高的N，使載波 頻率不致過低。,為防止fc在切換點附近來回跳動，采用滯后切換的方法。,圖7-11分段同步調制,把整個fr范