第7章 PWM控制技術(shù)

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(duì)脈沖的寬度進(jìn) 行調(diào)制的技術(shù)，即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效 地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。,PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的 影響也最為深刻，現(xiàn)在大量應(yīng)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(shù)，全控型器件的發(fā)展使得實(shí)現(xiàn) PWM控制變得十分容易。,PWM技術(shù)的應(yīng)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(shù)

2、的發(fā)展史上占有十分重要的地位。,1) 重要理論基礎(chǔ)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(shí)，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(shù),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(yīng)波形,具體的實(shí)例說(shuō)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(yīng)。,如何用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)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(gè)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(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代 替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩 形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是PWM 波形。,對(duì)于正弦波的負(fù)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(chǎn)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(diào)制法 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制,7.2.1 調(diào)制法 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制,調(diào)制法 把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載 波，通過(guò)信號(hào)波的調(diào)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(yīng) 用最多。,圖7-4 單相橋式PWM逆變電路,阻感負(fù)載,圖7-4 單相橋式PWM逆變電路,單相橋式PWM逆變電路（調(diào)制法）,電路工作過(guò)程,工作時(shí)V1和V2通斷互補(bǔ)

5、，V3和V4通斷也互補(bǔ)，比如在uo正 半周，V1導(dǎo)通，V2關(guān)斷，V3和V4交替通斷。,負(fù)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(fù)。,在負(fù)載電流為正的區(qū)間，V1 和V4導(dǎo)通時(shí)，uo=Ud。,V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過(guò)V1 和VD3續(xù)流，uo=0。,圖7-4 單相橋式PWM逆變電路,在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為V1和V4導(dǎo)通時(shí)，因io為負(fù)，故 io實(shí)際上從VD1和VD4流過(guò)，仍有uo=Ud。,V4關(guān)斷，V3開(kāi)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(fù)半周，讓V2保持 通態(tài)，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和V4 交替通斷，負(fù)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(diào)制信號(hào)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(fù)半周為負(fù)極性的三角波。,在ur的正半周，V1保持通態(tài)， V2保持?jǐn)鄳B(tài)。,當(dāng)uruc時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，uo=Ud。,當(dāng)uruc時(shí)使V4關(guān)斷，V3導(dǎo) 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(fù)半周，V1保持 斷態(tài)，V2保持通態(tài)。,當(dāng)uruc時(shí)使V3導(dǎo)通，V4關(guān) 斷，uo= -Ud。,當(dāng)uruc時(shí)使V3關(guān)斷，V4導(dǎo) 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(diào)制信號(hào)

7、ur和載波信號(hào)uc 的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開(kāi)關(guān)器件的 通斷。,在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波 載波有正有負(fù)，所得的PWM 波也是有正有負(fù)，在ur的一個(gè) 周期內(nèi)，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(fù)半周，對(duì)各開(kāi)關(guān) 器件的控制規(guī)律相同。,當(dāng)uruc時(shí)，V1和V4導(dǎo)通， V2和V3關(guān)斷，這時(shí)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(dāng)ur0，則VD2 和VD3通，不管哪種情況都是 uo= -Ud。,對(duì)照上述兩圖可以看出，單相橋式電路既可采取單極性 調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，由于對(duì)開(kāi)關(guān)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(diào)制法 7.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制,根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況，PWM 調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。,通常保持fc固定不變，當(dāng)fr變化時(shí)，載波比N是變化的。,在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位 也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周 期的脈沖也不對(duì)稱。,異步調(diào)制和同步調(diào)制,當(dāng)fr較低時(shí)，N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對(duì)稱產(chǎn) 生的不利影響都較小。,當(dāng)fr增高時(shí)，N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM脈沖 不對(duì)稱的影響就變大。,通常保持fc固定不變，當(dāng)fr變化時(shí)，載波比N是變化的

9、。,在信號(hào)波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也 不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的 脈沖也不對(duì)稱。,2） 同步調(diào)制,載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式，當(dāng)變頻時(shí) 使載波與信號(hào)波保持同步，即N等于常數(shù)。,圖7-10 同步調(diào)制三相PWM波形,基本同步調(diào)制方式，fr變化時(shí) N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈 沖數(shù)固定。,三相電路中公用一個(gè)三角波 載波，且取N為3的整數(shù)倍，使 三相輸出對(duì)稱。,圖7-10 同步調(diào)制三相PWM波形,為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡 對(duì)稱，N應(yīng)取奇數(shù)。,fr很低時(shí)，fc也很低，由調(diào)制帶 來(lái)的諧波不易濾除。,fr很高時(shí)，fc會(huì)過(guò)高，使開(kāi)關(guān)器 件難以承受。,3）分段同步調(diào)制-異步調(diào)制和同步調(diào)制的綜合應(yīng)用。,在fr高的頻段采用較低的N， 使載波頻率不致過(guò)高；在fr低 的頻段采用較高的N，使載波 頻率不致過(guò)低。,為防止fc在切換點(diǎn)附近來(lái)回跳動(dòng)，采用滯后切換的方法。,圖7-11分段同步調(diào)制,把整個(gè)fr范