PWM控制及SPWM波的生成

　　1、PWM控制的基本原理

　　PWM（PulseWidthModulation）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要的波形。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，PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用也最具代表性。

　　面積等效原理是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，即在采樣控制中，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。其中，沖量指的是窄脈沖的面積；效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如圖1.1.1（1）所示，三個(gè)窄脈沖形狀不同，但是它們的面積都等于1，當(dāng)它們分別加在如圖1.1.1（2）（a）所示的R-L電路上時(shí)，并設(shè)其電流i（t）為電路的輸出，則其輸出響應(yīng)波形基本相同且如圖1.1.1（2）（b）所示。

　　2、SPWM法的基本原理

　　脈沖幅值相等而脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而正弦波等效的PWM波稱為SPWM（sinusoidalPWM）波形。

　　如圖1.1.2所示，把正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形，這些脈沖寬度都等于N/?，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是按正弦規(guī)律變化的曲線。如果把這些脈沖序列用相同數(shù)量的等幅值而不等寬的矩形脈沖來(lái)代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)的正弦波部分中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積相等，則可得圖所示的矩形脈沖序列，這就是SPWM波形。

　　3、規(guī)則采樣法

　　SPWM的控制就是根據(jù)三角載波與正弦調(diào)制波的交點(diǎn)來(lái)確定逆變器功率開關(guān)器件的通斷時(shí)刻。規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，一般采用三角波作為載波，其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)SPWM法。當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn)（或底點(diǎn)）位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期（即采樣周期）內(nèi)的位置是對(duì)稱的，這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣其原理如圖1.1.3所示。

　　單極性和雙極性PWM控制逆變電路分析

　　電路如圖1.2所示，該電路工作時(shí)，1V和2V通斷互補(bǔ)，3V和4V也通斷互補(bǔ)，如在ou正半周，1V導(dǎo)通，2V關(guān)斷，3V和4V交替通斷，且負(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ou的負(fù)半周，讓2V保持通態(tài)，1V保持?jǐn)鄳B(tài)，3V和4V交替通斷，負(fù)載電壓ou可以得到-dU和零兩種電平。

　　1、單極性PWM控制方式

　　如圖1.2.1所示，調(diào)制信號(hào)ru為正弦波，載波cu在ru的正半周為正極性的三角波，在ru的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。a）在ru的正半周時(shí)，1V保持通態(tài)，2V保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)ru》cu時(shí)，使4V導(dǎo)、3V關(guān)斷，ou=dU。當(dāng)ru《cu時(shí)，使4V關(guān)斷、3V導(dǎo)通，ou=0。b）在ru的負(fù)半周時(shí)，1V保持?jǐn)鄳B(tài)，2V保持通態(tài)。當(dāng)ru《cu時(shí)，使3V導(dǎo)通、4V關(guān)斷，ou=-dU。當(dāng)ru》cu時(shí)，使3V關(guān)斷、4V導(dǎo)通，ou=0。

　　1.1單極性PWM控制方式

　　如圖1.2.1所示，調(diào)制信號(hào)ru為正弦波，載波cu在ru的正半周為正極性的三角波，在ru的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。a）在ru的正半周時(shí)，1V保持通態(tài)，2V保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)ru》cu時(shí)，使4V導(dǎo)、3V關(guān)斷，ou=dU。當(dāng)ru《cu時(shí)，使4V關(guān)斷、3V導(dǎo)通，ou=0。b）在ru的負(fù)半周時(shí)，1V保持?jǐn)鄳B(tài)，2V保持通態(tài)。當(dāng)ru《cu時(shí)，使3V導(dǎo)通、4V關(guān)斷，ou=-dU。當(dāng)ru》cu時(shí)，使3V關(guān)斷、4V導(dǎo)通，ou=0。

　　1.2雙極性PWM控制方式

　　如圖1.2.2所示，在調(diào)制信號(hào)ru和載波信號(hào)cu的交點(diǎn)的時(shí)刻控制各個(gè)開關(guān)器件的通斷。

　　a）在ru的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得的PWM波也有正有負(fù)，在ru的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只有±dU兩種電平。b）在ru的正負(fù)半周，對(duì)各個(gè)開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。當(dāng)ru》cu時(shí)，1V和4V導(dǎo)通，2V和3V關(guān)斷，這時(shí)如果oi》0，則1V和4V導(dǎo)通，如果oi《0，則1VD和4VD導(dǎo)通，但不管那種情況都是ou=dU。當(dāng)ru《cu時(shí)，2V和3V導(dǎo)通，1V和4V關(guān)斷，這時(shí)如果oi《0，則2V和3導(dǎo)通，如果oi》0，則2VD和3VD導(dǎo)通，但是不管哪種情況都是ou=-dU。