PWM脉宽调制

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1、引言PWM（PulseWidthModulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）第3章：直流斩波电路采用本章主要内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位；本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术。6.1PWM控制的基本原理采样控制理论基础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；冲量指窄脉冲的面积；效果基本相同，是指环节的输出响

2、应波形基本相同；将输出波形进行付氏分解，低频段非常接近，仅在高频段略有差异。典型惯性环节就是电感负载。f(t)f(t)f(t)f(t)δ(t)OtOtOtOta)b)c)d)图61图6-1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲一个实例图6-2a的电路电路输入：u(t)，窄脉冲，如图6-1a、b、c、d所示电路输出：i(t)，图6-2b面积等效原理i(t)i(t)dacbe(t)Ota)b)图图6-2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代

3、替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等；宽度按正弦规律变化。SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形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ua)Oωtub)Oωt图6-3用PWM波代替正弦半波PWM电流波：电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波形。PWM波形可等效成各种波形：直流斩波电路：等效直流波形；SPWM波：等效正弦波形；还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术逆变电路是

4、PWM控制技术最为重要的应用场合PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。6.2.1计算法和调制法得到PWM波计算法根据正弦波频率、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；缺点是计算繁琐，工作量大，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。调制法输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波；等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称。与任一平缓变化的调制信号波相

5、交，在交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求；调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波；调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的PWM波。结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补。控制规律uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断；负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负；负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud；V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0；负载电流为负的区间，V1和V4仍导通，

6、io为负，实际上io从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud；V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0；uo总可得到Ud和零两种电平；uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平。V1和V2通断互补，V3和V4通断互补。uo正半周，对应于V1一直通，V2一直断，V3和V4交替通断；当V4导通时，R,L两端电压为Ud，即uo等于Ud。当V3导通时，实际上此时电流从VD3进行续流，注意V3中并没有流过电流，R,L两端电压uo=0；uo负半周，让V2一直通，V1一直断，V3和V4交替通断。导通规律和

7、上面类似，注意续流的通道是V2和VD4。同学们还需要注意一点，就是当uo刚刚由正半周进入负半周时，电流方向和电压方向相反，此时有一段向电源反向充电的续流过程。通过VD2和VD3进行续流。VV13VDVD13+RLUdVuV2o4VDVD24ur信号波调制uc载波电路图6-4单相桥式PWM逆变电路调制法得到PWM波有两种方法：单极性和双极性。两者区别在于三角载波的不同。单极性PWM控制方式：在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断ur正半周，V1保持通，V2保持断当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud当ur

8、0ur负半周，V1保持断，V2保持通当uruc时使V3断，V4通，uo=0虚线uof表示uo的基波分量uuucrOωtuouoUud