逆变电源的设计及matlab仿真…论文

第三章 PWM控制技术原理及SPWM波的生成

(e) (f)

图3-1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲及响应波形

3.2 SPWM的控制模式及其实现

脉冲幅值相等而脉冲宽度按正弦规律变化而正弦波等效的PWM波称为SPWM(sinusoidal PWM)波形。

3.2.1 SPWM法的基本原理

如图3-2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个彼此相连的脉冲序列所组成的波形，这些脉冲宽度都等于?/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是按正弦规律变化的曲线。如果把这些脉冲序列用相同数量的等幅值而不等宽的矩形脉冲来代替，使矩形脉冲的中点和相应的正弦波部分中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，则可得图3-2所示的矩形脉冲序列，这就是SPWM波形。

图3-2 用PWM波来代替正弦半波

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3.2.2 规则采样法生成SPWM波

SPWM的控制就是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的通断时刻。规则采样法由经过采样的正弦波与三角波相交，并由交点得出脉冲宽度。该方法只在三角波的顶点或者底点位置对正弦波采样而形成阶梯波，其原理如图3-3所示。

图3-3 规则采样法生成SPWM波的原理图

假设三角波的幅值为1，正弦函数为ur=M sin?t，M为调制度且0

1?M sin?t2? (3-1)

t2/2Tc/2其中，Tc为三角载波周期，t2为脉冲宽度。

t2?(1?Msin?t)Tc/2 (3-2) 所以矩形波开通时间为：

将上式离散化后可得：t2?(Msin(2?I/N)?1)/2 (3-3) 式中， Tc为在波周期，I为第I个SPWM波，N为采样的总个数。

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第三章 PWM控制技术原理及SPWM波的生成

3.3 单极性和双极性PWM控制逆变电路分析

电路如图3-4所示，该电路工作时，V1和V2通断互补，V3和V4也通断互补，如在uo正半周，V1导通，V2关断，V3和V4交替通断，且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。在uo的负半周，让V2保持通态，V1保持断态，V3和V4交替通断，负载电压uo可以得到-Ud和零两种电平。

图3-4 单相桥式PWM逆变电路

3.3.1 单极性PWM控制方式

如图3-5所示，调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。

a)在ur的正半周时，V1保持通态，V2保持断态，当ur>uc时，使V4导、

V3关断，uo=Ud。当ur

b)在ur的负半周时，V1保持断态，V2保持通态。当uruc时，使V3关断、V4导通，uo=0。

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图3-5 单极性PWM控制方式波形

3.3.2 双极性PWM控制方式

如图3-6所示，在调制信号ur和载波信号uc的交点的时刻控制各个开关器件的通断。

a)在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得的PWM波也有正有负，在ur的一个周期内，输出的PWM波只有±Ud两种电平。

b)在ur的正负半周，对各个开关器件的控制规律相同。当ur>uc时，V1V2和V3关断，和V4导通，这时如果io>0，则V1和V4导通，如果io<0，则VD1和VD4导通，但不管那种情况都是uo=Ud。当ur0，则VD2和VD3导通，但是不管哪种情况都是uo= -Ud。

图3-6双极性PWM控制方式波形

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