5.SPWM

spwm原理

SPWM原理。

SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）是一种脉冲宽度调制技术，它可以将直流电压转换成交流电压。在现代电力电子技术中，SPWM已经被广泛应用于变频调速、逆变器、电力调制等领域。本文将介绍SPWM的原理及其在电力电子领域中的应用。

SPWM的原理非常简单，它通过控制脉冲的宽度来实现对输出电压的调节。在SPWM中，脉冲的宽度与输入信号的幅值成正比，通过不断改变脉冲的宽度，可以模拟出一个接近正弦波形的输出电压。这种方法可以有效地减小谐波含量，提高输出波形的质量。

在实际应用中，SPWM主要通过比较器和可编程逻辑器件来实现。首先，输入信号与一个三角波信号进行比较，得到一个脉冲信号。然后，通过改变比较器的阈值电压，可以控制脉冲的宽度，从而实现对输出电压的调节。这种方法不仅简单高效，而且可以实现高精度的输出波形控制。

SPWM在电力电子领域中有着广泛的应用。最典型的应用就是逆变器，逆变器可以将直流电压转换成交流电压，通过控制SPWM的脉冲宽度，可以实现对输出电压的调节。此外，SPWM还可以用于变频调速系统，通过改变输出电压的频率和幅值，可以实现对电机转速的精确控制。在电力调制领域，SPWM也可以实现对电力质量的提升，减小谐波含量，改善电网稳定性。

总的来说，SPWM是一种简单高效的脉冲宽度调制技术，它可以实现对输出波形的精确控制，减小谐波含量，提高电力质量。在现代电力电子技术中，SPWM已经成为了不可或缺的一部分，它在逆变器、变频调速、电力调制等领域发挥着重要作用。随着科技的不断发展，相信SPWM技术会有更广阔的应用前景。

SPWM

SPWM(SinusoidalPWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制

理论中的一个重要结论: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.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波

形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出

的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压

的频率和幅值.

定义

我们先说说什么叫PWM

PWM的全称是PulseWidthModulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空

比来改变等效的输出电压。广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如我们现在的电动车电机调

速就是使用这种方式。

所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规

率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器

等，比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，

在变频器领域被广泛的采用。

该方法的实现有以下几种方案。

1.3.1等面积法

该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序

列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生

成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理

为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计

算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点.

1.3.2硬件调制法

硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为

调制信号,把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采

用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。其实方法简

基于DSP的SPWM不对称规则采样算法的分析与实现

摘要：本文以高性能数字信号处理芯片TMS320F2812为核心,设计生成了基于不对称规则采样算法的SPWM波形,键盘输入参数设定调制波频率。本文首先分析了不对称规则算法的原理,接着设计了基于TMS320F2812芯片的软件设计流程,最后在数字示波器上显示了实验波形,验证了设计的有效性和可行性。 1 引言

在三相逆变器中，SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)技术是最为先进的控制算法之一,SPWM 波用于控制逆变器功率器件的开关时刻。SPWM 技术最初是用模拟电路构成三角波和正弦波发生电路,接着用比较器来确定他们的交点,这种实现方法电路复杂,精度较差。后来人们采用单片机来实现,但由于单片机在硬件计算速度和算法计算量方面的局限,往往无法兼顾计算的精度和速度。由于DSP 具有强大的运算能力,能够完全兼顾控制的精度和速度,越来越多的应用选择使用DSP。用DSP 产生多相正弦波有多种方法，如采用D/A 转换器，使用DSP 外接D/A 转换器可以输出频率较高的正弦波，但是这种方法浪费硬件资源，因为需要几相正弦波就需要几个D/A 转换器，而且在每次计算每个D/A 采样点的正弦值时都需要占用CPU,不利于系统整体性能的提高。TMS320F2812 是TI 公司推出的用于工业控制的新型32 位定点DSP，最高主频150MHz，拥有丰富的外设，利用其内部硬件电路---事件管理器模块中的全比较单元，采用SPWM

算法，可以非常方便的产生高精度的、实时性强、可在线调节、带死区控制的三相正弦SPWM 波形，从而实现三相逆变器的SPWM 控制[2]。

2. SPWM 算法原理[3]

PWM 技术利用全控型器件的导通和关断把电压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压、变频控制并且消除谐波,而SPWM 算法是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制技术。 为了得到正弦波，需要输出一组连续的幅值相等而宽度不相等的矩形波，实现过程为：正弦调制波与三角载波相交，交点产生控制功率开关器件的信号，经相应驱动电路来控制功率开关器件的通断，从而得到一系列等幅而且脉冲宽度正比于对应区间正弦波曲线函数值的矩形脉冲，即SPWM

《电机驱动与伺服控制》课程教案

课题 项目二 任务2 认识SPWM调制技术及SPWM逆变器 课时数 2

授课班级 授课时间

授课地点 运动控制实训室 授课形式 理实一体

其他资源 多媒体PPT、PLC变频器综合实训装置、动画、图片、微课、教学录像、PLC和变频器说明书、国家标准。

教学目标 知识目标 电力电子器件（MOS管、IGBT管及IPM）及SPWM调制技术；

技能目标 会识别IGBT管、IPM以及测试是否完好；

素养目标 安全生产、环保节能、团队合作。

教学重点 电力电子器件（MOS管、IGBT管及IPM）及SPWM调制技术

教学难点 会识别IGBT管、IPM以及测试是否完好。

参考教材 黄麟主编，交流调速系统及应用；

教学策略 使用实物教学方法。

环节

（用时） 内容 活动 手段与资源 教师 学生

45分 电力电子器件（MOS管、IGBT管及IPM）及SPWM调制技术 讲解 学习 PPT、动画、图片

20分 会识别IGBT管、IPM以及测试是否完好。 演示 学习 PPT、动画、晶体管参数规格表。

25分 IGBT管、IPM以及测试是否完好。 讲解注意事项，辅导 练习、操作 PPT、动画、晶体管参数规格表。

课后小结