[2015-16-22]第7章 PWM控制技术

√在负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo=Ud; V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0。 √在负载电流为负的区间，仍为V1和V4导通时，因io为负，故io实际上 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总可以得到Ud和零两种电平。
m
1 tm V1m sin tdt VD
1 m tm V1m sin tdt VD ★
v (t )
v ( t ) V1m sin t
1 2 3 4 5 9 10
0
vab (t )
Vd

6 7 8 9
2
10

10
1
3 5 7 10 10 10 2 3 4
fc f ＝ c fr f0
vc , fc
O
d2 d1 d4 d3 d 10 d 11 d 12
N
fc 14, P 6 fr
vr , f r

t
2
由正弦波 vr ( f r ) 与三角波vc ( f c ) 的交点所确定的 等幅多脉冲电压vab , 各段脉宽按正弦变化， vab 仅含基波v1，f1＝f r 和 与开关频率f c 相当的高次谐波。
（b）由
vc ,vr
相交确定开关点
vab
Vd I M
3 4 5 6 1 12
若v rm v cm，则v1m＝
v rm VD v cm
i
O
2
(d)SPWM电压


t
调制比: M 载波比: N
v rm v cm fc f ＝ c fr f0
■三相桥式PWM逆变电路（调制法）
uo Ud
u of
uo
t
O
-Ud
t
图 单极性PWM控制方式波形
图 双极性PWM控制方式波形
对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调制，也 可采用双极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不同，它们 的输出波形也有较大的差别。
■PWM调制方式可分为异步调制和同步调制两种。
载波比 : N
2
v1
t
t 180o 方波
Ton T
Ton
S4
2
X-Axis
T
vo
(c) 宽度
基本逆变电路
VD
0
逆变器自身控制方案
t
T/2 T
t

PWM输出电压波形

单相桥式PWM逆变电路
■单相桥式PWM逆变电路 （调制法） ◆电路工作过程 ☞工作时V1和V2通断互 补，V3和V4通断也互补， 比如在uo正半周，V1导通， V2关断，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。
★1.
PWM控制的基本原理 面积等效原理
形状不同而冲量相等的窄脉冲加在具有惯性的 环节上时，其效果基本相同。 冲量 窄脉冲的面积 环节的输出响应波形基本相同
f (t) f (t) d (t)
效果基本相同
f (t) f (t)
O
t t O t O c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数 a)矩形脉冲 b)三角形脉冲 图： 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 t O
m
i(t)
vab(t)
1 tm V1m sin tdt VD 1 m tm V1m sin tdt VD
PWM (Pulse Width Modulation)--------脉宽调 制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制， 来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值)。
■PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电 路的影响也最为深刻，现在大量应用的逆变电路中，绝 大部分都是PWM型逆变电路。
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1. PWM控制的基本原理
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
u
SPWM波
ωt
u
O
>
O
> ωt
u
O
ωt
>
PWM波形可分为等幅 PWM波和不等幅PWM 波两种.
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
u uc ur
O
t
uo u of
uo Ud O -U d
t
17/60 图7-5 单极性PWM控制方式波形
双极性PWM控制方式
◆双极性PWM控制方式 ☞在调制信号ur和载波 信号uc的交点时刻控制各 开关器件的通断。 ☞在ur的半个周期内， 三角波载波有正有负，所 得的PWM波也是有正有 负，在ur的一个周期内， 输出的PWM波只有±Ud 两种电平。
第7章 PWM控制技术
7.1 PWM控制的基本原理 7.2 PWM逆变电路及其控制方法 7.3 PWM跟踪控制技术 7.4 PWM整流电路及其控制方法
引言
■PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽 ★ 度进行调制的技术，即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5章的直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术，第6 章中涉及到PWM控制技术的地方有两处，一处是第6.1 节中的斩控式交流调压电路，另一处是第6.4节矩阵式变 频电路。
V1m sin t i
△t期间

Vd
i
△t
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2）调制法
■调制法 ★ ◆把希望输出的波形作为调 制信号，把接受调制的信号作 为载波，通过信号波(对载波) 的调制得到所期望的PWM波 形。 ◆通常采用等腰三角波或锯 齿波作为载波，其中等腰三角 波应用最多。 ◆正弦波脉宽调制SPWM控 制是采用一个正弦波与三角波 相交的方案确定各分段矩形脉 冲的宽度。
V1m
2
7 8 9 10
αK
(a)
1 2 3 4 5
DK
7 8 9
0 1 2 3
0 1 2 3
(a)正弦电压
(a)正弦电压
7 8 9 4 5 (b) 2 1
4 5 2 1
(b)

2
2
TK K V1m TS S VD
7.1 PWM控制的基本原理
■面积等效原理 ◆实例 ☞将图7-1a、b、c、d所示的脉冲作为输入，加在图7-2a所示的R-L电路上， 设其电流i(t)为电路的输出，图7-2b给出了不同窄脉冲时i(t)的响应波形。
图7-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图7-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
冲量等效原理
uo Ud
O u of uo
t
当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给
V1和V4关断信号。 如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和 VD3通，uo=-Ud 。
t
-Ud
图 双极性PWM控制方式波形
第四节
脉宽调制型（PWM)逆变电路
u O
uc
ur
u
ur
uc
t
uo uof
O
t
uo Ud O -Ud
（双极性SPWM + 控制）
正弦波
三角波
vr vc
+ -
Vg
-1
Vg1 ,Vg4 (T1 ,T4 )
★
(b)驱动信号生成电路
Vg 2 ,Vg 3 (T2 ,T3 )
u
ur
uc
当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给
O
V2和V3关断信号。
如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和 VD4通， uo=Ud 。
图7－17 单相桥式PWM逆变电路
下面以单相桥式逆变电路 和三相桥式逆变电路为例， 介绍脉宽调制方法。
图：单相桥式PWM逆变电路
图：三相桥式PWM逆变电路
单相桥式逆变电路
vo
A S1 S3
v1
C
E
vo
v0
C D
L C
v1
R
0
D
vo
T 2

X-Axis (b)
t
t
VD
S2 B
VD
0
vo
180 o 方波
u ur uc
点时刻控制器件的通断。
ur正负半周，对各开关器件的控制规 律相同。
正弦波
O
t
uof uo
三角波
vr vc
+
+ -1
uo Ud
Vg
Vg1 ,Vg4 (T1 ,T4 )
O -Ud
t
(b)驱动信号生成电路
Vg 2 ,Vg 3 (T2 ,T3 )
图双极性PWM控制方式波形
单相桥式PWM逆变电路
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
u uc ur
O
t
uo u of
uo Ud O -U d
t
16/60 图7-5 单极性PWM控制方式波形
7.2.1 调制法 单极性PWM控制方式
◆★ ☞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。 ☞在ur的负半周，V1保持 断态，V2保持通态。 √当ur<uc时使V3导通，V4 关断， uo=-Ud。 √当ur>uc时使V3关断，V4 导通， uo=0。 表示uo的基波分量
i
i

Vd
正弦电流
i
△t期间
△t期间
正弦等效 窄脉冲 序列
u
△t
△t
u
O
ωt
>
O