各种PWM控制方法的原理及优缺点
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PWM整流电路及其控制方法引言PWM〔脉宽调制〕技术是一种常用的电磁能源转换技术,广泛应用于各种电力电子设备中。
在电力转换中,如何实现高效率、低功率损失的能源转换一直是研究的热点之一。
PWM整流电路是一种典型的能源转换电路,它通过控制开关器件的导通时间来实现电源直流化的同时降低功率损耗。
本文将介绍PWM整流电路的根本原理、关键元件以及控制方法。
PWM整流电路的根本原理PWM整流电路主要由开关器件、滤波电容、感性元件和控制电路组成。
其根本原理是将输入交流电通过开关器件进行脉宽调制,从而获得平均值等于输出直流电压的脉冲电流。
通过滤波电容以及感性元件对脉冲电流进行平滑处理,得到稳定的直流输出电压。
开关器件的选择在PWM整流电路中,开关器件是实现脉宽调制的关键部件。
常见的开关器件有MOSFET〔金属氧化物半导体场效应晶体管〕和IGBT〔绝缘栅双极型晶体管〕两种。
MOSFET具有开关速度快、损耗小的特点,适用于低功率应用;而IGBT那么适用于高功率应用,具有较高的承受电压和电流能力。
滤波电容和感性元件滤波电容和感性元件是PWM整流电路中的关键元件,它们的作用是对脉冲电流进行平滑处理。
滤波电容可以存储电荷并平滑输出电流,而感性元件那么可以平滑输出电压。
合理选择滤波电容和感性元件的值可以在保证输出电压稳定的同时减小纹波电流和纹波电压。
控制方法PWM整流电路的控制方法主要有两种:固定频率控制和变频控制。
固定频率控制是指在整个转换过程中,开关器件的频率保持不变。
这种控制方法简单可靠,但效率较低。
变频控制是根据输出电压的需求,自适应地改变开关器件的频率,以提高整流效率。
变频控制方法相对复杂,但具有较高的效率和稳定性。
控制电路设计PWM整流电路的控制电路设计是实现控制方法的关键。
控制电路主要包括PWM生成电路和反响控制电路。
PWM生成电路负责生成脉宽信号,控制开关器件的导通时间;反响控制电路用于检测输出电压,并根据检测结果调整PWM信号以实现稳定的输出电压控制。
脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM),是英文“Pulse Width Modulation”的缩写,简称脉宽调制,是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
目录简介基本原理具体过程脉冲宽度调制优点控制方法等脉宽PWM法随机PWMSPWM法等面积法硬件调制法软件生成法自然采样法规则采样法低次谐波消去法梯形波与三角波比较法线电压控制PWM马鞍形波与三角波比较法单元脉宽调制法电流控制PWM滞环比较法三角波比较法预测电流控制法空间电压矢量控制PWM矢量控制PWM直接转矩控制PWM非线性控制PWM谐振软开关PWM脉冲宽度调制相关应用领域具体应用简介PWM软件法控制充电电流PWM在推力调制中的应用在LED中的应用简介基本原理具体过程脉冲宽度调制优点控制方法等脉宽PWM法随机PWMSPWM法等面积法硬件调制法软件生成法自然采样法规则采样法低次谐波消去法梯形波与三角波比较法线电压控制PWM马鞍形波与三角波比较法单元脉宽调制法电流控制PWM滞环比较法三角波比较法预测电流控制法空间电压矢量控制PWM矢量控制PWM直接转矩控制PWM非线性控制PWM谐振软开关PWM脉冲宽度调制相关应用领域具体应用简介PWM软件法控制充电电流PWM在推力调制中的应用在LED中的应用脉冲宽度调制是一种模拟控制方式,其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置,来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变,这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定,是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。
由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。
pwm基本原理一、引言PWM(Pulse Width Modulation)是一种通过调整脉冲信号的宽度来控制电路的一种技术。
在电子领域中,PWM广泛应用于数字调光、电机调速、音频处理等领域。
本文将从基本原理、应用场景和实现方法三个方面对PWM进行深入探讨。
二、基本原理PWM的基本原理是通过改变脉冲信号的占空比来实现电路的控制。
占空比(Duty Cycle)是指高电平信号在一个周期内所占的时间比例。
通过改变占空比,可以调整电路的输出功率或者亮度。
三、应用场景PWM广泛应用于各种电子设备中,下面将介绍几个常见的应用场景。
3.1 数字调光PWM在LED照明领域中得到广泛应用。
通过改变LED的亮度,可以实现不同场景下的照明要求。
PWM调光具有调节范围广、响应快的特点,能够实现平滑的亮度调节效果。
3.2 电机调速控制PWM在电机调速控制中也非常重要。
通过改变电机的供电脉冲宽度,可以控制电机的转速。
通过调整脉冲信号的占空比,可以实现电机的高精度控制。
3.3 音频处理PWM在音频领域中也有广泛应用。
通过调整脉冲信号的占空比,可以实现音频信号的调制。
PWM音频处理具有高保真度、低失真的优点,被广泛应用于音响设备中。
四、实现方法PWM的实现方法多种多样,下面将介绍几种常见的实现方法。
4.1 555定时器555定时器是一种常用的PWM生成器。
通过改变定时器的电阻和电容值,可以调整脉冲信号的周期和占空比。
555定时器具有结构简单、稳定可靠的特点,被广泛应用于PWM电路的设计中。
4.2 AVR单片机AVR单片机是一种常见的PWM控制器。
通过配置单片机的定时器/计数器模块,可以实现PWM信号的生成。
AVR单片机具有灵活性高、控制精度好的特点,适用于各种复杂的PWM控制场景。
4.3 离散逻辑门电路除了定时器和单片机,还可以使用离散逻辑门电路实现PWM功能。
通过组合门电路的输入,可以实现不同占空比的脉冲信号。
离散逻辑门电路具有成本低、可扩展性强的特点,适用于一些简单的PWM控制需求。
一、引言PWM开关稳压或稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件的导通脉冲宽度,使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。
PWM的开关频率一般为恒定,控制取样信号有:输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。
由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统,实现稳压、稳流及恒定功率的目的,同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁、均流等功能。
对于定频调宽的PWM闭环反馈控制系统,主要有五种PWM反馈控制模式。
下面以VDMOS开关器件构成的稳压正激型降压斩波器为例说明五种PWM反馈控制模式的发展过程、基本工作原理、详细电路原理示意图、波形、特点及应用要点,以利于选择应用及仿真建模研究。
二、开关电源PWM的五种反馈控制模式1. 电压模式控制PWM (VOLTAGE-MODE CONTROL PWM):如图1所示为BUCK降压斩波器的电压模式控制PWM反馈系统原理图。
电压模式控制PWM是六十年代后期开关稳压电源刚刚开始发展起就采用的第一种控制方法。
该方法与一些必要的过电流保护电路相结合,至今仍然在工业界很好地被广泛应用。
电压模式控制只有一个电压反馈闭环,采用脉冲宽度调制法,即将电压误差放大器采样放大的慢变化的直流信号与恒定频率的三角波上斜波相比较,通过脉冲宽度调制原理,得到当时的脉冲宽度,见图1A中波形所示。
逐个脉冲的限流保护电路必须另外附加。
主要缺点是暂态响应慢。
当输入电压突然变小或负载阻抗突然变小时,因为有较大的输出电容C及电感L相移延时作用,输出电压的变小也延时滞后,输出电压变小的信息还要经过电压误差放大器的补偿电路延时滞后,才能传至PWM比较器将脉宽展宽。
这两个延时滞后作用是暂态响应慢的主要原因。
图1A电压误差运算放大器(E/A)的作用有三:①将输出电压与给定电压的差值进行放大及反馈,保证稳态时的稳压精度。
pwm的工作原理PWM的全称是Pulse Width Modulation,中文意思是脉宽调制。
它是一种通过改变脉冲信号的宽度来传输信息的调制方式。
在现代电子技术中,PWM被广泛应用于电力电子、通信、自动控制等领域。
本文将介绍PWM的工作原理及其在实际应用中的特点和优势。
PWM的工作原理。
PWM的工作原理可以简单描述为通过改变脉冲信号的占空比来控制电路的输出。
在一个完整的PWM周期内,包括一个固定频率的周期性脉冲信号和一个可变的占空比。
占空比是指脉冲信号中高电平时间占整个周期的比例,通常用百分比表示。
在PWM信号中,当占空比为50%时,表示高电平和低电平的时间相等,这时电路的输出为中间值。
当占空比小于50%时,高电平时间减少,电路的输出信号会相应减小;反之,当占空比大于50%时,高电平时间增加,电路的输出信号会相应增大。
通过调整占空比,可以实现对电路输出的精确控制。
PWM的实现方式。
PWM信号的生成可以通过硬件电路或者软件算法来实现。
在硬件电路中,常用的方法是利用定时器来生成固定频率的脉冲信号,然后通过比较器来调整占空比。
而在软件算法中,可以通过程序控制IO口的高低电平来实现PWM信号的输出。
在实际应用中,PWM信号通常用来控制电机的转速、调节LED 的亮度、调节电源的输出等。
例如,通过改变电机驱动器输入的PWM信号占空比,可以实现电机的精确转速调节;通过改变LED驱动电路输入的PWM信号占空比,可以实现LED灯的亮度调节。
PWM的特点和优势。
与传统的模拟调制方式相比,PWM具有以下几点特点和优势:1. 精确控制,通过改变占空比,可以实现对电路输出信号的精确控制,具有较高的分辨率和稳定性。
2. 能效高,PWM信号的平均功率较高,能够提高电路的能效,减小能量损耗。
3. 抗干扰能力强,PWM信号的数字特性使其具有较强的抗干扰能力,能够适应复杂的工作环境。
4. 适应性强,PWM信号可以适用于不同类型的电路和设备,具有较强的通用性和灵活性。
pwm基本原理PWM基本原理。
脉宽调制(PWM)是一种常见的调制技术,它在电子领域中有着广泛的应用。
PWM的基本原理是通过控制信号的占空比来实现对电路的控制,从而实现对电压、电流、功率等参数的精确调节。
本文将介绍PWM的基本原理及其在实际应用中的一些特点和优势。
首先,PWM的基本原理是利用脉冲信号的高电平时间占整个周期的比例来控制输出。
当高电平时间占比较大时,输出信号的平均值也相应增大;反之,当高电平时间占比较小时,输出信号的平均值减小。
这种通过改变占空比来控制输出的方式,使得PWM技术在电子调节中得到了广泛应用。
其次,PWM技术在实际应用中有着诸多优势。
首先,PWM技术可以实现对电路的精确控制,能够在不同的工作条件下保持稳定的输出。
其次,PWM技术可以实现高效的能量转换,能够减小能量损耗,提高系统的效率。
此外,PWM技术还具有抗干扰能力强、响应速度快等特点,适用于各种复杂的控制系统。
在实际应用中,PWM技术被广泛应用于电力电子领域。
例如,PWM技术可以用于直流电机的调速控制,通过改变PWM信号的占空比,可以实现对电机转速的精确控制。
此外,PWM技术还可以用于逆变器的控制,实现对交流电的变换和调节。
除此之外,PWM技术还被应用于照明领域。
采用PWM技术可以实现对LED灯的亮度调节,通过改变PWM信号的占空比,可以实现对LED灯的亮度精确控制,实现节能和环保的目的。
总之,PWM技术作为一种重要的调制技术,在电子领域中有着广泛的应用。
通过控制信号的占空比,可以实现对电路的精确控制,具有高效能量转换、抗干扰能力强等优势,适用于各种复杂的控制系统。
在电力电子和照明领域,PWM技术都有着重要的应用价值,对于提高系统的效率、节能环保等方面都具有积极的作用。
希望本文对PWM技术的基本原理和应用有所帮助,谢谢阅读!。
PWM温控方案PWM温控方案(Pulse Width Modulation Temperature Control Scheme)是一种常见的温度调控方法,通过调节脉冲宽度来控制输出功率,从而实现对温度的精确控制。
本文将介绍PWM温控方案的原理、应用及其优缺点。
一、原理PWM温控方案的原理基于脉冲宽度调制技术,即通过改变脉冲的宽度来控制输出信号的占空比。
在温度调控中,PWM方案通过改变控制信号的占空比来控制加热器的工作时间。
占空比越高,加热器工作时间越长,温度上升越快;反之,温度下降速度会增加。
二、应用PWM温控方案在许多领域得到广泛应用,以下列举几个常见的应用场景:1. 电子设备散热控制:例如计算机、手机等电子设备,在高负荷运行时会产生大量热量,通过PWM温控方案可以实现精确的散热控制,避免设备过热而引发故障。
2. 温室控温:在温室种植中,温度对植物的生长非常重要。
PWM温控方案可以帮助维持恰当的温度,在不同的生长阶段提供适宜的温度环境,促进植物的生长发育。
3. 工业生产过程控制:许多工业生产过程需要在特定温度下进行,例如炼油、塑料加工等。
通过PWM温控方案,可以精确控制加热设备,确保生产过程稳定和产品质量。
三、优缺点PWM温控方案具有以下优点:1. 精确控制:通过改变脉冲宽度,PWM温控方案可以实现对温度的精确控制,适用于需要高度稳定的温度环境。
2. 节能高效:与传统的开关控制相比,PWM温控方案可以根据实时需求自动调整加热器的工作时间,从而提高能源利用效率。
3. 可靠性高:PWM温控方案具有较高的稳定性和可靠性,可以适应长时间运行的需求。
然而,PWM温控方案也存在一些缺点:1. 噪声干扰:PWM温控方案在调节过程中会产生脉冲信号,可能引起电磁干扰,对某些敏感设备或场景造成影响。
2. 电路复杂性:与传统的温度调控方法相比,PWM温控方案需要较为复杂的电路设计和控制算法,需要较高的技术要求。
3. 系统响应速度:由于PWM温控方案需要不断调整脉冲宽度,系统响应速度相对较慢,不适用于某些对温度快速变化要求较高的场景。
pwm控制led亮度的原理和方法以PWM控制LED亮度的原理和方法引言:在电子设备中,LED广泛应用于各种场景,如显示屏、照明等。
而控制LED的亮度是一项重要的任务。
本文将介绍使用PWM(脉宽调制)控制LED亮度的原理和方法。
一、PWM控制LED亮度的原理PWM是一种通过改变信号的占空比来控制电路输出的方法。
在LED控制中,通过改变LED的驱动电流来控制亮度。
而PWM控制LED亮度的原理就是通过改变PWM信号的占空比来改变驱动电流的平均值,从而控制LED的亮度。
PWM信号是一种周期性的方波信号,其周期T可以根据需要调节。
占空比D定义为PWM信号高电平的占比,即高电平时间TH与周期T的比值。
通过改变占空比D,可以改变PWM信号的高电平时间,进而改变驱动电流的平均值。
驱动电流的平均值与LED的亮度成正比。
当PWM信号的占空比D 较小时,驱动电流的平均值较小,LED的亮度较暗;当PWM信号的占空比D较大时,驱动电流的平均值较大,LED的亮度较亮。
二、PWM控制LED亮度的方法PWM控制LED亮度的方法主要有以下几种:1. 使用PWM芯片控制:在一些需要频繁调节LED亮度的场景中,可以使用专门的PWM芯片来控制。
这种方法需要外接PWM芯片,通过设置相关寄存器来控制PWM信号的占空比。
通过改变占空比,来改变驱动电流的平均值,从而控制LED的亮度。
2. 使用单片机控制:在一些需要程序化控制的场景中,可以使用单片机来控制PWM信号。
单片机具有较强的计算和控制能力,可以根据需要编写程序来控制PWM信号的占空比。
通过改变占空比,来改变驱动电流的平均值,从而控制LED的亮度。
3. 使用专用LED驱动芯片控制:在一些大规模LED灯光控制系统中,常常使用专用的LED驱动芯片来控制。
这些驱动芯片内部集成了PWM控制电路,可以直接通过设置相关寄存器来控制PWM信号的占空比。
通过改变占空比,来改变驱动电流的平均值,从而控制LED的亮度。
pwm控制的工作原理
PWM(脉宽调制)是一种控制信号的技术,它通过控制信号
的脉冲宽度的长短来实现对输出信号的调节。
PWM常用于控
制电机的速度、改变LED的亮度等电子设备中。
PWM的工作原理是根据输出信号的周期和脉冲宽度比例来控
制电路的开关状态。
具体步骤如下:
1. 设定周期:首先确定输出信号的周期,即一个完整的脉冲周期的时间。
2. 设定脉冲宽度:根据需要调节输出信号的幅度,即控制电路的开关状态的时间。
3. 脉冲生成:利用计时器或特殊的PWM芯片,根据设定的周
期和脉冲宽度来生成PWM信号。
4. 输出控制:将PWM信号通过电流放大器等电路输出给目标
设备,实现对设备的控制。
在PWM信号中,脉冲宽度占整个周期的比例决定了输出信号
的强度或工作状态。
脉冲宽度比例越大,输出信号越强;脉冲宽度比例越小,输出信号越弱。
优点是PWM控制方式可以实现模拟信号的输出,而不需要使
用模数转换器。
另外,由于脉冲宽度的变化可以通过改变开关频率来实现,因此PWM可以很好地适应不同频率范围的应用。
总之,PWM控制的工作原理是根据周期和脉冲宽度比例来控制输出信号的强度或工作状态,通过改变脉冲宽度比例来实现对电子设备的精确控制。
pwm互补电路PWM互补电路引言:PWM(Pulse Width Modulation)互补电路是一种常用的电子电路,用于控制电机或其他负载的转速和输出功率。
本文将介绍PWM互补电路的工作原理、应用领域以及优缺点。
一、PWM互补电路的工作原理PWM互补电路通过改变信号的占空比来控制输出电压的大小。
在PWM信号的高电平期间,开关S1导通,输出电压为正;在低电平期间,开关S2导通,输出电压为负。
通过不断改变S1和S2的导通时间,可以实现对输出电压的精确控制,从而达到控制转速和输出功率的目的。
二、PWM互补电路的应用领域1. 电机控制:PWM互补电路广泛应用于电机控制领域。
通过调整PWM信号的占空比,可以精确控制电机的转速。
在一些需要变速运转的设备中,如风扇、空调压缩机等,PWM互补电路可以提供高效、精确的转速控制。
2. 光照控制:PWM互补电路还可以应用于照明系统中。
通过调整PWM信号的占空比,可以控制LED灯的亮度。
这种方式不仅可以实现调光效果,还可以节省能源。
3. 电源控制:PWM互补电路也被广泛应用于电源控制领域。
通过改变PWM信号的占空比,可以实现对输出电压的精确调节,从而保证电子设备的稳定工作。
三、PWM互补电路的优缺点1. 优点:a. 精确控制:PWM互补电路可以通过调整占空比来精确控制输出电压的大小,从而实现对负载的精确控制。
b. 高效性能:PWM互补电路具有高效的能量转换特性,能够在不同负载情况下提供稳定输出电压。
c. 简单可靠:PWM互补电路的结构相对简单,可靠性高,故障率低。
2. 缺点:a. 电磁干扰:PWM互补电路在工作过程中会产生高频脉冲信号,可能会对周围的电子设备产生电磁干扰。
b. 效率损耗:PWM互补电路在工作过程中需要频繁地开关,会产生一定的功率损耗。
结论:PWM互补电路是一种常用的电子电路,通过改变信号的占空比来控制输出电压的大小,广泛应用于电机控制、照明系统和电源控制等领域。
引言采样控制理论中有一个重要结论: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。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。
PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用。
随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展。
到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法。
1相电压控制PWM1.1等脉宽PWM法[1]VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。
等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种。
它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路结构,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量。
1.2随机PWM在上世纪70年代开始至上世纪80年代初,由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管,载波频率一般不超过5kHz,电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。
为求得改善,随机PWM方法应运而生。
其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中,各频率能量分布是均匀的),尽管噪音的总分贝数未变,但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。
正因为如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率必须限制在较低频率的场合,随机PWM仍然有其特殊的价值;另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率,随机PWM技术正是提供了一个分析、解决这种问题的全新思路。
1.3SPWM法SPWM(Sinusoidal PWM)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。
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。
其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波。
但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制。
1.3.3软件生成法由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易,因此,软件生成法也就应运而生。
软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法,其有两种基本算法,即自然采样法和规则采样法。
1.3.3.1自然采样法[2]以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法。
其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计算繁琐,难以实时控制。
1.3.3.2规则采样法[3]规则采样法是一种应用较广的工程实用方法,一般采用三角波作为载波。
其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SPWM法。
当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样。
当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称,这种方法称为非对称规则采样。
规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦。
其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小。
以上两种方法均只适用于同步调制方式中。
1.3.4低次谐波消去法[2]低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法。
其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开,表示为u(ωt)=ansinnωt,首先确定基波分量a1的值,再令两个不同的an=0,就可以建立三个方程,联立求解得a1,a2及a3,这样就可以消去两个频率的谐波。
该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波,但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大,而且同样存在计算复杂的缺点。
该方法同样只适用于同步调制方式中。
1.4梯形波与三角波比较法[2]前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的,从而忽视了直流电压的利用率,如SPWM法,其直流电压利用率仅为86.6%。
因此,为了提高直流电压利用率,提出了一种新的方法——梯形波与三角波比较法。
该方法是采用梯形波作为调制信号,三角波为载波,且使两波幅值相等,以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制。
由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时,其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值,从而可以有效地提高直流电压利用率。
但由于梯形波本身含有低次谐波,所以输出波形中含有5次、7次等低次谐波。
2线电压控制PWM前面所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时,都是对三相输出相电压分别进行控制的,使其输出接近正弦波,但是,对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载,逆变器输出不必追求相电压接近正弦,而可着眼于使线电压趋于正弦。
因此,提出了线电压控制PWM,主要有以下两种方法。
2.1马鞍形波与三角波比较法马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入PWM方式(HIPWM),其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波,调制信号便呈现出马鞍形,而且幅值明显降低,于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下,可以使基波幅值超过三角波幅值,提高了直流电压利用率。
在三相无中线系统中,由于三次谐波电流无通路,所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波[4]。
除了可以注入三次谐波以外,还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他波形,这些信号都不会影响线电压。
这是因为,经过PWM 调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波,但在合成线电压时,各相电压中的这些谐波将互相抵消,从而使线电压仍为正弦波。
2.2单元脉宽调制法[5]因为,三相对称线电压有Uuv+Uvw+Uwu=0的关系,所以,某一线电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和。
现在把一个周期等分为6个区间,每区间60°,对于某一线电压例如Uuv,半个周期两边60°区间用Uuv本身表示,中间60°区间用-(Uvw+Uwu)表示,当将Uvw和Uwu作同样处理时,就可以得到三相线电压波形只有半周内两边60°区间的两种波形形状,并且有正有负。
把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号,载波仍用三角波,并把各区间的曲线用直线近似(实践表明,这样做引起的误差不大,完全可行),就可以得到线电压的脉冲波形,该波形是完全对称,且规律性很强,负半周是正半周相应脉冲列的反相,因此,只要半个周期两边60°区间的脉冲列一经确定,线电压的调制脉冲波形就唯一地确定了。
这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号,但由于已知三相线电压的脉冲工作模式,就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了。
该方法不仅能抑制较多的低次谐波,还可减小开关损耗和加宽线性控制区,同时还能带来用微机控制的方便,但该方法只适用于异步电动机,应用范围较小。
3电流控制PWM电流控制PWM的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号,把实际的电流波形作为反馈信号,通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断,使实际输出随指令信号的改变而改变。
其实现方案主要有以下3种。
3.1滞环比较法[4]这是一种带反馈的PWM控制方式,即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器,得出相应桥臂开关器件的开关状态,使得实际电流跟踪给定电流的变化。
该方法的优点是电路简单,动态性能好,输出电压不含特定频率的谐波分量。
其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音,和其他方法相比,在同一开关频率下输出电流中所含的谐波较多。
3.2三角波比较法[2]该方法与SPWM法中的三角波比较方式不同,这里是把指令电流与实际输出电流进行比较,求出偏差电流,通过放大器放大后再和三角波进行比较,产生PWM波。
此时开关频率一定,因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点。
但是,这种方式电流响应不如滞环比较法快。
3.3预测电流控制法[6]预测电流控制是在每个调节周期开始时,根据实际电流误差,负载参数及其它负载变量,来预测电流误差矢量趋势,因此,下一个调节周期由PWM产生的电压矢量必将减小所预测的误差。
该方法的优点是,若给调节器除误差外更多的信息,则可获得比较快速、准确的响应。
目前,这类调节器的局限性是响应速度及过程模型系数参数的准确性。
4空间电压矢量控制PWM[7]空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法。
它以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关,形成PWM波形。