PWM控制及SPWM波的生成

　　1、PWM控制的基本原理

　　PWM（PulseWidthModulation）控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術。即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要的波形。PWM控制技術在逆變電路中的應用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻，PWM控制技術在逆變電路中的應用也最具代表性。

　　面積等效原理是PWM控制技術的重要理論基礎，即在采樣控制中，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。其中，沖量指的是窄脈沖的面積；效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。如圖1.1.1（1）所示，三個窄脈沖形狀不同，但是它們的面積都等于1，當它們分別加在如圖1.1.1（2）（a）所示的R-L電路上時，并設其電流i（t）為電路的輸出，則其輸出響應波形基本相同且如圖1.1.1（2）（b）所示。

　　2、SPWM法的基本原理

　　脈沖幅值相等而脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而正弦波等效的PWM波稱為SPWM（sinusoidalPWM）波形。

　　如圖1.1.2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個彼此相連的脈沖序列所組成的波形，這些脈沖寬度都等于N/?，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是按正弦規(guī)律變化的曲線。如果把這些脈沖序列用相同數(shù)量的等幅值而不等寬的矩形脈沖來代替，使矩形脈沖的中點和相應的正弦波部分中點重合，且使矩形脈沖和相應的正弦波部分面積相等，則可得圖所示的矩形脈沖序列，這就是SPWM波形。

　　3、規(guī)則采樣法

　　SPWM的控制就是根據(jù)三角載波與正弦調制波的交點來確定逆變器功率開關器件的通斷時刻。規(guī)則采樣法是一種應用較廣的工程實用方法，一般采用三角波作為載波，其原理就是用三角波對正弦波進行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點時刻控制開關器件的通斷，從而實現(xiàn)SPWM法。當三角波只在其頂點（或底點）位置對正弦波進行采樣時，由階梯波與三角波的交點所確定的脈寬，在一個載波周期（即采樣周期）內的位置是對稱的，這種方法稱為對稱規(guī)則采樣其原理如圖1.1.3所示。

　　單極性和雙極性PWM控制逆變電路分析

　　電路如圖1.2所示，該電路工作時，1V和2V通斷互補，3V和4V也通斷互補，如在ou正半周，1V導通，2V關斷，3V和4V交替通斷，且負載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負。在ou的負半周，讓2V保持通態(tài)，1V保持斷態(tài)，3V和4V交替通斷，負載電壓ou可以得到-dU和零兩種電平。

　　1、單極性PWM控制方式

　　如圖1.2.1所示，調制信號ru為正弦波，載波cu在ru的正半周為正極性的三角波，在ru的負半周為負極性的三角波。a）在ru的正半周時，1V保持通態(tài)，2V保持斷態(tài)，當ru》cu時，使4V導、3V關斷，ou=dU。當ru《cu時，使4V關斷、3V導通，ou=0。b）在ru的負半周時，1V保持斷態(tài)，2V保持通態(tài)。當ru《cu時，使3V導通、4V關斷，ou=-dU。當ru》cu時，使3V關斷、4V導通，ou=0。

　　1.1單極性PWM控制方式

　　如圖1.2.1所示，調制信號ru為正弦波，載波cu在ru的正半周為正極性的三角波，在ru的負半周為負極性的三角波。a）在ru的正半周時，1V保持通態(tài)，2V保持斷態(tài)，當ru》cu時，使4V導、3V關斷，ou=dU。當ru《cu時，使4V關斷、3V導通，ou=0。b）在ru的負半周時，1V保持斷態(tài)，2V保持通態(tài)。當ru《cu時，使3V導通、4V關斷，ou=-dU。當ru》cu時，使3V關斷、4V導通，ou=0。

　　1.2雙極性PWM控制方式

　　如圖1.2.2所示，在調制信號ru和載波信號cu的交點的時刻控制各個開關器件的通斷。

　　a）在ru的半個周期內，三角波載波有正有負，所得的PWM波也有正有負，在ru的一個周期內，輸出的PWM波只有±dU兩種電平。b）在ru的正負半周，對各個開關器件的控制規(guī)律相同。當ru》cu時，1V和4V導通，2V和3V關斷，這時如果oi》0，則1V和4V導通，如果oi《0，則1VD和4VD導通，但不管那種情況都是ou=dU。當ru《cu時，2V和3V導通，1V和4V關斷，這時如果oi《0，則2V和3導通，如果oi》0，則2VD和3VD導通，但是不管哪種情況都是ou=-dU。