56节脉宽调制(PWM)技术-精品文档资料整理.ppt

5.6 PWM控制技术控制技术PWM(Pulse Width Modulation)控制 即脉宽调制技术脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值)地一种技术。第3、4章已涉及到PWM控制，第3章直流斩波电路直流斩波电路采用的就PWM技术；第4章的4.3斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路都涉及到。6-1PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现PWM控制变得十分容易。PWM技术的应用使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。PWM控制技术正是有赖于在逆变电路逆变电路中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术，因此，本章和第5章（逆变电路）相结合，才能使我们对逆变电路有完整地认识。6-25.6.1 PWM控制的控制的基本基本原理原理1、采样控制理论采样控制理论重要理论基础面积等效原理面积等效原理:冲量冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同效果基本相同。冲量冲量窄脉冲的面积。效果基本相同效果基本相同环节的输出响应波形基本相同。图5-22 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f(t)d(t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)低频段非常接近，仅在高频段略有差异。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。6-35-23 冲量相等的各种窄脉冲的响应波形具体的实例说明“面积等效原理面积等效原理”a）惯性电路e(t)是电路的输入，电压窄脉冲。把四种面积相等而形状不同的窄脉冲突加到阻感负载上，得到的电流响应在下降段形状基本相同。i(t)输出电流，是电路的响应。b)响应波形6-4图5-22 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f(t)d(t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)如果负载希望逆变器输出的是正弦半波，并且可以改变电压如果负载希望逆变器输出的是正弦半波，并且可以改变电压和频率。和频率。6-5如何使逆变器输出正弦波？如何使逆变器输出正弦波？根据面积等效原理，在逆变电路中采用，即用等面积的窄脉根据面积等效原理，在逆变电路中采用，即用等面积的窄脉冲列来等效正玄波。冲列来等效正玄波。2、SPWM控制原理控制原理 6-6 1）把把正正弦弦半半波波N等等分分，可可看看成成由由N个个彼彼此此相相连连的的脉脉冲冲序序列列所所组组成成，脉脉冲冲等等宽宽不不等等幅幅，且且脉脉冲冲顶顶部部不不是是水水平平直直线线而而是是曲曲线线；2）把把N等等脉脉冲冲列列用用相相同同数数量量等等幅幅不不等等宽宽而而等等面面积积的的矩矩形形脉脉冲冲代代替替，使使矩矩形形脉脉冲冲的的中中点点和和相相应应正正弦弦等等分分的的中中点点重重合合，让让各各脉脉冲冲按按正正弦弦规规律律变化，就得到变化，就得到 SPWM 波形。波形。OwtUd-Ud对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到SPWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效SPWM波为：OwtUd-Ud根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的双极性SPWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。6-75.6.2 SPWM逆变电路的控制方法逆变电路的控制方法目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术。逆变电路是SPWM控制技术最为重要的应用场合。本节内容构成了本章的主体。SPWM逆变电路也可分为电压型电压型和电流型电流型两种，目前实用的SPWM逆变电路几乎都是电压型电路。6-8计算法根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。6-91.SPWM调制法调制法即把希望输出波形作调制信号，把受调制的信号作为即把希望输出波形作调制信号，把受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到期望的载波，通过信号波的调制得到期望的PWM波。波。通常采用通常采用等腰三角波或锯齿波等腰三角波或锯齿波作为载波。作为载波。等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和高度成线性关系且性关系且左右对称。左右对称。与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点控制器件的通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合的通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求。的要求。当调制信号波为正弦波时，得到的就是当调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM波。波。若调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能若调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时，也能得到等效的得到等效的PWM波。波。6-10调制法图526WM逆变电路6-11正玄波ur是逆变器希望输出的波形。调制波ur和三角载波uc被分别送入比较器。在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。5-26 单极性PWM控制波形6-12调制法正玄波ur是逆变器希望输出的波形，调制波ur和三角载波uc被分别送入比较器。在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。ur正半周正半周，V1保持通通，V2保持断断。当uruc时，比较器输出高电平当uruc时使V4通，V3断，uo=Ud。当uruc时时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如感性负载使io0，VD1和VD4通先续流，当当io降为降为0，续流结束，V1和V4才通，uo=Ud；当当ur0，VD2和VD3通续流，当io0，V2和V3才通，uo=-Ud。图5-30 双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。6-14图5-30 双极性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-UdurucuOwtOwtuouofuoUd-Ud 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。6-15