1、脈沖寬度調(diào)制作者:日期:脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制（PWM,是英文"Pu lse W idth Mod ulat i on”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常 有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。目錄1簡(jiǎn)介2背景介紹3基本原理4諧波頻譜5具體過(guò)程6優(yōu)點(diǎn)7控制方法8應(yīng)用領(lǐng)域9具體應(yīng)用1簡(jiǎn)介脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體管或MOST導(dǎo)通時(shí)間的改變，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信

2、號(hào)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為 電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 已經(jīng)沒(méi)有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無(wú)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將會(huì)成為 PW!控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。2背景介紹隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制P WM脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPW睡、線電壓控制PW晞，而在銀氫電池智 能充電器中采用的脈寬PWMfc，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PW瞰形，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或 占空比可以調(diào)壓，采用 適當(dāng)控制方法

3、即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整 PWM的周期、PWM占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限制。9V電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V,而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類(lèi)似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先 確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在0V, 5 V這一集合中取值。模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì)汽車(chē)收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。 在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。 擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值 變大或變小；流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨

4、之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重（如老式的家庭立體聲設(shè)備 ）和昂貴。模擬電路還有可能?chē)?yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。 模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了 PW1控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更

5、加容易了。3基本原理脈寬調(diào)制（P WM基本原理：控制方式就是對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖 ，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度 進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。? 例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于/ n ,但幅值不等，且脈 沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的

6、矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是PW朦形?？梢钥闯?，各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。 根據(jù)沖量相等效果相同的原理，P W頻形和正弦半波是等效的。對(duì)于正弦的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PW朦形。在PW4波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可，因此在交-直一交變頻器中，整流電路采用不可控的二極管電路即可，P WM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后 ，PWM波形各脈沖的寬度

7、和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各 開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的 PW1波形。下圖為變頻器輸出的PW M波的實(shí)時(shí)波形。PWM?際波形圖（2弓fe）4諧波頻譜假設(shè)SP WMK的載波頻率為fc，基波頻率為fs，f c/f S稱(chēng)為載波比N對(duì)于三相變頻器，當(dāng)N為3的整數(shù)倍時(shí)，輸出不含3次諧波及3的整數(shù)倍諧波。且諧波集中載波頻率整數(shù)倍附近，即諧波次數(shù)為：kfc 土 mfs，k和m為整數(shù)。右圖是基波頻率fs=50H z，載波頻率f c =3kHz，調(diào)制比為0 .8的SPWM的波形及頻譜的Ma tl a b仿真圖。圖中5 8次諧波和6 0次諧波的幅值分別為2 7.8%?口 2 7. 7

8、 %含量最大的諧波為119次和12 1次諧波，諧波幅值分別為39. 1嘛39.3%即最大諧波在兩倍載波頻率附近。PWM測(cè)量裝置（4弓fe）隨著諧波頻率的升高，諧波幅值整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，按照GB/T2267 0變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法的規(guī)定，變頻電量變送器的帶寬應(yīng)該在載波頻率的6倍以上，當(dāng)載波頻率為3 k Hz時(shí)，帶寬至少為18kHz ,實(shí)際使用建議采用30kH z以上帶寬的變頻功率傳感器及變頻功率分析儀。實(shí)際的S PVW波，其載波比不一定為整數(shù)，此時(shí)，為了降低頻譜充tt露，可適當(dāng)增加傅里葉窗口長(zhǎng)度，對(duì)多個(gè)基波周期的PWM進(jìn)行傅里葉變換（FFT或DFT）。5具體過(guò)程脈沖寬度調(diào)制（PW

9、M是一種對(duì)模擬信號(hào) 電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的 電平進(jìn) 行編碼。PWMT號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有（CN）,要么完全無(wú)（OFF）。電壓或電流源是以一種通（ON）或斷（OF F）的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWMS行編碼。多數(shù)負(fù)載（無(wú)論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載）需要的調(diào)制頻率高于10Hz,通常調(diào)制頻率為1kHz到2 0 0kHz之間。許多微控制器內(nèi)部都包含有P W4控制器。例如，M

10、icroch i p公司的PIC1 6 C67內(nèi)含兩個(gè)PW螳制器，每一個(gè)都可以選擇接通時(shí)間和周期。占空比是接 通時(shí)間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行P WMS作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：1、設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的周期2、在P WW控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間3、設(shè)置PW癡出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用I/O管腳4、啟動(dòng)定時(shí)器5、使能P WMS制器如今幾乎所有市售白單片機(jī)都有PW M模塊功能，若沒(méi)有（如早期的8051）,也可以利用定時(shí)器及GPI O 口來(lái)實(shí)現(xiàn)。更為一般的PWMI塊控制流程為（筆 者使用過(guò)T I的2000系列，AVR的Mega系列，TI的LM系列）

11、：1、使能相關(guān)的模塊（PWM莫塊以及對(duì)應(yīng)管腳的GPI O模塊）。2、配置PW M模塊的功能，具體有：:設(shè)置PW噓時(shí)器周期，i參數(shù)決定P WW波形的頻率。：設(shè)置PWM1時(shí)器比較值，該參數(shù)決定PW1波形的占空比。:設(shè)置死區(qū)（deadband）,為避免橋臂的直通需要設(shè)置死區(qū)，一般較高檔的單片機(jī)都有該功能。：設(shè)置故障處理情況，一般為故障是封鎖輸出，防止過(guò)流損壞功率管，故障一般有比較器或ADCE GPIO檢測(cè)。:設(shè)定同步功能，該功能在多橋臂，即多 PWMI塊協(xié)調(diào)工作時(shí)尤為重要。3、設(shè)置相應(yīng)的中斷，編寫(xiě)ISR, 一般用于電壓電流采樣，計(jì)算下一個(gè)周期的占空比，更改占空比，這部分也會(huì)有PI控制的功能。4、使能

12、PW瞰形發(fā)生。6優(yōu)點(diǎn)PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到 被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM!對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn),而且這也是在某些時(shí)候?qū) WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向 PWMT以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)?RCELC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式?？傊?，PWME經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。7控制方法采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論：沖量

13、相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同.PW雕制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的規(guī)則對(duì) 各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率.PW1控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受 電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn).直到進(jìn)入上世紀(jì) 80年代，隨著全控 型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，P WM空制技術(shù)才真正得到應(yīng)用.隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制

14、理論，非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展.到目前為止，已出現(xiàn)了多種PWM!制技術(shù)，根據(jù)PWM!制技術(shù)的特點(diǎn)，到目前為止主要有 以下8類(lèi)方法.等脈寬PWMfcW VF (Variab 1 e Voltage Variable F requency)裝置在早期是采用 PAIM (Pu 1 se Amp 1 i tude Modulati on)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其逆 變器部分只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓.等脈寬PWMfc正是為了克服PAM4的這個(gè)缺點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的，是 PWMfc中最為簡(jiǎn)單的一種.它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PW朦,通過(guò)改變其周期，達(dá)到調(diào)頻的效果

15、。改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化.相對(duì)于PAMS,該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了輸入端的功率因數(shù)，但同時(shí)也存在輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量.隨機(jī)PWM在上世紀(jì)7 0年代開(kāi)始至上世紀(jì)80年代初，由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性 達(dá)林頓三極管，載波頻率一月不超過(guò)5 kHz,電機(jī)繞組的電磁噪音及諧 波造成的振動(dòng)引起了人們的關(guān)注.為求得改善，隨機(jī)PW昉法應(yīng)運(yùn)而生.其原理是隨機(jī)改變開(kāi)關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲(在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的)，盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開(kāi)關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱.正因?yàn)槿绱?/p>

16、，即使在IGBT已被廣泛應(yīng)用的今天，對(duì)于載波頻率必須限制在較低頻率的場(chǎng)合，隨機(jī)PW4仍然有其特殊的價(jià)值；另一方面則說(shuō)明了消除機(jī)械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率，隨機(jī)PWM£術(shù)正是提供了一個(gè)分析，解決這種問(wèn)題的全新思路 .SPW法S PWM(Sinus idal PWM)法是一種比較成熟的，如今使用較廣泛的 PW M法.前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄 脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同的.SP WM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PW超形即SP W朦形控制逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的

17、面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過(guò)改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值.該方法的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方案.等面積法該方案實(shí)際上就是SPW睡原理的直接闡釋?zhuān)猛瑯訑?shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后計(jì)算各脈沖的寬度和間隔，并把這些數(shù)據(jù)存 于微機(jī)中，通過(guò)查表的方式生成PWMt號(hào)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，以達(dá)到預(yù)期的目的.由于此方法是以SPWI控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開(kāi)關(guān)器 件的通斷時(shí)刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在計(jì)算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn).硬件調(diào)制法硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的，其原理就是把所

18、希望的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制得 到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是S PW瞰形.其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和 正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來(lái)確定它們的交點(diǎn)，在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成SPWM波.但是，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制.軟件生成法由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成S PVM波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生.軟件生成法其實(shí)就是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有 兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法.自然采樣法以正弦波為調(diào)制波，等腰三角波為載

19、波進(jìn)行比較，在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，這就是自然采樣法.其優(yōu)點(diǎn)是所得S PWM波形最接近正弦波，但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性，脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程，計(jì)算繁瑣，難以實(shí)時(shí)控制.規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，一般采用三角波作為載波.其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn) SP VM法.當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn)（或底點(diǎn)）位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載 波周期（即采樣周期）內(nèi)的位置是對(duì)稱(chēng)的，這種方法稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣.當(dāng)三角波既在其

20、頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期（此時(shí)為采樣周期的兩倍）內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱(chēng)，這種方法稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣 .規(guī)則采樣法是對(duì)自然采樣法的改進(jìn)，其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡(jiǎn)單，便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算，其中非對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦.其缺點(diǎn)是直流 電壓利用率較低，線性控制范圍較小.以上兩種方法均只適用于同步調(diào)制方式中.低次諧波消去法低次諧波消去法是以消去P WM®形中某些主要的低次諧波為目的的方法.其原理是對(duì)輸出電壓波形按傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)，表示為u （ a t）= a n s inn cot ,首 先確定基波分量al的值，再令兩個(gè)不同的an=

21、0，就可以建立三個(gè)方程，聯(lián)立求解得 a1, a 2及a3,這樣就可以消去兩個(gè)頻率的諧波.該方法雖然可以很好地消除所指定的低次諧波，但是，剩余未消去的較低次諧波的幅值可能會(huì)相當(dāng)大，而且同樣存在計(jì)算復(fù)雜的缺點(diǎn).該方法同樣只適用于同步調(diào)制方式中.梯形波與三角波比較法前面所介紹的各種方法主要是以輸出波形盡量接近正弦波為目的 ，從而忽視了直流電壓的利用率，如 SPVW法，其直流電壓利用率僅為86.6%,因此， 為了提高直流電壓利用率，提出了一種新的方法-梯形波與三角波比較法.該方法是采用梯形波作為調(diào)制信號(hào)，三角波為載波 ，且使兩波幅值相等，以兩波的交 點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷實(shí)現(xiàn)P WM!制.由于當(dāng)梯形

22、波幅值和三角波幅值相等時(shí)，其所含的基波分量幅值已超過(guò)了三角波幅值，從而可以有效地提高直流電壓利用率.但由于梯形波本身含有低 次諧波，所以輸出波形中含有5次,7次等低次諧波.線電壓控制PWM前面所介2S的各種PW1控制方法用于三相逆變電路時(shí)，都是對(duì)三相輸出相電壓分別進(jìn)行控制的，使其輸出接近正弦波，但是，對(duì)于像三相異步電動(dòng)機(jī)這樣的三相無(wú)中線對(duì)稱(chēng)負(fù)載，逆變器輸出不必追求相電壓接近正弦，而可著眼于使線電壓趨于正弦.因此，提出了線電壓控制PWM主要有以下兩種方法.馬鞍形波與三角波比較法馬鞍形波與三角波比較法也就是諧波注入 PW昉式（HI PWM）其原理是在正弦波中加入一定比例的三次諧波，調(diào)制信號(hào)便呈現(xiàn)出

23、馬鞍形，而且幅值明 顯降低，于是在調(diào)制信號(hào)的幅值不超過(guò)載波幅值的情況下，可以使基波幅值超過(guò)三角波幅值，提高了直流電壓利用率.在三相無(wú)中線系統(tǒng)中，由于三次諧波電流無(wú)通路，所以三個(gè)線電壓和線電流中均不含三次諧波4.除了可以注入三次諧波以外，還可以注入其他3倍頻于正弦波信號(hào)的其他波形，這些信號(hào)都不會(huì)影響線電壓.這是因?yàn)椋?jīng)過(guò)PWW調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓也必然包含相應(yīng)的3倍頻于正弦波信號(hào)的諧波，但在合成線電壓時(shí)，各相電壓中的這些諧波將互相抵消，從而使線電壓仍為正弦波.單元脈寬調(diào)制法因?yàn)?，三相?duì)稱(chēng)線電壓有U u v +U vw+Uwu=0勺關(guān)系，所以，某一線電壓任何時(shí)刻都等于另外兩個(gè)線電壓負(fù)值之和

24、.如今把一個(gè)周期等分為6個(gè)區(qū)間，每 區(qū)間60 ° ,對(duì)于某一線電壓例如Uuv,半個(gè)周期兩邊6 0°區(qū)間用Uuv本身表示，中間6 0°區(qū)間用-（Uvw+UwU表示，當(dāng)將U v w和Uwu作同樣處理時(shí)，就可以 得到三相線電壓波形只有半周內(nèi)兩邊 60。區(qū)間的兩種波形形狀，并且有正有負(fù).把這樣的電壓波形作為脈寬調(diào)制的參考信號(hào)，載波仍用三角波，并把各區(qū)間的 曲 線用直線近似（實(shí)踐表明，這樣做引起的誤差不大，完全可行）,就可以得到線電壓的脈沖波形，該波形是完全對(duì)稱(chēng)，且規(guī)律性很強(qiáng)，負(fù)半周是正半周相應(yīng)脈沖列的反相，因此，只要半個(gè)周期兩邊60°區(qū)間的脈沖列一經(jīng)確定，線電壓

25、的調(diào)制脈沖波形就唯一地確定了 .這個(gè)脈沖并不是開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，但由于已知三相 線電壓的脈沖工作模式，就可以確定開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)了.該方法不僅能抑制較多的低次諧波，還可減小開(kāi)關(guān)損耗和加寬線性控制區(qū)，同時(shí)還能帶來(lái)用微機(jī)控制的方便，但該方法只適用于異步電動(dòng)機(jī)，應(yīng)用范圍較小.電流控制PW1電流控制PW1的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號(hào)，把實(shí)際的電流波形作為反饋信號(hào)，通過(guò)兩者瞬時(shí)值的比較來(lái)決定各開(kāi)關(guān)器件的通斷，使實(shí)際輸出隨指令信號(hào)的改變而改變.其實(shí)現(xiàn)方案主要有以下3種.滯環(huán)比較法這是一種帶反饋的PW喀制方式，即每相電流反饋回來(lái)與電流給定值經(jīng)滯環(huán)比較器， 得出相應(yīng)橋臂開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)

26、關(guān)狀態(tài)， 使得實(shí)際電流跟蹤給定電流的 變化.該方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好，輸出電壓不含特定頻率的諧波分量.其缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)頻率不固定造成較為嚴(yán)重的噪音，和其他方法相比 ，在同一開(kāi)關(guān) 頻率下輸出電流中所含的諧波較多.三角波比較法該方法與S PWM法中的三角波比較方式不同，這里是把指令電流與實(shí)際輸出電流進(jìn)行比較，求出偏差電流，通過(guò)放大器放大后再和三角波進(jìn)行比較，產(chǎn) 生p WML此時(shí)開(kāi)關(guān)頻率一定，因而克服了滯環(huán)比較法頻率不固定的缺點(diǎn).但是，這種方式電流響應(yīng)不如滯環(huán)比較法快.預(yù)測(cè)電流控制法預(yù)測(cè)電流控制是在每個(gè)調(diào)節(jié)周期開(kāi)始時(shí)，根據(jù)實(shí)際電流誤差，負(fù)載參數(shù)及其它負(fù)載變量，來(lái)預(yù)測(cè)電流誤差矢量趨勢(shì) ，因此，下

27、一個(gè)調(diào)節(jié)周期由PWM產(chǎn) 生的電壓矢量必將減小所預(yù)測(cè)的誤差.該方法的優(yōu)點(diǎn)是，若給調(diào)節(jié)器除誤差外更多的信息，則可獲得比較快速 ，準(zhǔn)確的響應(yīng).如今，這類(lèi)調(diào)節(jié)器的局限性是響應(yīng)速 度及過(guò)程模型系數(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確性.空間電壓矢量控制PW1空間電壓矢量控制PW1 （SVPW也叫磁通正弦PM法.它以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，用逆變器不同的開(kāi)關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通，由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開(kāi)關(guān)，形成PWM波形.此法從電動(dòng)機(jī)的角度出發(fā)，把逆變器和電機(jī)看作一個(gè)整體，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制，使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)（正弦磁通）.具體方法又分為

28、磁通開(kāi)環(huán)式和磁通閉環(huán)式.磁通開(kāi)環(huán)法用兩個(gè)非零矢量和一個(gè)零矢量合成一個(gè)等效的電壓矢量，若采樣時(shí)間足夠小，可合成任意電壓 矢量.此法輸出電壓比正弦波調(diào)制時(shí)提高15%諧波電流有效值之和接近最小.磁通閉環(huán)式引入磁通反饋，控制磁通的大小和變化的速度.在比較估算磁通和給定磁通后，根據(jù)誤差決定產(chǎn)生下一個(gè)電壓矢量，形成PWM波形.這種方法克服了磁通開(kāi)環(huán)法的不足，解決了電機(jī)低速時(shí)，定子電阻影響大的問(wèn)題，減小了電機(jī)的脈動(dòng)和噪音.但由于未引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本性的改善.矢量才5制PWM矢量控制也稱(chēng)磁場(chǎng)定向控制，其原理是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流I a，Ib及Ic，通過(guò)三相/二相變換，等效成兩

29、相靜止坐標(biāo)系下的交流電流I a 1及Ib1 ,再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1及I t 1（ I ml相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正 比的電樞電流），然后模仿對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制.其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制.通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制.但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際控制效果往往難以達(dá)到理論分析的效果，這是矢量控制技術(shù)在實(shí)踐上的不足 .此 外.它必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈

30、在空間上的位置才能實(shí)現(xiàn)定子電流解耦控制 ，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配置轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器， 這顯然給許多應(yīng)用 場(chǎng)合帶來(lái)不便.直接轉(zhuǎn)矩控制PWM1985年德國(guó)魯爾大學(xué)D epe nbrock教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論（Direct Torque Control簡(jiǎn)稱(chēng)DTC）.直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同，它不是 通過(guò)控制電流，磁鏈等量來(lái)間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來(lái)控制，它也不需要解耦電機(jī)模型，而是在靜止的坐標(biāo)系中計(jì)算電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值 ， 然后，經(jīng)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Ban dBand控制產(chǎn)生PWMt號(hào)對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，從而在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，能方便地實(shí)現(xiàn)

31、無(wú)速度傳感器化，有很快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和很高的速度及轉(zhuǎn)矩控制精度，并以新穎的控制思想，簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展.但直接轉(zhuǎn)矩控制也存在缺點(diǎn)，如逆變器開(kāi)關(guān)頻率的提高有限制.非線性控制PWM單周控制法7 又稱(chēng)積分復(fù)位控制（Integ ration R e se t Con t r ol ,簡(jiǎn)稱(chēng)IR C ）,是一種新型非線性控制技術(shù)，其基本思想是控制開(kāi)關(guān)占空比， 在每個(gè)周期使開(kāi)關(guān)變量的平均值與控制參考電壓相等或成一定比例.該技術(shù)同時(shí)具有調(diào)制和控制的雙重性，通過(guò)復(fù)位開(kāi)關(guān)，積分器，觸發(fā)電路，比較器達(dá)到跟蹤指令信號(hào)的目的.單周控制器由控制器，比較器，積分器及時(shí)鐘組成，其中控制器可以是

32、RS觸發(fā)器，其控制原理如圖1所示.圖中K可以是任何物理開(kāi)關(guān)，也可是其它可轉(zhuǎn)化為開(kāi)關(guān)變量形式的抽象信號(hào).單周控制在控制電路中不需要誤差綜合，它能在一個(gè)周期內(nèi)自動(dòng)消除穩(wěn)態(tài)，瞬態(tài)誤差，使前一周期的誤差不會(huì)帶到下一周期.雖然硬件電路較復(fù)雜，但其克服了傳統(tǒng)的PWM!制方法的不足，適用于各種脈寬調(diào)制軟開(kāi)關(guān)逆變器，具有反應(yīng)快，開(kāi)關(guān)頻率恒定，魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，此外，單周控制還能優(yōu)化系統(tǒng)響應(yīng)， 減小畸變和抑制電源干擾，是一種很有前途的控制方法.諧振軟開(kāi)關(guān)PWM傳統(tǒng)的FWM逆變電路中，電力電子開(kāi)關(guān)器件硬開(kāi)關(guān)的工作方式，大的開(kāi)關(guān)電壓電流應(yīng)力以及高的du/dt和di/dt限制了開(kāi)關(guān)器件工作頻率的提高，而高頻化是電力電子

33、主要發(fā)展趨勢(shì)之一，它能使變換器體積減小，重量減輕，成本下降，性能提高，特別當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率在1 8kHz以上時(shí)，噪聲將已超過(guò)人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)范圍， 使無(wú)噪聲傳動(dòng)系統(tǒng)成為可能.諧振軟開(kāi)關(guān)PWM的基本思想是在常規(guī)PW座換器拓?fù)涞幕A(chǔ)上，附加一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振網(wǎng)絡(luò)一般由諧振電感，諧振電容和功率開(kāi)關(guān)組成.開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)， 諧振網(wǎng)絡(luò)工作使電力電子器件在開(kāi)關(guān)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)過(guò)程，諧振過(guò)程極短，基本不影響PWM£術(shù)的實(shí)現(xiàn).從而既彳持了 PW麒術(shù)的特點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)技術(shù).但由于諧振網(wǎng)絡(luò)在電路中的存在必然會(huì)產(chǎn)生諧振損耗，并使電路受固有問(wèn)題的影響，從而限制了該方法的應(yīng)用。8應(yīng)用領(lǐng)域PWM!制技術(shù)主要應(yīng)用在電力電子技術(shù)行業(yè)