1、11.811.8正弦脈寬調(diào)制（正弦脈寬調(diào)制（ SPWMSPWM）逆變電路）逆變電路11.8.111.8.1正弦脈寬調(diào)制（正弦脈寬調(diào)制（SPWMSPWM）逆變電路工作原理）逆變電路工作原理n 1. SPWM控制的基本原理n 圖11.8.1（a）示出正弦彼的正半周波形，并將其劃分為N等份，這樣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。這些脈沖的寬度相等，都等于 N，但幅值不等，且脈沖頂部是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。 n如果將每一等份的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖代替，就得到圖11.8.1（b）所示的脈沖序列。這樣，由N個(gè)等幅而不等寬的矩形脈沖所組成的

2、波形與正弦波的正半周等效，正弦波的負(fù)半周也可用相同的方法來等效。 nSPWM（Sine Pulse Width Modulation正弦波脈寬調(diào)制）的控制思想，就是利用逆變器的開關(guān)元件，由控制線路按一定的規(guī)律控制開關(guān)元件的通斷，從而在逆變器的輸出端獲得一組等幅、等距而不等寬的脈沖序列。其脈寬基本上按正弦分布，以此脈沖列來等效正弦電壓波。 圖11.8.1 SPWM控制的基本原理n SPWM正弦波脈寬調(diào)制的特點(diǎn)是輸出脈沖列是不等寬的，寬度按正弦規(guī)律變化，故輸出電壓的波形接近正弦波。SPWM是采用一個(gè)正弦波與三角波相交的方案確定各分段矩形脈沖的寬度。通常采用等腰三角波作為載波，因?yàn)榈妊遣ㄉ舷聦挾?/p>

3、與高度成線性關(guān)系且左右對稱。 n 當(dāng)它與正弦波的調(diào)制信號(hào)波相交時(shí)，所得到的就是SPWM波形。如在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖。這正好符合SPWM控制的要求。n2. 單極性PWM控制方式n 一個(gè)電壓型單相橋式逆變電路如圖11.8.2所示，采用電力晶體管作為開關(guān)器件。設(shè)負(fù)載為電感性，對各晶體管的控制按下面的規(guī)律進(jìn)行：在正半周期，讓晶體管VT1一直保持導(dǎo)通，而讓晶體管VT4交替通斷。 n當(dāng)VT1和VT4導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載上所加的電壓為直流電源電壓UD。當(dāng)VT1導(dǎo)通而使VT4關(guān)斷后，由于電感性負(fù)載中電流不能突變，負(fù)載電流將通過二極管VD3續(xù)流，負(fù)載上所加電壓為零。n

4、如負(fù)載電流較大，那么直到使VT4再一次導(dǎo)通之前，VD3一直持續(xù)導(dǎo)通。如負(fù)載電流較快地衰減到零，在VT4再一次導(dǎo)通之前，負(fù)載電壓也一直為零。這樣，負(fù)載上的輸出電壓uo就可得到零和UD交替的兩種電平。 n同樣，在負(fù)半周期，讓晶體管VT2保持導(dǎo)通。當(dāng)VT3導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載被加上負(fù)電壓一UD；當(dāng)VT3關(guān)斷時(shí), VD4續(xù)流，負(fù)載電壓為零，負(fù)載電壓uo可得到一UD和零兩種電平。這樣，在一個(gè)周期內(nèi)，逆變器輸出的PWM波形就由UD和0三種電平組成。圖11.8.2 電壓型單相橋式逆變電路圖11.8.3單極性PWM控制方式n控制VT4或VT3通斷的方法如圖11.8.3所示。載波uc在調(diào)制信號(hào)波ur的正半周為正極性的三

5、角波，在負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。調(diào)制信號(hào)ur為正弦波。在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制晶體管VT4或VT3的通斷。在ur的正半周，VT1保持導(dǎo)通，當(dāng)ur uc時(shí)使VT4導(dǎo)通，負(fù)載電壓uo UD， n當(dāng) uruc時(shí)使VT4關(guān)斷，uo0；在ur的負(fù)半周，VT1關(guān)斷，VT2保持導(dǎo)通，當(dāng)uruc時(shí)使VT3導(dǎo)通，uo一UD，當(dāng)uruc時(shí)使VT3關(guān)斷，uo0。這樣，就得到了PWM波形uo。圖中虛線uof表示uo中的基波分量。 n像這種在ur的半個(gè)周期內(nèi)三角波載波只在一個(gè)方向變化，所得到輸出電壓的PWM波形也只在一個(gè)方向變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。n3. 雙極性PWM控制方式n圖11.8.2的單相橋式

6、逆變電路采用雙極性PWM控制方式的波形如圖11.8.4所示。在雙極性方式中ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波是在正、負(fù)兩個(gè)方向變化的，所得到的PWM波形也是在兩個(gè)方向變化的。在ur的一周期內(nèi)，輸出的PWM波形只有UD兩種電平，仍然在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開關(guān)器件的通斷。n在ur的正負(fù)半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。當(dāng)uruc時(shí)，給晶體管VT1和VT4以導(dǎo)通信號(hào)，給VT2、 VT3以關(guān)斷信號(hào)，輸出電壓uo=UD。當(dāng)uruc時(shí)，給VT2 、VT3以導(dǎo)通信號(hào)，給VT1和VT4以關(guān)斷信號(hào)，輸出電壓UoUD?？梢钥闯?，同一半橋上下兩個(gè)橋臂晶體管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)極性相反，處于互補(bǔ)工作方式。n 在

7、電感性負(fù)載的情況下，若VTT1和VT4處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，給VT1或VT4以關(guān)斷信號(hào)，而給VT2和VT3以開通信號(hào)后，則VT1或VT4立即關(guān)斷，因感性負(fù)載電流不能突變，VT2和VT3并不能立即導(dǎo)通，二極管VD2和VD3導(dǎo)通續(xù)流。 n當(dāng)感性負(fù)載電流較大時(shí)，直到下一次VT1和VT4重新導(dǎo)通前，負(fù)載電流方向始終未變，VD2和VD3持續(xù)導(dǎo)通，而VT2和VT3始終未開通。當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)，在負(fù)載電流下降到零之前，VD2和VD3續(xù)流，之后VT2和VT3開通，負(fù)載電流反向。 n不論VD2和VD3導(dǎo)通，還是VT2和VT3開通，負(fù)載電壓都是一UD。從VT2和VT3開通向VT1和VT4開通切換時(shí)，VD1和VD4的續(xù)流

8、情況和上述情況類似。圖11.8.4 雙極性PWM控制方式的波形11.8.2 SPWM11.8.2 SPWM產(chǎn)生電路產(chǎn)生電路n SPWM產(chǎn)生電路如圖11.8.5所示，圖中采用LM339AJ比較器作為SPWM調(diào)制電路，函數(shù)發(fā)生器XFG1產(chǎn)生1kHz的三角波信號(hào)作為載波信號(hào)uc，函數(shù)發(fā)生器XFG1產(chǎn)生50Hz的正弦波信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)ur 。XFG1和XFG2對話框設(shè)置如圖11.8.6所示，產(chǎn)生的波形如圖11.8.7所示。通過比較器產(chǎn)生的波形如圖1.8.8所示。圖11.8.5 SPWM產(chǎn)生電路（a）（b）圖11.8.6 XFG1和XFG2對話框設(shè)置圖11.8.7 XFG1和XFG2 產(chǎn)生的波形圖11.8.8 通過比較器產(chǎn)生的波形11.8.3 SPWM逆變電路n SPWM逆變電路如圖11.8.9（a）（b）所示。圖中函數(shù)發(fā)生器XFG1產(chǎn)生1kHz的三角波信號(hào)作為載波信號(hào)uc，函數(shù)發(fā)生器XFG1產(chǎn)生50Hz的正弦波信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)ur ，XFG1和XFG2對話框設(shè)置如圖11.8.6所示。 n圖中采用LM339AJ比較器作為SPWM調(diào)制電路，A