1、11.8正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）逆變電路,11.8.1正弦脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路工作原理,1. SPWM控制的基本原理 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。,如果將每一等份的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個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個等幅而不等寬的矩形脈沖所組成的波形與正弦波的正半周等效，正弦波的負半周也可用相同的方法來等效。,SPWM（Sine Pulse

2、 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,SPWM正弦波脈寬調(diào)制的特點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，因為等腰三角波上下寬度與高度成線性關(guān)系且左右對稱。,當它與正弦波的調(diào)制信號波相交時，所得到的就是SPWM波形。如在交點時刻

3、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波幅值的脈沖。這正好符合SPWM控制的要求。,2. 單極性PWM控制方式 一個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)負載為電感性，對各晶體管的控制按下面的規(guī)律進行：在正半周期，讓晶體管VT1一直保持導通，而讓晶體管VT4交替通斷。,當VT1和VT4導通時，負載上所加的電壓為直流電源電壓UD。當VT1導通而使VT4關(guān)斷后，由于電感性負載中電流不能突變，負載電流將通過二極管VD3續(xù)流，負載上所加電壓為零。,如負載電流較大，那么直到使VT4再一次導通之前，VD3一直持續(xù)導通。如負載電流較快地衰減到零，在VT4再一次

4、導通之前，負載電壓也一直為零。這樣，負載上的輸出電壓uo就可得到零和UD交替的兩種電平。,同樣，在負半周期，讓晶體管VT2保持導通。當VT3導通時，負載被加上負電壓一UD；當VT3關(guān)斷時, VD4續(xù)流，負載電壓為零，負載電壓uo可得到一UD和零兩種電平。這樣，在一個周期內(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,控制VT4或VT3通斷的方法如圖11.8.3所示。載波uc在調(diào)制信號波ur的正半周為正極性的三角波，在負半周為負極性的三角波。調(diào)制信號ur為正弦波。在ur和uc的交點時刻控制晶體管VT4或VT3的通斷

5、。在ur的正半周，VT1保持導通，當ur uc時使VT4導通，負載電壓uo UD，,當 uruc時使VT4關(guān)斷，uo0；在ur的負半周，VT1關(guān)斷，VT2保持導通，當uruc時使VT3導通，uo一UD，當uruc時使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。,像這種在ur的半個周期內(nèi)三角波載波只在一個方向變化，所得到輸出電壓的PWM波形也只在一個方向變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。 3. 雙極性PWM控制方式,圖11.8.2的單相橋式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的半個周期內(nèi)，三角波載波是在正、

6、負兩個方向變化的，所得到的PWM波形也是在兩個方向變化的。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ur和載波信號uc的交點時刻控制各開關(guān)器件的通斷。,在ur的正負半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。當uruc時，給晶體管VT1和VT4以導通信號，給VT2、 VT3以關(guān)斷信號，輸出電壓uo=UD。當uruc時，給VT2 、VT3以導通信號，給VT1和VT4以關(guān)斷信號，輸出電壓UoUD?？梢钥闯觯话霕蛏舷聝蓚€橋臂晶體管的驅(qū)動信號極性相反，處于互補工作方式。,在電感性負載的情況下，若VTT1和VT4處于導通狀態(tài)時，給VT1或VT4以關(guān)斷信號，而給VT2和VT3以開通信號后

7、，則VT1或VT4立即關(guān)斷，因感性負載電流不能突變，VT2和VT3并不能立即導通，二極管VD2和VD3導通續(xù)流。,當感性負載電流較大時，直到下一次VT1和VT4重新導通前，負載電流方向始終未變，VD2和VD3持續(xù)導通，而VT2和VT3始終未開通。當負載電流較小時，在負載電流下降到零之前，VD2和VD3續(xù)流，之后VT2和VT3開通，負載電流反向。,不論VD2和VD3導通，還是VT2和VT3開通，負載電壓都是一UD。從VT2和VT3開通向VT1和VT4開通切換時，VD1和VD4的續(xù)流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 SPWM產(chǎn)生電路,SPWM產(chǎn)生電路如

8、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的三角波信號作為載波信號uc，函數(shù)發(fā)生器XFG1產(chǎn)生50Hz的正弦波信號作為調(diào)制信號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,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的三角波信號作為載波信號uc，函數(shù)發(fā)生器XFG1產(chǎn)生50Hz的正弦波信號作為調(diào)制信號ur ，XFG1和XFG2對話框設(shè)置如圖11.8.6所示。,圖中采用LM339AJ比較器作為SPWM調(diào)制電路，A2 3545AM