PWM控制技术电路设计

uo
O -Ud
ωt
图6-6 双极性PWM控制方式波形
■
6.2.2 异步调制和同步调制
6.2.1 计算法和调制法
双极性PWM控制方式（单相桥逆变） 控制方式（单相桥逆变） 双极性 控制方式
三相的PWM控制公用三角波载波 c 控制公用三角波载波u 三相的 控制公用三角波载波 三相的调制信号u 依次相差120° 三相的调制信号 rU、urV和urW依次相差 °
Ud 2
+
V1 C U
VD1 V3 VD4 V V6
VD3 V5 VD6 W V2
VD5 N VD2
N'
Ud 2
+
C
V4
urU urV urW uc
调制 电路
图6-7 三相桥式PWM型逆变电路
■
6.2.1 计算法和调制法
U相的控制规律 相的控制规律
导通信号， 关断信号， 当urU>uc时，给V1导通信号，给V4关断信号，uUN’=Ud/2 导通信号， 关断信号， 当urU<uc时，给V4导通信号，给V1关断信号，uUN’=-Ud/2 当给V 加导通信号时， 导通， 当给 1(V4)加导通信号时 ， 可能是 1(V4)导通 ， 也可能 加导通信号时 可能是V 导通 是VD1(VD4)导通 导通 uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形只有±Ud/2两种电平 波形只有± 波形只有 两种电平 uUV波形可由uUN’-uVN’得出，当1和6通时，uUV=Ud，当3 波形可由 得出， 和 通时， 通时 通时， 通时， 和4通时，uUV=－Ud，当1和3或4和6通时，uUV=0 通时 － 和 或 和 通时 输出线电压PWM波由±Ud和0三种电平构成 波由± 输出线电压 波由 三种电平构成 波由(± 负载相电压PWM波由 ±2/3)Ud 、 (±1/3)Ud 和 0共 5种电 波由 ± 共 种电 负载相电压 平组成
■
6.2 PWM逆变电路及其控制方法 逆变电路及其控制方法
目前中小功率的逆变电路 几乎都采用PWM 目前 中小功率的逆变电路几乎都采用 中小功率的 逆变电路几乎都采用 技术 逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用 控制技术最为重要的应用 逆变电路是 场合 PWM逆变电路也可分为电压型和电流型 两 逆变电路也可分为电压型和电流型 逆变电路也可分为 电压型和电流型两 目前实用的PWM逆变电路几乎都是电 逆变电路几乎都是电 种 ， 目前实用的 逆变电路几乎都是 压型电路
输入电源是交流，得到不等幅 输入电源是交流，得到不等幅PWM波 波
4.1节讲述的斩控式交流调压电路，4.4节的矩阵式变频电 节讲述的斩控式交流调压电路， 节的矩阵式变频电 节讲述的斩控式交流调压电路 路
基于面积等效原理进行控制， 基于面积等效原理进行控制，本质是相同的
■
6.1 PWM控制的基本原理 控制的基本原理
θ
-
a)
■
6.2.1 计算法和调制法
单极性PWM控制方式 （ 单相 单极性 控制方式（ 控制方式 桥逆变） 桥逆变） 在ur和uc的交点时刻 控制IGBT的通断 控制 的通断 ur正半周，V1保持通，V2保持 正半周， 保持通， 断
当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud 时使 时使V 当ur<uc时使 4断，V3通，uo=0
PWM电流波 电流波
电流型逆变电路进行PWM控制 ， 得到的就是PWM 电流型逆变电路进行 控制， 得到的就是 控制 电流波
PWM波形可等效的各种波形 波形可等效的各种波形
直流斩波电路： 直流斩波电路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形 波 还可以等效成其他所需波形， 还可以等效成其他所需波形 ， 如等效所需非正弦交 流波形等， 其基本原理和SPWM 控制相同， SPWM控制相同 流波形等 ， 其基本原理和 SPWM 控制相同 ， 也基于 等效面积原理
面积等效原理
i(t) i(t) a c e(t) O a) b) 图6-2 冲量相同的 各种窄脉冲的响应波形 图6-2 ■ d b
t
6.1 PWM控制的基本原理 控制的基本原理
u
用一系列等幅不等宽的脉 冲来代替一个正弦半波
正弦半波N等分 ， 可看成N个彼此 正弦半波 等分， 可看成 个彼此 等分 相连的脉冲序列， 宽度相等， 相连的脉冲序列 ， 宽度相等 ， 但 幅值不等 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽， 用矩形脉冲代替 ， 等幅 ， 不等宽 ， 中点重合，面积（冲量） 中点重合，面积（冲量）相等 宽度按正弦规律变化
6.1 PWM控制的基本原理 控制的基本原理
理论基础
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时， 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 冲量指窄脉冲的面积 指窄脉冲的面积 效果基本相同， 效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同 低频段非常接近， 低频段非常接近，仅在高频段略有差异
f (t) f (t) f (t) f (t)
δ (t)
O a)
t O b)
t O c)
t O d)
t
图6-1 图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
■
6.1 PWM控制的基本原理 控制的基本原理
一个实例
图6-2a的电路 的电路
电路输入： ，窄脉冲， 电路输入：u(t)，窄脉冲，如图6-1a、b、c、d所示 电路输出： ， 电路输出：i(t)，图6-2b
■
6.2.1 计算法和调制法
当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号 导通信号， 如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud ， ， 单相桥式电路既可采取单极性调制， 单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制
u ur uc
O
ωt
uo Ud
uof
■
6.2.1 计算法和调制法
计算法
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算 计算PWM波 根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算 正弦波频率 波 控制逆变电路开关器件的通断， 各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断 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 就可得到所需 波形
V3 L V4
VD3
VD4
6.2.1 计算法和调制法
控制规律
uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断， 正半周， 交替通断， uo总可得到 d和零两种电平 总可得到U uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断 负半周， 保持通， 保持断， uo可得 -Ud和零两种电平
+
V1 VD 1 Ud C V2 R io L uo VD 2 V4 VD 4 V3 VD 3 uG1 O uG2 O uG3 O uG4 O uo io O io t1 t2 b) t3 uo t t t t t
■
6.2.1 计算法和调制法
防直通死区时间
同一相上下两臂的驱动 信号互补，为防止上下 臂直通而造成短路，留 一小段上下臂都施加关 断信号的死区时间 死区时间的长短主要由 开关器件的关断时间决 定 死区时间会给输出的 PWM波带来影响 ， 使其 波带来影响， 波带来影响 稍稍偏离正弦波
繁琐， 当输出正弦波的频率、 幅值或相位变化时， 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
调制法
输出波形作调制信号，进行调制得到期望的 输出波形作调制信号，进行调制得到期望的PWM波 波 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波
等腰三角波应用最多， 等腰三角波应用最多 ， 其任一点水平宽度和高度 成线性关系且左右对称
■
6.2.1
计算法和调制法
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说 单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说 结合 单相桥式电压型逆变电路 工作时V 通断互， 明 ：工作时 1和V2通断互补，V3和V4通断也互补
V1 Ud + V2 VD2 信号波 载波 ur uc 调制 电路
■
VD1 R uo
u uc ur
O
ωt
uo uof
uo Ud
ur负半周，V1保持断，V2保持 负半周， 保持断， 通
时使V 当ur<uc时使 3通，V4断，uo=-Ud 时使V 当ur>uc时使 3断，V4通，uo=0 虚线u 表示u 虚线 of表示 o的基波分量
O -Ud
ωt
图6-5 单极性PWM控制方式波形
■
6.2.1 计算法和调制法
■
引言
PWM（Pulse Width Modulation）控制 （ ）控制——脉冲宽 脉冲宽 度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制， 度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制， 来等效地获得所需要波形（含形状和幅值） 来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）
第3、4章已涉及这方面内容 、 章已涉及这方面内容 第3章：直流斩波电路采用 章 第4章有两处： 4.1节斩控式交流调压电路， 章有两处： 节斩控式交流调压电路 节斩控式交流调压电路， 章有两处 4.4节矩阵式变频电路 节矩阵式变频电路
■
6.2.1 计算法和调制法
与任一平缓变化的调制信号波相交， 与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点 控制器件通断， 控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值 的脉冲，符合 的脉冲，符合PWM的要求 的要求 调制信号波为正弦波时，得到的就是 调制信号波为正弦波时 正弦波 SPWM波 波 调制信号不是正弦波，而是其他所需波形时， 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PWM波 波 也能得到等效的
本章内容
PWM控制技术在逆变电路中应用最广 ， 应用的逆变电路 控制技术在逆变电路中应用最广， 控制技术在逆变电路中应用最广 绝大部分是PWM型， PWM控制技术正是有赖于在逆变 绝大部分是 型 控制技术正是有赖于在逆变 电路中的应用， 电路中的应用 ，才确定了它在电力电子技术中的重要地 位 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍 控制技术 ■
《电力电子技术》 电力电子技术》 电子教案
第6章 PWM控制技术 章 控制技术
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引言 6.1 PWM控制的基本原理 控制的基本原理 6.2 PWM逆变电路及其控制方法 逆变电路及其控制方法 6.2.1 计算法和调制法 6.2.2 异步调制和同步调制 6.2.3 规则采样法（以下自学） 规则采样法（以下自学） 6.2.4 PWM逆变电路的谐波分析 逆变电路的谐波分析 6.2.5 提高直流电压利用率和减少开关次数 6.2.6 PWM逆变电路的多重化 逆变电路的多重化 6.3 PWM跟踪控制技术 跟踪控制技术 6.3.1 滞环比较方式 6.3.2 三角波比较方式 6.4 PWM整流电路及其控制方法 整流电路及其控制方法 6.4.1 PWM整流电路的工作原理 整流电路的工作原理 6.4.2 PWM整流电路的控制方法 整流电路的控制方法 本章小结
双极性PWM控制方式（单相桥逆变） 控制方式（ 双极性 控制方式
半个周期内 三角波载波有正有负 所得PWM 有正有负， 在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，所得 波也有正有负 一周期内，输出PWM波只有±Ud两种电平 波只有± 在ur一周期内，输出 波只有 交点控制器件的通断 仍在调制信号ur和载波信号uc的交点控制器件的通断 ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同 正负半周， 导通信号， 当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号 如 io>0，V1和V4通，如 io<0，VD1和VD4通， uo=Ud ， ，
a)
O u
ωt
b)
O
ωt
图6-3 用PWM波代 波代 替正弦半波
SPWM波形 波形——脉冲宽度按正弦规律变化并且和正弦波等效 波形 脉冲宽度按正弦规律变化并且和正弦波等效 的PWM波形 波形 幅值， 脉冲宽度即 要改变等效输出正弦波幅值 按同一比例改变各脉冲宽度 要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即 可 ■
6.1 PWM控制的基本原理 控制的基本原理
等幅PWM波和不等幅 波和不等幅PWM波 等幅 波和不等幅 波
由直流电源产生的PWM波通常是等幅 波通常是等幅PWM波 由直流电源产生的 波通常是等幅 波
如直流斩波电路及本章主要介绍的PWM逆变电路 ， 6.4 逆变电路， 如直流斩波电路及本章主要介绍的 逆变电路 节的PWM整流电路 整流电路 节的