软开关逆变弧焊电源的两级连续PWM控制方法
PWM整流电路及其控制方法
PWM整流电路及其控制方法引言PWM（脉宽调制）技术是一种常用的电磁能源转换技术，广泛应用于各种电力电子设备中。
在电力转换中，如何实现高效率、低功率损失的能源转换一直是研究的热点之一。
PWM整流电路是一种典型的能源转换电路，它通过控制开关器件的导通时间来实现电源直流化的同时降低功率损耗。
本文将介绍PWM整流电路的基本原理、关键元件以及控制方法。
PWM整流电路的基本原理PWM整流电路主要由开关器件、滤波电容、感性元件和控制电路组成。
其基本原理是将输入交流电通过开关器件进行脉宽调制，从而获得平均值等于输出直流电压的脉冲电流。
通过滤波电容以及感性元件对脉冲电流进行平滑处理，得到稳定的直流输出电压。
开关器件的选择在PWM整流电路中，开关器件是实现脉宽调制的关键部件。
常见的开关器件有MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）两种。
MOSFET具有开关速度快、损耗小的特点，适用于低功率应用；而IGBT则适用于高功率应用，具有较高的承受电压和电流能力。
滤波电容和感性元件滤波电容和感性元件是PWM整流电路中的关键元件，它们的作用是对脉冲电流进行平滑处理。
滤波电容可以存储电荷并平滑输出电流，而感性元件则可以平滑输出电压。
合理选择滤波电容和感性元件的值可以在保证输出电压稳定的同时减小纹波电流和纹波电压。
控制方法PWM整流电路的控制方法主要有两种：固定频率控制和变频控制。
固定频率控制是指在整个转换过程中，开关器件的频率保持不变。
这种控制方法简单可靠，但效率较低。
变频控制是根据输出电压的需求，自适应地改变开关器件的频率，以提高整流效率。
变频控制方法相对复杂，但具有较高的效率和稳定性。
控制电路设计PWM整流电路的控制电路设计是实现控制方法的关键。
控制电路主要包括PWM生成电路和反馈控制电路。
PWM生成电路负责生成脉宽信号，控制开关器件的导通时间；反馈控制电路用于检测输出电压，并根据检测结果调整PWM信号以实现稳定的输出电压控制。
pwm变频调速及软开关电力变换技术
pwm变频调速及软开关电力变换技术
一、引言
随着现代电力电子技术的发展，PWM（脉宽调制）变频调速及软开关电力变换技术在电气传动、能源转换等领域得到了广泛应用。
本文将对这两种技术进行简要介绍，分析其原理及应用，并探讨它们的结合与发展趋势。
二、PWM变频调速技术原理及应用
1.原理概述
PWM变频调速技术是一种通过改变电机供电频率和电压来调节电机转速的方法。
其核心是PWM控制器，通过调整开关器件的导通时间，实现电机电源电压的有效值和频率的调节。
2.控制系统构成
PWM变频调速控制系统主要包括：PWM控制器、逆变器、电机、传感器和控制算法。
通过传感器采集电机运行参数，与设定值进行比较，生成PWM信号，驱动逆变器输出不同电压和频率的电源，实现电机转速的调节。
3.调速性能及优势
PWM变频调速技术具有调速范围宽、响应速度快、效率高、噪音低等优点，适用于各种交流电机，尤其在工业自动化、家电、电动汽车等领域得到了广泛应用。
4.应用领域
PWM变频调速技术已广泛应用于电梯、风机、水泵、压缩机等设备的电机调速，为节能减排、提高系统性能提供了有力支持。
pwm逆变电路的控制方法
pwm逆变电路的控制方法
PWM（脉宽调制）逆变电路是将直流电转换为交流电的一种常用电路，其控制方法主要分为以下几种：
1. 三相全桥PWM逆变控制方法：该方法采用三相全桥电路进行控制，通过改变脉冲的宽度和频率来控制输出电压的大小和波形，从而实现对直流电的转换。
2. 三相半桥PWM逆变控制方法：该方法利用三相半桥电路进行控制，具有体积小、效率高等优点，但需要较高的开关功率器件，应用范围较窄。
3. 单相PWM逆变控制方法：该方法适用于小功率电源转换，其控制方法与三相全桥PWM逆变控制方法类似，但只需使用单相电路即可。
控制方法一般采用微处理器等芯片进行控制，通过控制芯片输出PWM信号的占空比和频率来控制输出电压。
在具体控制过程中，需要注意电路参数的选择和设置，以及保护措施的实施，确保电路稳定、安全地工作。
总之，PWM逆变电路的控制方法多种多样，具体选择何种方法取决于具体的应用场景和要求，需要根据实际情况进行选择和优化。
pwm变频调速及软开关电力变换技术
pwm变频调速及软开关电力变换技术[pwm变频调速及软开关电力变换技术]1. 引言在现代工业和电力系统中，pwm变频调速及软开关电力变换技术已经成为一种常见的技术应用。
它们在提高能源利用率、降低能源消耗和减少对环境的影响等方面具有重要作用。
本文将深入探讨pwm变频调速及软开关电力变换技术的原理、应用及未来发展趋势。
2. pwm变频调速技术的原理和应用2.1 什么是pwm变频调速技术pwm（Pulse Width Modulation）变频调速技术是一种通过控制电机输入的脉冲宽度来实现对电机转速的调节的技术。
它通过改变电机输入的频率和电压，使电机能够以不同的速度运行，从而满足不同工况下的需求。
2.2 pwm变频调速技术的应用pwm变频调速技术广泛应用于工业生产中的电机驱动系统、风力发电系统、水泵系统、压缩机系统等领域。
通过pwm变频调速技术，能够实现电机的精确控制和高效运行，从而提高设备的稳定性和工作效率。
3. 软开关电力变换技术的原理和应用3.1 什么是软开关电力变换技术软开关电力变换技术是一种通过对电力开关管进行控制，减少开关过程中电流和电压的突变，以减小开关损耗的技术。
它通过改善开关过程中的电压和电流波形，降低开关损耗和提高电力变换效率。
3.2 软开关电力变换技术的应用软开关电力变换技术在直流变换器、逆变器、变频器以及电力系统中的高压开关设备中得到广泛应用。
通过软开关电力变换技术，能够减少电力设备的能量损耗，提高系统的可靠性和稳定性。
4. pwm变频调速及软开关电力变换技术的未来发展趋势4.1 高性能功率模块的发展未来，随着高性能功率模块的不断发展，将能够提高pwm变频调速及软开关电力变换技术的性能和效率，满足更多复杂工况下的电力需求。
4.2 电力电子器件的集成化和智能化随着电力电子器件的集成化和智能化，pwm变频调速及软开关电力变换技术将更加灵活和智能化，能够更好地适应不同工况下的需求。
5. 总结和回顾pwm变频调速及软开关电力变换技术作为当前电力系统中重要的技术应用，具有重要的意义。
几种PWM控制方法
几种PWM控制方法PWM（脉宽调制）是一种广泛应用于电子设备中的控制方法，通过控制信号的脉冲宽度来改变电路或设备的输出功率。
以下是几种常见的PWM 控制方法：1.定频PWM控制定频PWM控制是一种简单而常见的PWM控制方法，通过将固定频率的脉冲信号与一个可变的占空比相乘来实现控制。
脉冲的高电平时间代表设备处于工作状态的时间比例，而低电平时间代表设备处于停止状态的时间比例。
定频PWM控制可通过调整脉冲的占空比来改变输出功率，但频率固定不变。
2.双边PWM控制双边PWM控制是一种可调节频率和占空比的PWM控制方法。
与定频PWM不同的是，双边PWM控制可以根据需求调整脉冲的频率和占空比。
通过改变脉冲的频率和占空比，可以获得较高的精度和更灵活的控制效果。
3.单脉冲宽度调制（SPWM）单脉冲宽度调制是一种通过调整脉冲宽度的PWM控制方法。
与常规PWM不同的是，SPWM控制中只有一个脉冲被发送，其宽度和位置可以根据需求进行调整。
SPWM控制常用于逆变器和交流驱动器等高精度要求的应用，可以实现比其他PWM控制方法更精确的波形控制。
4.多级PWM控制多级PWM控制是一种在多个层次上进行PWM调制的控制方法。
通过将一系列的PWM信号级联起来，每个PWM信号的频率和占空比不同，可以实现更高精度和更复杂的波形控制。
多级PWM控制常用于高性能电机驱动器、中央处理器(CPU)和功率放大器等需要高精度信号处理的应用。
5.空间矢量调制（SVPWM）空间矢量调制是一种通过调整电压矢量的方向和大小来实现PWM控制的方法。
SVPWM通过控制电压矢量之间的切换来生成输出波形，可以实现较高的电压和电流控制精度。
空间矢量调制常用于三相逆变器、电子制动器和无刷直流电机等高功率应用中，可以实现高质量的输出波形。
6.滑模PWM控制滑模PWM控制是一种通过添加滑模调节器来实现PWM控制的方法。
滑模调节器可以通过反馈控制来实现系统的快速响应和鲁棒性，从而实现更好的控制效果。
PWM逆变电路及其控制方法
PWM逆变电路及其控制方法PWM（Pulse Width Modulation）逆变电路是一种通过改变电压或电流波形的占空比来实现电能转换的技术。
它广泛应用于各种电源逆变器、交流电机驱动器、太阳能逆变器、UPS（不间断电源系统）等领域。
本文将介绍PWM逆变电路的基本原理、常见的控制方法以及应用实例。
PWM逆变电路的基本原理是通过将直流电压转换为交流电压，使得输出波形的频率和幅值可以根据需求进行调节。
其核心部件是逆变器，通常由开关元件（如功率开关管）和输出变压器组成。
逆变器通过快速开关开关闭合，产生一系列电压脉冲，然后经过输出变压器将直流电压转换为交流电压。
PWM逆变电路的控制方法有多种，常见的包括：固定频率脉宽调制（Fixed Frequency Pulse Width Modulation，FFPWM）、固定频率电压脉宽调制（Constant Frequency Voltage Pulse Width Modulation，CFVPWM）、固定频率电流脉宽调制（Constant Frequency Current Pulse Width Modulation，CFCPWM）以及多重脉冲脉宽调制（Multiple Pulse Width Modulation，MPWM）等。
固定频率脉宽调制是PWM逆变电路中最简单的控制方法之一，其特点是输出频率和开关频率固定，可以通过调节脉宽来实现输出波形的幅值控制。
固定频率电压脉宽调制在固定频率脉宽调制的基础上增加了电压控制环节，通过反馈控制使输出电压达到设定值。
固定频率电流脉宽调制则在固定频率脉宽调制的基础上增加了电流控制环节，通过反馈控制使输出电流达到设定值。
多重脉冲脉宽调制是在固定频率脉宽调制的基础上引入多个脉冲周期，通过交错控制来改善输出波形的谐波含量。
1.电力电子逆变器：将直流电能转换为交流电能。
通过控制PWM逆变电路的开关元件，可以实现交流电压的频率和幅值的调节，广泛应用于电力系统、电动机驱动器及电力调速系统等。
软开关逆变式弧焊电源的设计
软开关逆变式弧焊电源的设计摘要:软开关技术是解决逆变弧焊电源可靠性的核心技术.本文提出了一种新的软开关逆变弧焊电源的设计方案,该方案基本上可实现空载、短路、燃弧全负载范围内的软开关状态.本文分析了超前臂的关断功耗与并联电容之间的关系,串联电容及回路电感对环流期的电流变化的影响.并指出了滞后桥臂零电流关断区域,以及超前臂和滞后臂的零开通条件.在此基础上提出了引入无功电流分量解决空载及轻载时软开关失败问题的方案,以及几个主要谐振参数的设计方法.在实践中采用本方案表明,降低了开关应力及损耗,提高了整机可靠性,降低了弧焊电源的成本.关键词:软开关; 逆变; 弧焊电源中图分类号: TG444文献标识码: A文章编号: 0253-360X(2002)01-14-050 序言软开关逆变技术已成功应用于众多电源中,但在逆变弧焊电源的应用中,由于弧焊电源经常工作在输出开路、短路、燃弧等状态中,负载范围宽,在整个负载范围内实现软开关难度大.现在逆变焊机中软开关控制方式主要分为两种,第一种是串联谐振式的调频工作方式(PFM),这种方式弧焊电源空载时的无功电流太大,主回路中电流峰值很高,存在电流连续与非连续两种状态,控制复杂,仅美国米勒公司在某些类型的焊机中采用;第二种是全桥移相谐振的脉宽调制工作方式(PWM),由于采用PWM控制,控制特性较好,回路中电流峰值低,但实现软开关的条件范围窄[1] ,本研究提出一种新的软开关逆变弧焊电源的设计方案,解决如何在整个工作范围实现逆变弧焊电源软开关的问题.1主回路设计与实现1.1主回路形式主回路选用改进型的全桥相移谐振式电路,如图1所示.Q1,Q3为超前臂;Q2,Q4为滞后臂;C1, C3为超前臂电容;C2, C4为滞后臂电容;C1=C3≥C2=C4, CX 为抑制环流电容,LX1为变压器回路等效漏感,LX2为饱和电感,B为变压器.E为输入电压,Uo为输出电压.1.2 控制方式(1) 采用峰值电流控制模式, 既保护了开关管又可有效抑制变压器偏磁.(2) 软开关实现模式为Q1,Q3为PWM控制;Q2,Q4为互补180°导通,不进行PWM 调制.整个工作过程分为四个模式.1.3 电路的实现1.3.1 实现中的几个主要问题(1) 元件选择将以上计算应用于ZX7系列及NBC系列逆变焊接电源的设计中,以ZX7-500电源为例,其功率管可用100A/1200V的IGBT,主变压器采用非晶铁芯绕制,串在变压器原边的电容采用高频CBB系列电容.(2)控制回路的实现由于没有此种导通模式的专用芯片,本设计是在电流型芯片UC3846的基础上改造使用. (3)实现中的难点饱和电感由于功耗很大、发热,且电感量易发生变化,设计应选择损耗小、矩形度好的铁芯材料.1.3.2 主电路中的几个波形主电路中的几个波形如图3所示.2主回路中参数选择计算以ZX7系列焊机为例,焊接电源的外特性曲线如图 4所示 .弧焊电源要可靠工作必须满足在ADBO整个包络线内的所有点上 C1, C2, C3, C4要换流充分,否则开通时IGBT两端并联的电容将直接向IGBT放电,使开关器件IGBT损坏.2.1 空载、轻载时 C1, C3的换流问题图4中A点及附近点区域输出电流很小基本上为零,即焊机为空载状态或轻载,此时输出为最大脉宽, C1, C2, C3, C4电容无法进行换流,造成软开关模式失败.解决方法是在逆变桥内引入无功电流,使超前臂和滞后臂电容换流完毕,由于C1=C3,C2= C4 ,故主要考虑超前臂的换流,换流无功电流大小满足式为式中: I[sub]s[/sub]为换流期间的无功电流; t[sub]s[/sub]为死区时间; E为电源电压.2.2 超前臂电容大小的确定超前臂为负载换流, C1, C3的作用是降低关断损耗和改善关断轨迹,等效电路如图5所示. 图中 C是等效的超前臂电容; Io是输出电流折算到原边回路的等效恒流源.假定U是IGBT的 c、e 两端电压, I是流过IGBT中的电流,Ucg 是c 、g 两端电压,Uge是g 、e 两端电压.由于E Uge ,所以Ucg≈U , IC 是流过C中的电流.2.2.2 IGBT的关断功耗IGBT的关断分为两部分,一是场效应管的关断过程,二是内部载流子的自身复合过程.整个关断过程可等效如图6[2]所示.图中t[sub]OFFA[/sub]为电流下降时间;t[sub]OFFB[/sub]为电流拖尾时间,关断过程的IGBT上的功耗主要由 t[sub]OFFA[/sub] , t[sub]OFFB[/sub] 决定,设关断电流简化为线性下降,关断时间为 t[/sub]OFF[/sub] 见图6. IGBT中的电流为根据式(2)可计算出电容量大小.2.3 环流过程分析及串联电容的计算超前臂关断后,电路进入环流阶段,变压器回路中电流通过串联电容CX基本上线性衰减,使回路中通态损耗变小,滞后臂关断时损耗变小,关断时电流为零最理想.假设环流时等效电路如图7 所示,在以下分析略去滞后臂的关断死区时间.LX1为等效漏抗; LX2为饱和电感; CX为串联电容,假设LX2饱和电流相对于工作电流约为零,电容电压幅值为UC , LX1 初始电流为 Io,K在1位为超前臂导通,K在2位时为环流位置. tON 为超前臂导通时间. t是电流衰减约为零的时间.K在位置1时,即导通期间 tON 内,电容 CX上的电压变化为设弧焊电源逆变频率为50 kHz,利用式(8)、(9)可得一簇曲线,如图8所示,曲线与直线 tON + t =10μs的交点为零关断区的范围,在图中取一曲线可看出,当tNO在A~B 范围内都可保证为滞后臂零电流关断.选定一条曲线,来保证tON 工作范围,此曲线对应一个LX·C 值.电路中的LX值已知后,可选定C值.LX主要由漏抗来决定,可以测量出来.2.4 开关管的零开通条件及饱和电感的工作状态饱和电感的磁链数可用伏秒积来表示,饱和电感 LX2 的工作状况主要有几个阶段,如图9所示.(1)在B点之前LX2为饱和状态;(2)在环流期BC段的饱和电感的伏秒数为UC·tBC ;(3)死区CE段中的CD段饱和电感的伏秒数为(UC +E)tCD ,DE 段电流反相饱和电感的伏秒数为UC·tDE ;(4)在IGBT开通初期,LX2上的伏秒数为(UC+E)tEF ,其中A、B、C、D、E、F 定义如图9中所示.A点为超前臂关断点,B点为LX2的饱和电流点,C点为滞后臂关断点,D点为LX2电流反相点,E点为IGBT开通时刻,F点为饱和LX2的饱和点.总之,LX2的总磁链数保证tEF的值大于IGBT的开通时间tON1,来保证IGBT的零电流开通,即tEF-tON1≥0,tEF-tON1的值称为占空比损失,tON1为IGBT的开通时间.实际中LX 随温度改变而变化.故LX2的选择还需通过试验进行调整.3 生产应用该方案已成功应用于实践,并推广至平特性、下降特性弧焊电源,使得此类弧焊电源可靠性增加,成本下降,并且此方案已在奥太焊机上应用,生产数千台弧焊电源,取得明显经济效益.4 结论(1) 本文提出的计算方法,可正确地计算出软开关的工作区域,以及开关管的工作状态.利用本文提出的计算方法,可得到开关管的关断损耗及主回路中几个主要参数值.(2) 本文提出了一种实现全负载软开关的方案,经实际应用取得良好效果.参考文献:[1]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,1998.[2]郑利军,任天良,姜燕.PWM方式开关电源中IGBT的损耗分析[J].电力电子技术,1999,33(5):58~60.选自《焊接学报》2002年第01期。
PWM逆变电路及其控制方法
PWM逆变电路及其控制方法PWM逆变电路是一种将直流电能转换为交流电能的电路。
它通过以一定的频率和变化占空比的脉冲宽度调制信号，使得输入的直流电压经过逆变器变换后，输出成为一定频率和幅值可调的交流电压。
PWM逆变电路主要用于交流传动，太阳能发电系统，UPS等领域。
PWM逆变电路的基本结构包括直流输入电源、逆变器和输出滤波电路。
其中，直流输入电源将直流电压提供给逆变器，逆变器利用PWM技术将直流电压转换为交流电压，输出滤波电路对逆变器输出的脉冲波进行滤波，得到平滑的交流电压输出。
脉宽调制控制是最常用的PWM逆变电路控制方法。
它通过改变逆变器输入脉冲信号的占空比，控制逆变器输出交流电压的幅值。
具体实现方法是利用比较器将一个三角波信号与一个参考电压进行比较，产生一个PWM波形信号。
这个PWM波形信号的脉宽由比较器输出的高低电平确定，通过改变三角波信号的频率和参考电压的大小，可以改变脉冲宽度从而控制逆变器输出电压的幅值。
频率调制控制是通过改变逆变器输入脉冲信号的频率，控制逆变器输出交流电压的频率。
与脉宽调制控制不同，频率调制控制中，逆变器输出的脉冲宽度保持不变。
具体实现方法是通过改变比较器的阈值电压，或者改变三角波信号的频率，从而改变逆变器输出信号的频率。
值得注意的是，PWM逆变电路的控制方法还可以根据需要，对脉宽调制控制和频率调制控制进行组合，以实现更复杂的控制策略。
总结起来，PWM逆变电路是一种将直流电能转换为交流电能的电路，其控制方法主要有脉宽调制控制和频率调制控制两种。
通过调整脉宽和频率，可以实现对逆变器输出交流电压幅值和频率的精确控制。
软工关逆变式弧焊电源主回路参数设计
（ ｈ ｎ ｏ ｇＵ ｉ ｒｉ ， ｉａ ５０ １ Ｃ ｉａ Ｓ ａ ｄ ｎ ｎ ｅｓｙ Ｊｎｎ２ ０ ６ ， ｈｎ ） ｖ ｔ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｉａｔｌ ｉｔｄ ｃｓａｎｗ ｄｓ ｎｐａ ｆ ｏ ｗｔ ｎｅｔ ，ｄｎ ｓｒ ｃ ： ｈ ｒｃ ｒ ｕｅ ｅ ｅｉ Ｊ ｌ ｆ ｓ ｉｈｉｖｒ ｖ ｌｉｇｐ ｓ ｉｅ ｎ ｏ ｇ ｏ ｓｔ Ｔ ｃ ｅ ｓｕｃ ，ｗ ｉ ａ ｌ ｏｔｇｔｎｓｆ ｏｒ ｅ ｈｃ ｃｎａｍ ｓ ｎ ｏ ｈ ｉ ｔ
态中， 负载范围宽 ， 在整个负载范围内实现软开关难 度大 ， 现软开 关 的条 件 范 围窄 。本研 究 提 出一 实
种新 的软 开关逆 变 弧 焊 电源 的设计 方 案 ， 决 如 何 解 在整 个工 作范 围实 现逆变 弧焊 电源软 开关 的 问题 。
收 稿 日期 ：０ １—１ ２０ ２—１ ７ 作 者简 介 ： 光 先 （ ９ ５一） 男 ，¨东 滩 坊 人 ． 教 授 ， 上 主 张 ］６ ， 【 副 硕 要 从 事 遵 变 皿 焊 电 矩 的 ｊ 发 与 应 用 工 作 ． 丧 论 文 干 发 近２ ０篇 。
模 式 ２ ＩＢ 截止 ，电流 通 路 为 ： 一 ｃ 一 ＧＴ Ｅ Ｌ 一Ｌ 一ｃ 一Ｔ ｃ Ｌ—Ｅ一ＩＢ —ＩＢ ， Ｔ 两端 电压上升。 Ｇ
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软开关弧焊逆变电源的控制技术
软开关弧焊逆变电源的控制技术在功率开关器件中，MOSFET工作频率高，但目前容量还不高，它是开发轻型便携式弧焊逆变器的首选器件。
IGBT具有控制性能好，容量大的综合优势，特别适合用于开发中大功率的弧焊逆变器，IGBT性能的改进主要体现在集射极间饱和电压Uce和开关时间的不断下降，产品的耐压、电流容量不断提高。
德国Semikron公司针对IGBT的结构缺陷加以改进，推出单硅型 IGBT。
它在结构上的低电感设计和软特性快速可控向寿命二极管结合，大大减少了关断时的电压尖峰，不需RCD吸收电路；没有IGBT中的N+扩散层，拖尾电流低，无擎住效应；开通和关断时，电流和电压的交叉点低，且交叠的区域窄，开关损耗很小。
日本Toshiba公司等已开发出大容量的IGBT智能型功率模块IPM。
在弧焊逆变器的开关器件控制中，主要有如下方式可供选择：(1)PWM硬开关型。
在这种工作方式下，开关器件在开通和关断期间，其电压和电流都不为零，存在开通和关断损耗，即硬开关工作状态。
(2)谐振软开关型。
目前，谐振电路的拓朴结构有上百种，总起来说，可分为零电流和零电压两种方式。
由于在电源开通和关断期间，开关管上的电流或电压为零，其损耗亦为零，即软开关工作状态。
(3)软开关相移PWM控制技术，充分利用PWM和谐振软开关二者的优势，这一技术将会成为弧焊逆变器的重要控制方式。
PWM控制芯片由模拟和数字电路组成。
通过模拟电路的反馈决定被调制脉冲的宽度，根据模拟电路反馈方式不同可分为电压型和电流型。
数字电路用来实现解码和脉冲分配等逻辑功能，依据数字电路脉冲分配方式不同可分为同步式和移相式。
具体分类见图1所示。
图1 PWM控制技术分类图2a为电压模式PWM控制，它只采样输出电压，作为反馈信号。
变换器是一单闭环二阶控制系统。
线电压和负载的任何变化，必须由输出电压和参考电压差值决定的误差信号进行反馈调节。
由于电源输出滤波电容上的电压信号相对于电流产生90°的延迟，因此，电压型控制的响应速度慢，在全桥电路中易产生偏磁和电流尖峰。
几种PWM控制方法
几种PWM控制方法.t xt几种PWM控制方法引言采样控制理论中有一个重要结论：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。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。
PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用。
随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展。
到目前为止,已出现了多种PWM 控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法。
1相电压控制PWM 1.1等脉宽PW M法[1]VV VF(Va riabl e Vol tageVaria ble F reque ncy)装置在早期是采用PAM（Puls eAmp litud e Mod ulati on）控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。
等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种。
它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为P WM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
PWM逆变器双环控制
。
（1）
u y = [1 0] 0 i1
（2）
电压和电流调节器分别为： k Gv ( s ) = k 1 p + 1i s k Gi ( s ) = k 2 p + 2 i s 可得到该控制系统的传递函数：
U 0 (s) = ( k1 p s + k1i )( k 2 p s + k 2 i ) LCD ( S ) U r (s) −
[4-5]
b
ul
u0
图 1 单相全桥逆变电路
对于单相逆变器这样一个双输入、 单输出 的二阶系统，选择电容电压 u0 和电感电流 i1 作为状态变量，可得状态空间表达式如下：
&0 0 u i = 1 & 1 − L 1 1 0 − C u0 + 1 u1 + C i0 i r − 1 L 0 L
G v ( s ) = k1 p + Gi ( s ) = k 2 p k1i 964.53 = 0.5974 + s s
图 3(a) 表明电流调节器使得电流内环的 相角裕度接近 800，稳定性较高；图 3(b)表明 电流内环带宽较宽，响应速度非常快；图 4(a) 显示电压外环相角裕度超过 600，幅值裕度非 常大； 图 4(b)表明双环控制系统基波闭环增益 接近 1，系统稳态性能非常好；图 5 表明负载 扰动在各个频段都有较大衰减， 系统具有很强 的负载扰动抑制能力。
D (s) = s4 + rC + Ck 2 p LC s3 + 1 + k1 p k 2 p + Ck 2 i LC s2 +
k 1 p k 2 i + k 2 p k1 i LC
PWM控制技术 PWM逆变电路及其控制方法
☞在三相对称电路的线电压中，相电压所含的3次谐波相互抵消，因 此通常可以考虑消去5次和7次谐波，根据需要确定基波分量a1的值，
再令a5和a7等于0，就可以建立三个方程，联立可求得1、2和3。
a1
2U d
(1
2 cos 1
2 cos 2
2cos3 )
a5
2U d
5
(1
2cos 51
2cos 52
☞负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有
一段区间为正，一段区间为负。
√在负载电流为正的区间，V1和V4导通时，
uo=Байду номын сангаасd。
√V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0。
√在负载电流为负的区间，仍为V1和V4导通时，
因io为负，故io实际上从VD1和VD4流过，仍有uo=Ud。
√V4关断，V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0。
u(wt) an sin nwt
(7-3)
n1,3,5,
式中，an为
an
4
2 u(wt)sin nwtdwt
0
13/60
7.2.1 计算法和调制法
图7-9 特定谐波消去法的输出PWM波形
☞因为图7-9的波形是四分之一周期对称的，所以在一个周期内的12个开关时
刻（不包括0和时刻）中，能够独立控制的只有1、2和3共3个时刻，该波
图7-3 用PWM波代替正弦半波 4/60
7.2.1 计算法和调制法
■计算法 ◆根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内
的脉冲数，将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算 出来，按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断， 就可以得到所需要的PWM波形，这种方法称之为计算法。
(完整版)PWM控制技术(深度剖析)
第6章PWM控制技术主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。
重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。
难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。
PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，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）。
第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。
本章内容PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，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，也介绍PWM整流电路1 PWM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，其效果基本相同。
冲量指窄脉冲的面积。
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，仅在高频段略有差异。
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形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，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
几种PWM控制方法
几种PWM控制方法几种PWM控制方法引言采样控制理论中有一个重要结论：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。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。
随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。
到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下8类方法。
1 相电压控制PWM1.1 等脉宽PWM法[1]VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM（Pulse Amplitude Modulation）控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。
等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。
它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。
1.2 随机PWM在上世纪70年代开始至上世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。
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ＹＡＯ ｏ，ＢＡＯ Ｙａ Ｙｅ—ｅ ｇ，ＹＡＯ ｆｎ Ｈｅ— ｉ ｇ ｑｎ
（ ｈ ｉＵ ｉ ｒ ｔ，Ｃ ａｇｈ ｕ２ ３ ２ ，Ｃ ｉ ） Ｈｏａ ｎｖ ｓｙ ｈ ｎｚｏ １ ０ ２ ｈｎ ｅｉ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ ｉｕ ｔ ｎ ａ ｈ ｅ ｉ ｇ ａ ｅ ｔ ｍｅｙ ｗｉ ｅ ｐ ｗｅ ａ ｇ ｆ ｉｖ ｒｅ ｅ ｄ ｎ ｏ ｅ ｏ ｒ ｅ ｕ ｄ ｒ ｓ ｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｆ ｃ ｌ ｉ ｃ ｉｖ ｎ ｘｒ ｙ ｅ ｌ ｄ ｏ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｎ ｅ ｔ ｒ ｗ ｌ ｉ ｇ ｐ ｗ ｒ ｓ ｕ ｃ ｎ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌ ＷＭ ｏｔｓ ｔｈ ｎ ｏ ｔ ｌ ｏ ｖ ｎｉ ａ Ｐ ｏ ｓ ｆ・ｗｉ ｉ ｇ ｃ ｎｒ ｍｅｈ ｄ， ｅ ｏ ｔ ｌ ｍｅｈ ｄ ｏ ｗ —ｔｇ ｏ ｔ ｕ ｕ Ｐ Ｍ ｓ ｄ ｖ ｌｐ ｄ． ｃ ｏ ｔ ｏ ａ ｎ ｗ ｃ ｎ ｒ ｔ ｏ ｆ ｔ ｏ ｓａ ｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ Ｗ ｏ ｎ ｉ ｅ ｅｏ ｅ Ｔ ｅ ｎ ｇ ｔ ｅ Ｐ Ｍ ｏ ｔｏ ｉｎ ｌｉ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｌ ｅ ｔ ｅ ｎ ｗ ｃ ｎ ｒ ｌｍｅｈ ｄ， ｉ ｉｃ ｉ ｍｏ ｅ ｏ ｎ ｅ ｅ ｏ ｅ ｈ ｅ ａｉ Ｗ ｖ ｃ ｎ ｒ ｌｓｇ ａ ｓ ｎ ｒ ｕ ｅ ｏ ｒ ａ ｉ ｈ ｅ ｏ ｔｏ ｔｏ ｍａｎ ｃ ｒ ｕ ｔ ｄ ｆｉ ｖ ｒ ｒ ｐ ｗ ｒ ｏ ｚ ｔ ｓ ｕ ｃ ａ ｗｉ ｈ ｂ ｔ ｅ ｕ ｌｂ ｄ ｅ ａ ｄ ｈ ￣ ｂ ｄ ｅ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｖ ｒ ｃ ｔ ｎ ｒ ｖｄ ｏ ｄ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｏ ｅ ｈ ｏ ｒ ｅ ｃ ｎ ｓ ｔ ｅｗｅ ｎ ｆ ｌ－ ｒ ｇ ｎ ａ ｒ ｇ ． ｘ ｅ ｃ ｉ ｉ ｈ ｉ ｎ ａ ｅ ｆ ａｉ ｓ ｐ ｉ ｅ ｇ ｏ ｏ ｄ ｔ ｎ ｖ ｒ ｔ ｅ ｉ ｉ ｏ ｏ ｉ ｅ ｔ ｅ ｐ ｗ ｒ ｒ ｎ ｅ ａ ｄ ａｓ ｅ ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔｏ ｙ ａ ｃ ｒ ｓ ｏ ｓ ａｅ ｔ ｌ ｉ ｇ ｐ ｗｅ ｏ ｒｅ ｎ ｉ ｏ ｅ ａ ｇ ｎ ｌｏ ｍｅ ｔｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ｒ ｅ ｎ ｆｄ ｎ ｍｉ ｅ ｐ ｎ ｅ ｒ ｔ ｏ ｗｅｄ ｎ ｏ ｒ ｓ ｕ ｃ ．
Ｃ ／ ， 同 时 ， 电 时 电源 对 外 输 出 的 能 量 为 ２ ２ Ｃ放 ＷｌＣＵｌ２ Ｃｕ ，从 而 半 桥 逆 变 电路 在 上 半 周 ＝ ｃ／ ＝ ｉ２ ２ ／
…一
３ Ｏ ８ Ｖ／ ５ ０Ｈｚ
二 矮
三 丰路 电
期 对 外 输 出 的 能 量 总 和 为 （ 。 ＋ ）２ Ｃ ￣ 下 Ｃ Ｇ ／＝ Ｕ ， 半 周 期 与 上 半 周 期 能量 输 出 值 完 全 相 同 。从而 一 个 周 期 内逆 变 电 源 对 外 输 出 的 能 量 Ｗ＝ Ｃ ｉ 又 ２ｕ ， 因为 功 率 Ｐ Ｖ ， 逆 变 电 源 工 作 频 率 『， 逆 变 ＝Ｃ ｆ为 ｆ ４则 ］
电路模式 下切 换 ， 不仅 解决 了逆变 弧焊 电源全 功率输 出的问题 ， 且有 效的提 高 了逆 变 电源 的动态 响应 速度 。 而
关键词 ： 变弧焊 电源 ；脉 宽调制 ；软 开关 逆 中图分类号 ：Ｎ ６ Ｔ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：００ １０ ２ １ ）０ ００ — ３ １０ — ０ Ｘ（０ １ １— ０ ４ ０
Ａ ｗ ｎ ｒ ｌＭ ｅｈ ｄ ｏ Ｎｅ Ｃｏ ｔｏ ｔ ｏ ｆＴｗｏ ｓａ ｅ Ｃｏ ｔ ｕ ｕ Ｗ Ｍ －ｔ ｇ ｎ ｉ ｏ ｓ Ｐ ｎ ｆ ｒ Ｓ ｆ—ｗｉ ｈ ｎ ｎ ｅ ｔｒ ｗｅｄ ｎ ｏ ｒ Ｓ ｕ ｃ ｏ ｏ ｔｓ ｔ ｉ ｇ Ｉ ｖ ｒｅ ｌ ｉ ｇ Ｐ ｗｅ ｏ ｒ ｅ ｃ
续流 回路释放 ； Ｔ 导通时 ， 电，２ 电， ③Ｖ Ｃ充 Ｃ放
电路 反 向 导 通 ， Ｂ点 电位 降至 零 时 ， Ｃ 的 充 当 对 电完 毕 ， 时 ｃ 两 端 电压 为 零 ， Ｄ 导 通 ， 此 ２ Ｖ ： 电感 能 量 通 过 续 流 回路 释 放 。 充 电 时 电源 对 外 输 出 能 量 为 Ｗ Ｃｕ２２ ＝ ２ｃ［ ＝ ２
２３２ ） １０ ２ （ 河海 大学 ， 电工 程学 院 ，江 苏 常 州 机
摘要： 针对 传 统脉 宽调 制 （ ＷＭ） 开关控 制模 式 下难 以实现 在全 功率 范 围调 节逆 变弧 焊 电源 输 出的 问题 ， Ｐ 软 提 出一种两 级连续 Ｐ ＷＭ控 制方 法 。引入 Ｐ ＷＭ 控制信 号 为负状 态 ， 弧焊 电源 能在全 桥和 半桥 两种 不 同的逆 变 使
… … … … … … … … … … 一 一
作
的 最 小 输 出也 就 停 留在 ７０Ｗ 功 率 线 上 。在 传 统 ０
图 ３ 数字 化控制 电路 结构示 意 图
的全桥逆变软开关工作模式 下 ，实验 中电源无论 采 用 恒 压 输 出还 是 恒 流 输 出 ． ７０Ｗ 恒 功 率 线 在 ０
同冈『
功率器件换流期间应 用谐振原理 ，实现零 电压或
零 电流 的 控 制…。
（） 开 关逆 变 电源 丰 电 路 ａ软
同罔『
（ ） 制 波 形 ｂ控
２ 一 种 全 桥 逆 变 软 开 关 控 制 方 法
一
图 ｌ 软开 关弧焊逆 变 电源主 电路及控 制波 形
种 软 开 关 逆 变 弧 焊 电 源 的 主 电路 如 图 ｌ ａ 状 态 ３ 当 Ｖ 端 电压 为 零 时 ，电 感 通 过 Ｄ两
零 ， Ｄ 导通 ， Ｖ ３ 电感 能 量通 过 ￡ｋ Ｒ Ｖ ３ Ｖ １ 一 — Ｄ 一 Ｔ一
Ｐ ＷＭ 控 制 方 法 ， 制 系 统 结 构 如 图 ３所 示 。 该控 控
制 系统是 以 Ｄ Ｐ为核心 ， Ｓ Ｓ Ｄ Ｐ具备强大 的数据处 理 能力 和 稳 定 性 ， 控 制 流程 通 过 软 件 编程 实现 。 其
第４ ５卷
Ｐ ｗ ｒＥ ｅ ｔ ｎ ｃ ｏ ｅ ｌ ｃｒ ｉ ｓ ｏ
Ｖｏ． ５，Ｎ ．０ １ ４ ｏ１ Ｏ ｔ ｂ ｒ２ ｃ ｏ ｅ ０１ ｌ
软开关逆变弧焊 电源的两级连续 Ｐ ＷＭ 控制方法
姚 瑶 ，包晔峰 ，姚 河 清
流完毕后 ， 零 电流关断 。 Ｖ１ Ｔ 状 态 ４ Ｖ Ｖ ３ 时 导通 ， 变 电路 反 向导 Ｔ， Ｔ 同 逆
通， 电路 开 始 后 半 周 期 的 工作 ， 工 作 过 程 与 前 半 其
周期完全相 同。
此种 Ｐ ＷＭ 调 节 模 式 控 制 信 号 为零 时 ， Ｔ 与 Ｖ３ Ｖ ４ 终 处 于 关 断 状 态 ； Ｔ， Ｔ 保 持 最 大 占 空 Ｔ始 Ｖ ｌＶ ２ 比。 此 时 电源 输 出功 率最 小 ，但 输 出 功 率 并 不 为 零 。 当仅 有 Ｖ Ｖ ： 流 导 通 而 Ｖ ３Ｖ ４ 持 关 Ｔ， Ｔ 轮 Ｔ， Ｔ 保 断 时 ， Ｔ ， Ｔ 和 Ｃ ， 成 半 桥 逆 变 电 路 ，其 工 Ｖ 。Ｖ ： Ｃ 组
＝
嘲
ＤｓＰｌ
ｌ Ｌ—
气 阀
５０Ｖ， 得 半桥 逆 变 状 态 时 ， 变 弧 焊 电源 的 ４ 可 逆
控 制 电路
Ｌ … … … … … …
ｊ
…
…
工
输 出功 率 约 为 ７ ０ Ｗ ，因 此 全 桥 软 开 关 逆 变 电源 ０
ｌＣ ｌ 机 臊作按钮ｌ Ｅ 指 灯ｌ Ｃ 显示 Ｐ Ｄ ÷ ｌ Ｄ Ｉ Ｌ Ｌ
状 态 ２ Ｖ ４ 断 ， Ｔ 继 续 开 通 时 ， 通 过 Ｔ关 Ｖ， 回 路 — Ｖ 。 Ｃ一 变 压 器 初 级 绕 组 Ｔ一 ｃ一 进 行 充 电 ， 过 回路 ２ Ｃ通 器 初 级 绕 组 Ｌ 一 Ｖ ， Ｃ＿ 变 压 Ｔ一 ＋
电压 箝 位 为零 ， Ｖ ３ 电压 开 通 创 造 了条 件 ， 为 Ｔ零 续
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｉ ｖ ｒ ｒ ｗｅｄ ｎ ｏ ｒ ｓ ｕ ｃ ｙ ｒ ｓ：ｎ ｅ ｔ ｌｉ ｇ ｐ ｗｅ ｏ ｒ ｅ；ｐ ｌｅ ｗ ｄｈ ｍｏ ｕａ ｉｎ；ｓ ｆ ｓ ｔ ｈｎ ｅ ｕ ｓ ｉ ｔ ｄ ｌｔ ｏ ｏ —ｗｉ ｉ ｇ ｔ ｃ
１ 引 言
Ｃｌ
软 开 关 技 术 是 减 小逆 变 弧 焊 电源 功 率 开 关 损 耗 的核 心 技 术 ．而 Ｐ ＷＭ 软 开 关 电路 在 逆 变 弧 焊 电源 中应 用 尤 为 广泛 。 基 本 特 征 是 ： 在 短 暂 的 其 仅
曰Ｉ Ｊ ３ ￡ 曰 Ｉ 《
百 囊 Ｉ ｆ
冀
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机ｌ１ＤＰ ｌＳ３ 日
电源 的输 出功率为 ： ＝Ｃ 士ｃ ＝ｆ ￣ 。 Ｐｆ ， 厂 ２ ｃ 实 验 中 ２ Ｈ ，并 联 电容 Ｃ＝ ０Ｏ Ｆ ０ｋ ｚ ｌＣ＝ ．６ ，
Ｖ Ｖ ， 流 释 放 能 量 ，此 时 Ｖ ， Ｖ ３ 端 的 Ｔ，Ｄ 续 Ｄ 将 Ｔ两
所 示 ，其 功 率 开 关 的 驱 动 脉 冲 波 形 如 图 １ 示 ， ｂ所
其 软 开 关 实 现 过 程 分 以下 几个 状 态 【３ ２１ ＾：
状 态 １ Ｖ Ｔ 同时开通 ，逆变 电路正向导 Ｔ， ４ Ｖ 通， 变压 器 初 级 向次 级传 递 能 量 ， 电感 Ｌ ，，储 能 。 ＲＬ
Ｌ Ｃ 放 电 ，直 至 将 点 电位 。
拉 高 至 ； 由于 Ｃ 和 Ｃ 。 电容 量 较 大 ， ： Ｃ 电压 上 升 较 慢 ， 得 Ｖ ４ 实 现 近 似 零 电压 关 断 。 使 Ｔ能