PWM控制技术 ppt课件
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PWM原理ppt课件
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• fR与fT协调关系 fr—ur参考信号频率，fc—uc载频。载波比N=fc/fr。 ➢同步调制：fc与fr同步变化，N保持整数，可以使 SPWM波每周期半波内包含的矩形脉冲数保持固 定，且正负半波对称，无偶次谐波。若N为3的整 数倍，还可使三相PWM波完全对称，严格互差 1200，在1200处为整数个三角波周期。比如N取6、 9、24、27、159等。
u
t
uo
+Ud/2
t
-Ud/2
•两点式PWM波形 (双极性PWM)
对应于正弦波的每个半周都是双极性跳变的脉冲 序列，在正负两电平间跳变(Two Level)。脉宽按正 弦规律变化，在每个等份上的正负面积之代数和 (平均面积)按正弦规律变化，即符合面积等效原理。
各脉冲的占空比按正弦规律变化：在0~t1这一等 份上，对应的正弦波瞬时值为正值，脉冲占空比应 大于50%，正、负面积的平均值为正值。在正弦波 过零点近旁，脉冲占空比应接近等于50%，使正、 负面积的平均值趋于零。在负半周各等份上对应的 脉冲占空比均小于50%。
用PWM方式既可以实现VV又可以VF，在三角 波比较方式中，改变调制正弦波的频率既可以实现
变频，欲实现U/f协调控制，可调节调制波ur的正 弦幅度，调制系数m=Urm/Ucm，通常在0~1之间， 为了实现U/f 协调控制，随f变化，同时调m。
10
8.5.3 三相桥式逆变电路的PWM控制 •载频三角波比较法调制
1
•正弦脉宽调制：
脉冲列的各脉冲宽 度按正弦规律变化 （等效平均面积按正 弦波变化）的PWM波 形 ， 称 作 SPWM （Sinusoidal PWM） 波形。
•三点式PWM：正半 周均为正脉冲，负 半周均为负脉冲， 没有正、负两极性 间的跳变。
• fR与fT协调关系 fr—ur参考信号频率，fc—uc载频。载波比N=fc/fr。 ➢同步调制：fc与fr同步变化，N保持整数，可以使 SPWM波每周期半波内包含的矩形脉冲数保持固 定，且正负半波对称，无偶次谐波。若N为3的整 数倍，还可使三相PWM波完全对称，严格互差 1200，在1200处为整数个三角波周期。比如N取6、 9、24、27、159等。
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+Ud/2
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-Ud/2
•两点式PWM波形 (双极性PWM)
对应于正弦波的每个半周都是双极性跳变的脉冲 序列，在正负两电平间跳变(Two Level)。脉宽按正 弦规律变化，在每个等份上的正负面积之代数和 (平均面积)按正弦规律变化，即符合面积等效原理。
各脉冲的占空比按正弦规律变化：在0~t1这一等 份上，对应的正弦波瞬时值为正值，脉冲占空比应 大于50%，正、负面积的平均值为正值。在正弦波 过零点近旁，脉冲占空比应接近等于50%，使正、 负面积的平均值趋于零。在负半周各等份上对应的 脉冲占空比均小于50%。
用PWM方式既可以实现VV又可以VF，在三角 波比较方式中，改变调制正弦波的频率既可以实现
变频，欲实现U/f协调控制，可调节调制波ur的正 弦幅度，调制系数m=Urm/Ucm，通常在0~1之间， 为了实现U/f 协调控制，随f变化，同时调m。
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8.5.3 三相桥式逆变电路的PWM控制 •载频三角波比较法调制
1
•正弦脉宽调制：
脉冲列的各脉冲宽 度按正弦规律变化 （等效平均面积按正 弦波变化）的PWM波 形 ， 称 作 SPWM （Sinusoidal PWM） 波形。
•三点式PWM：正半 周均为正脉冲，负 半周均为负脉冲， 没有正、负两极性 间的跳变。
PWM-基本原理及其实现方法PPT课件
2021
3
电枢电压“占空比”与平均电 压关系图
2021
4
电枢电压“占空比”与平均电 压关系
Vd = Vmax*D
式中，Vd——电机的平均速度；
Vmax——电机全通电时的速度(最大)；
D = t1/T
当我们改变占空比 D = t1/T 时，就可以得到 不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。 严格地讲，平均速度 n 与占空比 D 并不是严 格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近 似地看成线性关系。
{
OCR2 = 70 + (uint8)(((uint16)(0x7f - *(point+1)) * 145)/100);
M2_L;
}
else
{
OCR2 = 70 + (uint8)(((uint16)(*(point+1) - 0x80) * 145)/100);
M2_R;
}
2021
14
PWM实现程序
PWM实现程序
初始化
PORTB = 0;
DDRB = 0xff; /比较匹配发生时OC0 清零，计数到TOP 时OC0 置 位,clkT0S/8 ( 来自预分频器)
TCCR0 = _BV(WGM01)|_BV(WGM00)|_BV(COM01)|_BV(CS01); 7KHZ
PWM 基本原理及其实现方法
2021
1
PWM 基本原理
PWM 是通过控制固定电压的直流电源开 关频率，从而改变负载两端的电压，进 而达到控制要求的一种电压调整方法。 PWM 可以应用在许多方面，如电机调速、 温度控制、压力控制等。
2021
2
PWM 基本原理
在 PWM 驱动控制的调整系统中，按一 个固定的频率来接通和断开电源，并根 据需要改变一个周期内“接通”和“断 开”时间的长短。通过改变直流电机电 枢上电压的“占空比”来改变平均电压 的大小，从而控制电动机的转速。因此， PWM 又被称为“开关驱动装置”。
第十五讲PWM控制技术
u*为直流信号时，u产生直流偏移，变为正负脉冲宽度不等， 正宽负窄或正窄负宽的矩形波
u*为交流信号时，只要其频率远低于上述自励振荡频率，从 u中滤除由器件通断产生的高次谐波后，所得的波形就几乎 和u* 相同，从而实现电压跟踪控制
14.3.2 三角波比较方式
基本原理
不是把指令信号和三角波直接进行比较，而是通 过闭环来进行控制
第十五讲 PWM控制技术（二）
14.0 14.1 14.2 14.3 14.4
引言 PWM控制的基本原理 PWM逆变电路及其控制方法 PWM跟踪控制技术 PWM整流电路及其控制方法
14.3 PWM跟踪控制技术
PWM波形生成的第三种方法——跟踪控制方法 把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作
定时比较方式
不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟 以固定采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，根
据偏差的极性来控制开关器件通断 在时钟信号到来的时刻，如i < i*，V1通，V2断，使i增大
如i > i*，V1断，V2通，使i减小 每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误
V1
VD3
桥PWM整流电路
半桥电路直流侧电容必须由两个 电容串联，其中点和交流电源连 接
VD2 VD1
us
Ls is Rs A
V3 B
+
ud
负 载
V4
VD4
V2
b)
全桥电路直流侧电容只要一个就 可以
图6-28
图6-28
单相PWM整流电路
交 电Leabharlann 流 感侧 和电 交
感 流
电Ls
包 源
括 内
外 部
u*为交流信号时，只要其频率远低于上述自励振荡频率，从 u中滤除由器件通断产生的高次谐波后，所得的波形就几乎 和u* 相同，从而实现电压跟踪控制
14.3.2 三角波比较方式
基本原理
不是把指令信号和三角波直接进行比较，而是通 过闭环来进行控制
第十五讲 PWM控制技术（二）
14.0 14.1 14.2 14.3 14.4
引言 PWM控制的基本原理 PWM逆变电路及其控制方法 PWM跟踪控制技术 PWM整流电路及其控制方法
14.3 PWM跟踪控制技术
PWM波形生成的第三种方法——跟踪控制方法 把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作
定时比较方式
不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟 以固定采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，根
据偏差的极性来控制开关器件通断 在时钟信号到来的时刻，如i < i*，V1通，V2断，使i增大
如i > i*，V1断，V2通，使i减小 每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误
V1
VD3
桥PWM整流电路
半桥电路直流侧电容必须由两个 电容串联，其中点和交流电源连 接
VD2 VD1
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Ls is Rs A
V3 B
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负 载
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全桥电路直流侧电容只要一个就 可以
图6-28
图6-28
单相PWM整流电路
交 电Leabharlann 流 感侧 和电 交
感 流
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包 源
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外 部
PWM 控制技术
图15 SPWM 的谐波分析
5.7 异步调制和同步调制
异步调制 载波和信号波不保持同步的调制方式称为异步调制 。 保持载波频率fc固定不变，因而当调制波频率fr变化时，载波比N是变化的。 在信号波的半个周期内，PWM的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半 周期的脉冲可能不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也可能不对称。 同步调制 载波比N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步的方式称为同步 调制。 三相SPWM逆变电路中，通常公用一个三角载波，且取载波比N为3的整数 倍，以使三相输出波形严格对称，为了保证双极性调制时每相波形的正、 负半波对称，N应取奇数。 信号波一个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。 分段同步调制 将异步调制和同步调制结合起来，成为分段同步调制方式。 在不同的频率段采用异步，在同一频段采用同步，结合了异步和同步的优 点。
V1m =
Vdc ×m 2
FFT window: 2 of 6 cycles of selected signal 100 50 0 -50 -100
0.07
0.075
0.08 0.085 Time (s)
0.09
0.095
0.07
0.075
0.08 0.085 Time (s)
0.09
0.095
Fundamental (60Hz) = 158.7 , THD= 137.34%
图3 SPWM的原理
5.3 SPWM 控制方法
计算法：实时在线计算困难 调制法（三角波交点法） 把希望输出的波形作为调制波， 等腰三角形作为载波，通过对载 波的调制得到希望输出的PWM波 形。 1）单极性调制：三角波载波在半个 周期内只在1个方向变化，所得 的PWM波形也只能在单极性范围 内变化。 优点：电压电流波动小，开关器 件的电压、电流应力小 缺点：生成困难 2）双极性调制：三角波载波在半个 周期内在正负2个方向变化，所 得的PWM波形也在2个方向变化。 缺点：电压电流波动较大，器件 缺点 电压、电流应力较大 优点：生成容易 优点
变频调速选用课件第三章-PWM控制技术
交流电机调速
通过改变PWM信号的占空比，可以调节交流电机输入电压的有 效值，从而实现电机的调速。
交流电机方向控制
通过改变PWM信号的相位，可以改变电机输入电压的相位，从 而控制电机的旋转方向。
交流电机启动与制动
通过PWM信号的频率和占空比的调节，可以实现电机的平滑启 动、制动和停止。
PWM控制在步进电机控PWM控制原理 • PWM控制器设计 • PWM控制技术在电机控制中的应用 • PWM控制技术的实验与实现
01
PWM控制技术概述
PWM控制技术的定义
PWM（脉宽调制）控制技术是 一种通过调节脉冲宽度来控制输 出电压或电流的数字信号处理技
术。
在PWM控制中，脉冲的宽度被 调制，以产生可变的占空比，进
测试PWM信号
通过示波器等工具，测试PWM信号 的波形是否符合预期。
实现电机控制
将PWM信号接入电机驱动器，通过 调整PWM占空比实现电机的调速控 制。
传感器数据采集
如果实验中涉及到传感器数据采集， 需要编写相应的数据采集程序。
PWM控制技术的实验结果分析
分析PWM波形
通过示波器等工具，分析PWM信号的波形是否稳定、占空比是否 准确。
而控制平均输出电压或电流。
PWM控制技术广泛应用于电机 控制、电源管理、音频处理、通
信等领域。
PWM控制技术的发展历程
1960年代
随着数字信号处理技术的发展 ，PWM控制技术开始出现。
1970年代
随着微电子技术的进步，PWM 控制芯片开始出现，广泛应用 于电机控制领域。
1980年代
随着计算机技术的普及，PWM 控制算法开始被广泛应用于电 源管理、音频处理等领域。
步进电机步进控制
通过改变PWM信号的占空比，可以调节交流电机输入电压的有 效值，从而实现电机的调速。
交流电机方向控制
通过改变PWM信号的相位，可以改变电机输入电压的相位，从 而控制电机的旋转方向。
交流电机启动与制动
通过PWM信号的频率和占空比的调节，可以实现电机的平滑启 动、制动和停止。
PWM控制在步进电机控PWM控制原理 • PWM控制器设计 • PWM控制技术在电机控制中的应用 • PWM控制技术的实验与实现
01
PWM控制技术概述
PWM控制技术的定义
PWM（脉宽调制）控制技术是 一种通过调节脉冲宽度来控制输 出电压或电流的数字信号处理技
术。
在PWM控制中，脉冲的宽度被 调制，以产生可变的占空比，进
测试PWM信号
通过示波器等工具，测试PWM信号 的波形是否符合预期。
实现电机控制
将PWM信号接入电机驱动器，通过 调整PWM占空比实现电机的调速控 制。
传感器数据采集
如果实验中涉及到传感器数据采集， 需要编写相应的数据采集程序。
PWM控制技术的实验结果分析
分析PWM波形
通过示波器等工具，分析PWM信号的波形是否稳定、占空比是否 准确。
而控制平均输出电压或电流。
PWM控制技术广泛应用于电机 控制、电源管理、音频处理、通
信等领域。
PWM控制技术的发展历程
1960年代
随着数字信号处理技术的发展 ，PWM控制技术开始出现。
1970年代
随着微电子技术的进步，PWM 控制芯片开始出现，广泛应用 于电机控制领域。
1980年代
随着计算机技术的普及，PWM 控制算法开始被广泛应用于电 源管理、音频处理等领域。
步进电机步进控制
第5章 PWM控制技术.ppt
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中国矿业大学（北京）电力电子技术研究中心(PERC)
• 交-交变压变频器的基本结构
CVCF
AC 50Hz~
VVVF
交－交变频
AC
图5-4 交-交（直接）变压变频器
14/89
中国矿业大学（北京）电力电子技术研究中心(PERC)
交-交变压变频器 常用的交-交变压变频器输出的每一相都 是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置 反并联的可逆线路。 也就是说，每一相都相当于一套直流可 逆调速系统的反并联可逆线路（图5-5）。
uo
O
t
io
O
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1
3
4
6
2
5
图4-20
17/89
中国矿业大学（北京）电力电子技术研究中心(PERC)
• 三相交交变频电路
三相交交变频电路可以由3个单相交交变频 电路组成，其基本结构如图5-6所示。 如果每组可控整流装置都用桥式电路，含 6个晶闸管（当每一桥臂都是单管时），则 三相可逆线路共需36个晶闸管，即使采用 零式电路也须18个晶闸管。
2/89
中国矿业大学（北京）电力电子技术研究中心(PERC)
一、电力电子变压变频器
最早的VVVF装置是旋转变频机组，即 由直流电动机拖动交流同步发电机，调节 直流电动机的转速就能控制交流发电机输 出电压和频率。自从电力电子器件获得广 泛应用以后，旋转变频机组已经无例外地 让位给静止式的变压变频器了。
6/89
中国矿业大学（北京）电力电子技术研究中心(PERC)
交-直-交变压变频器基本结构
恒压恒频 (CVCF)
AC 50Hz~
中间直流环节
DC
C
PWM 逆变器
变压变频 (VVVF)
中国矿业大学（北京）电力电子技术研究中心(PERC)
• 交-交变压变频器的基本结构
CVCF
AC 50Hz~
VVVF
交－交变频
AC
图5-4 交-交（直接）变压变频器
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中国矿业大学（北京）电力电子技术研究中心(PERC)
交-交变压变频器 常用的交-交变压变频器输出的每一相都 是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置 反并联的可逆线路。 也就是说，每一相都相当于一套直流可 逆调速系统的反并联可逆线路（图5-5）。
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图4-20
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中国矿业大学（北京）电力电子技术研究中心(PERC)
• 三相交交变频电路
三相交交变频电路可以由3个单相交交变频 电路组成，其基本结构如图5-6所示。 如果每组可控整流装置都用桥式电路，含 6个晶闸管（当每一桥臂都是单管时），则 三相可逆线路共需36个晶闸管，即使采用 零式电路也须18个晶闸管。
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中国矿业大学（北京）电力电子技术研究中心(PERC)
一、电力电子变压变频器
最早的VVVF装置是旋转变频机组，即 由直流电动机拖动交流同步发电机，调节 直流电动机的转速就能控制交流发电机输 出电压和频率。自从电力电子器件获得广 泛应用以后，旋转变频机组已经无例外地 让位给静止式的变压变频器了。
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中国矿业大学（北京）电力电子技术研究中心(PERC)
交-直-交变压变频器基本结构
恒压恒频 (CVCF)
AC 50Hz~
中间直流环节
DC
C
PWM 逆变器
变压变频 (VVVF)
脉冲电路PWM调制PPT课件
是一种通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流的调制方式。
脉冲宽度
指高电平持续的时间，通常用占空比表示，即脉冲宽度与周期的比 值。
PWM调制的基本原理
通过改变脉冲宽度来等效改变输出电压或电流的大小。
PWM信号的生成原理
采样控制理论
PWM信号的生成基于采样控制理论，通过对输入信号进行采样，并根据采样结果生成相 应的PWM信号。
电流模式控制PWM调制是通过检测输出电流的占空比来实现对输出电流的控制。
电流模式控制PWM调制具有电流响应速度快、控制精度高等优点，因此在许多应用 中得到广泛应用。
电流模式控制PWM调制的主要缺点是可能会产生较大的输出电流纹波。
电压和电流模式比较
电压模式控制PWM调制和电流模式控制PWM调制各有优缺点，具体选择哪种方式要根据 实际应用需求来决定。
PWM调制技术在能源转换、电机控制、通 信等领域具有广泛的应用前景，随着技术 的不断成熟，其应用领域将进一步拓展。
经济价值
社会效益
PWM调制技术的推广应用将带来显著的经 济效益，有助于推动相关产业的发展和经 济增长。
PWM调制技术的节能减排效果明显，对于 应对全球气候变化、推动可持续发展具有 重要意义。
04 PWM调制在脉冲电路中 的优势与挑战
PWM调制在脉冲电路中的优势
高效能
PWM调制能够有效地控 制脉冲宽度，从而提高 脉冲电路的能量效率。
灵活性高
PWM调制允许在单个脉 冲中实现多个级别的电 压或电流，从而提供更
大的灵活性。
易于实现
PWM调制可以通过简单 的数字或模拟电路实现， 降低了设计和实现的复
线性度
PWM信号的线性度取决于采样电 路和PWM生成电路的设计，高质 量的PWM信号应具有良好的线性
脉冲宽度
指高电平持续的时间，通常用占空比表示，即脉冲宽度与周期的比 值。
PWM调制的基本原理
通过改变脉冲宽度来等效改变输出电压或电流的大小。
PWM信号的生成原理
采样控制理论
PWM信号的生成基于采样控制理论，通过对输入信号进行采样，并根据采样结果生成相 应的PWM信号。
电流模式控制PWM调制是通过检测输出电流的占空比来实现对输出电流的控制。
电流模式控制PWM调制具有电流响应速度快、控制精度高等优点，因此在许多应用 中得到广泛应用。
电流模式控制PWM调制的主要缺点是可能会产生较大的输出电流纹波。
电压和电流模式比较
电压模式控制PWM调制和电流模式控制PWM调制各有优缺点，具体选择哪种方式要根据 实际应用需求来决定。
PWM调制技术在能源转换、电机控制、通 信等领域具有广泛的应用前景，随着技术 的不断成熟，其应用领域将进一步拓展。
经济价值
社会效益
PWM调制技术的推广应用将带来显著的经 济效益，有助于推动相关产业的发展和经 济增长。
PWM调制技术的节能减排效果明显，对于 应对全球气候变化、推动可持续发展具有 重要意义。
04 PWM调制在脉冲电路中 的优势与挑战
PWM调制在脉冲电路中的优势
高效能
PWM调制能够有效地控 制脉冲宽度，从而提高 脉冲电路的能量效率。
灵活性高
PWM调制允许在单个脉 冲中实现多个级别的电 压或电流，从而提供更
大的灵活性。
易于实现
PWM调制可以通过简单 的数字或模拟电路实现， 降低了设计和实现的复
线性度
PWM信号的线性度取决于采样电 路和PWM生成电路的设计，高质 量的PWM信号应具有良好的线性
PWM的控制
第14章
PWM的控制
14.4 程序编写 案例：是一个LED 灯从亮到暗，再从 暗到亮。
流程图如 右图
THANK YOU VERY MUCH ！
本章到此束， 谢谢您的临！
PWM的控制
面积等效原理：
分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性 环节（R-L电路）上，如图2a所示。其输出电流 i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图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。
位
7
6
CR
5
-
4
-
3
-
2
-
1
0
符号 CF
CCF1 CCF0
第14章
PWM的控制
描述 PCA计数器阵列溢出标志 PCA计数器阵列运行控制位
CCON 寄存器的具体描述
位 7 6 1 0 符号 CF CR
5-2 -
保留为将来之用
CCF1 PCA模块1中断标志 CCF0 PCA模块0中断标志
第14章
PWM的控制
4
3 2 1 0
CAPNn 负捕获。下降沿有效
MATn T0Gn PWMn 匹配 翻转 脉宽调制模式。
ECCFn 使能CCFn中断
第14章
PWM的控制
（2）STC12C5410AD单片机实现PWM的原理 当CL SFR的值小于{EPCnL,CCAPnL}时，输出 为低。当PCA CL SFR的值大于或等于 {EPCnL,CCAPnL}时，输出为高。当CL的值由 FF变为00溢出时， {EPCnH,CCAPnH}的内容装 载到{EPCnL,CCAPnL}中。这样就可以实现无干 扰地更新PWM，要使用PWM模式，模块 CCAPMn寄存器PWMn和ECOMn位必须复位。
第4章 脉宽调(PWM)技术
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U 2 U
负载相电压PWM波由 ±2/3)Ud、 波由(± 负载相电压 波由 (±1/3)Ud和0共5种电平组成。 种电平组成。 ± 共 种电平组成
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U d 2 U d 2 U d 2
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防直通的死区时间
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， 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。 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。 件的关断时间决定。 死区时间会给输出的PWM波带 死区时间会给输出的PWM波带 PWM 来影响，使其稍稍偏离正弦波。 来影响，使其稍稍偏离正弦波。
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 技术。 技术。 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 电流型两 逆变电路也可分为 电压型和 目前实用的PWM逆变电路几乎都是电 种 ， 目前实用的 逆变电路几乎都是电 压型电路。 压型电路。
双极性PWM控制方式波形
对照上述两图可以看出，既可采取单极性调制， 对照上述两图可以看出，既可采取单极性调制，也 可采用双极性调制， 可采用双极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不 它们的输出波形也有较大的差别。 同，它们的输出波形也有较大的差别。
4.2 单相PWM逆变电路 单相PWM PWM逆变电路
PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应 控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应 控制技术正是有赖于在逆变电路 用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术，因 技术， 现在使用的各种逆变电路都采用了 技术 此，本章和第3章（逆变电路）相结合，才能使我 本章和第 章 逆变电路）相结合， 们对逆变电路有完整地认识。 们对逆变电路有完整地认识。
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负载相电压PWM波由 ±2/3)Ud、 波由(± 负载相电压 波由 (±1/3)Ud和0共5种电平组成。 种电平组成。 ± 共 种电平组成
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U d 2 U d 2 U d 2
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防直通的死区时间
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， 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。 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。 件的关断时间决定。 死区时间会给输出的PWM波带 死区时间会给输出的PWM波带 PWM 来影响，使其稍稍偏离正弦波。 来影响，使其稍稍偏离正弦波。
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 技术。 技术。 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 电流型两 逆变电路也可分为 电压型和 目前实用的PWM逆变电路几乎都是电 种 ， 目前实用的 逆变电路几乎都是电 压型电路。 压型电路。
双极性PWM控制方式波形
对照上述两图可以看出，既可采取单极性调制， 对照上述两图可以看出，既可采取单极性调制，也 可采用双极性调制， 可采用双极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不 它们的输出波形也有较大的差别。 同，它们的输出波形也有较大的差别。
4.2 单相PWM逆变电路 单相PWM PWM逆变电路
PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应 控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应 控制技术正是有赖于在逆变电路 用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 现在使用的各种逆变电路都采用了PWM技术，因 技术， 现在使用的各种逆变电路都采用了 技术 此，本章和第3章（逆变电路）相结合，才能使我 本章和第 章 逆变电路）相结合， 们对逆变电路有完整地认识。 们对逆变电路有完整地认识。
第6章PWM技术
由电机学，三相对称正 弦供电时: 总向量恒幅恒速旋转 (电)角速度：w 2f s 代表空间正弦分布且圆 转磁场，u s、es、is 是引用量
26
• 三相交流的空间向量
n=0:15;x=2*pi*n/16;a=2*pi/3;
v=cos(x)+cos(x+a)*exp(j*a) +cos(x-a)*exp(-j*a); plot(v)
16
除计算法和调制法外，还有 空间向量法 跟踪控制方法
17
6.2.2 异步调制和同步调制
载波比N = fc / fo----模拟uo一个周波的脉冲数 1） 异步调制----fc不变， N随fo变 载波与调制波不同步 N常≠整数 对称性差。 当fo较低时，N大------低频性能好。
当fo增高时，N小------高频差
u
ω1
u2Tc
32
空间矢量磁链控制 SVPWM
其它区域也有相应控制规则
SVPWM用电压向量u控制Ψ 沿折线围线,并走走停停逼近圆 开关频率越高,线元usTc越短 Ψ圆越准
33
空间矢量磁链控制 SVPWM
三电平逆变器 电压向量us更多 按ΔΨ=Ψ* - Ψ --用最佳us控制 Ψ圆更准
34
SVPWM波形特点
31
空间矢量磁链控制 SVPWM
--仿闭环控制算法 控制方程ΔΨs “=” usTc 按Ψ转向超前90度建u参考轴 u2 用u轴前后电压向量控制Ψ 例如图 矢量 作用 应用条件 u1 u1 正转增幅 Ψ滞后欠幅 u2 正转减幅 滞后超幅 u7,8 停转等待 超前 Ψ 例:Ψ滞后欠幅,用u1 u1Tc Ψ滞后超幅,用u2 Ψ超前,用u7,8 注”相邻原则”:u1u8; u2u7;可减少开关动作
PSPWM控制PPT课件
D4 C4
Q2
Q4
K:1 D6
D8 D
图2.1 PS-FB ZVS-PWM DC/DC变换器原理图
Vo Rload
❖ C1~C4开关管外并电容或寄生电容 ❖ Lr串联电感或变压器漏感 ❖ Cb隔直电容，隔直电压一般为电源电压的10%
.
6
工作过程(续)
Q1
Q2
Q1
Q4
Q3
Q4
ip
I0
I2
VAB
0
Vin
断
Q1
Q4
断
ZVS
ZVS
ZVS
ZVS
开通
开通
开通
开. 通
9
工作过程(续)
Q1
Q2
Q1
Q4
Q3
Q4
ip
I0
I2
VAB
0
Vin
Vrect 0
Vin/K
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12
Q1 D2 Q4 D3
Q2 D1 Q3 D1
Q1
软 开 软开
软开 关 开
DR1
DR2
id6 iD7 iDR2
t2
t4
t5
.
图3.1 副边整流二极管换流波形
14
3.4输出整流管的寄生振荡
❖ 整流桥的寄生振荡产生于变压器的漏感Lr与变压器绕组 电容和整流管的结电容之间。
❖ 减小副边寄生振荡: RC、RCD缓冲电路 原边侧加二极管箝位缓冲电路等
.
15
4主电路参数设计
❖ 下面分别给出PWM控制和ZVS PWM控制全桥电路的主要 参数设计过程。
断
脉宽调(PWM)技术
O
u
> ωt
冲量相等，中点重合 宽度按正弦规律变化
ωt
O
u
u
SPWM波
O
ωt
O
> ωt
6.1 PWM控制的基本思想
对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形
Ud O -U d
wt
正弦波还可等效为下图中的PWM波，在实际应用中更为广泛。
U
d
等幅PWM波
O
-
wt
U
d
U
o
ωt
不等幅PWM波
6.2 PWM逆变电路及其控制方法
Uo
wt
uo
负 周 半
uo的基波分量
wt
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断
ur正半周，V1保持通，V2保持断。 当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud 。 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0 。 ur负半周，请同学们自己分析。
O -U d
单极性PWM控制方式波形
6.2.1 计算法和调制法
分析以双极性SPWM波形为准。 同步调制可看成异步调制的特殊情况，只分析异步调制 方式。 分析方法
以载波周期为基础，再利用贝塞尔函数推导出PWM波 的傅里叶级数表达式。
尽管分析过程复杂，但结论简单而直观。
6.2.4 PWM逆变电路的谐波分析
谐波分析小结 三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较显著
6.2.6 PWM逆变电路的多重化
PWM多重化逆变电路，一般目的：提高等效开关频率、减少开关损耗、 减少和载波有关的谐波分量 PWM逆变电路多重化联结方式有变压器方式和电抗器方式
利用电抗器联接的二重PWM逆变电路（图6-20，图 6-21)
第二章之二 PWM控制
2.3
PWM控制基础
随着自关断型电力电子器件（如GTO、 GTR、IGBT、MOSFET等）、微电子技术 及微计算机技术的发展，采用脉宽调制 （PWM）控制技术的变频调速器蓬勃发展 起来。PWM变频器基本解决了常规六脉波 变频器中存在的问题，成为现代交流调速 技术发展最快的一个领域。
PWM控制基础
2. PWM变频器
VT1 ~ C
VT3
VT5 A B M C 3~
Ud
VT4 VT6 VT2
(a)
图2-18 PWM变频器的原理图 (a) 主电路
2.3
PWM控制基础
ura
参考信 号发生 器 − urb
ud
a
ud
b
−
urc
驱动VT1~VT6
2.3
PWM控制基础
恒压恒频 (CVCF)
中间直流环节
变压变频 (VVVF)
DC AC ~ 50Hz
C PWM 逆变器
AC
调压调频
交-直-交PWM变压变频器
2.3
PWM控制基础
u
1. PWM控制原理
在采样 控制理 论中
有一个重要的结论：
a)
u
ur uc
O
t
uo Ud
uo f
uo
O -Ud 图6-6
t
使开关器件难以承受。
2.3
PWM控制基础
u u rU uc u rV u rW
同步调制 三相PWM 波形
O
t
u UN'
Ud 2 U - d 2
0
t
u VN'
0 t
PWM控制技术
10
*提高输出电压,减少开关次数
如各相迭加up =-(三相ur基波最小值)-um
--三倍次谐波+直流 基波可提高15% 使线电压幅值达Ud 线参考电压-仍为正弦 各相基波有120°为最小值 此时ur为-um 对应电源相压持续为-Ud/2 且下臂开关保持导通
--开关动作减少,损耗减小
11
7.3 PWM (闭环)跟踪控制技术 --主要是电流跟踪
SVPWM
三电平逆变器 电压向量us更多 按ΔΨ=Ψ* - Ψ --用最佳us控制 Ψ圆更准
22
7.4 PWM整流电路
晶闸管/二极管整流问题: 谐波分量大，功率因数低。 PWM整流可控制交流侧电流波形(近正弦)与相位
可调有功与无功----高功率因数整流器、无功补偿器
单相PWM整流电路
Ls=外接电感+交流源电感------交流功率缓冲 C(C1,C2) ------直流功率缓冲
/
dt
r us
r is R
由电机学：对称交流时三相合成磁场“圆转”：
（幅值=(3/2)相幅值，电角速度=ω）
因r 此s 代表r s实, ur际s , er磁s , ir场s ，都而是旋urs转, ers的, irs 是引用量
空间位置任选
常选正转方向 (ab)顺时针
SVPWM--用PWM电路有限个状态的空间向量 urn
Ud>峰值√2UAB1 = √2Es/cosδ>峰值Usm
26
电流闭环控制单相PWM整流
电流给定is* : 相位与电源us相同, 幅值可调 用i滞环控制: is<is*-δ uAB = -Ud is↑
is>is*+δ uAB = +Ud is↓ 电路简单响应快; 交流电流有波纹可滤 调节is*幅值可调节Ud
*提高输出电压,减少开关次数
如各相迭加up =-(三相ur基波最小值)-um
--三倍次谐波+直流 基波可提高15% 使线电压幅值达Ud 线参考电压-仍为正弦 各相基波有120°为最小值 此时ur为-um 对应电源相压持续为-Ud/2 且下臂开关保持导通
--开关动作减少,损耗减小
11
7.3 PWM (闭环)跟踪控制技术 --主要是电流跟踪
SVPWM
三电平逆变器 电压向量us更多 按ΔΨ=Ψ* - Ψ --用最佳us控制 Ψ圆更准
22
7.4 PWM整流电路
晶闸管/二极管整流问题: 谐波分量大，功率因数低。 PWM整流可控制交流侧电流波形(近正弦)与相位
可调有功与无功----高功率因数整流器、无功补偿器
单相PWM整流电路
Ls=外接电感+交流源电感------交流功率缓冲 C(C1,C2) ------直流功率缓冲
/
dt
r us
r is R
由电机学：对称交流时三相合成磁场“圆转”：
（幅值=(3/2)相幅值，电角速度=ω）
因r 此s 代表r s实, ur际s , er磁s , ir场s ，都而是旋urs转, ers的, irs 是引用量
空间位置任选
常选正转方向 (ab)顺时针
SVPWM--用PWM电路有限个状态的空间向量 urn
Ud>峰值√2UAB1 = √2Es/cosδ>峰值Usm
26
电流闭环控制单相PWM整流
电流给定is* : 相位与电源us相同, 幅值可调 用i滞环控制: is<is*-δ uAB = -Ud is↑
is>is*+δ uAB = +Ud is↓ 电路简单响应快; 交流电流有波纹可滤 调节is*幅值可调节Ud
电压空间矢量PWMSVPWM控制技术或称磁链跟踪控制技术课件
为。
电压空间矢量的线性组合
（1）线性组合公式
可根据各段磁链增量的相位求出所需的 作用时间 t1和 t2 。在上图中，可以看出
us
t1 T0
u1
t2 T0
u2
us
cos
jus
s in
（6-49）
（2）相电压合成公式 根据式（6-39）用相电压表示合成电压
空间矢量的定义，把相电压的时间函数和 空间相位分开写，得
u1 存在的时间为 /3，在这段时间以 后，工作状态转为 110，和上面的分析
B uBO’
u2 -uCO’
相似，合成空间矢
量变成图中的 u2 ， 它在空间上滞后于
uAO’
A
u1 的相位为 /3 弧 度，存在的时间也
是 /3 。
C
（d）每个周期的六边形合成电压空间矢量
依此类推，随着逆
变器工作状态的切换， 电压空间矢量的幅值
• 电压空间矢量的扇区划分
为了讨论方便起见，可把逆变器的一个 工作周期用6个电压空间矢量划分成6个区 域，称为扇区（Sector），如图所示的Ⅰ、 Ⅱ、…、Ⅵ，每个扇区对应的时间均为/3 。
由于逆变器在各扇区的工作状态都是对 称的，分析一个扇区的方法可以推广到其 他扇区。
• 电压空间矢量的6个扇区
这样，根据各个开关状态的线电压表达式可以推出.代 入式(6-49), 有
us
t1 T0
u1
t2 T0
u2
t1 T0
Ud
t2 T0
Ude jπ
3
U
d
t1 T0
t2 T0
e jπ
3
Ud Tt10
t2 T0
cos π 3
电压空间矢量的线性组合
（1）线性组合公式
可根据各段磁链增量的相位求出所需的 作用时间 t1和 t2 。在上图中，可以看出
us
t1 T0
u1
t2 T0
u2
us
cos
jus
s in
（6-49）
（2）相电压合成公式 根据式（6-39）用相电压表示合成电压
空间矢量的定义，把相电压的时间函数和 空间相位分开写，得
u1 存在的时间为 /3，在这段时间以 后，工作状态转为 110，和上面的分析
B uBO’
u2 -uCO’
相似，合成空间矢
量变成图中的 u2 ， 它在空间上滞后于
uAO’
A
u1 的相位为 /3 弧 度，存在的时间也
是 /3 。
C
（d）每个周期的六边形合成电压空间矢量
依此类推，随着逆
变器工作状态的切换， 电压空间矢量的幅值
• 电压空间矢量的扇区划分
为了讨论方便起见，可把逆变器的一个 工作周期用6个电压空间矢量划分成6个区 域，称为扇区（Sector），如图所示的Ⅰ、 Ⅱ、…、Ⅵ，每个扇区对应的时间均为/3 。
由于逆变器在各扇区的工作状态都是对 称的，分析一个扇区的方法可以推广到其 他扇区。
• 电压空间矢量的6个扇区
这样，根据各个开关状态的线电压表达式可以推出.代 入式(6-49), 有
us
t1 T0
u1
t2 T0
u2
t1 T0
Ud
t2 T0
Ude jπ
3
U
d
t1 T0
t2 T0
e jπ
3
Ud Tt10
t2 T0
cos π 3
第六章 PWM控制技术
8
6.2.1
计算法和调制法
V1 C U N'
Ud 2
双极性PWM控制方式（三相桥逆变） 控制方式 三相桥逆变） 双极性
Ud 2
+
VD1 V3 V
VD 3 V5 VD6 W V2
VD 5 N VD 2
+
C
V4 VD4 V 6
u rU u rV u rW uc
调制 电路
图6-7 三相桥式PWM型逆变电路
u
PWM控制技术 控制技术 重要理论基础
• 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
O
u
> ωt
面积等效原理
O
> ωt
3
6.1
PWM控制的基本原理 PWM控制的基本原理
Ud O -U d
• 对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM 波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：
ωt
• 根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的 PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
21
10
20
30
40 f r /Hz
50
60
70
80
图6-11 分段同步调制 方式举例
15
6.2.3
规则采样法
Tc u uc A D B O tA tD tB t ur
自然采样法： 自然采样法： 按照SPWM控制的基本原理 按照 控制的基本原理 产生的PWM波的方法 波的方法，其求解 产生的 波的方法 复杂，难以在实时控制中在线计 算，工程应用不多 规则采样法特点 工程实用方法，效果接近自 然采样法，计算量小得多
6.2.2
异步调制和同步调制
2. 同步调制 ——载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时 使载波与信号波保持同步，即N等于常数。
6.2.1
计算法和调制法
V1 C U N'
Ud 2
双极性PWM控制方式（三相桥逆变） 控制方式 三相桥逆变） 双极性
Ud 2
+
VD1 V3 V
VD 3 V5 VD6 W V2
VD 5 N VD 2
+
C
V4 VD4 V 6
u rU u rV u rW uc
调制 电路
图6-7 三相桥式PWM型逆变电路
u
PWM控制技术 控制技术 重要理论基础
• 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
O
u
> ωt
面积等效原理
O
> ωt
3
6.1
PWM控制的基本原理 PWM控制的基本原理
Ud O -U d
• 对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM 波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：
ωt
• 根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的 PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
21
10
20
30
40 f r /Hz
50
60
70
80
图6-11 分段同步调制 方式举例
15
6.2.3
规则采样法
Tc u uc A D B O tA tD tB t ur
自然采样法： 自然采样法： 按照SPWM控制的基本原理 按照 控制的基本原理 产生的PWM波的方法 波的方法，其求解 产生的 波的方法 复杂，难以在实时控制中在线计 算，工程应用不多 规则采样法特点 工程实用方法，效果接近自 然采样法，计算量小得多
6.2.2
异步调制和同步调制
2. 同步调制 ——载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时 使载波与信号波保持同步，即N等于常数。
《PWM控制技术》课件
《PWM控制技术》PPT课 件
PWM（脉宽调制）控制技术在现代电子学中扮演着重要的角色，它可以通过 调节信号的脉冲宽度来控制电压、电流。本次课程将探讨PWM的基本概念、 实现方法、优势和应用领域。
PWM的基本概念
PWM是指什么？
PWM是一种控制技术，通过调节信号的脉冲宽度来控制电压或电流的大小。
PWM的作用是什么？
有哪些知识点需要你进 一步了解？
进一步了解PWM控制技术的实 现原理、滤波技术以及最新的 行业应用和趋势。
PWM可以通过改变脉冲宽度来调节 LED灯的亮度，实现灯光的可调节 和节能效果。
音频放大
PWM技术可以用于音频放大电路中， 实现高效和精确的音频信号放大。
PWM的未来
1
PWM技术会继续发续发展，未来可能会出现更高频率、更精确和更智能的PWM控制 技术。
PWM的实现过程是怎样的？
实现PWM通常涉及设置频率、占空比、产生脉冲信号等步骤，具体方法因应用 和硬件平台而异。
PWM的应用
PWM在哪些领域应用广泛？
PWM广泛应用于电机控制、照明调光、电源管理、 通信、音频放大等领域。
PWM在控制哪些设备时能发挥作用？
PWM可以控制直流电机、交流驱动器、LED灯、数 码伺服系统等多种设备，提供精准和高效的控制。
PWM可以实现精确的控制，使得设备能够按需提供不同功率或速度。
PWM的工作原理是怎样的？
PWM使用周期性的脉冲信号，通过改变脉冲宽度和周期来控制输出信号的特性。
PWM的实现
1
基于何种电路实现PWM？
常见的PWM实现电路包括555定时器、微控制器、FPGA等，每种电路都有其特定 的优势和应用场景。
2
2
PWM的未来趋势是怎样的？
PWM（脉宽调制）控制技术在现代电子学中扮演着重要的角色，它可以通过 调节信号的脉冲宽度来控制电压、电流。本次课程将探讨PWM的基本概念、 实现方法、优势和应用领域。
PWM的基本概念
PWM是指什么？
PWM是一种控制技术，通过调节信号的脉冲宽度来控制电压或电流的大小。
PWM的作用是什么？
有哪些知识点需要你进 一步了解？
进一步了解PWM控制技术的实 现原理、滤波技术以及最新的 行业应用和趋势。
PWM可以通过改变脉冲宽度来调节 LED灯的亮度，实现灯光的可调节 和节能效果。
音频放大
PWM技术可以用于音频放大电路中， 实现高效和精确的音频信号放大。
PWM的未来
1
PWM技术会继续发续发展，未来可能会出现更高频率、更精确和更智能的PWM控制 技术。
PWM的实现过程是怎样的？
实现PWM通常涉及设置频率、占空比、产生脉冲信号等步骤，具体方法因应用 和硬件平台而异。
PWM的应用
PWM在哪些领域应用广泛？
PWM广泛应用于电机控制、照明调光、电源管理、 通信、音频放大等领域。
PWM在控制哪些设备时能发挥作用？
PWM可以控制直流电机、交流驱动器、LED灯、数 码伺服系统等多种设备，提供精准和高效的控制。
PWM可以实现精确的控制，使得设备能够按需提供不同功率或速度。
PWM的工作原理是怎样的？
PWM使用周期性的脉冲信号，通过改变脉冲宽度和周期来控制输出信号的特性。
PWM的实现
1
基于何种电路实现PWM？
常见的PWM实现电路包括555定时器、微控制器、FPGA等，每种电路都有其特定 的优势和应用场景。
2
2
PWM的未来趋势是怎样的？
第7章 脉宽调(PWM)技术
uo Ud
uo u of
O -U d
wt
表示uo的基波分量
图7-5 单极性PWM控制方式波形
7.2.1 计算法和调制法
3）双极性PWM控制方式（单相桥逆变） 在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
在ur的半个周期内，三角波载波有正有负， 所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud 两种电平。 同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻 控制器件的通断。
U
d
O
-
wt
U
d
7.1 PWM控制的基本思想
等幅PWM波
输入电源是恒定直流
第5章的直流斩波电路 7.2节的PWM逆变电路 7.4节的PWM整流电路
不等幅PWM波
输入电源是交流或不是 恒定的直流
6.1节的斩控式交流调压电路 6.4节的矩阵式变频电路
Ud O
- Ud
U
wt
o
ωt
7.1 PWM控制的基本思想
u (t)－电压窄脉冲， 是电路的输入 。 i (t)－输出电流，是 电路的响应。
7.1 PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
u
SPWM波
ωt
u
O
>
O
>t ω
u
O
ωt
>
7.1 PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
u u
SPWM波
> ωt ωt
2 d /2 Tc / 2 Tc d (1 a sin w r t D ) (7-6) 2
d
2
d
2
uo
d'
电力电子技术PWM控制技术课件
wt
◆双极性PWM控制方式
☞在调制信号ur和载波信号uc 的交点时刻控制各开关器件的
通断。
u O
uo Ud O -U d
ur uc
u of
uo
☞在ur的半个周期内，三角波 载波有正有负，所得的PWM w t 波也是有正有负，在ur的一个 周期内，输出的PWM波只有
±Ud两种电平。
wt
图7-6 双极性PWM控制方式波形
◆对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。
◆脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形， 也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。
■PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种，由直流 电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。
Ud•Βιβλιοθήκη 等幅PWM波Owt
- Ud
U
• 不等幅PWM波 o
√V4关断时，负载电流通过V1 和VD3续流，uo=0。
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
√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。 √uo总可以得到Ud和零两种电平。
☞在uo的负半周，让V2保持 通态，V1保持断态，V3和V4 交替通断，负载电压uo可以得 到-Ud和零两种电平。
7.2.1 调制法 7.2.2 异步调制和同步调制
异步调制和同步调制
载波比
载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr
❖根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM ❖调制方式分为异步调制和同步调制。
1） 异步调制
载波信号和调制信号不同步的调制方式
◆双极性PWM控制方式
☞在调制信号ur和载波信号uc 的交点时刻控制各开关器件的
通断。
u O
uo Ud O -U d
ur uc
u of
uo
☞在ur的半个周期内，三角波 载波有正有负，所得的PWM w t 波也是有正有负，在ur的一个 周期内，输出的PWM波只有
±Ud两种电平。
wt
图7-6 双极性PWM控制方式波形
◆对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。
◆脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形， 也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。
■PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种，由直流 电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。
Ud•Βιβλιοθήκη 等幅PWM波Owt
- Ud
U
• 不等幅PWM波 o
√V4关断时，负载电流通过V1 和VD3续流，uo=0。
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
√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。 √uo总可以得到Ud和零两种电平。
☞在uo的负半周，让V2保持 通态，V1保持断态，V3和V4 交替通断，负载电压uo可以得 到-Ud和零两种电平。
7.2.1 调制法 7.2.2 异步调制和同步调制
异步调制和同步调制
载波比
载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr
❖根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM ❖调制方式分为异步调制和同步调制。
1） 异步调制
载波信号和调制信号不同步的调制方式
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i(t)
i(t)
d
a
c
b
e(t)
O t
a)
b)
图7-2 冲量相同的图各6种-2窄脉冲的响应波形
PWM控制技术
广西大学 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一a个) 正弦半波
➢ 正弦半波N等分，可看成N个彼此相 O
t
连的脉冲序列，宽度相等，但幅值 u
不等 b)
➢ 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，
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第7章 PWM控制技术
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PWM控制技术 电力电子技术
➢ PWM（Pulse Width Modulation）
➢ PWM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）
➢ 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
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电力电子技术
➢ 目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技 术
➢ 逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场 合
➢ 本节内容构成了本章的主体
➢ PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种， 目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电 路
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Ud 2
+ V1 C U
VD 1 V3
VD 3 V5
VD 5
N'
V
Ud 2
+ C
中点重合，面积（冲量）相等
O
t
➢ 宽度按正弦规律变化
图7-3 图用6 P- 3WM波代替 正弦半波
➢SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波
等效的PWM波形
➢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
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电力电子技术
➢ 等幅PWM波和不等幅PWM波
➢ 由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波 ➢ 输入电源是交流，得到不等幅PWM波 ➢ 基于面积等效原理进行控制，本质是相同的
➢ 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0
图6-4
➢ ur负半周，V1保持断，V2保持通 O
t
➢ 当ur<uc时使V3通，V4断，uo=-
Ud
uo Ud
uo u of
➢ 当ur>uc时使V3断，V4通，uo=0
O
➢ 虚线uof表示uo的基波分量
t
-U d
图7-5 单极性P图W6 -M5 控制方式波形
➢ 计算法
➢ 根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算 PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关 器件的通断，就可得到所需PWM波形
➢ 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PWM波 ➢ 通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波
VD4通， uo=Ud
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➢ 当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号 ➢ 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，也可采用双极性调制
u
ur
uc
O
uo Ud
u of
uo
O
-U d
➢ 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
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➢ 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
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双极性PWM控制方式（单相桥逆变）
V1 VD1
V3 VD3
➢ 在ur的半个周期内，三角波载波有正有
Ud + V2
➢
负，所得PWM波也有正有负
信号波 ur
在ur一周期内，输出PWM波只有±Ud载波 uc
调制 电路
RL
uo
V4
VD2
VD4
两种电平
图6-4
u
ur uc
图7-6 双极性图P6W- M6 控制方式波形
V1 VD1
V3 VD3
t
Ud + V2
RL
uo
V4
VD2
VD4
信号波 ur 载波 uc
调制 电路
t
图6-4
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➢ 双极性PWM控制方式（单相桥逆变）
➢ 三相的PWM控制公用三角波载波uc ➢ 三相的调制信号urU、urV和urW依次相差120°
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V1
V3
➢ 单极性PWM控制方式（单相桥逆变）在 ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断
VD1
VD3
Ud +
RL
V2
uo
V4
➢ ur正半周，V1保持通，V2保持断
VD2
VD4
➢
当
ur>uc
时
使
V4
通
，
V3
断
，信号波
载波
ur uc
调制 电路
uo=Ud
u
uc
ur
f (t)
f (t)
f (t)
f (t)
(t)
O a)
tO b)
tO
tO
t
c)
d)
图7-1 形状不同而冲图 量6相-1同的各种窄脉冲
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➢ 一个实例
图7-2a的电路
➢ 电路输入：u(t)，窄脉冲，如图7-1a、b、c、d所示
➢ 电路输出：i(t)，图7-2b
➢ 面积等效原理
➢ 仍在调制信号ur和载波信号uc的交点控
制器件的通断
O
t
➢ ur正负半周，对各开关器件的控制规律 u o
相同
Ud
u of
uo
➢ 当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2 O
t
和V3关断信号
-U d
图7-6 双极性图P6W- 6 M控制方式波形
➢ 如 io>0 ， V1 和 V4 通 ， 如 io<0 ， VD1 和
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➢ PWM电流波
➢ 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的 就是PWM电流波
➢ PWM波形可等效的各种波形
➢ 直流斩波电路：等效直流波形
➢ SPWM波：等效正弦波形
➢ 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，也基于等效面积原理
➢ 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
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➢ 与任一平缓变化的调制信号波相交，在交点 控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值 的脉冲，符合PWM的要求
➢ 调制信号波为正弦波时，得到的就是SPWM 波
➢ 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