PWM变换器跟踪控制技术实验电路设计
电机控制技术(可逆PWM变换器).
专注
专心
电机控制技术
———可逆脉宽调制变换器
工作单位：邢台职业技术学院
主讲：李光举
目录
1
H型桥式可逆PWM变换器
2
1.1双极式控制方式
3
1.2输出波形
4
1.3输出平均电压
5
1.4调节范围
6
1.5性能评价
桥式可逆PWM变换器
可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是 桥式（亦称H形）电路，如图1所示。
U, i +Us
ton=T/2
Ud
O0
ton T
t
-Us
这个交变电流的平均值为零，不产生平均转矩，徒然增大电 机的损耗，这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电 机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时的静 摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。
1.5 性能评价
双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：
1
VVTT22
UUg g2D3
A
+_ MM
B
id
VD2 VD4 1
Ug3
VVTT33
ton T
UUgg3
3
Ug4
VVTT44
0
UUgg4
4
ton T
1.1 双极式控制方式
（1）正向运行：
第2阶段，在ton ≤ t ≤ T期间， Ug1 、 Ug4为负， VT1 、 VT4截止， VD2 、 VD3续流， 并钳位使 VT2 、 VT3保持截止，电流 id 沿回路2流通，电 动机M两端电压UAB = –Us ；
1.1双极式控制方式
0 0
Ug1 0 ton T Ug2
ton T
直流电机PWM控制系统设计
0 前言在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用，无论在工业农业生产、交通运输、国防航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器，都在大量地使用着各式各样的电动机。
据资料统计，现在有的90%以上的动力源来自于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分。
随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电动机控制向更复杂的控制发展。
直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转,能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。
直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。
直流电机的数字控制是直流电动机控制的发展趋势，用单片机的数字控制的发展趋势,用单片机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。
由于电网相控变流器供电的直流电机调速系统能够引起电网波形畸变、降低电网功率因数，除此之外，该系统还有体积大、价格高、电压电流脉动频率低、有噪声等缺点。
而采用直流电动机的PWM调速控制系统可以克服电网相控调速系统的上述诸多缺点。
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果。
正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。
电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。
功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动控制方法能够得到实现，脉宽调制控制方法（PWM和SPWM）,变频技术在直流调速和交流调速中获得广泛的应用。
电机控制技术(不可逆PWM变换器).
VT
+
id
C
U_ s
Ug
+E_
M
id
id 2
0 ton T
t
VD
•1.3工作波形 Ug
0
ton T
1 VT
+ U, i
C U_s
Ug
id + E _
Us
MMUd2E Nhomakorabeaid VD
电机两端得到的平均电压为 0
Ud
ton T
Us
Us
ton T
图1-10b 电压和电流波形
t
•1. 4输出电压方程
Ug
0 ton T t
U, i Us
V
+
T
1
C
U_ s
Ug
+E_
M
id
0 ton T
t
VD
图11.3-1简单的不可逆PWM变换器-直流 电-动机系统主电路结构
1.2工作原理
在一个开关周期内， 当ton ≤ t < T 时， Ug为负，VT关断，电枢失
去电源，经VD续流， id下降。
Ug
0 ton T
VT2 Ug2
VD2
E
-
+
M
VT1
id
VD1
Ug1
C
_ Us +
图1-11a 有制动电流通路的不可逆PWM变换器
• 2.2工作原理与波形
2.2.1一般电动状态 在一般电动状态中，id始终为正值。设ton为
VT1的导通时间，则一个工作周期有两个工作 阶段：
0 ≤ t ≤ ton期间 ton ≤ t ≤T 期间
单相桥式PWM逆变电路设计
单相桥式PWM逆变电路设计介绍单相桥式PWM逆变电路的背景和重要性单相桥式PWM逆变电路是一种常见的电力电子技术应用，广泛用于交流电能转换为直流电能的场合。
由于其高效、可靠的特点，被广泛运用于电力系统中的UPS（不间断电源）、电机驱动和太阳能逆变器等领域。
在现代电力系统中，交流电能的应用日益增多，而很多电子设备却需要使用直流电能。
因此，采用桥式PWM逆变电路来实现交流电与直流电的转换是非常必要和重要的。
本文将详细讨论单相桥式PWM逆变电路的设计原理和关键技术。
首先，将介绍PWM技术的基本原理，并解释为什么选择桥式逆变器。
其次，将详细讲解桥式逆变器的工作原理和电路结构。
最后，将给出一种基于控制策略的桥式逆变器设计方案。
通过本文的研究，读者将能够深入了解单相桥式PWM逆变电路的设计原理和实践应用，为电力系统和电子设备的设计提供有益的参考。
单相桥式PWM逆变电路是一种常用的电力电子变换器。
它通过控制开关器件的开关周期和占空比，将直流电源转换为交流电源，实现电能的变换和调节。
该逆变电路的基本组成包括：单相桥式整流电路：它由四个可控开关器件组成，通常使用MOSFET或IGBT等器件，用于将交流电源转换为直流电源。
PWM调制电路：PWM调制电路通过控制开关器件的开关周期和工作占空比，可以实现输出电压的调节和波形控制。
滤波电路：滤波电路用于平滑输出电压，去除输出电压中的高频噪声和谐波。
输出变压器：输出变压器用于将逆变电路的输出电压变换为所需的电压等级。
单相桥式PWM逆变电路的工作原理是：首先，经过单相桥式整流电路的整流，将交流电源转换为直流电源；然后，通过PWM 调制电路控制开关器件的开关周期和工作占空比，将直流电源转换为交流电源；最后，经过滤波电路的处理，输出平滑的交流电压。
这样，单相桥式PWM逆变电路实现了将直流电源转换为交流电源的功能，可以广泛应用于电力电子变换器、逆变电源、变频调速等领域。
本文讨论了单相桥式PWM逆变电路的设计步骤和注意事项。
PWM控制直流调速系统设计
****学院课程设计电子电气工程院电气工程及其自动化专业题目PWM控制直流调速系统设计学生姓名****班级***学号指导教师完成日期2010 年12 月28 日摘要以电力电子学和电机调速技术为基础，本设计了一种基于PWM控制技术的直流电机调速控制系统;为了得到好的动静态性能，该控制系统采用了双闭环控制。
霍尔电流传感器与测速电机共同实现速度控制的功能，同时完成了人机交互的任务。
对于调速系统中要用到的大功率半导体开关器件，本文选用的是IGBT。
论文中对IGBT应用时要注意的各个技术方面进行了详细的讨论，给出了专用IGBT驱动芯片SG3525的内部结构和应用电路。
论文对PWM控制的原理进行了说明，重点对集成PWM控制器SG3525做了介绍，分析了SG3525的内部结构和外部电路的接法，并给出了它在系统中的应用电路。
论文对系统中用到测速电机和霍尔电流传感器的原理和应用也进行了介绍。
最后分析了系统的静动态特性，结果表明双闭环控制对系统的性能有很大的改善，即双闭环控制系统有响应快，静态稳定性好的特点。
关键词: IGBT；PWM控制；双闭环AbstractTo the power electronics and motor technology as the foundation, The design of a PWM control technology based on the DC motor speed control system; In order to obtain a good dynamic and static properties, The control system uses a double-loop control. Hall current sensor and guns together to achieve the motor speed control function, while the completion of the HCI mission.Speed Control System for the use of the power semiconductor devices, the paper uses the IGBT. The thesis of IGBT application to the attention of the various technical aspects of detailed discussions, given the exclusive IGBT driver IC SG3525 the internal structure and application circuit. PWM control of the paper, the principle of the note, with a focus on integrated PWM controller SG3525 made a presentation the SG3525 analysis of the internal structure and external circuit access method, and gives it a system of circuit. Papers on gun systems used motor and Hall current sensor application of the principle and also introduced. Finally, the paper analyzes the static and dynamic characteristics of the results shows that the closed-loop control on the performance of the system is greatly improved. that is, double-loop control system is fast response, good static stability characteristics.Keywords: IGBT; PWM control; Double Closed-loop目录第1章引言 (1)1.1课题来源 (1)1.2 直流电动机的调速方法介绍 (1)1.3 选择PWM控制系统的理由 (3)1.5 设计技术指标要求 (4)第2章 PWM控制直流调速系统主电路设计 (4)2.1 主电路结构设计 (4)2.1.1电路组成及系统分析 (4)2.2电路总体介绍 (5)2.2.1主电路工作原理 (5)2.2.2降压斩波电路与电机的电动状态 (6)2.2.3升压斩波电路与电机的制动状态 (6)2.2.4半桥电路与电机的电动和制动运行状态 (6)2.2.5电机可逆运行的实现 (7)2.3 PWM变换器介绍 (7)2.4.2 缓冲电路参数 (14)2.4.3 泵升电路参数 (14)第3章PWM控制直流调速系统控制电路设计 (16)3.1控制电路设计 (16)3.1.1 SG3525的应用 (16)3.1.2 SG3525芯片的主要特点 (16)3.1.3 SG3525引脚各端子功能 (17)3.1.4 SG3525的工作原理 (18)3.2 LM1413的应用 (19)3.3脉冲变压器的应用 (19)3.4速度调节器（ST-1） (19)3.5电枢电流调节器（LT-1） (21)3.6速度变换单元（FBS） (22)3.7电流检测 (23)3.8 脉冲变压器 (23)3.9 给定单元 (24)结束语 (25)致谢 (26)参考文献 (27)第1章引言1.1课题来源目前，直流调速技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，尤其是随着全数字直流调速的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。
直流脉宽(PWM)调速系统设计与研究——主电路设计课设报告
沈阳理工大学课程设计摘要调速系统是当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一中系统。
目前对调速性能要求较高的各类生产机械大多采用直流传动，简称为直流调速。
早在20世纪40年代采用的是发电机－电动机系统，又称放大机控制的发电机－电动机组系统。
这种系统在40年代广泛应用，但是它的缺点是占地大，效率低，运行费用昂贵，维护不方便等，特别是至少要包含两台与被调速电机容量相同的电机。
为了克服这些缺点，50年代开始使用水银整流器作为可控变流装置。
这种系统缺点也很明显，主要是污染环境，危害人体健康。
50年代末晶闸管出现，晶闸管变流技术日益成熟，使直流调速系统更加完善。
晶闸管－电动机调速系统已经成为当今主要的直流调速系统，广泛应用于世界各国。
近几年，交流调速飞速发展，逐渐有赶超并代替直流调速的趋势。
直流调速理论基础是经典控制理论，而交流调速主要依靠现代控制理论。
不过最近研制成功的直流调速器，具有和交流变频器同等性能的高精度、高稳定性、高可靠性、高智能化特点。
同时直流电机的低速特性，大大优于交流鼠笼式异步电机，为直流调速系统展现了无限前景。
单闭环直流调速系统对于运行性能要求很高的机床还存在着很多不足，快速性还不够好。
而基于电流和转速的双闭环直流调速系统静动态特性都很理想。
关键字：调速系统直流调速器晶闸管晶闸管－电动机调速系统沈阳理工大学课程设计目录1 绪论 (1)1.1 背景 (1)1.2 直流调速系统的方案设计 (1)1.2.1 设计已知参数 (1)1.2.2 设计指标 (2)1.2.3 现行方案的讨论与比较 (2)1.2.4 选择PWM控制系统的理由 (2)1.2.5 选择IGBT的H桥型主电路的理由 (3)1.2.6 采用转速电流双闭环的理由 (3)2 直流脉宽调速系统主电路设计 (4)2.1 主电路结构设计 (4)2.1.1 PWM变换器介绍 (4)2.1.2 泵升电路 (7)2.2 参数设计 (7)2.2.1 IGBT管的参数 (7)2.2.2 缓冲电路参数 (8)2.2.3 泵升电路参数 (8)3 直流脉宽调速系统控制电路设计 (9)3.1 PWM信号发生器 (9)3.2 转速、电流双闭环设计 (9)3.2.1 电流调节器设计 (10)3.2.2 转速调节器设计 (13)4 系统调试 (17)4.1 系统结构框图 (17)4.2 系统单元调试 (17)4.2.1 基本调速 (17)4.2.2 转速反馈调节器、电流反馈调节器的整定 (18)4.3 实验结果 (18)4.3.1 开环机械特性测试 (18)4.3.2 闭环系统调试及闭环静特性测定 (19)5 总结 (20)参考文献 (21)附录A (22)A.1 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 (22)A.2 双闭环可逆直流脉宽调速系统性能测试 (26)沈阳理工大学课程设计1 绪论背景在现代科学技术革命过程中，电气自动化在20世纪的后四十年曾进行了两次重大的技术更新。
电力电子技术中的PWM变换器设计与应用
电力电子技术中的PWM变换器设计与应用电力电子技术作为一门重要的学科，近年来在能源转换和电力控制领域发挥着越来越重要的作用。
其中，PWM（脉宽调制）变换器作为一种常见的电力电子装置，具有广泛的应用范围。
本文将就PWM变换器的设计原理以及在电力电子技术中的应用进行探讨。
一、PWM变换器的设计原理PWM变换器是指能够将一个高频脉冲信号转换为模拟电压或电流信号的电路。
其设计原理基于脉宽调制技术，通过调节脉冲信号的高电平时间与低电平时间之比，来实现对输出信号的精确控制。
PWM变换器通常由一个比较器、一个参考信号源和一个可变的调制信号源组成。
在PWM变换器的设计过程中，首先需要确定输出信号的频率和波形要求。
然后选择适当的比较器和参考信号源。
比较器用来比较参考信号与可变调制信号的大小，输出高电平或低电平。
参考信号源则决定了脉冲信号的频率和基准。
最后，根据输出信号的要求选择适当的滤波器进行处理，以消除脉冲信号中的高频成分，得到所需的模拟电压或电流信号。
二、PWM变换器在电力电子技术中的应用1. 无线电频率调制解调器：PWM变换器可以将低频音频信号转换为高频调制信号，用于无线电频率调制解调器中。
例如，在调幅广播系统中，通过PWM变换器将音频信号转换为高频调制信号，从而实现广播信号的传输。
2. 数字电源控制器：PWM变换器在数字电源控制器中广泛应用。
数字电源控制器是一种通过数字信号控制输出电压或电流的器件，通过PWM变换器可以实现输出信号的精确调节。
例如，可将输入电压进行适当的处理，得到符合要求的输出电压，以供给数字设备的正常工作。
3. 交流电机驱动：PWM变换器在交流电机驱动系统中被广泛应用。
通过PWM变换器可以将直流电源转换为交流电源，并对其进行控制。
这种交流电机驱动系统不仅能提高电机的控制精度，还能降低能量损耗和噪声，提高系统的效率。
4. 可逆变换器：PWM变换器在可逆变换器中扮演着重要的角色。
可逆变换器是指将直流电能转换为交流电能，或将交流电能转换为直流电能的装置。
PWM控制芯片认识及外围电路设计实验
实验三十五 PWM 控制芯片认识及外围电路设计实验（电力电子学—自动控制理论综合实验）一、 实验原理 1．PWM 控制电力电子电路控制中广泛应用着脉冲宽度调制技术（Pulse Width Modulation, 简称PWM ），将宽度变化而频率不变的脉冲作为电力电子变换电路中功率开关管的驱动信号，控制开关管的通断，从而控制电力电子电路的输出电压以满足对电能变换的需要。
由于开关频率不变，输出电压中的谐波频率固定，滤波器设计比较容易。
PWM 控制的原理可以简单通过图35-1理解。
图中，V 1为变换器输出的反馈电压与一个三角波信号V tri 进行比较，比较电路产生的输出电压为固定幅值、宽度随反馈电压的增大而减小的PWM 脉冲方波，如图中阴影部分所示。
若将该PWM 方波作为如图35-2所示的直流降压变换器的开关管的驱动信号，当输出电压升高时，输出电压方波宽度变窄，滤波后输出直流电压降低，达到稳定到某一恒定值的目的。
由PWM 控制的原理可知，实现PWM 控制应该具备以下条件：图35-1 PWM 控制原理V triV 1V 图35-2 直流－直流降压变换电路(Buck 电路)(1) 有三角波或阶梯波这样具有斜坡边的信号，作为调节宽度的调制基础信号；从图35-1可以知道，三角波的频率就是使图35-2中开关管通断的开关频率。
(2) 有比较器以便将调制基础信号和反馈电压信号进行比较产生PWM 信号；(3) 对反馈电压幅度的限制门槛电压，以使反馈电压不至于超过三角波最高幅值或低于三角波最低值。
一旦超出其最高值或低于最低值，2个信号没有交点，将出现失控情况；(4) 若同时需要控制多个开关管，尤其是桥式电路的上下桥臂上的一对开关管时，应具有死区电路。
死区即上下桥臂的两个开关管都没有开通脉冲、都不导通的时间，以便待刚关断的开关管经历恢复时间完全关断后，再让另一开关管开通； (5) 有反馈控制环节（即恒定的电压给定、误差放大器及调节器（或校正环节）、功率放大电路）；(6) 按照一定逻辑关系开放脉冲的逻辑控制电路。
PWM跟踪控制技术
设定开关频率为20k,根据恒频抛物线法：
Am
T 2L
(U
p
Un)
1000*50u
/(2 * 2.96m)
8.438
电流比较波形
FFT分析
参考文献
王广柱. 电压型变换器抛物线法电流控制技术 研究【博士学位论文】. 2008
输出电压PWM波形中含大量高次谐波，必须用适当的 滤波器滤除。
u*=0时，输出电压u为频率较高的矩形波，相当于一
个自励振荡电路。
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。
2.5.1 滞环比较方式
4) 采用滞环比较方式实现电压跟踪控制
把指令电压u*和输出电压u进行比较，滤除偏差信号中
的谐波，滤波器的输出送入滞环比较器，由比较器输 出控制开关器件的通断，从而实现电压跟踪控制。
图 电压跟踪控制电路举例
2.5.1 滞环比较方式
和电流跟踪控制电路相比，只是把指令和反馈信号从 电流变为电压。
ia* ia
ia
2h
Ud
T1
D1
a
Ea ia
-1 T 4
D4
(a)电流滞环跟踪控制时电流波形 （b)PWM电压波形
Ud
负 载
C
+ -
- ia
A
+
i*a
C
+ -
A
- ib +
i*b
C
+ -
电力电子变换器pwm技术原理与实践
电力电子变换器pwm技术原理与实践PWM技术（脉冲宽度调制技术）是电力电子变换器中重要的调制控制技术之一，是将等压源储存能量后释放出来的一种技术。
PWM技术可将低频电压或电流变换成高频的和形式的脉冲信号，从而实现直流到交流的变换。
一、PWM技术原理1. 原理：PWM技术的原理是利用函数的变化，基本原理是将一定脉冲宽度、频率的脉冲序列与被调制的电压或电流信号相乘，然后再经过电源和负载滤波，实现按比例传递源端相应值的变换能量。
2. 调节方式：PWM技术的调节方式一般有两种，即脉冲宽度调节方式和脉冲形式调节方式。
脉冲宽度调节方式通过改变每个正弦波的宽度来调整相应的参数，而脉冲形式调节方式则是在相同的频率下改变每个正弦波的形状。
3. 工作原理：PWM技术的converter的工作原理是：将低频电压或电流通过信号脉冲（PWM）调节放大器转换成高频的和形式的脉冲，进行标准化电网恰当值的变换，通过滤波器不断再反馈调整脉冲大小，均衡负载，实现恰当的电压、功率及谐波信号等准确参数以传输恰当能量。
二、PWM技术在电力电子变换器中的实践1. PWM控制电磁转向器：电磁转向器是将直流电源由低压高电流变换为高压低电流的装置，它的工作原理是利用晶闸管开关的动作，根据PWM技术的调节，使电磁转化器的换向过程中实现电压降低和电流变化。
2. PWM控制变压器：变压器是将低压电力变换到高压电力的装置，其基本原理是将电压和电流依次变换成高频的和形式的脉冲，根据PWM技术的不同调整模式，实现直流到交流的变换，实现变压器工作的目的。
3. PWM控制整流器：整流器是电力电子变换器中的最重要的组成部分，它的主要作用是将直流电源的电压变换为按比例的电流，通过PWM技术的控制，改变晶闸管的开启时间，从而调整电压和电流数值，实现整流器工作的目的。
4. PWM控制检测电路：由于电路调整变化会影响电力电子变换器中电压和电流的变化，所以需要在电力电子变换器中引入检测电路，及时侦测电路调整参数变化，对其参数进行调校，实现恰当电压和电流值的检测。
基于单片机的PWM直流电机调速系统设计论文(附电路图、程序清单)
图 2.2 直流电机原理图
2.2 直流电机的调速方法
根据直流电机的基本原理，由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知，直 流电动机的调速方法有三种： （1）调节电枢供电电压 U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压， 从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调 速的系统来说，这种方法最好。 大容量可调直流电源。 （2）改变电动机主磁通 。改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进 变化时间 变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要
第1章 引 1.1 概况
言
现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化，因此必然要与各种控制元 件组成的自动控制系统联系起来，而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。 在这一系统中可对生产机械进行自动控制。 随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动化电 力拖动正朝着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进。以达到高速、优质、高效率 地生产。在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成 部分。另外，低成本自动化技术与设备的开发，越来越引起国内外的注意。特别对于 小型企业，应用适用技术的设备，不仅有益于获得经济效益，而且能提高生产率、可 靠性与柔性，还有易于应用的优点。自动化的电力拖动系统更是低成本自动化系统的 重要组成部分。 在如今的现实生活中，自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展，其 中自动调速系统的应用则起着尤为重要的作用。虽然直流电机不如交流电机那样结构 简单、价格便宜、制造方便、容易维护，但是它具有良好的起、制动性能，宜于在广 泛的范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自动调速系统中的主要形式。现在 电动机的控制从简单走向复杂，并逐渐成熟成为主流。其应用领域极为广泛，例如： 军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航等的控制；工业方面的数控机床、 工业机器人、印刷机械等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的打印机、传真 机、复印机、扫描仪等的控制；音像设备和家用电器中的录音机、数码相机、洗衣机、 空调等的控制。 随着电力电子技术的发展， 开关速度更快、 控制更容易的全控型功率器件MOSFET 和IGBT成为主流，脉宽调制技术表现出较大的优越性：主电路线路简单，需要用的功 率元件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；低速性能 好，稳速精度高，因而调速范围宽；系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；主电路 元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；近年来，微型计算机技术发展速
电力电子变换器pwm技术原理与实践
电力电子变换器pwm技术原理与实践以《电力电子变换器PWM技术原理与实践》为标题，本文首先回顾了电力电子变换器（Power Electronic Converter， PEC）的发展历史，介绍了它在信号采样与模拟调制方面的重要地位，以及电力电子器件PWM（Pulse Width Modulation）技术的基本原理。
随后，本文介绍了PWM技术在PEC中的具体应用，包括比较型PWM，模拟PWM，数字PWM和时域最优控制PWM等。
本文还介绍了近期应用于电力电子变换器PWM技术的几种改进技术，如基于矢量控制，基于离散时间控制，基于多流的PWM技术和基于混合调制的PWM技术。
最后，本文概述了电力电子变换器PWM技术在电动车、太阳能控制器和UPS中的应用，展望了未来发展趋势。
近几十年来，电力电子变换器（Power Electronic Converter，PEC）技术得到了长足发展，具有信号采样与模拟调制等功能，已经成为现代电力系统的重要组成部分。
PWM（Pulse Width Modulation）技术是电力电子变换器（PEC）中最重要的一种技术，它主要通过控制脉冲宽度来改变被调节量，把软硬件结合在一起，可以把动态数字信号转换为模拟信号，从而达到调节电力系统中电量和功率大小的目的。
PWM技术主要包括比较型PWM，模拟PWM，数字PWM和时域最优控制PWM四种类型。
一般来说，电力电子变换器PWM技术的应用分为两大类：电压控制和无功功率控制。
在电压控制方面，比较型PWM技术是一种被广泛使用的方式，它将参考电压与比较器的输出相比较，从而根据电压大小的关系控制调制脉冲的宽度；而数字PWM技术则是在数字化技术的基础上，将虚拟参考电压及其他控制参数映射到时域中，从而实现对调制脉冲宽度的控制。
由于PWM技术本身的局限性，以及随着技术的不断发展，日益提高的对PEC性能的要求，已经有几种基于PWM技术的改进技术产生。
其中，基于矢量控制的技术是当今最流行的PWM技术，它可以有效地提高PEC的输出功率；而基于离散时域的技术则可以有效地减少非线性失真；基于多流的PWM技术可以有效地控制非常多的调制脉冲；基于混合调制的PWM技术则可以有效地提高PEC调制性能。
滞环比较跟踪控制技术
滞环比较跟踪控制技术2010年07月05日作者：王宗峰1 郭玲2 李跃峰2 周建华2 党晓明2 陈增禄2 来源：《中国电源博览》111期编辑：ser1西安捷盛电子技术有限责任公司2西安工程大学电子信息学院摘要：介绍了PWM变换器的误差滞环比较跟踪控制技术的原理、参数关系、优缺点等，并给出了仿真的实验结果。
关键词：PWM变换器；滞环；跟踪控制1 引言滞环比较跟踪控制是一种非线性砰-砰控制方法，在各类闭环跟踪控制系统中广泛应用。
PWM变换器的跟踪控制方法是PWM变换器的主要控制方法之一，其中滞环比较方法因其结构简单，响应速度快，参数鲁棒性好等优点，应用最为广泛。
本文首先介绍了该方法的原理和基本波形；然后分析了其电路参数和系统特性之间的关系，指出了其主要优点和存在的问题；最后给出了仿真和实验波形。
2 基本原理PWM变换器滞环比较跟踪控制方法原理示意图见图1。
其中PWM变换器主电路以论文Ⅱ中的图1为例，采用输出电流跟踪方式。
图1的各点波形示于图2中。
i r为参考输入电流指令，i f为输出负载电流反馈。
电流跟踪误差为（1）2h为对称滞环比较器的滞环宽度，当e＞h时，输出PWM=1，变换器输出电压u o=u d，负载电流io上升；当e＜-h时，输出PWM=0，变+换器输出u o=-u d，负载电流i o下降。
依此反复，便实现了对输出负载电流i o的跟踪控制，使其跟随指令电流i r，误差；由于上下比较阈值相等，因此在每个开关周期之内，平均跟踪误差都为零。
显然，滞环比较跟踪控制只使用一个滞环比较器，非常简单；每个开关周期之内平均跟踪误差都为零，跟踪响应非常快；容易理解，由于跟踪控制是闭环控制，当直流母线电压U d，负载参数R和L等电路参数发生变化时，不会影响跟踪的精度和稳定性，因此鲁棒性非常好。
但是PWM变换器的开关周期T c可能大范围波动。
当开关频率过高时，PWM变换器的开关损耗增大，会使效率降低；当f c较低时输出谐波滤波器的体积增大，会使系统成本提高。
恒频电流跟踪控制的三相PWM可逆变流器的研制
ＱＵ —ｉ。ＹＡＮＧ ｈ ｏ ｈ ａ 。ＱＩ Ｙｉ。 Ｍ Ａ ｎ Ｌｉ ｌ Ｚ ａ－ ｕ Ｎ Ｙｉｇ
｛ ． ｏｈ ｎ Ｕｎｖｒｉ １ Ｆ ｓａ ｉｅｓｔ Ｆ ｓａ ２ ０ ０ ｙ， ｏｈ ｎ ５ ８ ０ ，Ｃｈｎ ｉａ； ２． ｈ ａ ｘ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｉｅ ｓ ｙ，Ｘｉｎ ａ ｇ ７ ２ ８ ， Ｃｈｎ Ｓ ａ ｎ ｉＳ ｉｎｅａ ｄ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ Ｕｎｖ ｒｉ ｔ ａ ｙ ｎ １０ １ ｉ ａ）
逆 变 流 器 样 机 。 实 验 结 果 证 明 了 方 案 的有 效 性 。
关 键 词 ： 流 器 ； 宽 调 制 ／ 频 电 流 控 制 变 脉 恒 中图分类号 ： ＴＭ４ ６ 文献标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ ０ Ｘ｛０ ２ ０ —０ １ —０ １０ —１０ ２ ０ ）４ ０ ２ ３
［ ，
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本文 分析 了恒频 Ｐ ＷＭ 电流 控 制 方 法 的 原
理 ， 出了三相 Ｐ Ｍ 可 逆 变 流 器 的 控 制 系 统 和 主 给 Ｗ 电路参 数 的设 计 方法 ， 此 基 础 上 设 计 了一 台 基 于 在 恒频 电流 跟 踪控制 的三相 电压型 Ｐ Ｍ 可逆 变 流 器 Ｗ
样机 。 实验 结果 表 明， 装置 能 实现 能 量双 向流 动 ， 此 直流 侧 电压 稳定 可控 ， 网侧 功率 因 数接 近 １ 电流 波 、 形接 近正 弦 。
流 侧 蓄 电池 负 载 。开关 函 数表 达式 定 义为 ：
ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｈ ａ ａ ｔ ｒ ． ｔ ｏ ｆｔ ｅ ｐ ｍｅ ｅ ｓ ｒ
Ｋｅ ｗｏ ｄｓ：ｏｎ ｅ ｔ ｒ ＰＷ Ｍ ；ｆｘ ｄ ｓ ｉｃ ｎｇ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｒ ｅ ｏｎ ｒ ｙ ｒ ｃ ｖ ｒｅ ； ｉ ｅ ｗ ｔ ｈｉ ｒ ｅ ｃ ｕ ｒｎｔｃ ｔｏｌ ｑ
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PWM变换器跟踪控制技术实验电路设计
2010年07月05日作者：李跃峰周建华郭玲陈增禄来源：《中国电源博览》111期编辑：ser
西安工程大学电子信息学院，西安 710048
摘要：介绍了电流型跟踪控制PWM逆变器实验平台的原理和参数设计。
包括逆变器主电路、输出电流检测电路、数字控制器及隔离驱动电路等。
关键词：跟踪控制；主电路；控制电路
1 引言
PWM变换器跟踪控制技术中，输出电流跟踪控制应用最多，也可以应用输出电压跟踪控制。
本文针对电流跟踪型逆变电路设计了主电路和控制电路，包括单相全桥逆变电路、交流输出侧RL负载、电流误差检测电路，以及数字控制和输出驱动电路等。
基于本设计的实验系统，可用于滞环比较型、定时比较型、基于线性调节的三角波比较型，及本专题中其它各种跟踪控制方法的实验研究。
对于不同的跟踪控制方法，只需设计对应的数字部分控制程序即可。
2 主电路原理及参数设计
主电路拓扑见图1所示。
图中V1-V4是桥式逆变电路的4个开关，它们由IGBT开关管及其驱动电路组成。
当开关V1和V4导通，V2和V3断开时，负载电压u o为U d；
当开关V1和V4断开，V2和V3导通时，u o为-U d，如图2中所示，其中T c为开关周期。
按照一定的规律控制V1-V4的通断，即可得到需要的PWM输出电压u o，以达到输出电流i o跟踪指令信号i r的目的。
当进行输出电流跟踪控制时，负载一般都应该具有一阶惯性特性。
在实验电路中采用RL负载。
图2中所示，i f为输出电流i o经霍尔电流传感器检测所得电流（i f=i o/k i，k i为霍尔电流传感器的传输比）， i r为指令电流。
e=i r-i f为电流跟踪误差，如图2下所示。
电流跟踪控制的任务就是控制误差电流e，使得i f跟踪i r。
主电路主要参数为：U d=100V，L=37mH，R=10Ω。
负载为一阶惯性，时间常数为。
设计平均开关频率约为f c=10kHz，开关周期约为T c=100μs，一般应保证T>>T c。
3 控制系统原理及参数设计
控制系统整体框图如图3所示。
图中，u ir为表示指令电流i r的电压信号，u if为表示反馈电流i f的电压信号，e i为u ir与u if比较后所得的误差值。
主电路负载侧电流i o经霍尔电流传感器检测，得到电流i f。
电流i f通过一个检测电阻R i转换为电压信号u if，将电压信号u if 作为反馈信号送入控制电路与指令信号u ir进行比较，比较后得到误差信号e i。
e i经ADC转换送入FPGA，经FPGA做相应处理后，得到PWM控制信号。
PWM控制信号经放大电路和隔离驱动电路实现对开关管的控制。
由于使用可编程单元，使得该实验系统能够实现多种不同控制方法。
A 控制系统的模拟电路部分
图4为控制系统模拟电路部分，其中运算放大器选用MAX4020。
选用传输比k i为1000的霍尔电流传感器。
反馈电流if经检测电阻Ri转换为电压信号uif，uif经跟随器A1，与经过反相器A2的指令信号uir在A3中进行比较，比较后输出误差信号ei，送入FPGA。
u ir=R i i r （1）
（2）
（3）
考虑到主电路最大的输出电流值、MAX4020允许的输入电压，以及AD转换器的输入电压范围，选择电阻R i=250Ω。
为了滤除反馈信号中存在的谐波信号，并入滤波电容C i，取C i=400nF，可得反馈环节惯性滤波时间常数T i=R i C i=100μs。
B 放大电路部分
FPGA输出的PWM控制信号的驱动能力不足，不能直接驱动光电耦合器。
图5是一个OC 放大器，当三极管导通时，光电耦合器关断；当三极管截止时，15V电源经1kΩ电阻驱动光耦导通。
C 隔离驱动电路
图6为隔离驱动电路原理示意图。
二极管D和电容C组成驱动电路的自举电源。
图1主电路中的V1、V2、V3和V4四个开关管采用相同的驱动电路。
4 总结
本文设计了PWM变换器输出电流跟踪控制系统的实验电路，包括主电路和控制电路。
由于使用了可编程单元，使得本实验系统能够对不同的跟踪控制方法进行实验研究，只需分别针对不同的控制方法编写不同的控制程序即可。
相关关键字：跟踪控制主电路控制电路。