电力电子 PWM控制技术
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t d)
4
一个实例
图6-2a的电路 电路输入：u(t)，窄脉冲，如图6-1a、b、c、d所示 电路输出：i(t)，图6-2b 面积等效原理
i(t) e(t)
a)
i(t)
d a
c
b
O b)
图6-2
图6-2 冲量相同的 t 各种窄脉冲的响应波形
■
5
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个 u
■
8
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
■
9
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
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
正弦半波
a)
正弦半波N等分，可看成N个彼此相
连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不 O
t
u
等
用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中b)
点重合，面积（冲量）相等
O
t
宽度按正弦规律变化
图6-3 用图6P-W3 M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
单极性PWM控制方式波形
■
14
双极性PWM控制方式（单相桥逆变）
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
在ur一周期内，输出PWM波只有±Ud两种电平 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 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
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 6.4.1 PWM整流电路的工作原理 6.4.2 PWM整流电路的控制方法 本章小结
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6章 PWM控制技术
2020/1/29
1
引言
6.1 PWM控制的基本原理 6.2 PWM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 6.2.4 PWM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 6.3 PWM跟踪控制技术
可得-Ud和零两种电平
V1
Ud + V2
信号波 ur 载波 uc
调制ຫໍສະໝຸດ Baidu电路
V3 VD1
RL
uo
V4
VD2
VD3
VD4
图6-4 单相桥式 PWM逆变电路
图6-4
■
13
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u通 uc ur 断
ur正半周，V1保持通，V2保持断 O
t
当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud uo 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0 Ud
uo uof
ur负半周，V1保持断，V2保持通 O
t
当ur<uc时使V3通，V4断，uo=-U-dUd
当虚u线r>uuofc表时示使uVo3的断基，波V分4通量，uo=0图6-5
图6-5
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
■
11
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明 工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补
控制规律
uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断 负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间
7
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
■
6
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
如直流斩波电路及本章主要介绍的PWM逆变电路，6.4节的PWM 整流电路
输入电源是交流，得到不等幅PWM波
4.1节讲述的斩控式交流调压电路，4.4节的矩阵式变频电路
基于面积等效原理进行控制，本质是相同的
■
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 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
■
10
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
为正，一段区间为负
负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0 i负o从载V电D1流和为V负D4的流区过间，，仍有Vu1和o=UVd4仍导通，io为负，实际上
■
12
V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0 uo总可得到Ud和零两种电平 uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo
■
3
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
f (t)
O a)
f (t)
f (t)
tO
tO
b)
图6-1
f (t) (t)
tO c)
■
图6-1 形状不同而冲量 相同的各种窄脉冲
4
一个实例
图6-2a的电路 电路输入：u(t)，窄脉冲，如图6-1a、b、c、d所示 电路输出：i(t)，图6-2b 面积等效原理
i(t) e(t)
a)
i(t)
d a
c
b
O b)
图6-2
图6-2 冲量相同的 t 各种窄脉冲的响应波形
■
5
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个 u
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8
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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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
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
正弦半波
a)
正弦半波N等分，可看成N个彼此相
连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不 O
t
u
等
用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中b)
点重合，面积（冲量）相等
O
t
宽度按正弦规律变化
图6-3 用图6P-W3 M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
单极性PWM控制方式波形
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14
双极性PWM控制方式（单相桥逆变）
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
在ur一周期内，输出PWM波只有±Ud两种电平 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 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
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 6.4.1 PWM整流电路的工作原理 6.4.2 PWM整流电路的控制方法 本章小结
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6章 PWM控制技术
2020/1/29
1
引言
6.1 PWM控制的基本原理 6.2 PWM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 6.2.4 PWM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 6.3 PWM跟踪控制技术
可得-Ud和零两种电平
V1
Ud + V2
信号波 ur 载波 uc
调制ຫໍສະໝຸດ Baidu电路
V3 VD1
RL
uo
V4
VD2
VD3
VD4
图6-4 单相桥式 PWM逆变电路
图6-4
■
13
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u通 uc ur 断
ur正半周，V1保持通，V2保持断 O
t
当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud uo 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0 Ud
uo uof
ur负半周，V1保持断，V2保持通 O
t
当ur<uc时使V3通，V4断，uo=-U-dUd
当虚u线r>uuofc表时示使uVo3的断基，波V分4通量，uo=0图6-5
图6-5
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
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11
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明 工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补
控制规律
uo正半周，V1通，V2断，V3和V4交替通断 负载电流比电压滞后，在电压正半周，电流有一段区间
7
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
■
6
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
如直流斩波电路及本章主要介绍的PWM逆变电路，6.4节的PWM 整流电路
输入电源是交流，得到不等幅PWM波
4.1节讲述的斩控式交流调压电路，4.4节的矩阵式变频电路
基于面积等效原理进行控制，本质是相同的
■
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 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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10
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
为正，一段区间为负
负载电流为正的区间，V1和V4导通时，uo等于Ud V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，uo=0 i负o从载V电D1流和为V负D4的流区过间，，仍有Vu1和o=UVd4仍导通，io为负，实际上
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12
V4关断V3开通后，io从V3和VD1续流，uo=0 uo总可得到Ud和零两种电平 uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3和V4交替通断，uo
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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
f (t)
O a)
f (t)
f (t)
tO
tO
b)
图6-1
f (t) (t)
tO c)
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图6-1 形状不同而冲量 相同的各种窄脉冲