第7章 PWM多电平电路
PWM多电平电路获奖课件
7.1 概述 7.2 多重化方波电路 7.3 多重化PWM直流变换电路 7.4 多重化PWM逆变电路 7.5 中点钳位式逆变电路
7.1 概述
7.1.1 PWM多电平电路旳工作背景 7.1.2 PWM多电平电路旳分类
7.1.1 PWM多电平电路旳工作背景
■多电平电路泛指其输出量 具有多种电平旳电路（在多电平整流电 路则指其输入电流），而采用PWM控制方式旳多电平电路则称为 PWM多电平电路。
◆电路工作原理分析 ☞控制极信号时序如图7-17b。
图7-18 图7-17中各时区旳等效电路
图7-17 三相中点钳位式方波逆变电路 a)主电路 b)～e)电量波形 f)开关时序
7.5 中点钳位式逆变电路
☞各相对电源中点O'电压有±Us和0 三种电平——三电平电路(如图7-
17c)。
u Ao'
U 0
相互抵消，就能够得到较为接近正弦波旳波形。
补充2 二重单相逆变电路
三次谐波
180°
60 °
t 三次谐波
t
120°
◆多重逆变电路有串联多重和并联多重两 O
t
种方式，电压型逆变电路多用串联多重方式，
电流型逆变电路多用并联多重方式。
补充3 二重逆变电路旳工作波形
7.3 多重化PWM直流变换电路
■多相多重斩波电路
☞电源电流旳谐波分量比单个斩波电路时明显减小。
■多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用， 万一某一斩波单元发生故障，其他各单元能够继续运营，使得总 体旳可靠性提升。
7.4 多重化PWM逆变电路
补充4 二重PWM型逆变电路
■二重化后，输出电压中所含谐波旳 角频率仍可表达为nc+kr，但其 中当n为奇数时旳谐波已全部被除 去，谐波旳最低频率在2c附近， 相当于电路旳等效载波频率提升了 一倍。
三电平PWM变换电路
朱成云电力电子S0607016 一种用于三电平PWM变换电路的实用的辅助变换电路摘要：本文提出了一种用于电子电路中以实现软开关的新型的，低功耗的，具有三种电平的脉冲宽度调制电路的分析和设计。
AACC电路有LC电路和两个双向开关构成，其中一个辅助开关在零电压状态下变换，另一个在零电流状态下变换。
AACC电路的工作依赖于辅助电压源的使用。
由于变换电路所接收的输入能量很小，所以开关管所的电流很小，从而达到高效工作的目的。
这种辅助电路的设计步骤和实验结果证明了其可操作性。
关键词：脉冲宽度调制，软开关，三电平变换器，零电压开关1．简介为了在变换电路中实现软开关的目的，许多种电路拓扑结构已经被提出。
总的说来，软开关的出现使得在功率变换电路中功率半导体以更高的开关频率工作而不会过分影响变换电路的效率。
但是，（零电压开关和零电流开关）要达到这样一种目的，电路中的功率半导体元件要能够承受在其器件参数范围之内的电压和电流的增量。
在许多情况下，这种增量是由于半导体器件额外的损失和一些被动的原素所造成的。
由辅助开关触发的LC谐振缓冲电路是Bigen和McMurray[1][2]提出的，它用来减小变换电路中主要的开关管在开关时产生的电压和电流变化量。
这种电路是具有辅助谐振变换电流的作用而被提出的，它由一个双向开关，一个谐振电感，一个谐振电容和两个直流电源或者两个低频电容构成。
这个电容可以等效为一个纯电容接在输入直流电源的中点。
因此，这个低频电容（通常，其基本输出频率在50－60Hz之间）提供输入电压的一部分。
这种拓扑结构在使用半桥电路拓扑结构时被采用。
如果是全桥电路需要用到两个ARCP，每个桥臂都需要一个ARCP，另外在输入电压源端需要两个大的输入电容。
这样一来可能会增大变换器的体积。
需要特别注意的是，在有些场合，比如高电压场合需要用中间抽头电容，在这种情况下，变换器的体积并不会减小。
其它形式的AACC变换器在文献[4][5]中有提及，比如辅助电源由自耦变压器提供的变换电路。
pwm电路工作原理
pwm电路工作原理
PWM（脉宽调制）是一种电子调制技术，通过改变信号的脉
冲宽度来调节输出信号的平均功率。
PWM电路通过控制信号
周期中高电平和低电平的时间比例来实现电压或电流的精确调节。
PWM电路的主要工作原理是通过快速地在高电平和低电平之
间进行切换来模拟出所需的输出信号。
信号周期中，高电平时间被称为占空比，表示信号高电平时间与一个完整周期的比例。
占空比越高，平均功率输出越大；占空比越低，平均功率输出越小。
PWM电路的核心元件是比较器和计时器。
计时器产生一个固
定周期的方波信号，与输入信号进行比较。
如果输入信号的幅值低于比较器输出的方波信号，则输出为低电平；如果输入信号的幅值高于比较器输出的方波信号，则输出为高电平。
通过调整比较器的阈值电压，可以控制输出信号的占空比。
PWM电路的输出信号能够精确地模拟出所需的电压或电流。
由于开关频率很高，输出信号中的高频成分可以通过滤波器去除，从而得到平滑的输出电压或电流。
因此，PWM电路广泛
应用于调节电机速度、灯光亮度调节、电源管理等领域。
总结起来，PWM电路的工作原理是通过调整信号周期中高电
平和低电平的时间比例来实现精确调节输出信号的平均功率。
这种调制技术在电机控制、电源管理等领域具有重要的应用。
第二节：PWM逆变电路及其控制方法.ppt
uc ur
● 当 ur > uc 时使 V4 通， O
t
V3 断，uo＝ 0 ● 当 ur < uc 时使 V4 断， uo
Ud
V3 通， uo＝ －Ud
uo uof
● 虚线 uof
O
t
表示 uo 的基波分量
-Ud
图7-5 单极性图P6W-5M控制方式波形
四．控制规律：双极性 PWM 控制方式控制
●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°
Ud 2
+ V1 C U
VD1 V3
VD3 V5
VD5
N'
V
N
Ud 2
+ C
V4
VD4 V6
VD6 V2W
VD2
uuuurrrUVWc
调制 电路
图6-7
图6-7 三相桥式PWM型逆变电 路
U相的控制规律
●当urU>uc时，给V1导通信号，给V4关断信号，uUN’=Ud/2 ●当urU<uc时，给V4导通信号，给V1关断信号，uUN’=-Ud/2 ● 当 给 V1(V4) 加 导 通 信 号 时 ， 可 能 是 V1(V4) 导 通 ， 也 可 能 是 VD1(VD4)导通
周期以π/2为轴线对称
u(t) u( t)
（6－2）
同时满足式（6-1）、（6-2）的波形称为四分之一周期对称波 形，用傅里叶级数表示为
u( t ) an sin nt n1,3,5 ,
（6－3）
式中，an为
an
4
2 u(t)sin ntdt
0
➢图6-9a，n 能 独4 立 0控1 U制2d as1i、n na2t和dat3共31个2 (时U刻2d 。sin该n波t形)d的t
第7章 PWM多电平电路
*7.5.3
直接转矩控制在NPC-PWM-INV中的应用
图7-26 定子磁链的计算
*7.5.3
直接转矩控制在NPC-PWM-INV中的应用
图7-27 基于DSP的全数字化 DTC异步机调速系统 1—电网及输入变压器 2—不控整流电路 3—NPCINV 4—异步电动机 5—驱动电路 6—控制电源模块 7—电压检测 8—电流检测 9—EEPROM 10—DSP 11—硬件过电流保护模块 12—外部RAM扩展 13—串行通信接口
图7-8 N=2并-并/串结构的多重化双管正激式电路 a)主电路结构 b)等效电路
*7.3.2
多重化PWM双管正激式直流变换电路
图7-9 N=2串-串结构的多重化双管正激式电路
7.4 多重化PWM逆变电路 7.4.1 多重化PWM电压源逆变电路 7.4.2 多重化PWM电流源逆变电路
7.4.1 多重化PWM电压源逆变电路
表7-3 多重化电流源方波逆变电路的谐波含量
7.3 多重化PWM直流变换电路 7.3.1 多重化PWM单象限降压型电路
*7.3.2
多重化PWM双管正激式直流变换电路
7.3.1 多重化PWM单象限降压型电路
图7-7 N=3多重化PWM单象限降压型电路 a)主电路结构 b)电量波形
*7.3.2
多重化PWM双管正激式直流变换电路
图7-21 NPC-PWM-INV的空间矢量图 a)电压空间矢量的分布 b)磁链增量轨迹 c)矢量的合成
7.5.2 中点钳位式PWM逆变电路(NPC-PWM-INV)
表7-7 NPC SVPWM INV电路开关状态与电压空间矢量的对照表
*7.5.3
直接转矩控制在NPC-PWM-INV中的应用
多电平逆变电路的三种控制方法
多电平逆变电路的三种控制方法多电平变换器PWM控制方法可分为两大类：三角载波PWM技术和直接数字技术（空间电压矢量法SVPWM），它们都是2电平P WM在多电平中的扩展。
1. 三角载波PWM方法①消谐波PWM（SHPWM）法消谐波PWM法的原理是电路的每一相使用一个正弦调制波和几个三角波进行比较，在正弦波与三角波相交的时刻，如果正弦波的幅值大于某个三角波的值，则开通相应的开关器件，否则，则关断该器件。
为了使M－1个三角载波所占的区域是连续的，它们在空间上是紧密相连且对称地分布在零参考量的正负两侧。
消谐波PWM是2电平三角载波PWM在多电平中的扩展。
②开关频率最优PWM（SFOPWM）法开关频率最优法是由2电平三角载波PWM扩展而来。
它的载波要求与SHPWM法相同，不同的是它在正弦调制波中注入了零序分量。
对于一个三相系统，这个零序分量是三相正弦波瞬态最大值和最小值的平均值，所以SFOPWM的调制波是三相正弦波减去零序分量后所得到的波形。
这种方法通过在调制波中注入零序分量而使得电压调制比达到1.15。
但是该方法只能用于三相系统。
因为在单相系统中注入的零序分量无法互相抵消，从而在输出波形中存在三次谐波，而在三相系统中就不会有这种问题。
实际上，这种零序分量注入的方法在本质上与电压空间矢量法是一致的，它相当于零矢量在半开关周期始末两端均匀分布的空间电压矢量法。
所以，SFOPWM法可以看成是2电平空间电压矢量法在多电平变换器控制中的推广。
③三角波移相PWM（PSPWM）法三角载波移相PWM法是一种专门用于级联型多电平变换器的P WM方法。
这种控制方法与SHPWM方法不同，每个模块的SPWM 信号都是由一个三角载波和一个正弦波比较产生，所有模块的正弦波都相同，但每个模块的三角载波与它相邻模块的三角载波之间有一个相移，这一个相移使得各模块所产生的SPWM脉冲在相位上错开，从而使得各模块最终叠加输出的SPWM波的等效开关率提高到原来的Keff倍，在不提高开关频率的条件下大大减小了输出谐波。
调谐PWM电压的电平转换电路
调谐PWM电压的电平转换电路PWM电路，通过开关管的作用，将0~5V升至0~30V,通过PWM电路将方波变换成直流电压。
上图即为调谐PWM电压的电平转换电路，基极输入PWM信号的幅度为5V，三极管Q的集电极经R2接33V，而其基极没有偏压，故三极管Q平时处于截止状态，只有输入正脉冲时，Q才进入饱和状态而输出低电平，截止时则输出高电平(约33V)。
R0与C0构成了低通滤波器，经过低通滤波器之后，滤除了输入脉冲信号的高频成分，PWM信号的前后沿得到了一定程度的平滑，而电容C1起到了降低导通时间的作用，使得Q进入导通的速度加快。
5V的PWM信号经过Q转换变为33V的PWM脉冲，该脉冲信号随后进行三级低通滤波处理，转换成了光滑的直流电平后送给变容二极管。
详细资料与非网模拟电源技术社区/通过对电路工作原理的分析可知，电平转换电路中的三极管主要起到了PWM信号幅度变换的作用。
D/A转换输出幅度为5V的PWM信号(高电平为5V，低电平为0V)作为电平转换电路的输入，在脉冲信号的高电平期间，三极管导通工作在饱和区，经过集电极输出，负载电容通过集电极放电；在脉冲信号的低电平期间，三极管处于截止状态，输出33V高电平对电容充电。
由于三级低通滤波器的输出电压幅度为PWM脉冲的平均值，因此PWM 脉冲信号的占空比直接决定了输出电压的高低。
占空比越高，即一个周期内，高电平时间越长，三极管导通时间越长，负载电容充电时间越短而放电时间越长，输出的直流电平就越低。
反之，低电平时间越长，负载电容上充电时间越长，放电时间越短，输出的直流电平越高。
集电极电压选取33V,合理设置参数能够保证输出直流电压的范围达到0V~30V，满足了高频调谐电路调谐电压BT（0V~30V）的变化范围要求。
多电平载波PWM控制原理
载波调制PWM控制技术，就是通过载波和调制波的比较，得到开关脉宽控制信号。
是两电平载波SPWM技术在多电平中的直接推广应用。
与传统两电平变换器不同，由于多电平变换器具有多个载波，在调制生成多电平PWM波时，就会有两类基本方法：✓第一类方法：多个三角载波叠加后再调制生成多电平PWM波——载波层叠法✓第二类方法：各三角载波分别与正弦波调制后生成的SPWM波叠加，形成多电平PWM波形——载波移相法E110000110-E0011 1234载波反相层叠：对于N电平二极管箝位型变换器，采用N－1个等幅值的三角波层叠起来，与调制波进行比较，根据调制波与各个三角波的大小关系决定相对的开关管的开关状态。
根据三角载波之间的相位关系的不同，有三种多电平载波比较的方法：(1) 同相层叠方式(PD)(2) 正负反相层叠式(POD)(3) 交替反向层叠式(APOD)(4) 载波移相方式（PS）(1)五电平载波同相层叠（PD）(2) 五电平载波正负反相层叠（POD ）(3) 五电平载波交替反相层叠（APOD ）输出电压V a0开关状态S1S2S3S4S1’S2’S3’S4’2E11110000 E01111000 000111100 -E00011110 -2E00001111●多电平载波移相法(Phase Shifted Carrier PWM):●对于一个n电平变换器，n-1个不同相位的三角载波分别与调制波进行比较，生成相对独立的n－1组PWM调制信号，去驱动n-1个功率单元，每一个单元控制就退化成两电平单元的PWM控制，各单元的输出叠加生成一个等效多电平PWM波形。
载波移相PWM的适用场合？适用于H桥级联多电平以及悬浮电容多电平变换器。
载波移相PWM用于H桥级联多电平载波移相PWM用于悬浮电容多电平●载波移相（PS）方式已经成为H桥多电平电路的标准PWM控制方法，有以下的优点：●（1）、在任何的调制比下（任何基波频率下），输出电压保持相同的开关频率。
电力电子技术第七章PWM控制技术PPT课件
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
图7-3 用PWM波代替正弦半波
PWM波两种，由直流电源产生的PWM波通常
是等幅PWM波。
■基于等效面积原理，PWM波形还可以等效
3/60
7.2 PWM逆变电路及其控制方法
引言
■PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术， 即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5章的直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术，第6章中涉及到PWM 控制技术的地方有两处，一处是第6.1节中的斩控式交流调压电路，另一处 是第6.4节矩阵式变频电路。
☞在ur的半个周期内，三角波载 波有正有负，所得的PWM波也是
图7-4 单相桥式PWM逆变电路
有正有负，在ur的一个周期内，输
u
ur uc
出的PWM波只有±Ud两种电平。
☞在ur的正负半周，对各开关器
O
wt 件的控制规律相同。
√当ur>uc时，V1和V4导通，V2
uo
u of
uo
Ud
和V3关断，这时如io>0，则V1和V4 通，如io<0，则VD1和VD4通，不管
☞为了消除偶次谐波，应使波形正负两半周期镜对称，即
u(wt) u(wt )
(7-1)
☞为了消除谐波中的余弦项，简化计算过程，应使波形在正半周期内
前后1/4周期以/2为轴线对称，即
u(wt) u( wt)
(7-2)
☞同时满足式(7-1)和式(7-2)的波形称为四分之一周期对称波形，这种 波形可用傅里叶级数表示为
三电平变频器pwm的原理
三电平变频器（PWM）是一种电力电子装置，用于将直流电源转换为可变频率和可变幅值的交流电源。
它通过控制开关器件的开关时间和开关频率，实现对输出电压的调节。
三电平变频器的原理如下：
1. 输入电压：三电平变频器的输入电压通常为直流电压，可以是电池、整流器等提供的直流电源。
2. 桥式逆变器：三电平变频器采用桥式逆变器的结构，由四个开关器件（通常是MOSFET或IGBT）组成。
这四个开关器件分为两对，每对开关器件分别连接到一个交流输出端。
3. 脉宽调制（PWM）：通过控制开关器件的开关时间和开关频率，可以实现对输出电压的调节。
脉宽调制技术是一种将模拟信号转换为数字信号的技术，通过改变数字信号的脉冲宽度来控制输出电压的大小。
4. 三电平输出：三电平变频器的输出电压具有三个不同的电平，分别为正电平、零电平和负电平。
通过控制开关器件的开关时间和开关频率，可以实现对输出电压的三个电平的调节。
5. 滤波器：为了去除输出电压中的高频噪声和谐波，通常在输出端添加一个滤波器，用于平滑输出电压。
通过以上原理，三电平变频器可以实现对输出电压的可变频率和可变幅值的调节，从而满足不同应用场景对电源的需求。
(参考资料)多电平(7电平)级联H桥逆变器的控制
多电平级联H桥逆变器的控制***（****大学****）摘要：级联型多电平变频器输出电压谐波含量小，易于实现模块化，适用于高压大功率场合，本文主要针对七电平H桥级联型逆变器的拓扑结构和控制方式的相关问题进行分析与研究。
级联个数不同，对控制方法也有不同的要求。
分别对载波层叠调制和载波移相调制方法进行了相关仿真研究。
验证了两种方法的正确性，同时也对相关量的谐波进行了分析。
关键词：H桥级联；七电平；载波层叠；载波移相1引言随着电气传动技术，尤其是变频调速技术的发展．大容量高压变频调速技术得到了广泛的应用。
目前，高压变频器的电路拓扑结构种类较多，相应的开关功率器件容量也越来越大，其基本拓扑结构有H桥级联式(CHB)、电容箝位式、二极管箝位式、飞跨电容箝位式4种。
由于CHB的谐波失真和dv／dt很低．而且功率器件间无需串联就能得到很高的工作电压．其模块化结构还可以降低生产成本。
因此CHB大量应用在大功率大容量变频以及电力系统中的柔性输配电(FACTS)领域。
介绍了H桥级联七电平逆变器拓扑及CHBI常用的载波移相调制(CPSPWM)和电压移位调制(VSM)方式。
并通过Matlab／Simulink／Powersystem仿真软件对CHB进行了全面的仿真研究。
通过实验验证了理论分析的正确性，表明CHB在高压变频及电力系统柔性输配电(FACTS)等领域极具实用价值。
2七电平级联H桥的拓扑结构图2-1七电平级联H桥型拓扑图2-1是七电平级联型H桥型拓扑结构，每相由3个H桥单元串联。
对于N电平可依此类推。
从图可看出，每相输出电压等于该相3个H桥单元输出电压的叠加，即每相总的电压为：321321321C C C CN B B B BN A A A AN U U U U U U U U U U U U ++=++=++=（2-1）其中313131~~~C C B B A A U U U U U U 、、分别为A、B、C各相H桥单元的输出电压，CN AN U U ~为A、B、C各相相电压。
pwm电路原理
pwm电路原理
PWM电路的原理是基于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相同的原理。
PWM控制原理将波形分为若干等份，可以用等效的窄脉冲来代替。
具体来说，PWM控制通过控制开关器件的通断，使得输出端得到一系列幅值相等的脉冲，这些脉冲可以用来代替正弦波或所需要的波形。
PWM控制方法有多种分类，如单极性与双极性、同步式与异步式、矩形波调制与正弦波调制等。
单极性PWM控制法在半个周期内载波只在一个方向变换，所得PWM波形也只在一个方向变化；而双极性PWM控制法在半个周期内载波在两个方向变化，所得PWM波形也在两个方向变化。
根据载波信号同调制信号是否保持同步，PWM控制又可分为同步调制和异步调制。
此外，根据控制信号产生脉宽是该技术的关键，常用三角波比较法、滞环比较法和空间电压矢量法等方法。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询专业技术人员。
多电平逆变电路主要有哪几种形式？各有什么特点？
多电平逆变电路主要有哪几种形式？各有什么特点？多电平逆变电路是一种通过在输出电压上产生多个离散电平的逆变器结构。
常见的多电平逆变电路形式包括以下几种：
1.多电平PWM逆变电路：利用多种开关模式和多级逆变电
路，通过PWM调制技术在输出电压上实现多个离散的电
平。
其中较为常见的是三电平和五电平的PWM逆变电路。
o三电平PWM逆变电路：具有三个输出电平（正、零和负），可以实现更低的谐波和更接近正弦波形的输
出。
o五电平PWM逆变电路：具有五个输出电平，进一步降低了输出谐波含量和提高了输出波形质量。
2.多电平逆变电路：通过多级串联逆变器实现多个输出电平，
每个级别可以控制并输出不同的电压水平。
这种电路可根
据需要灵活地增加级数，以增加输出电压水平的数量。
以上多电平逆变电路的特点包括：
•低谐波含量：通过产生更多的离散电平，能够有效降低逆变器输出的谐波含量，接近于正弦波形输出。
•更高的输出质量：多电平逆变电路可以提供更平滑、更接近正弦波的输出电压，减小谐波畸变和噪声。
•更低的电磁干扰：由于输出波形更接近正弦波形，多电平逆变电路产生的电磁干扰较少。
多电平逆变电路通常适用于对输出波形质量要求较高的应用，
如电力电子领域、可再生能源逆变器、电机驱动等。
然而，多电平逆变电路的设计和控制较为复杂，电路结构和开关模式的选择需要根据具体应用需求和性能要求进行仔细的分析和优化。
关于PWM控制电路的基本构成及工作原理
关于PWM控制电路的基本构成及工作原理介绍了PWM控制电路的基本构成及工作原理，给出了美国SiliconGeneral公司生产的高性能集成PWM控制器SG3524的引脚排列和功能说明，同时给出了其在不间断电源中的应用电路，PWM控制电路的基本构成及工作原理。
引言开关电源一般都采用脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。
然而，由于其开关器件工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程本身就是一电磁骚扰（EMD）源，它产生的EMI信号有很宽的频率范围，又有一定的幅度。
若把这种电源直接用于数字设备，则设备产生的EMI信号会变得更加强烈和复杂。
本文从开关电源的工作原理出发，探讨抑制传导干扰的EMI滤波器的设计以及对辐射EMI的抑制。
1开关电源产生EMI的机理数字设备中的逻辑关系是用脉冲信号来表示的。
为便于分析，把这种脉冲信号适当简化，根据傅里叶级数展开的方法，可用式（1）计算出信号所有各次谐波的电平，电子通信论文《PWM控制电路的基本构成及工作原理》。
式中：An为脉冲中第n次谐波的电平；Vo为脉冲的电平；T为脉冲串的周期；tw为脉冲宽度；tr为脉冲的上升时间和下降时间。
开关电源具有各式各样的电路形式，但它们的核心部分都是一个高电压、大电流的受控脉冲信号源。
假定某PWM开关电源脉冲信号的主要参数为：Vo=500V，T=2×10－5s，tw=10－5s，tr=0.4×10－6s，则其谐波电平如图2所示。
图2中开关电源内脉冲信号产生的谐波电平，对于其他电子设备来说即是EMI信号，这些谐波电平可以从对电源线的传导干扰（频率范围为0.15～30MHz）和电场辐射干扰（频率范围为30～1000MHz）的测量中反映出来。
在图2中，基波电平约160dBμV，500MHz约30dBμV，所以，要把开关电源的EMI电平都控制在标准规定的限值内，是有一定难度的。
2开关电源EMI滤波器的电路设计当开关电源的谐波电平在低频段（频率范围0.15～30MHz）表现在电源线上时，称之为传导干扰。
pwm电路工作原理
pwm电路工作原理
PWM（脉冲宽度调制）是一种常用的电路技术，用于调节电
子设备中的电压或电流。
其工作原理如下：
1. 线性电源的转换：PWM电路通常作为线性电源转换器的一
部分。
它通过将直流电源的电压快速开关，来控制输出电压的大小。
具体地说，通过调节开关状态的占空比（开关处于开或关状态的时间比例），可以控制输出电压的平均值。
2. 周期性脉冲信号：PWM电路输出周期性的脉冲信号。
脉冲
的高电平持续时间（宽度）即为开关处于开状态的时间，低电平持续时间即为开关处于关状态的时间。
3. 调节占空比：通过改变脉冲信号的高电平时间与整个周期的比例，即改变脉冲的宽度，PWM电路可以实现对输出电压的
调节。
当占空比较小时，输出电压较低，而当占空比较大时，输出电压较高。
4. 平均功率控制：PWM电路的输出电压是通过快速开关来达
到的，占空比越大，开关开启的时间越长，平均输出电压也越高。
在工作的整个周期内，由于开关速度非常快，输出电压基本保持稳定。
总结起来，PWM电路通过周期性脉冲信号来控制开关的状态，从而改变输出电压的平均值。
调节脉冲的宽度（占空比）可以实现对输出电压的精确控制。
这种电路广泛应用于电力电子器件、调速装置、电机控制等领域。
多电平载波PWM控制原理
多电平载波PWM控制原理多电平载波PWM（Pulse Width Modulation）控制是一种常用的电力电子调制技术，用于将一个连续可变的模拟信号转换成一个离散可变的脉冲信号。
它在许多应用中被广泛使用，如变频器、逆变器和直流-直流转换器等。
多电平载波PWM控制的原理是通过调节载波周期内的脉冲宽度来实现对输出电压的调节。
传统的PWM控制使用矩形波载波信号，通过改变脉冲宽度的占空比来控制输出电压。
然而，多电平载波PWM控制使用多个电平的载波信号，可以更精确地控制输出电压。
1.载波信号生成：首先生成一个基础载波信号，通常是一个三角波，其频率由调制信号的频率决定。
然后，根据调制信号的幅值，将基本载波信号进行分段，生成多个电平的载波信号。
2.调制信号采样：将待控制的模拟信号进行采样，得到离散的调制信号。
通常采样频率高于调制信号频率的两倍，以满足奈奎斯特采样定理。
3.比较器输出：将采样的调制信号与多个电平的载波信号进行比较。
当采样信号大于或等于一些电平的载波信号时，比较器输出高电平；否则输出低电平。
4.脉冲宽度调节：根据比较器的输出，确定每个电平上的脉冲宽度。
比如，如果比较器输出为高电平，表示采样信号大于一些电平的载波信号，则该电平上的脉冲宽度增加；如果比较器输出为低电平，则脉冲宽度减小。
通过这种方式，可以精确地调节输出电压。
5.输出滤波：最后，通过一个滤波器将脉冲信号进行平滑处理，以获得连续可变的模拟输出信号。
多电平载波PWM控制相比传统的PWM控制具有更高的精度和更低的谐波失真。
它可以根据需要选择合适的电平数量，以平衡控制精度和实现复杂度。
当需要更高的精度时，可以增加电平数量；当复杂度成本较高时，可以减少电平数量。
总之，多电平载波PWM控制通过调节载波周期内的脉冲宽度，根据模拟信号精确地控制输出电压。
它是一种常用的电力电子调制技术，在许多应用中发挥着重要的作用。
多电平电路(ppt)
图7-7 N=3多重化PWM单象限降压型电路 a)主电路结构 b)电量波形
7.3 多重化PWM直流变换电路
☞总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比） 与相数的平方成反比，其总的输出电流脉动幅值变得很小，所需平 波电抗器总重量大为减轻。
☞当上述电路电源公用而负载为3个独立负载时，则为3相1重斩 波电路，当电源为3个独立电源，向一个负载供电时，则为1相3重斩 波电路。
I1
23 3
Id
Байду номын сангаасI2 I3
3 3
Id
I4 Id
3 3 Id
I5
Id
2
3 3
Id
7.2.1 多重化方波整流电路
☞对波形iA进行傅里叶分析，可得其基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分别 如下：
Inm 1 n43Id n1k2 1 , k1 ,2,3,(7-2)
43
I1m Id
(7-3)
即输入电流谐波次数为12k±1，其幅值与次数成反比而降低。
◆是在电源和负载之间 接入多个结构相同的基本 斩波电路而构成的。
◆相数:一个控制周期中 电源侧的电流脉波数。
◆重数：负载电流脉波 数。 ■3相3重降压斩波电路
◆电路及波形分析 ☞相当于由3个降压斩
波电路单元并联而成。
☞总输出电流为 3 个斩波电路单元输 出电流之和，其平均值为单元输出电流平均 值的3倍，脉动频率也为3倍。
☞u1和u2相位错开=60°,其中的3次谐波 就错开了3×60°=180，变压器串联合成后，3
次谐波互相抵消，总输出电压中不含3次谐波。 u1
☞ uo波形是120°矩形波，含6k±1次谐 O
波，3k次谐波都被抵消。
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多电平电路
控制方式
混合电路 方波电路 PWM电路 整流电路 逆变电路 直流变换电路 交流变换电路
电能变换
7.2 多重化方波电路
7.2.1 多重化方波整流电路 7.2.2 多重化电压源方波逆变电路
7.2.1 多重化方波整流电路
◆移相30构成的串联2重联结电路 ☞整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相 差30、大小相等的两组电压，接到相互串联的2组整流桥。 ☞因绕组接法不同，变压器一次绕组和两组二次绕组的匝比如 图所示，为1:1:3 。 ☞该电路为12脉波整流电路。
Ud
√位移因数
6 6U 2
cos
cos
√功率因数
1
cos
cos 1 0.9886 cos
8/131
7.2.1 多重化方波整流电路
◆利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串 联3重联结电路 ☞整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用曲折接法。 ☞整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉波整 流电路。 ☞交流侧输入电流谐波更少，为18k±1次（k=1, 2, 3…），ud的 脉动也更小。 ☞输入位移因数和功率因数分别为： cos1=cos =0.9949cos ◆将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串联4重联结电路 ☞为24脉波整流电路。 ☞其交流侧输入电流谐波次为24k±1，k=1，2，3…。 ☞输入位移因数功率因数分别为： cos1=cos =0.9971cos
补充2 二重单相逆变电路
u1 O u2 O uo 120° O t 180° 三次谐波 t
60 °
三次谐波 t
补充3 二重逆变电路的工作波形
7.3 多重化PWM直流变换电路
■多相多重斩波电路
◆是在电源和负载之间 接入多个结构相同的基本 斩波电路而构成的。 ◆相数:一个控制周期中 电源侧的电流脉波数。 ◆重数：负载电流脉波 数。 ■3相3重降压斩波电路 ◆电路及波形分析 ☞相当于由3个降压斩 波电路单元并联而成。 ☞总输出电流为 3 个斩波电路单元输 出电流之和，其平均值为单元输出电流平均 值的3倍，脉动频率也为3倍。
图7-7 N=3多重化PWM单象限降压型电路 a)主电路结构 b)电量波形
7.3 多重化PWM直流变换电路
☞总输出电流最大脉动率（电流脉动幅值与电流平均值之比） 与相数的平方成反比，其总的输出电流脉动幅值变得很小，所需平 波电抗器总重量大为减轻。
☞当上述电路电源公用而负载为3个独立负载时，则为3相1重斩 波电路，当电源为3个独立电源，向一个负载供电时，则为1相3重斩 波电路。 ☞电源电流的谐波分量比单个斩波电路时显著减小。 ■多相多重斩波电路还具有备用功能，各斩波电路单元可互为备用， 万一某一斩波单元发生故障，其余各单元可以继续运行，使得总 体的可靠性提高。
图7-18 图7-17中各时区的等效电路
图7-17 三相中点钳位式方波逆变电路 a)主电路 b)～e)电量波形 f)开关时序
7.5 中点钳位式逆变电路
☞各相对电源中点O'电压有±Us和0 三种电平——三电平电路(如图717c)。
u Ao' U S 0 U S (b) ( a, c ) (d )
补充1 移相30串联2重联结电路
7.2.1 多重化方波整流电路
图7-1 两重方波整流电路 a)并联电路结构 b)串联电路结构 c)网侧电流波形
2 3 Id 3 3 I 2 I3 Id 3 3 I4 Id Id 3 2 3 I5 I d Id 3 I1
7.2.1 多重化方波整流电路
■多电平逆变电路 ◆逆变器能承受更高的电压，而且相电压的波形更接近正弦波。 ◆常用的多电平逆变电路有中点钳位型逆变电路，飞跨电容型逆变 电路，以及单元串联多电平逆变电路。 ◆飞跨电容型逆变电路由于要使用较多的电容，而且要控制电容上 的电压，因此使用较少。
补充6 飞跨电容型三电平逆变电路
7.5 中点钳位式逆变电路
7.4 多重化PWM逆变电路
补充4 二重PWM型逆变电路
■二重化后，输出电压中所含谐波的 角频率仍可表示为nc+kr，但其 中当n为奇数时的谐波已全部被除 去，谐波的最低频率在2c附近， 相当于电路的等效载波频率提高了 一倍。
补充5 二重PWM型逆变电路输出波形
7.4 多重化PWM逆变电路
第7章 PWM多电平电路
7.1 概述
7.2 多重化方波电路 7.3 多重化PWM直流变换电路
7.4 多重化PWM逆变电路
7.5 中点钳位式逆变电路
7.1 概述
7.1.1 PWM多电平电路的工作背景 7.1.2 PWM多电平电路的分类
7.1.1 PWM多电平电路的工作背景
■多电平电路泛指其输出量 具有多个电平的电路（在多电平整流电 路则指其输入电流），而采用PWM控制方式的多电平电路则称为 PWM多电平电路。 ■多电平电路的工作背景 ◆大功率应用的特点 （1)由于器件和单机容量的限制，大功率电路需要由多个器件或 多个单元电路通过串/并联连接实现。 （2)由于高压大电流操作，电路对电网和环境的污染严重，EMI强 度高。 （3)高可靠性：对于电力系统和大型生产设备的电力传动系统等 应用场合，故障将产生严重后果，故要求有高可靠性运行。
图7-10 多重化PWM电压源逆变电路 a)变压器输出方式 b)直接输出方式 1—输入整流变压器 2—三相不控整流电路 3—驱动电路 4—单相逆变电路 5—输出变压器 6—N相三角形载波发生器 7—单相正弦波发生器
7.5 中点钳位式逆变电路
■回顾图3-16三相电压型桥式逆变 ，以N’为参考点，输出相电压 有Ud/2和-Ud/2两种电平，称为两电平逆变电路。
7.5 中点钳位式逆变电路
■用与三电平电路类似的方 法，还可构成五电平、七 电平等更多电平的电路，三电平及更多电平的逆 变电路统称为多电平逆变电路。
补充7 中点钳位型五电平逆变电路
7.5 中点钳位式逆变电路
■单元串联多电平逆变电路 ◆采用单元串联的方法可以构成多电平电路。
补充8 三单元串联多电平逆变电路原理图
■中点钳位型（NPC——Neutral Point Clamped） 逆变电路。(以三电 平方波逆变电路为例进行分析） ◆电路构成 ☞直流滤波电容由Cd1和Cd2串联连 接，Cd1=Cd2，Ud1=Ud2=Ud/2=Us， 故点O'为直流电压源中点。 ☞每个桥臂由两个全控器件串联构成， 两者都反并联了二极管。 ☞每个桥臂中点通过钳位二极管和直 流侧中点相连。
☞对波形iA进行傅里叶分析，可得其基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分 别如下： 14 3 I nm Id n 12k 1, k 1,2,3, (7-2) n
即输入电流谐波次数为12k±1，其幅值与次数成反比而降低。
☞其他特性如下： √直流输出电压
I1m
4 3
Id
(7-3)
US K10 0 (VT1 A VD1 / VT4 A VD4 ) 0 0 U K S 4
u Ao'
（7-37）
图7-17 三相中点钳位式方波逆变电路 a)主电路 b)～e)电量波形 f)开关时序
7.5 中点钳位式逆变电路
◆电路工作原理分析 ☞控制极信号时序如图7-17b。
◆扩容和谐波抑制的基本思想 多电平电路不依靠高开关频率来实现谐波抑制，它通过新型 电路拓扑提高电路的总容量和输出电压的总电平数，并使它接近 正弦，从而实现容量扩大和谐波抑制。
7.1.2 PWM多电平电路的分类
耦合方式 多重化电路 叠加方式
直耦式 磁耦式
串联叠加 并联叠加
电路构成
中点钳位电路
二极管钳位 电容钳位电路
■二重单相电压型逆变电路 ◆两个单相全桥逆变电路组成，输出通过 变压器T1和T2串联起来。 ◆输出波形 ☞两个单相的输出u1和u2是180°矩形波。 ☞u1和u2相位错开=60°,其中的3次谐波 就错开了3×60°=180，变压器串联合成后，3 次谐波互相抵消，总输出电压中不含3次谐波。 ☞ uo波形是120°矩形波，含6k±1次谐 波，3k次谐波都被抵消。 ■由此得出的一些结论 ◆把若干个逆变电路的输出按一定的相位 差组合起来，使它们所含的某些主要谐波分量 相互抵消，就可以得到较为接近正弦波的波形。 ◆多重逆变电路有串联多重和并联多重两 种方式，电压型逆变电路多用串联多重方式， 电流型逆变电路多用并联多重方式。
☞相电压相减得到线电压(如图717d)。三电平逆变电路的输出线电 压有±Ud、±Ud/2和0五种电平。 ☞与图3-16相比，NPC电路输出电 压谐波相对减少。 ☞三电平逆变电路另一突出优点： 每个主开关器件承受电压为直流侧 电压的一半(如图7-17e)。
图7-17 三相中点钳位式方波逆变电路 a)主电路 b)～e)电量波形 f)开关时序