SPWM调制算法与实现方法

SPWM调制算法与实现方法

SPWM （Sinusoidal Pulse Width Modulation）调制理论始于1975年，近年来，正弦脉宽调制技术（简称为SPWM技术）以其优良的传输特性成为电力电

子装置中调制技术的基本方式[5]。SPWM法就是以正弦波作为基准波（调制波），

用一列等幅的三角波（载波）与基准正弦波相交，由交点来确定逆变器的开关模

式。这样产生的脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小。同时，根

据调制波波形的不同，还可以派生出许多方法，但着眼点都在于如何使变频器的

输出电压更好地获得三相对称的正弦波。

1. 两种SPWM调制算法

SPWM法的实现方式有多种，可以由模拟或数字电路等硬件电路来实现，

也可以由微处理器运用软硬件结合的办法来实现。用软件来实现SPWM法，实

现起来简便，精度高，现在已经被广泛采用，此时所采用的采样型SPWM法，

分为自然采样法和规则采样法。其中规则采样法又有对称规则采样法与不对称规

则采样法两种。

1.1 对称规则采样法

图2所示的即为对称规则采样法。这种方法是由经过采样的正弦波（实际上是阶梯波）与三角波相交，由交点得出脉冲宽度。

图2 对称规则采样法

这种方法只在三角波的顶点位置对正弦波采样形成阶梯波。此阶梯波与三角

T内的位置是对称的。故称为对称规则波的交点所确定的脉宽在一个采样周期

C

采样。

由图2得出脉冲宽度为：

)t sin 1(2

e ωM T t C p += 式中：e t 为采样点时刻。

由上式可知采样点时刻e t 只与载波比N 有关，与幅值调制比M 无关，且e t =n T k ，k=0,1,...,N-1。在对称规则采样的情况下，只需知道一个采样点e t 就可以确定出这个采样周期内的时间间隔和脉冲宽度p t 的值。

1.2 不对称规则采样法

如果既在三角波的顶点位置又在底点位置对正弦波进行采样，由采样值形成阶梯波，则此阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个三角波的周期内的位置是不对称的，如图3所示。因此，这样的采样方法称为不对称规则采样法。

图3 不对称规则采样法

由图3可得脉冲宽度为：

)]t sin t sin (2

1[2t 2211p ωω++=M T C 在对称规则采样中，实际的正弦波与三角载波的交点所确定的脉宽要比生成的PWM 脉宽大，也就是说，变频器的输出电压比正弦波与三角波直接比较生成PWM 时输出的电压要低。而非对称规则采样法在一个载波周期里采样两次正弦波数值，该采样值更真实地反映了实际的正弦波数值，其输出电压也比前者高。但是由于采样次数增大了一倍，也就增大了数据的处理量，当载波频率较高时，微处理器的运算速度将成为一个限制因素。当然对于150MHz 的可处理浮点运算的DSP28335处理器来说不对称规则采样的计算不成问题。

从调制脉冲的极性看，PWM 又可分为单极性与双极性控制模式两种。

2.1单极性PWM 模式

产生单极性PWM 模式的基本原理如图6.2所示。首先由同极性的三角波载波信号t u 。与调制信号r u ，比较(图6.2(a))，产生单极性的PWM 脉冲(图6.2(b))；然后将单极性的PWM 脉冲信号与图6.2(c)所示的倒相信号UI 相乘，从而得到正负半波对称的PWM 脉冲信号d u ，如图6.2(d)所示。

双极性PWM 模式

双极性PWM 控制模式采用的是正负交变的双极性三角载波t u 与调制波r u ，如图6.3所示，可通过ut 与ur ，的比较直接得到双极性的PWM 脉冲，而不需要倒相电路。

本次课程设计在完成实验后发现单极性调制的输出波形在过零时存在较大

的谐波畸变，而双极性输出波性较好，谐波少。原因在于单极性的倒向信号不便处理，而双极性在过零时因为动态润滑的缘故过零平滑，无畸变。