第二十四讲-第二十五讲 PWM型逆变电路
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图8-11 单极性PW图M6-5控制方式波形
对照上述两图可以图看6-6出，单相桥式电路既可采取单 极性调图制8-，12 也双可极性采PW用M双控制极方性式调波形制，由于对开关器件
通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的
6
➢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
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图8-11 单极性PWM控制方式波形
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表示uo的基波分量
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ur正半图6周-5 ，V1保持通，V2保持断
u•• r负当 当uu半rr><uu周cc时 时，使使请VV44通断同，，学VV们33断通自，，uu己oo==分U0 d 析
7
➢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，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 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 •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
❖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
11
1、异步调制
异步调制 ——载波信号和调制信号不同步的调制方式
➢通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化 的 ➢在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定， 相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内 前后1/4周期的脉冲也不对称 ➢当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不 对称产生的不利影响都较小 ➢当 fr 增 高 时 ， N 减 小 ， 一 周 期 内 的 脉 冲 数 减 少 ， PWM脉冲不对称的影响就变大
5
以单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明
V1
Ud + V2
信号波 ur 载波 uc
调制 电路
VD 1
V3
RL
uo
V4
VD 2
VD 3
VD4 图8-10 单相桥式PWM 逆变电路
图6-4 工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补
控制规律：以uo正半周为例，V1通，V2断，V3和V4交替通断
➢➢上➢断V负Vu负 ui，负oo段o44从负总载载关关u载区oV半可电电可断断电D间周得流流得时V1流为和3，到为为-，开比U正V让U负正负通d电D，和dV的和的载后4压一2流零区保零区电，滞段过两间持两间流i后o区，种从，通种，通，间仍电V，电V过V在3为有平1和V1平V和电和负u11V保Vo和压V=D4U持4V导正1仍d续D断通半导3流，续时周通，V流，，，3u，和u电oi=oou为等V0流o4=负于交有0，U替一d实通际
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SPWM波 u
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ω>t
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若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。
3
二、SPWM波形的生成
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
本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变 化时，结果都要变化
13
以PWM控制技术为代表的斩波控制技术正在越来
越占据着主导地位。相位控制和斩波控制分别简称相控
和斩控。把斩控和相控这两种技术对照起来学习，可使
我们对电力电子电路的控制技术有更为明晰的认识。
电力电子装置朝小型化、轻量化方向发展，最直接
的途径是电路的高频化。但在提高开关频率的同时，开
关损耗也随之增加，电路效率严重下降，电磁干扰也增
4
二、SPWM波形的生成
调制法——把希望输出的波形作调制信号，通过对此 信号波的调制得到所期望的PWM波
采用等腰三角波或锯齿波作为载波
等腰三角波应用最多，因其任一点的水平宽度和高度成线性 关系且左右对称
载波与平缓变化的调制信号相交，在交点时刻控制器 件通断，就得到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 是其他所需波形时，也能得到 等效的PWM波
大了，所以简单的提高开关频率是不行的。针对这些问
题出现了软开关技术，它主要解决电路中的开关损耗和
开关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高。
14
12
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。
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urU
uc urV
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O
t 讨论：
uUN'
Ud
2
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Ud 2
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图8-14 同步图 调6制-10三相PWM波形
➢化期➢半开波倍调基为f三f时内周关载，制rr很很本使相N输镜器波使带高低不同一电出对件，三来时时变步 相路脉称难且相的，，，调的中冲，以取输谐ff信c制Pc公数承N出N会波也W号应为方用固受对过不很M波取3式一定称高易低波的一奇，个，滤，正整周数f三使除由r负数变角
PWM控制变得十分容易。 PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提
高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。
1
一、 PWM控制的基本原理
• 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
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O
ω>t
O
ω>t
u
O
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2
一、PWM控制的基本原理
• 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
脉宽调制（PWM）型逆变电路
PWM (Pulse Width Modulation) 脉宽调制技术：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的
获得所需要的波形（含形状和幅值） 第6章直流斩波变换技术已涉及PWM控制，本章主要学习
SPWM控制。 PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现
差别
9
防直通的死区时间
1. 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，留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间
2. 死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定 3. 死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正弦波
10
三、PWM逆变电路的控制方式
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
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对照上述两图可以图看6-6出，单相桥式电路既可采取单 极性调图制8-，12 也双可极性采PW用M双控制极方性式调波形制，由于对开关器件
通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的
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➢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
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➢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，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 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 •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
❖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
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1、异步调制
异步调制 ——载波信号和调制信号不同步的调制方式
➢通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化 的 ➢在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定， 相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内 前后1/4周期的脉冲也不对称 ➢当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不 对称产生的不利影响都较小 ➢当 fr 增 高 时 ， N 减 小 ， 一 周 期 内 的 脉 冲 数 减 少 ， PWM脉冲不对称的影响就变大
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以单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明
V1
Ud + V2
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调制 电路
VD 1
V3
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VD 2
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VD4 图8-10 单相桥式PWM 逆变电路
图6-4 工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补
控制规律：以uo正半周为例，V1通，V2断，V3和V4交替通断
➢➢上➢断V负Vu负 ui，负oo段o44从负总载载关关u载区oV半可电电可断断电D间周得流流得时V1流为和3，到为为-，开比U正V让U负正负通d电D，和dV的和的载后4压一2流零区保零区电，滞段过两间持两间流i后o区，种从，通种，通，间仍电V，电V过V在3为有平1和V1平V和电和负u11V保Vo和压V=D4U持4V导正1仍d续D断通半导3流，续时周通，V流，，，3u，和u电oi=oou为等V0流o4=负于交有0，U替一d实通际
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二、SPWM波形的生成
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
本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变 化时，结果都要变化
13
以PWM控制技术为代表的斩波控制技术正在越来
越占据着主导地位。相位控制和斩波控制分别简称相控
和斩控。把斩控和相控这两种技术对照起来学习，可使
我们对电力电子电路的控制技术有更为明晰的认识。
电力电子装置朝小型化、轻量化方向发展，最直接
的途径是电路的高频化。但在提高开关频率的同时，开
关损耗也随之增加，电路效率严重下降，电磁干扰也增
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二、SPWM波形的生成
调制法——把希望输出的波形作调制信号，通过对此 信号波的调制得到所期望的PWM波
采用等腰三角波或锯齿波作为载波
等腰三角波应用最多，因其任一点的水平宽度和高度成线性 关系且左右对称
载波与平缓变化的调制信号相交，在交点时刻控制器 件通断，就得到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 是其他所需波形时，也能得到 等效的PWM波
大了，所以简单的提高开关频率是不行的。针对这些问
题出现了软开关技术，它主要解决电路中的开关损耗和
开关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高。
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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。
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图8-14 同步图 调6制-10三相PWM波形
➢化期➢半开波倍调基为f三f时内周关载，制rr很很本使相N输镜器波使带高低不同一电出对件，三来时时变步 相路脉称难且相的，，，调的中冲，以取输谐ff信c制Pc公数承N出N会波也W号应为方用固受对过不很M波取3式一定称高易低波的一奇，个，滤，正整周数f三使除由r负数变角
PWM控制变得十分容易。 PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提
高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。
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一、 PWM控制的基本原理
• 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
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一、PWM控制的基本原理
• 如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
脉宽调制（PWM）型逆变电路
PWM (Pulse Width Modulation) 脉宽调制技术：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的
获得所需要的波形（含形状和幅值） 第6章直流斩波变换技术已涉及PWM控制，本章主要学习
SPWM控制。 PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现
差别
9
防直通的死区时间
1. 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，留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间
2. 死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定 3. 死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正弦波
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三、PWM逆变电路的控制方式
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