03_大功率变换器基础_2

大功率电能变换技术

大功率变换器基础(2)

单相桥臂PWM

自然采样PWM

锯齿波调制

三角波调制

规则采样PWM

对称规则采样三角波调制

不对称规则采样三角波调制

规则采样PWM 的数字化实现

最直接的PWM 策略，通过将低频参考波形与高频载波相比较而实现。

一种“模拟”采样策略（与“数字”采样相对）。 常见的调制波：正弦波

常见的载波：锯齿波，三角波

正弦波-锯齿波调制

正弦参考波 上升锯齿波载波：后边沿调制

脉冲前边沿（上升沿）位置固定，在锯齿波谷值处

脉冲后边沿（下降沿）随着调制波变化，在锯齿波与正弦波相

交处

*o o cos()

v M t ωθ=+

正弦波-锯齿波调制

WTHD0：4.03%

调制比0.9，载波比21

基带

基波与参考波幅值相等

没有基带谐波

边带

载波频率及其整数倍的谐波较大，且随频率增加而衰减

每个载波边带的谐波幅值分

别对称，且呈衰减趋势

注意对数坐标！

正弦波-三角波调制

正弦参考波

三角波载波：双边沿调制

脉冲双边沿（上升沿和下降沿）随着调制波变化，在三角波与

正弦波相交处*

o o cos()v M t ωθ=+

正弦波-三角波调制

WTHD0：4.00%

调制比0.9，载波比21

基带

基波与参考波幅值相等

没有基带谐波

边带

奇次载波频率周围的奇次

边带谐波分量为零

偶次载波频率周围的偶次

边带谐波分量为零

每个载波边带的谐波幅值

分别对称，且呈衰减趋势

两种载波调制方法比较

都实现了最重要的目标：基波与参考波幅值相等 都没有基带谐波

正弦波-三角波调制缺少部分谐波成分，但是主要边带谐波大于正弦波-锯齿波调制的对应谐波，WTHD0接近，且随调制比

和载波比变化情形一致。

正弦波-三角波调制缺少部分谐波成分，但是主要边带谐波大于正弦波-锯齿波调制的对应谐波，WTHD0接近，且随调制比和载波比变化情形一致。

构成WTHD 的主要谐波是频率为21f o 的主要载波谐波，但是多相桥臂拓扑中该载波谐波为共模量，会两两抵消，所以届时这两种PWM

策略性能差别很大。

规则采样PWM

适合于“数字”系统实现的方式

常见的调制波：正弦波

常见的载波：锯齿波，三角波

在载波峰值和/或谷值时刻对“原始”参考波进行零阶保持器采样

三角载波对称规则采样

每个载波周期采样1次

双边沿调制，但两个边沿位置不独立

在载波峰值或谷值处进行采样

零阶保持器使调制波呈阶梯型

三角载波对称规则采样

WTHD0：4.00%

基带

基波与参考波幅值相等

含有基带谐波，但衰减较快

自然采样

规则采样

三角载波对称规则采样

边带

载波频率及其整数倍的谐波较大，且随频率增加而衰减

每个载波边带的谐波幅值不再对称，且向高频转移

不能消除某些载波边带

自然采样

规则采样不能如双边沿自然采样一样完全消除奇

次载波频率周围的奇次边带谐波和偶次

载波频率周围的偶次边带谐波，但能显著降低其幅值

三角载波不对称规则采样

每个载波周期采样2次

双边沿调制，两个边沿位置独立

在载波峰值和谷值处进行采样

零阶保持器使调制波呈阶梯型

三角载波不对称规则采样

WTHD0：3.98%

基带

基波与参考波幅值相等

含有基带奇次谐波，但衰减

较快

自然采样

规则采样

三角载波不对称规则采样

边带

载波频率及其整数倍的谐波较大，且随频率增加而衰减

每个载波边带的谐波幅值不再对称，且向高频转移

完全消除某些边带谐波：奇次载波频率周围的奇次边带谐波，偶次载波频率周围的偶次边带谐波

自然采样

规则采样

两种调制方法比较

都实现了最重要的目标：基波与参考波幅值相等

都含有基带谐波，不对称三角波调制不含偶数次谐波

不对称调制可以完全消除奇次载波频率周围的奇次边带谐波和偶次载波频

率周围的偶次边带谐波

三角载波对称调制三角载波不对称调制

规则采样PWM 的数字化实现 数字化载波：计数器

每个时钟周期计数器的计数值变化一次

载波也是阶梯波

当时钟频率远大于规则采样的采样频率时，计数器的波形接近于分段连续的载波波形

锯齿波：增计数模式

计数值从零开始递增

计数至周期值后归零

三角波：增减计数模式

计数值从零开始递增

计数至最大值后递减

计数至零后重新递增锯齿波三角波

规则采样PWM 的数字化实现 数字化调制波：比较值寄存器

定时触发比较值寄存器更新

更新后在一个采样周期内保

持不变 比较值寄存器的值与计数器

相等时，输出状态翻转 锯齿波

计数器为零时更新比较值

三角波

对称规则采样：计数器为零或最大值时更新比较值

不对称规则采样：计数器为零和最大值时更新比较值锯齿波

三角波