正弦波脉冲宽度调制-讲义
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由于一个调制波周期中脉冲波形的不对称性，将导致基波相位的 跳动。对于三相正弦波逆变器，这种基波相位的跳动会使三相输出 不对称。
当 f r 较低时，由于一个调制波周期中的脉冲数较多，脉冲波形 的不对称性所造成的基波相位跳动的相角相对较小；而当 f r 较高
时，由于一个调制波周期中的脉冲数较少，脉冲波形的不对称性所 造成的基波相位跳动的相角相对变大。
ur uc
u
Ucm Urm
ur uc
o
o
ct
ct
-Ucm
-Ucm
up
up
o
ct
o
ct
a)
b)
➢采用三角载波的SPWM脉冲序列由于三角载波 的对称性，因而属于对称载波调制。
➢采用锯齿载波的SPWM脉冲序列由于锯齿载波 的非对称性，因而属于非对称载波调制。
➢相比之下，锯齿载波的SPWM实现较为简单， 由于锯齿载波固有的非对称特性，因而输出波形 中含有偶次谐波。而在相同的开关频率以及调制 波条件下，三角载波的SPWM其输出波形的谐波 含量相对较低。以下均以三角载波的SPWM进行 介绍。
二、异步调制
对于任意的调制波频率 f r ，载波频率 f c 恒定的脉宽调
制成为异步调制。
在异步调制方式中，由于载波频率 f c 保持一定，因而当调制波频率 变化时，调制波信号不能保持同步，即载波比N与调制频率 f r 成反
比。
在异步调制方式中，由于 f c 保持一定，因而当 f r 变化时，调制波 信号与载波信号不能保持同步，即载波比N与调制波频率 f r 成反比，
关频率变高。
由于载波比N保持一定，当调制波频率 f r 变化时，一个调制波周 期中的脉冲数将固定不变。
当载波比N为奇数时，一个调制波正负半个周期以及半个周期 中的前后1/4周期的脉冲波形具有对称性。
不同调制波频率 f r 时的同步调制SPWM波形如下图所示
u
uc
ur
u uc ur
o
ωt o
ωt
o
四、SPWM脉冲信号的生成
所谓的SPWM脉冲信号的生成是指：通过模拟或数字电路对载波 信号和调制波信号（如正弦波信号）进行适当的比较运算处理， 从而生成与调制波信号相对应的脉宽调制信号，以此驱动正弦波 逆变器的功率开关。
SPWM脉冲信号的生成主要包括模拟生成法和数字生成法。
（1）模拟生成法——模拟比较法
二、调制方式
（1）基于载波的对称调制和非对称调制
➢随着SPWM技术发展，已研制出多种特性各异的SPWM控制方案， 但大多数SPWM控制方案仍采用基于通讯调制技术的PWM基本调制规 则。
➢这种基本调制规则是以正玄波参考波为调制波，并以N倍调制波频率 的具有分段线性特性的三角波或者锯齿波为载波，将载波与调制波相 交，就得到一组幅值相等，而宽度正比于正弦调制波函数的方波脉冲 序列。
正弦波脉冲宽度调制
精品jing
一、SPWM介绍
SPWM（Sinusoide Pulse Width Modulation）即正弦波
脉冲宽度调制，它是脉冲宽度按正弦函数变化的
PWM调试。
那么，如何实现SPWM及其波形的发生呢？1964年， 德国学者首次将通讯系统的调制技术应用到交流传动的 变频器控制中，诞生了SPWM技术。此后随着微处理器 技术的发展，又提出了规则采样数字化SPWM方案和能 提高直流电压利用率的准优化SPWM方案，使SPWM 技术日趋成熟，但其基本的调制规则并没有改变。
模拟比较法就是将载波信号（如三角波） 和调制波信号（正弦波信号）通过模拟 比较器进行比较运算，从而输出SPWM 脉冲信号，其电路原理图如右图所示。
+ 比较器 -
（2）数字生成法1——自然采样法
✓自然采样法就是通过联立三角载波信号和正 1 弦调制波信号的函数方式，并求解三角载波信
波正负半个周期以及每个半个周期中前后1/4周期的脉冲波形不
具有对称性。
u
uc
ur
u
uc
ur
不同调制波频率
o
o ωt
ωt
时的异步调制
SPWM波形 up
up
o a)
ωt
o
ωt
b)
由于异步调制时的开关频率固定，所以对于需要设置输出滤波 器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而言，输出滤波器参数的 优化设计较为容易。
a)
up
ωt o
ωt
b)
当载波比N为奇数时，由于SPWM波形的对称性，无论fr高 低，都不会导致基波相位的跳动。
由于同步调制时的开关频率随 f r 的变化而变化，所以对于 需要设置输出滤波器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而 言，输出滤波器参数的优化设计较为困难。
当 f r 变高时，f c 变高，从而使开关频率变高，输出谐波减 小；当 f r 变低时，f c 变低，从而使开关频率变低，输出谐波 增大。 因此采用同步调制时，SPWM的高频性能好，而低频性能较 差。为了克服这一不足，同步调制时，应尽量提高SPWM的 载波比N，但较高的载波比设计会使调制波频率变大时逆变器 的开关频率增加，从而导致开关损耗增加。
因此，异步调制具有以下特点:
由于载波频率 f c 固定，因而逆变器具有固定的开关频率。 当调制波频率 f r 变化时，载波比N与调制波频率 f r 成反比。 例如，当调制波频率 f r 变高时，载波比N变小，即一个周期的
脉冲数变少。
当调制频率 f r 固定时，一个调制波正负半个周期中的脉冲数
不固定，起始和终止脉冲的相位角也不固定。换言之，一个调制
三、同步调制
对于任意的调制波频率 f r ，载波比N保持恒定的脉宽调制 成为同步调制。
在同步调制方式中，由于载波比N保持恒定，因而当 f r 变化 时，调制波信号与载波信号应保持同步，即 f r 与 f c 成正比， 因此，同步调制具有以下特点：
由于载波频率 f c 与调制波频率 成正比，因而当调制波频率 f r 变化时，载波频率 f c 也相应变化，这就使逆变器开关频率不固定。 例如，当调制波频率 f r 变高时，载波频率 f c 同步提高，从而使开
➢利用这一方波脉冲序列，并通过相应的驱动逻辑单元驱动功率开关 管便可以实现SPWM控制。
载波比与调制深度（重要概念）
令调制波频率为 f r ，载波频率为 f c
载波比 N fc fr 令调制波幅值为u rm ，载波幅值为u cm
左图为三角波 调制，右图为 锯齿波调制
调制度 M urm ucm
Ucm Urm
当 f r 较低时，由于一个调制波周期中的脉冲数较多，脉冲波形 的不对称性所造成的基波相位跳动的相角相对较小；而当 f r 较高
时，由于一个调制波周期中的脉冲数较少，脉冲波形的不对称性所 造成的基波相位跳动的相角相对变大。
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➢采用三角载波的SPWM脉冲序列由于三角载波 的对称性，因而属于对称载波调制。
➢采用锯齿载波的SPWM脉冲序列由于锯齿载波 的非对称性，因而属于非对称载波调制。
➢相比之下，锯齿载波的SPWM实现较为简单， 由于锯齿载波固有的非对称特性，因而输出波形 中含有偶次谐波。而在相同的开关频率以及调制 波条件下，三角载波的SPWM其输出波形的谐波 含量相对较低。以下均以三角载波的SPWM进行 介绍。
二、异步调制
对于任意的调制波频率 f r ，载波频率 f c 恒定的脉宽调
制成为异步调制。
在异步调制方式中，由于载波频率 f c 保持一定，因而当调制波频率 变化时，调制波信号不能保持同步，即载波比N与调制频率 f r 成反
比。
在异步调制方式中，由于 f c 保持一定，因而当 f r 变化时，调制波 信号与载波信号不能保持同步，即载波比N与调制波频率 f r 成反比，
关频率变高。
由于载波比N保持一定，当调制波频率 f r 变化时，一个调制波周 期中的脉冲数将固定不变。
当载波比N为奇数时，一个调制波正负半个周期以及半个周期 中的前后1/4周期的脉冲波形具有对称性。
不同调制波频率 f r 时的同步调制SPWM波形如下图所示
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四、SPWM脉冲信号的生成
所谓的SPWM脉冲信号的生成是指：通过模拟或数字电路对载波 信号和调制波信号（如正弦波信号）进行适当的比较运算处理， 从而生成与调制波信号相对应的脉宽调制信号，以此驱动正弦波 逆变器的功率开关。
SPWM脉冲信号的生成主要包括模拟生成法和数字生成法。
（1）模拟生成法——模拟比较法
二、调制方式
（1）基于载波的对称调制和非对称调制
➢随着SPWM技术发展，已研制出多种特性各异的SPWM控制方案， 但大多数SPWM控制方案仍采用基于通讯调制技术的PWM基本调制规 则。
➢这种基本调制规则是以正玄波参考波为调制波，并以N倍调制波频率 的具有分段线性特性的三角波或者锯齿波为载波，将载波与调制波相 交，就得到一组幅值相等，而宽度正比于正弦调制波函数的方波脉冲 序列。
正弦波脉冲宽度调制
精品jing
一、SPWM介绍
SPWM（Sinusoide Pulse Width Modulation）即正弦波
脉冲宽度调制，它是脉冲宽度按正弦函数变化的
PWM调试。
那么，如何实现SPWM及其波形的发生呢？1964年， 德国学者首次将通讯系统的调制技术应用到交流传动的 变频器控制中，诞生了SPWM技术。此后随着微处理器 技术的发展，又提出了规则采样数字化SPWM方案和能 提高直流电压利用率的准优化SPWM方案，使SPWM 技术日趋成熟，但其基本的调制规则并没有改变。
模拟比较法就是将载波信号（如三角波） 和调制波信号（正弦波信号）通过模拟 比较器进行比较运算，从而输出SPWM 脉冲信号，其电路原理图如右图所示。
+ 比较器 -
（2）数字生成法1——自然采样法
✓自然采样法就是通过联立三角载波信号和正 1 弦调制波信号的函数方式，并求解三角载波信
波正负半个周期以及每个半个周期中前后1/4周期的脉冲波形不
具有对称性。
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由于异步调制时的开关频率固定，所以对于需要设置输出滤波 器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而言，输出滤波器参数的 优化设计较为容易。
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当载波比N为奇数时，由于SPWM波形的对称性，无论fr高 低，都不会导致基波相位的跳动。
由于同步调制时的开关频率随 f r 的变化而变化，所以对于 需要设置输出滤波器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而 言，输出滤波器参数的优化设计较为困难。
当 f r 变高时，f c 变高，从而使开关频率变高，输出谐波减 小；当 f r 变低时，f c 变低，从而使开关频率变低，输出谐波 增大。 因此采用同步调制时，SPWM的高频性能好，而低频性能较 差。为了克服这一不足，同步调制时，应尽量提高SPWM的 载波比N，但较高的载波比设计会使调制波频率变大时逆变器 的开关频率增加，从而导致开关损耗增加。
因此，异步调制具有以下特点:
由于载波频率 f c 固定，因而逆变器具有固定的开关频率。 当调制波频率 f r 变化时，载波比N与调制波频率 f r 成反比。 例如，当调制波频率 f r 变高时，载波比N变小，即一个周期的
脉冲数变少。
当调制频率 f r 固定时，一个调制波正负半个周期中的脉冲数
不固定，起始和终止脉冲的相位角也不固定。换言之，一个调制
三、同步调制
对于任意的调制波频率 f r ，载波比N保持恒定的脉宽调制 成为同步调制。
在同步调制方式中，由于载波比N保持恒定，因而当 f r 变化 时，调制波信号与载波信号应保持同步，即 f r 与 f c 成正比， 因此，同步调制具有以下特点：
由于载波频率 f c 与调制波频率 成正比，因而当调制波频率 f r 变化时，载波频率 f c 也相应变化，这就使逆变器开关频率不固定。 例如，当调制波频率 f r 变高时，载波频率 f c 同步提高，从而使开
➢利用这一方波脉冲序列，并通过相应的驱动逻辑单元驱动功率开关 管便可以实现SPWM控制。
载波比与调制深度（重要概念）
令调制波频率为 f r ，载波频率为 f c
载波比 N fc fr 令调制波幅值为u rm ，载波幅值为u cm
左图为三角波 调制，右图为 锯齿波调制
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