u O
ur<uc时，V2和V3正驱动，V1和V4关断。
uo 如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通， U d uo=-Ud 。 O
一周期内输出平均电压为(2a-1)Ud。 a=0.5时输出电压平均值为0。 -U d
图7-6
单、双极式控制方式的比较
u uc ur u wt O uo uo Ud wt O
1，4驱动，2，3 单相双极式SPWM 逆变电路 关断，U >0
0
输出电压基波 阻感性负载电流基波 滞后
t
载波双极性对称三角波 电感释放能量，电流 uc，频率幅值下降 fc 调制波 正弦波ur,频率f
0
uc
ur
电流负，二极管续 调制比 流，1，4管虽有驱 U rm 动但被反压嵌位不 m 频率比 导通 U
STC12C5A60S2单片机最小系统如图6所示：
STC12C5A60S2单片机最小系统
主程序设计
STC12C5A60S2 单片机的端口、 SPWM 输出的占空比、 ADC、1602液晶显示屏都经过初始化后，继电器会延时一
秒合上，经过数字平均滤波，会检测电流值，当电流值大
于 2A 时，将会关闭所有 MOS 管，保护调制器不被烧坏。 当流值在正常值时，会根据 ADC3的值输出与之成正比的
实现多功能的电机控制。
STC12C5A60S2 单片机有 60K 的 Flash 程序存储字节， 36 个 I/O口，具有两路PWM输出、8路10位ADC模数转换、每个I/O
能设置成弱上拉、强上拉、高阻、开漏模式，I/O在弱上拉
时输出电流为0.15~0.25mA。该单片机内置上电复位电路， 性价比高，抗静电，抗干扰，低功耗，低成本。
uc
载波双极性对称三角波 uc，频率fc 调制波 正弦波ur,频率f 调制比 频率比
ur
t
0
U rm m U Cm
u0
0
1

u 01
Ud
C C t

fc N f
f c f
i0 i
0 Id t
脉宽随时间按正弦规律 变化
i
A T13 D24 T24 D13 B C D

数据分析 总结
SPWM逆变电路及其原理分析
工作时上下管通断互补。
根据对IGBT在一个开关周 期调制控制的方法不同，输 出电压具有不同的电平形式。
调制控制信号的产生一般 常采用指令电压与三角波比 较获得。 指令信号电压 Ur 称为调制信号电压 （波），它的频率决定了输出电压、 电流的基波频率。 三角波信号电压 Uc 称为载波电压， 它的频率决定了功率管的调制开关 频率。
数据分析
单片机输出SPWM波形50HZ时测试结果如下图所示。
算法计算频率为50HZ,实际实验结果频率为50.1337HZ,计算
值与实际值偏差不大。
数据分析
单片机输出 SPWM 波形 20HZ 时测试结果如下图所示。
算法计算频率为20HZ,实际实验结果频率为20.8572HZ,计算
值与实际值偏差不大。
fc N 二极管 1，4续流直到 i f 负电流降为0。V1，4
i
B C
电源输出正电流， Id t 向逆变器输送能 量
D
电源端输出电流为 负，吸收回馈能量
单片机最小系统设计
本设计采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，容易实 现系统扩展，能有效输出两路PWM波形，通过软硬件设计，
ur半周期内，三角波正负对称，输出PWM波有正 有负，其幅值有±Ud两种极性的电平。
ur正负半周，各器件的控制规律相同。
ur uc wt uof uo wt
双极性PWM控制方式波形
ur >uc时，V1和V4正驱动，V2和V3关断。
如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和VD4通， uo=Ud 。
-U d
ur uc wt uof uo wt
O
uo Ud O
-U d
uof
图7-5
单极性PWM控制方式波形
图7-5
双极性PWM控制方式波形
对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调制，也 可采用双极性调制，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差别。
单相双极式SPWM逆变电路
论文的结构和主要内容
第一部分

单相逆变器SPWM调制电路的基本结构图 PWM调制技术及双极性调制
第二部分

硬件设计 单片机的最小系统设计 驱动电路设计 显示电路设计
论文的结构和主要内容
第三部分



双极性调制算法 算法子程序设计 显示子程序设计 主程序设计
第四部分
u
uc
ur
单相桥式PWM逆变电路
O
wt
uo u of
uo Ud O
wt
-U d
7-6
单极性SPWM控制方式（单相桥逆变）
ur正半周，V1保持通，V2保持断。 在ur和uc的交点时刻控制V3/V4的通断。 负载电流为负的区间， V1、V4门 极正，但io为负，io从VD1和VD4流过， V1V4承受反压，无电流；uo=Ud 。

(4)系统软件采用模块化设计，为二次开发提供了非常便利的条件。
但也由于时间与能力有限，本文所设计的控制系统还有待于进一步 的改进，比如，利用软件检测频率值，添加电压调节功能，还可采用专 用控制芯片和单片机相结合的方式实现控制，使系统具有更好的灵活性 和稳定性。
感谢语
感谢我的导师。。。。。。。。
u
V4关断V3开通后，io从V3和VD1续 流，uo=0。 uo总可得到Ud和零两种 电平。 uo负半周，让V2保持通，V1保持断，V3 和V4交替通断，uo可得-Ud和零两种电平。 表示uo的基波分量
uc ur wt uo
O uo Ud O
-U d
uof wt
双极性PWM控制方式（单相桥逆变）
系统具有过流保护功能，可以在输出大于 2A 电流的情况下
切断交流输出，大大增加了系统的安全性和稳定性。
论文结论
该调制器的设计全面阐述了逆变器的基本结构、驱动原理以及软硬 件的设计。本文所设计的基于STC12C5A60S2单片机的调制器具有硬件 结构简单、保护功能完善等特点。主要实现了如下功能： (1)采用STC12C5A60S2作为控制核心，加强智能控制； (2)安全控制系统，实现了系统的过流保护； (3)设计了驱动电路、控制电路的设计，提高系统的可靠性：
u0
0
1

u 01
2，3驱动，1，4关断， C C Ud U0<0,2,3导通，电流负向 上升，电感吸收能量
t 2，3驱动， 1， 4 关断，U0>0 i0
Cm
负嵌位解除，转入导 f c f 通，电流变正上升。 A 脉宽随时间按正弦规律 T13 变化 D24
0 T24 D13
术虽有相关应用，却也未大范围推广。
系统的背景及意义
本文提出的 PWM 型逆变器用梯形波代替正弦波调制信号 , 是一种 新型脉宽调制技术, 梯形波作为调制信号，三角波为载波，以两波的 交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制。
正弦PWM逆变主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的，忽视了直 流电压的利用率，其直流电压利用率在最理想的条件下仅为 86.6% ，
SPWM波形。主程序流程图如下图所示：
主程序主程序流程图设计
开始 单片机端口、PWM、 ADC、1602初始化
继电器延时1秒
查询通道0、3的ADC值
1602显示错误信息
数字滤波
ADC0>12( 电 流大于2A)
NO
YES
关断所有MOS管
根 据 ADC3 的 数 字 输 出 与 之成正比的SPWM
1602显示当前频率
实际应用中更低。梯形波作调制信号与用正弦波作调制信号相比较，
它能使逆变器输出的 PWM 波形中基波分量幅值高，可以有效地提高直 流电压利用率。在电机传动领域中我国电机每年要消耗 62% 的电能。 而利用梯形脉宽调制技术不仅能给电机提供良好的调速性能，还能大 大节约能源，在我国有着广阔的市场前景，对于目前国家提出的节能 减排具有积极意义。
数据分析
单片机输出 SPWM 波形 97HZ 时测试结果如下图所示。
算法计算频率为97HZ,实际实验结果频率为96.7070HZ,计算
值与实际值偏差不大。
系统仿真结论
多方测试结果可以看出，该调制器能输出20~100HZ的正
弦波电流。并且实际值与理论值偏差非常小，说明单相双极
性SPWM调制器的性能指标达到了预期的要求。另外本调制 器外接LCD显示及按键，可手动调节频率，并显示。同时该
单相双极性SPWM 调制器的设计
指导教师：彭华



学院：信息科学与工程学院 学生：彭华 学号：0909082415
LOGO
系统的背景及意义

近年来，随着能源危机的日趋严重，电气工程师一直致力改善供
电质量，欧美约有70%的电能经电力电子装置处理后使用，节约能源
20%。到2000年处理后使用的能源已达到90%。目前，世界上的几个
主要的大电气公司所生产的逆变器.基本上都是采用PWM调制技术， 而在大功率方面，考虑到开关损耗的原因，基本上采用阶梯波叠加的 调制技术。
80 年代后期，电力电子技术在国内开始使用，随着改革开放的步 伐加速，技术也越来越成熟，尽管如此，我国经电力电子技术处理后
使用的电能不足 30%，普及率远低于国外，而其中的梯形波 PWM 技