11.8正弦脉宽调制（ SPWM）逆变电路
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11.8.1正弦脉宽调制（SPWM）逆变电路工作原理
1. SPWM控制的基本原理 图11.8.1（a）示出正弦彼的正半周波形，
并将其划分为N等份，这样就可把正弦半波看成 由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲 的宽度相等，都等于π／ N，但幅值不等，且 脉冲顶部是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变 化。
方向变化，所得到输出电压的PWM波形也只在 一个方向变化的控制方式称为单极性PWM控制 方式。 3. 双极性PWM控制方式
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图11.8.2的单相桥式逆变电路采用双极性PWM 控制方式的波形如图11.8.4所示。在双极性方
式中ur的半个周期内，三角波载波是在正、负
两个方向变化的，所得到的PWM波形也是在两
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当它与正弦波的调制信号波相交时，所
得到的就是SPWM波形。如在交点时刻控制电
路中开关器件的通断，就可以得到宽度正比
于信号波幅值的脉冲。这正好符合SPWM控制
的要求。
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2. 单极性PWM控制方式
一个电压型单相桥式逆变电路如图11.8.2
所示，采用电力晶体管作为开关器件。设负载
为电感性，对各晶体管的控制按下面的规律进
个方向变化的。在ur的一周期内，输出的PWM 波形只有±UD两种电平，仍然在调制信号ur和 载波信号uc的交点时刻控制各开关器件的通断。
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在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相 同。当ur＞uc时，给晶体管VT1和VT4以导通信 号，给VT2、 VT3以关断信号，输出电压uo=UD。 当ur＜uc时，给VT2 、VT3以导通信号，给VT1 和VT4以关断信号，输出电压Uo＝－UD。可以
行：在正半周期，让晶体管VT1一直保持导通，
而让晶体管VT4交替通断。
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当VT1和VT4导通时，负载上所加的电压为直流 电源电压UD。当VT1导通而使VT4关断后，由于 电感性负载中电流不能突变，负载电流将通过 二极管VD3续流，负载上所加电压为零。
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如负载电流较大，那么直到使VT4再一次导通之 前，VD3一直持续导通。如负载电流较快地衰减 到零，在VT4再一次导通之前，负载电压也一直
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当 ur＜uc时使VT4关断，uo＝0；在ur的负半周， VT1关断，VT2保持导通，当ur＜uc时使VT3导 通，uo＝一UD，当ur＞uc时使VT3关断，uo＝0。 这样，就得到了PWM波形uo。图中虚线uof表示 uo中的基波分量。
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像这种在ur的半个周期内三角波载波只在一个
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图11.8.4 双极性PWM控制方式的波形
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11.8.2 SPWM产生电路
SPWM产生电路如图11.8.5所示，图中采
用LM339AJ比较器作为SPWM调制电路，函数发
生器XFG1产生1kHz的三角波信号作为载波信号
uc，函数发生器XFG1产生50Hz的正弦波信号作
为调制信号ur 。XFG1和XFG2对话框设置如图
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如果将每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面 积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲代替， 就得到图11.8.1（b）所示的脉冲序列。这样， 由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形 与正弦波的正半周等效，正弦波的负半周也可 用相同的方法来等效。
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SPWM（Sine Pulse Width Modulation正弦波 脉宽调制）的控制思想，就是利用逆变器的 开关元件，由控制线路按一定的规律控制开 关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得 一组等幅、等距而不等宽的脉冲序列。其脉 宽基本上按正弦分布，以此脉冲列来等效正 弦电压波。
为零。这样，负载上的输出电压uo就可得到零
和UD交替的两种电平。
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Байду номын сангаас
同样，在负半周期，让晶体管VT2保持导 通。当VT3导通时，负载被加上负电压一 UD；当VT3关断时, VD4续流，负载电压为
零，负载电压uo可得到一UD和零两种电平。
这样，在一个周期内，逆变器输出的PWM 波形就由±UD和0三种电平组成。
看出，同一半桥上下两个桥臂晶体管的驱动信 号极性相反，处于互补工作方式。
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在电感性负载的情况下，若VTT1和VT4处
于导通状态时，给VT1或VT4以关断信号，而给
VT2和VT3以开通信号后，则VT1或VT4立即关断，
因感性负载电流不能突变，VT2和VT3并不能立
即导通，二极管VD2和VD3导通续流。
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图11.8.1 SPWM控制的基本原理
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SPWM正弦波脉宽调制的特点是输出
脉冲列是不等宽的，宽度按正弦规律变
化，故输出电压的波形接近正弦波。
SPWM是采用一个正弦波与三角波相交的
方案确定各分段矩形脉冲的宽度。通常
采用等腰三角波作为载波，因为等腰三
角波上下宽度与高度成线性关系且左右
对称。
11.8.6所示，产生的波形如图11.8.7所示。通
过比较器产生的波形如图1.8.8所示。
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图11.8.5 SPWM产生电路
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（a）
（b）
图11.8.6 XFG1精和品课X件FG2对话框设置
图11.8.7 XFG1和XF精G品2课件产生的波形
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当感性负载电流较大时，直到下一次VT1 和VT4重新导通前，负载电流方向始终未 变，VD2和VD3持续导通，而VT2和VT3始终 未开通。当负载电流较小时，在负载电流 下降到零之前，VD2和VD3续流，之后VT2 和VT3开通，负载电流反向。
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不论VD2和VD3导通，还是VT2和VT3开通，负载 电压都是一UD。从VT2和VT3开通向VT1和VT4开 通切换时，VD1和VD4的续流情况和上述情况类 似。
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图11.8.2 电压型单相桥式逆变电路
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图11.8.3单极性PWM控制方式
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控制VT4或VT3通断的方法如图11.8.3所示。载
波uc在调制信号波ur的正半周为正极性的三角 波，在负半周为负极性的三角波。调制信号ur 为正弦波。在ur和uc的交点时刻控制晶体管VT4 或VT3的通断。在ur的正半周，VT1保持导通， 当ur＞ uc时使VT4导通，负载电压uo＝ UD，