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PWM的实现：定时比较法
定时比较法：无滞环比较器，相应设置一个固定的时钟 以固定采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，根 据偏差的极性来控制开关器件通断 在时钟信号到来的时刻，如 i < i* ，V1 通，V2 断，使 i 增 大； 如i > i*，V1断，V2通，使i减小 每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误 差减小 采用定时比较方式时，器件的最高开关频率为时钟频率 的1/2 和滞环比较方式相比，电流控制误差没有一定的环宽， 控制的精度低一些
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PWM的实现：改进的PWM方法
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PWM的实现：改进的PWM方法
梯形波调制方法的原理及波形 – 梯形波的形状用三角化率 =Ut/Uto描述，Ut为以横轴 为底时梯形波的高， Uto 为以横轴为底边把梯形两腰 延长后相交所形成的三角形的高
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PWM波形谐波分析
使用载波对正弦信号波调制，产生和载波有关的谐波分量 谐波频率和幅值是衡量PWM逆变电路性能的重要指标之一
PWM波形谐波分析
单相SPWM分析结果 不同a时,单相桥式PWM逆变电路输出电压频谱图 谐波角频率为
式 中 ， n=1,3,5,… 时 ， k=0,2,4, … ； n=2,4,6,… 时 ， k=1,3,5, … • PWM波中不含低次谐波，只含Wc及其附近的谐波以及 2Wc、3Wc等及其附近的谐波
PWM实现：三相桥式PWM
双极性PWM控制方式（三相桥逆变） – 三相的PWM控制公用三角波载波uc – 三相的调制信号urU、urV和urW依次相差120°
PWM实现：三相桥式PWM
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哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿rU>uc时，给V1导通信号，给V4关断信号，uUN’=Ud/2 – 当urU<uc时，给V4导通信号，给V1关断信号，uUN’=-Ud/2 – 当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是 VD1(VD4)导通 – uUN’、uVN ’和uWN’的PWM波形只有±Ud/2两种电平 – uUV 波形可由 uUN ’-uVN’得出，当1和6通时， uUV=Ud ，当3和4 通时，uUV=－Ud，当1和3或4和6通时，uUV=0 – 输出线电压PWM波由±Ud和0三种电平构成 – 负载相电压PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共5种电平
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PWM波形谐波分析
PWM波形谐波分析
三相SPWM分析结果 – 公用载波信号的情况 – 输出线电压中的谐波角频率为
式中，n=1,3,5, …时：k=3(2m－1)±1，m=1,2, …；
n=2,4,6, …时：
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PWM的实现：改进的PWM方法
PWM的实现：空间矢量PWM法
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PWM的实现：空间矢量PWM法
PWM的实现：空间矢量PWM法
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PWM技术基本原理
面积等效原理的一个实例 下图电路输入为前一图所示的窄脉冲，a、b、c、d， 相应的电流响应为：
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PWM技术基本原理
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 – 正弦半波N等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽 度相等，但幅值不等 – 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（ 冲量）相等 – 宽度按正弦规律变化 – 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
梯形波调制的缺点：输出波形中含5次、7次等低次谐波
PWM的实现：改进的PWM方法
在相电压调制信号中叠加3次谐波，使之成为鞍形波，输出 相电压中也含3次谐波，且三相的三次谐波相位相同。合成 线电压时，3次谐波相互抵消，线电压为正弦波 鞍形波的基波分量幅值大
PWM的实现：改进的PWM方法
两相控制方式 （1）在1/3周期内器件不动作，开关损耗减少1/3 （2）最大输出线电压基波幅值为Ud，直流电压利用率提高 （3）输出线电压不含低次谐波，优于梯形波调制方式
PWM的实现：改进的PWM方法
-
=0时梯形波为矩形波， =1时梯形波为三角波
– 梯形波含低次谐波，PWM波含同样的低次谐波 – 低次谐波（不包括由载波引起的谐波）产生的波形畸 变率为d
= 0.4时，谐波含量也较少， d 约为3.6%，直流电 压利用率为1.03，综合效果较好
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PWM技术基本原理
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PWM技术基本原理
– PWM波形可等效的各种波形 直流斩波电路：直流波形；SPWM波：等效正弦波形 还可以等效成其它所需波形，如非正弦交流波形等， 其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理 PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的 PWM逆变电路几乎都是电压型电路。 PWM实现策略：计算法；调制法；滞环法； …….
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PWM实现：单相全桥电路
以单相桥式电压型逆变电路对PWM调制进行说明 工作时V1和V2, V3和V4通断互补
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PWM实现：单极性PWM
PWM实现：双极性PWM
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PWM的实现：改进的PWM方法
直流电压利用率 ——逆变电路输出交流电压基波最大幅值U1m 和直流电压Ud之比 提高直流电压利用率可提高逆变器的输出能力 减少器件的开关次数可以降低开关损耗 正弦波调制的三相PWM逆变电路，调制度 a 为1时，输出线电 压的基波幅值为0.866,即：直流电压利用率为0.866，实际 还更低（死区影响） 梯形波调制方法的思路 – 采用梯形波作为调制信号，可有效提高直流电压利用率 – 当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波所含的基波 分量幅值更大
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PWM的实现：规则采样法
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PWM的实现：三角波比较法
把指令电流i*U、i*V和i*W和实际输出电流iU、iV、iW进行比 较，求出偏差，通过放大器A放大后，再去和三角波进行比 较，产生PWM波形 开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便 为改善输出电压波形，三角波载波常用等腰三角波载波 和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的 谐波少
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PWM波形谐波分析
PWM波形谐波分析
三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较显著的 区别是载波角频率wc整数倍的谐波没有了，谐波中幅值较高 的是wc±2wr和2wc±wr SPWM波中谐波主要是角频率为wc、2wc及其附近的谐波，很容 易滤除 当调制信号波不是正弦波时，谐波由两部分组成：一部分是 对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另一部分是由于信 号波对载波的调制而产生的谐波。后者的谐波分布情况和 SPWM波的谐波分析一致
目
录
1。PWM驱动基本原理
自动控制元件及线路 33
脉宽调制(PWM)技术1
2。功率管的开关特性 3。感性负载的开关控制特性 4。PWM开关控制下的微观特性
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PWM技术的应用 PWM（Pulse Width Modulation）控制—— 通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获 得所需要的特定波形（含形状和幅值） – 。直流斩波电路采用； – 。PWM控制技术在逆变电路中应用最广； – 。斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路采用； – 。整流电路采用。
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PWM实现方法：滞环法
参数对滞环PWM的影响 滞环环宽对跟踪性能的影响：环宽过宽时，开关频率低，跟 踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开 关损耗增大 电抗器L的作用：L大时，i的变化率小，跟踪慢； L小时，i的变化率大，开关频率过高
PWM的实现：三角波比较法
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PWM的实现：三角波比较法
PWM实现方法：滞环法
滞环比较PWM生成：
• 调制比ρ • 占空比 D • 单极性、双极性PWM的ρ、D关系 • PWM 驱动的输出电压
把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为 反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各开 关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化
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PWM技术基本原理
基本原理 – 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时 ，其效果基本相同 – 冲量指窄脉冲的面积 – 效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同 – 低频段非常接近，仅在高频段略有差异
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PWM技术基本原理
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PWM实现：三相桥式PWM
防直通设定死区时间 – 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 – 死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定 – 死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正 弦波 每个功率开关反并续流二极管 – 以保证负载储能的泄放。