正弦波脉冲宽度调制.ppt

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。
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。
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)
,载波频率为
令调制波频率为
载波比
,载波幅值为
令调制波幅值为
调制度
左图为三角波调制,右图为锯齿波调制
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,载波频率恒定的脉宽调制成为异步调制。
对于任意的调制波频率,载波频率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与调制频率成反比。
在异步调制方式中,由于保持一定,因而当变化时,调制波信号与载波信号不能保持同步,即载波比N与调制波频率成反比,因此,异步调制具有以下特点:
由于载波频率固定,因而逆变器具有固定的开关频率。
当调制波频率变化时,载波比N与调制波频率成反比。例如,当调制波频率变高时,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。
不同调制波频率时的异步调制SPWM波形
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。
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。
三、同步调制
对于任意的调制波频率,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,因而当变化时,调制波信号与载波信号应保持同步,即与成正比,因此,同步调制具有以下特点:
由于载波频率与调制波频率成正比,因而当调制波频率变化时,载波频率也相应变化,这就使逆变器开关频率不固定。例如,当调制波频率变高时,载波频率同步提高,从而使开关频率变高。
由于载波比N保持一定,当调制波频率变化时,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。
不同调制波频率时的同步调制SPWM波形如下图所示
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。
当变高时, 变高,从而使开关频率变高,输出谐波减小;当变低时, 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。