脉冲宽度调制

脉冲宽度调制 脉冲宽度调制 PWM 是英文 Pulse Width Modulation 的缩写 简称脉宽调制 是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有 效的技术 广泛应用在从测量 通信到功率控制与变换的许多领域中 目 录 1 简介 2 背景介绍 3 基本原理 4 谐波频谱 5 具体过程 6 优点 7 控制方法 8 应用领域 9 具体应用 1简介 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式 其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或 MOS 管栅极的偏置 来实现晶体管或 MOS 管导通时间的改变 从而实 现开关稳压电源输出的改变 这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定 是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技 术 PWM 控制技术以其控制简单 灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式 也是人们研究的热点 由于当今科学技术的发展 已经没有了学科之间的界限 结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为 PWM 控制技术发展的主要方向之一 2背景介绍 随着电子技术的发展 出现了多种 PWM 技术 其中包括 相电压控制 PWM 脉宽 PWM 法 随机 PWM SPWM 法 线电压控制 PWM 等 而在镍氢电池智能 充电器中采用的脉宽 PWM 法 它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为 PWM 波形 通过改变脉冲列的周期可以调频 改变脉冲的宽度或占空比可以调压 采用 适当控制方法即可使电压与频率协调变化 可以通过调整 PWM 的周期 PWM 的占空比而达到控制充电电流的目的 模拟信号的值可以连续变化 其时间和幅度的分辨率都没有限制 9V 电池就是一种模拟器件 因为它的输出电压并不精确地等于 9V 而是随时间发 生变化 并可取任何实数值 与此类似 从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内 模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预 先确定的可能取值集合之内 例如在 0V 5V 这一集合中取值 模拟电压和电流可直接用来进行控制 如对汽车收音机的音量进行控制 在简单的模拟收音机中 音量旋钮被连接到一个可变电阻 拧动旋钮时 电 阻值变大或变小 流经这个电阻的电流也随之增加或减少 从而改变了驱动扬声器的电流值 使音量相应变大或变小 与收音机一样 模拟电路的输出与输入 成线性比例 尽管模拟控制看起来可能直观而简单 但它并不总是非常经济或可行的 其中一点就是 模拟电路容易随时间漂移 因而难以调节 能够解决这个问 题的精密模拟电路可能非常庞大 笨重 如老式的家庭立体声设备 和昂贵 模拟电路还有可能严重发热 其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正 比 模拟电路还可能对噪声很敏感 任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小 通过以数字方式控制模拟电路 可以大幅度降低系统的成本和功耗 此外 许多微控制器和 DSP 已经在芯片上包含了 PWM 控制器 这使数字控制的实 现变得更加容易了 3基本原理 脉宽调制 PWM 基本原理 控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制 使输出端得到一系列幅值相等的脉冲 用这些脉冲来代替正弦波或 所需要的波形 也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲 使各脉冲的等值电压为正弦波形 所获得的输出平滑且低次谐波少 按一定的规则对各脉冲的 宽度进行调制 即可改变逆变电路输出电压的大小 也可改变输出频率 例如 把正弦半波波形分成 N 等份 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 这些脉冲宽度相等 都等于 n 但幅值不等 且脉冲 顶部不是水平直线 而是曲线 各脉冲的幅值按正弦规律变化 如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替 使矩形脉冲的中点和相 应正弦等分的中点重合 且使矩形脉冲和相应正弦部分面积 即冲量 相等 就得到一组脉冲序列 这就是 PWM 波形 可以看出 各脉冲宽度是按正弦规律变 化的 根据冲量相等效果相同的原理 PWM 波形和正弦半波是等效的 对于正弦的负半周 也可以用同样的方法得到 PWM 波形 在 PWM 波形中 各脉冲的幅值是相等的 要改变等效输出正弦波的幅值时 只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可 因此在交 直 交变频器中 整流电路采用不可控的二极管电路即可 PWM 逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值 根据上述原理 在给出了正弦波频率 幅值和半个周期内的脉冲数后 PWM 波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来 按照计算结果控制电路中 各开关器件的通断 就可以得到所需要的 PWM 波形 下图为变频器输出的 PWM 波的实时波形 PWM 实际波形图 2 张 4谐波频谱 假设 SPWM 波的载波频率为 fc 基波频率为 fs fc fs 称为载波比 N 对于三相变频器 当 N 为 3 的整数倍时 输出不含 3 次谐波及 3 的整数倍谐波 且谐波集中载波频率整数倍附近 即谐波次数为 kfc mfs k 和 m 为整数 右图是基波频率 fs 50Hz 载波频率 fc 3kHz 调制比为 0 8 的 SPWM 的波形及频谱的 Matlab 仿真图 图中 58 次谐波和 60 次谐波的幅值分别为 27 8 和 27 7 含量最大的谐波为 119 次和 121 次谐波 谐波幅值分别为 39 1 和 39 3 即最大谐波在两 倍载波频率附近 PWM 测量装置 4 张 随着谐波频率的升高 谐波幅值整体呈现下降趋势 按照 GB T22670 变频器供电三相笼型感应电动机试验方法的规定 变频电量变送器的带宽应该在 载波频率的 6 倍以上 当载波频率为 3kHz 时 带宽至少为 18kHz 实际使用建议采用 30kHz 以上带宽的变频功率传感器及变频功率分析仪 实际的 SPWM 波 其载波比不一定为整数 此时 为了降低频谱泄露 可适当增加傅里叶窗口长度 对多个基波周期的 PWM 进行傅里叶变换 FFT 或 DFT 5具体过程 脉冲宽度调制 PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法 通过高分辨率计数器的使用 方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电 平进行编码 PWM 信号仍然是数字的 因为在给定的任何时刻 满幅值的直流供电要么完全有 ON 要么完全无 OFF 电压或电流源是以一种通 ON 或断 OFF 的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的 通的时候即是直流供电被加到负载上的时候 断的时候即是供电被断开的时候 只要带宽足够 任何模 拟值都可以使用 PWM 进行编码 多数负载 无论是电感性负载还是电容性负载 需要的调制频率高于 10Hz 通常调制频率为 1kHz 到 200kHz 之间 许多微控制器内部都包含有 PWM 控制器 例如 Microchip 公司的 PIC16C67 内含两个 PWM 控制器 每一个都可以选择接通时间和周期 占空比是接 通时间与周期之比 调制频率为周期的倒数 执行 PWM 操作之前 这种微处理器要求在软件中完成以下工作 1 设置提供调制方波的片上定时器 计数器的周期 2 在 PWM 控制寄存器中设置接通时间 3 设置 PWM 输出的方向 这个输出是一个通用 I O 管脚 4 启动定时器 5 使能 PWM 控制器 如今几乎所有市售的单片机都有 PWM 模块功能 若没有 如早期的 8051 也可以利用定时器及 GPIO 口来实现 更为一般的 PWM 模块控制流程为 笔者使用过 TI 的 2000 系列 AVR 的 Mega 系列 TI 的 LM 系列 1 使能相关的模块 PWM 模块以及对应管脚的 GPIO 模块 2 配置 PWM 模块的功能 具体有 设置 PWM 定时器周期 该参数决定 PWM 波形的频率 设置 PWM 定时器比较值 该参数决定 PWM 波形的占空比 设置死区 deadband 为避免桥臂的直通需要设置死区 一般较高档的单片机都有该功能 设置故障处理情况 一般为故障是封锁输出 防止过流损坏功率管 故障一般有比较器或 ADC 或 GPIO 检测 设定同步功能 该功能在多桥臂 即多 PWM 模块协调工作时尤为重要 3 设置相应的中断 编写 ISR 一般用于电压电流采样 计算下一个周期的占空比 更改占空比 这部分也会有 PI 控制的功能 4 使能 PWM 波形发生 6优点 PWM 的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的 无需进行数模转换 让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小 噪声只有在强到足 以将逻辑 1 改变为逻辑 0 或将逻辑 0 改变为逻辑 1 时 也才能对数字信号产生影响 对噪声抵抗能力的增强是 PWM 相对于模拟控制的另外一个优点 而且这也是在某些时候将 PWM 用于通信的主要原因 从模拟信号转向 PWM 可以极大地 延长通信距离 在接收端 通过适当的 RC 或 LC 网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式 总之 PWM 既经济 节约空间 抗噪性能强 是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术 7控制方法 采样控制理论中有一个重要结论 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 PWM 控制技术就是以该结论为理论基础 对半导体开关器件的导通和关断进行控制 使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲 用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形 按一定的规则对 各脉冲的宽度进行调制 既可改变逆变电路输出电压的大小 也可改变输出频率 PWM 控制的基本原理很早就已经提出 但是受电力电子器件发展水平的制约 在上世纪 80 年代以前一直未能实现 直到进入上世纪 80 年代 随着全 控型电力电子器件的出现和迅速发展 PWM 控制技术才真正得到应用 随着电力电子技术 微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法 如现代 控制理论 非线性系统控制思想的应用 PWM 控制技术获得了空前的发展 到目前为止 已出现了多种 PWM 控制技术 根据 PWM 控制技术的特点 到目前为止 主要有以下 8 类方法 等脉宽等脉宽 PWMPWM 法法 VVVF Variable Voltage Variable Frequency 装置在早期是采用 PAM Pulse Amplitude Modulation 控制技术来实现的 其逆变器部分只能输出 频率可调的方波电压而不能调压 等脉宽 PWM 法正是为了克服 PAM 法的这个缺点发展而来的 是 PWM 法中最为简单的一种 它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲 列作为 PWM 波 通过改变其周期 达到调频的效果 改变脉冲的宽度或占空比可以调压 采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化 相对于 PAM 法 该方 法的优点是简化了电路结构 提高了输入端的功率因数 但同时也存在输出电压中除基波外 还包含较大的谐波分量 随机随机 PWMPWM 在上世纪 70 年代开始至上世纪 80 年代初 由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管 载波频率一般不超过 5kHz 电机绕组的电磁噪音及谐 波造成的振动引起了人们的关注 为求得改善 随机 PWM 方法应运而生 其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声 在线性频率坐标系中 各频率能量分布是均匀的 尽管噪音的总分贝数未变 但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱 正因为如此 即使在 IGBT 已被广泛应用的今天 对于载波频率必须限制在较低频率的场合 随机 PWM 仍然有其特殊的价值 另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率 随机 PWM 技术正是提供了一个分析 解决这种问题的全新思路 SPWMSPWM 法法 SPWM Sinusoidal PWM 法是一种比较成熟的 如今使用较广泛的 PWM 法 前面提到的采样控制理论中的一个重要结论 冲量相等而形状不同的窄脉冲 加在具有惯性的环节上时 其效果基本相同的 SPWM 法就是以该结论为理论基础 用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形即 SPWM 波形控制逆 变电路中开关器件的通断 使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等 通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出 电压的频率和幅值 该方法的实现有以下几种方案 等面积法等面积法 该方案实际上就是 SPWM 法原理的直接阐释 用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波 然后计算各脉冲的宽度和间隔 并把这些数据 存于微机中 通过查表的方式生成 PWM 信号控制开关器件的通断 以达到预期的目的 由于此方法是以 SPWM 控制的基本原理为出发点 可以准确地计算出各开 关器件的通断时刻 其所得的的波形很接近正弦波 但其存在计算繁琐 数据占用内存大 不能实时控制的缺点 硬件调制法硬件调制法 硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的 其原理就是把所希望的波形作为调制信号 把接受调制的信号作为载波 通过对载波的调制 得到所期望的 PWM 波形 通常采用等腰三角波作为载波 当调制信号波为正弦波时 所得到的就是 SPWM 波形 其实现方法简单 可以用模拟电路构成三角波载 波和正弦调制波发生电路 用比较器来确定它们的交点 在交点时刻对开关器件的通断进行控制 就可以生成 SPWM 波 但是 这种模拟电路结构复杂 难以实 现精确的控制 软件生成法软件生成法 由于微机技术的发展使得用软件生成 SPWM 波形变得比较容易 因此 软件生成法也就应运而生 软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法 其有 两种基本算法 即自然采样法和规则采样法 自然采样法自然采样法 以正弦波为调制波 等腰三角波为载波进行比较 在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断 这就是自然采样法 其优点是所得 SPWM 波形最接 近正弦波 但由于三角波与正弦波交点有任意性 脉冲中心在一个周期内不等距 从而脉宽表达式是一个超越方程 计算繁琐 难以实时控制 规则采样法规则采样法 规则采样法是一种应用较广的工程实用方法 一般采用三角波作为载波 其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波 再以阶梯波与三角波的 交点时刻控制开关器件的通断 从而实现 SPWM 法 当三角波只在其顶点 或底点 位置对正弦波进行采样时 由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽 在一个 载波周期 即采样周期 内的位置是对称的 这种方法称为对称规则采样 当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时 由阶梯波与三角波的交点 所确定的脉宽 在一个载波周期 此时为采样周期的两倍 内的位置一般并不对称 这种方法称为非对称规则采样 规则采样法是对自然采样法的改进 其主要优点就是是计算简单 便于在线实时运算 其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦 其缺点是直流 电压利用率较低 线性控制范围较小 以上两种方法均只适用于同步调制方式中 低次谐波消去法低次谐波消去法 低次谐波消去法是以消去 PWM 波形中某些主要的低次谐波为目的的方法 其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开 表示为 u t ansinn t 首 先确定基波分量 a1 的值 再令两个不同的 an 0 就可以建立三个方程 联立求解得 a1 a2 及 a3 这样就可以消去两个频率的谐波 该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波 但是 剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大 而且同样存在计算复杂的缺点 该方法同样只 适用于同步调制方式中 梯形波与三角波比较法梯形波与三角波比较法 前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的 从而忽视了直流电压的利用率 如 SPWM 法 其直流电压利用率仅为 86 6 因此 为了提高直流电压利用率 提出了一种新的方法 梯形波与三角波比较法 该方法是采用梯形波作为调制信号 三角波为载波 且使两波幅值相等 以两波的 交点时刻控制开关器件的通断实现 PWM 控制 由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时 其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值 从而可以有效地提高直流电压利用率 但由于梯形波本身含有 低次谐波 所以输出波形中含有 5 次 7 次等低次谐波 线电压控制线电压控制 PWMPWM 前面所介绍的各种 PWM 控制方法用于三相逆变电路时 都是对三相输出相电压分别进行控制的 使其输出接近正弦波 但是 对于像三相异步电动机 这样的三相无中线对称负载 逆变器输出不必追求相电压接近正弦 而可着眼于使线电压趋于正弦 因此 提出了线电压控制 PWM 主要有以下两种方法 马鞍形波与三角波比较法马鞍形波与三角波比较法 马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入 PWM 方式 HIPWM 其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波 调制信号便呈现出马鞍形 而且幅值 明显降低 于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下 可以使基波幅值超过三角波幅值 提高了直流电压利用率 在三相无中线系统中 由于三次谐波 电流无通路 所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波 4 除了可以注入三次谐波以外 还可以注入其他 3 倍频于正弦波信号的其他波形 这些信号都不会影响线 电压 这是因为 经过 PWM 调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的 3 倍频于正弦波信号的谐波 但在合成线电压时 各相电压中的这些谐波 将互相抵消 从而使线电压仍为正弦波 单元脉宽调制法单元脉宽调制法 因为 三相对称线电压有 Uuv Uvw Uwu 0 的关系 所以 某一线电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和 如今把一个周期等分为 6 个区间 每 区间 60 对于某一线电压例如 Uuv 半个周期两边 60 区间用 Uuv 本身表示 中间 60 区间用 Uvw Uwu 表示 当将 Uvw 和 Uwu 作同样处理时 就可以得 到三相线电压波形只有半周内两边 60 区间的两种波形形状 并且有正有负 把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号 载波仍用三角波 并把各区间的曲 线用直线近似 实践表明 这样做引起的误差不大 完全可行 就可以得到线电压的脉冲波形 该波形是完全对称 且规律性很强 负半周是正半周相应脉 冲列的反相 因此 只要半个周期两边 60 区间的脉冲列一经确定 线电压的调制脉冲波形就唯一地确定了 这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号 但由 于已知三相线电压的脉冲工作模式 就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了 该方法不仅能抑制较多的低次谐波 还可减小开关损耗和加宽线性控制区 同时还能带来用微机控制的方便 但该方法只适用于异步电动机 应用范 围较小 电流控制电流控制 PWMPWM 电流控制 PWM 的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号 把实际的电流波形作为反馈信号 通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断 使实际输出随指令信号的改变而改变 其实现方案主要有以下 3 种 滞环比较法滞环比较法 这是一种带反馈的 PWM 控制方式 即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器 得出相应桥臂开关器件的开关状态 使得实际电流跟踪给定电流 的变化 该方法的优点是电路简单 动态性能好 输出电压不含特定频率的谐波分量 其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音 和其他方法相比 在同一 开关频率下输出电流中所含的谐波较多 三角波比较法三角波比较法 该方法与 SPWM 法中的三角波比较方式不同 这里是把指令电流与实际输出电流进行比较 求出偏差电流 通过放大器放大后再和三角波进行比较 产生 PWM 波 此时开关频率一定 因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点 但是 这种方式电流响应不如滞环比较法快 预测电流控制法预测电流控制法 预测电流控制是在每个调节周期开始时 根据实际电流误差 负载参数及其它负载变量 来预测电流误差矢量趋势 因此 下一个调节周期由 PWM 产 生的电压矢量必将减小所预测的误差 该方法的优点是 若给调节器除误差外更多的信息 则可获得比较快速 准确的响应 如今 这类调节器的局限性是响应 速度及过程模型系数参数的准确性 空间电压矢量控制空间电压矢量控制 PWMPWM 空间电压矢量控制 PWM SVPWM 也叫磁通正弦 PWM 法 它以三相波形整体生成效果为前提 以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的 用逆变 器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通 由它们的比较结果决定逆变器的开关 形成 PWM 波形 此法从电动机的角度出发 把逆变器和电机看 作一个整体 以内切多边形逼近圆的方式进行控制 使电机获得幅值恒定的圆形磁场 正弦磁通 具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式 磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量 若采样时间足够小 可合成任意电压 矢量 此法输出电压比正弦波调制时提高 15 谐波电流有效值之和接近最小 磁通闭环式引 入磁通反馈 控制磁通的大小和变化的速度 在比较估算磁通和给定磁通后 根据误差决定产生下一个电压矢量 形成 PWM 波形 这种方法克服了磁通 开环法的不足 解决了电机低速时 定子电阻影响大的问题 减小了电机的脉动和噪音 但由于未引入转矩的调节 系统性能没有得到根本性的改善 矢量控制矢量控制 PWMPWM 矢量控制也称磁场定向控制 其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流 Ia Ib 及 Ic 通过三相 二相变换 等效成两相静止坐标系下的交流 电流 Ia1 及 Ib1 再通过按转子磁场定向旋转变换 等效成同步旋转坐标系下的直流电流 Im1 及 It1 Im1 相当于直流电动机的励磁电流 It1 相当于与转矩成 正比的电枢电流 然后模仿对直流电动机的控制方法 实现对交流电动机的控制 其实质是将交流电动机等效为直流电动机 分别对速度 磁场两个分量进 行独立控制 通过控制转子磁链 然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量 经坐标变换 实现正交或解耦控制 但是 由于转子磁链难以准确观测 以及矢量变换的复杂性 使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果 这是矢量控制技术在实践上的不足 此外 它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制 在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器 这显然给许多 应用场合带来不便 直接转矩控制直接转矩控制 PWMPWM 1985 年德国鲁尔大学 Depenbrock 教授首先提出直接转矩控制理论 Direct Torque Control 简称 DTC 直接转矩控制与矢量控制不同 它不是通过控 制电流 磁链等量来间接控制转矩 而是把转矩直接作为被控量来控制 它也不需要解耦电机模型 而是在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值 然 后 经磁链和转矩的 Band Band 控制产生 PWM 信号对逆变器的开关状态进行最佳控制 从而在很大程度上解决了上述矢量控制的不足 能方便地实现无速度传 感器化 有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度 并以新颖的控制思想 简洁明了的系统结构 优良的动静态性能得到了迅速发展 但直接转矩控制也存在缺点 如逆变器开关频率的提高有限制 非线性控制非线性控制 PWMPWM 单周控制法 7 又称积分复位控制 Integration Reset Control 简称 IRC 是一种新型非线性控制技术 其基本思想是控制开关占空比 在每个 周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例 该技术同时具有调制和控制的双重性 通过复位开关 积分器 触发电路 比较器达到跟踪指令 信号的目的 单周控制器由控制器 比较器 积分器及时钟组成 其中控制器可以是 RS 触发器 其控制原理如图 1 所示 图中 K 可以是任何物理开关 也可是 其它可转化为开关变量形式的抽象信号 单周控制在控制电路中不需要误差综合 它能在一个周期内自动消除稳态 瞬态误差 使前一周期的误差不会带到下一周期 虽然硬件电路较复杂 但其克服了传统的 PWM 控制方法的不足 适用于各种脉宽调制软开关逆变器 具有反应快 开关频率恒定 鲁棒性强等优点 此外 单周控制还能优化系统响 应 减小畸变和抑制电源干扰 是一种很有前途的控制方法 谐振软开关谐振软开关 PWMPWM 传统的 PWM 逆变电路中 电力电子开关器件硬开关的工作方式 大的开关电压电流应力以及高的 du dt 和 di dt 限制了开关器件工作频率的提高 而 高频化是电力电子主要发展趋势之一 它能使变换器体积减小 重量减轻 成本下降 性能提高 特别当开关频率在 18kHz 以上时 噪声将已超过人类听觉范 围 使无噪声传动系统成为可能 谐振软开关 PWM 的基本思想是在常规 PWM 变换器拓扑的基础上 附加一个谐振网络 谐振网络一般由谐振电感 谐振电容和功率开关组成 开关转换 时 谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程 谐振过程极短 基本不影响 PWM 技术的实现 从而既保持了 PWM 技术的特点 又实现了软开关 技术 但由于谐振网络在电路中的存在必然会产生谐振损耗 并使电路受固有问题的影响 从而限制了该方法的应用 8应用领域 PWM 控制技术主要应用在电力电子技术行业 具体讲 包括风力发电 电