multisim仿真教程正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路

1、11.811.8正弦脉宽调制（正弦脉宽调制（ SPWMSPWM）逆变电路）逆变电路 11.8.111.8.1正弦脉宽调制（正弦脉宽调制（SPWMSPWM）逆变电路工作原理）逆变电路工作原理 n 1. SPWM控制的基本原理 n 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 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。 n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

2、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。 nSPWM（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。 图11.8.1 SPWM控制的基本原理 n 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

3、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。 n 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。 n2. 单极性PWM控制方式 n 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 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。 n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

4、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。 n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 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。 n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。 图11.8.2 电压型单相桥式逆变电路 图11.8.3单极性PWM

5、控制方式 n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， n当 uruc时使VT4关断，uo0；在ur的负半周， VT1关断，VT2保持导通，当uruc时使VT3导 通，uo一UD，当uruc时使VT3关断，uo0。 这样，就得到了PWM波形uo。图中虚线uof表示 uo中的基波分量。 n像这种在ur的半个周期内三角波载波只在一个 方向变化，所得到输

6、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。 n3. 双极性PWM控制方式 n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 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。 n在ur的正负半周，对各开关器件的控制规律相 同。当uruc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uruc时，给

7、VT2 、VT3以导通信号，给VT1 和VT4以关断信号，输出电压UoUD。可以看 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。 n 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。 n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，

8、之后VT2 和VT3开通，负载电流反向。 n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。 图11.8.4 双极性PWM控制方式的波形 11.8.2 SPWM11.8.2 SPWM产生电路产生电路 n 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 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。 图11.8.5 SPWM产生电路 （a）（b） 图11.8.6 XFG1和XFG2对话框设置 图11.8.7 XFG1和XFG2 产生的波形 图11.8.8 通过比较器产生的波形 11.8.3 SPWM逆变电路 n SPWM逆变电路如图11.8.9（a）（b）所 示。图中函数发生器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11.8.6所示。 n图中采用LM339AJ比较器作为SPWM调制电路， A2