正弦脉宽调制SPWM及其控制方法ppt课件

1、2.4 正弦脉宽调制正弦脉宽调制SPWM及其控制方法及其控制方法v2.4.1 PWM控制的根本原理v2.4.2 SPWM的控制实现方法 2.4.1 PWM控制的根本原理vPWM (Pulse Width Modulation)控制就是控制就是 脉宽调制技术：即经过对一系列脉冲的宽度脉宽调制技术：即经过对一系列脉冲的宽度进展调制，来等效的获得所需求的波形含进展调制，来等效的获得所需求的波形含外形和幅值外形和幅值)。2.4.1 PWM控制的根本原理vPWM控制的思想源于通讯技术，全控型器件的开展使得实现PWM控制变得非常容易。vPWM技术的运用非常广泛，它使电力电子安装的性能大大提高，因此它在电力

2、电子技术的开展史上占有非常重要的位置。vPWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的胜利运用，才确定了它在电力电子技术中的重要位置。如今运用的各种逆变电路都采用了PWM技术，因此，本章能使我们对逆变电路有完好地认识。2.4.1 PWM控制的根本原理重要实际根底面积等效原理冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果根本一样。环节上时，其效果根本一样。冲量冲量窄脉冲的面积效果根本一样效果根本一样环节的输出呼应波形根本一样图2-15 外形不同而冲量一样的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f (t)d (t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtO

3、tOf (t)f (t)f (t)2.4.1 PWM控制的根本原理b)图6-2 冲量相等的各种窄脉冲的呼应波形详细的实例阐明“面积等效原理au (t)电压窄脉冲，电压窄脉冲，是电路的输入是电路的输入 。 i (t)输出电流，是输出电流，是电路的呼应。电路的呼应。 OutSPWM波2.4.1 PWM控制的根本原理Out如何用一系列等幅不等宽的脉冲来替代一个正弦半波Out2.4.1 PWM控制的根本原理Ou t假设要改动等效输出正弦波幅值，按同一比例改动各脉冲宽度即可。OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等宽的脉冲来替代一个正弦半波Out2.4.1 PWM控制的根本原理OwtUd-Ud 对于正

4、弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完好周期的等效PWM波为：OwtUd-Ud 根据面积等效原理，正弦波还可等效为以下图中的PWM波，而且这种方式在实践运用中更为广泛。2.4.2 SPWM控制的实现方法实现方法计算法公用SPWM集成电路自然采样法规那么采样法直接PWM法模拟实现1. SPWM模拟实现模拟实现三相对称的参考正弦电压调制信号 、 、 由正弦波发生器产生,其频率和幅值都是可调的。三角载波信号 由三角波发生器提供，三相共用。分别与每相调制信号经过比较器进展比较，比较器输出“正或“零的输出，即为SPWM脉冲序列波，作为逆变器开关器件的驱动信号。 caucbuccu

5、triu正弦波发生器三角波发生器cauccucbutriu驱动开关器件(SPWM波)2. 计算法计算法(数字控制数字控制)根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需PWM波形特点：繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化1). 自然采样法自然采样法：按自然采样法：按SPWM根本原理，在正弦波和三角波的自然根本原理，在正弦波和三角波的自然交点时辰控制功率开关器件的通断。交点时辰控制功率开关器件的通断。该法最准确，但要求解复杂的超越方程，难以在实时控制中该法最准确，但要求解复杂的超越方程，难以在实时控制中在线计

6、算，工程运用不多在线计算，工程运用不多2. 计算法计算法(数字控制数字控制)v2). 规那么采样法特点：特点： 工程适用方法，效果接近自然采样法，计算量小得多工程适用方法，效果接近自然采样法，计算量小得多图2-19 规那么采样法 utriuOtucTcAEBt2t1t3t2/ 2t2/ 2tutriuOtucTcADBt2t1t3t2/ 2t2/ 2tuceucd2. 计算法计算法(数字控制数字控制)规那么采样法原理规那么采样法原理图图2-19，三角波两个正峰值之间为一个采样周期，三角波两个正峰值之间为一个采样周期Tc自然采样法中，脉冲中点不和三角波一周期的中点即自然采样法中，脉冲中点不和三角

7、波一周期的中点即负峰点重合负峰点重合规那么采样法使两者重合，每个脉冲的中点都以相应的规那么采样法使两者重合，每个脉冲的中点都以相应的三角波中点为对称，使计算大为简化三角波中点为对称，使计算大为简化在三角波的负峰时辰对正弦信号波采样得在三角波的负峰时辰对正弦信号波采样得E点，过点，过E作程作程度直线和三角波分别交于度直线和三角波分别交于A、B点，在点，在A点时辰点时辰tA和和B点点时辰时辰tB控制开关器件的通断控制开关器件的通断脉冲宽度脉冲宽度t2 和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近 2. 计算法计算法(数字控制数字控制)规那么采样法计算公式推导规那么采样法

8、计算公式推导 正弦调制信号波正弦调制信号波 式中，式中，ma称为调制度，称为调制度，0ma1；wc为信号波角为信号波角频率。从图中得频率。从图中得 因此可得因此可得 三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度三角波一周期内，脉冲两边间隙宽度csinacumtwE2c1sin2/ 2/ 2acmttTwc2E(1sin)2acTtmtwc13c2E1(1sin)24acTttTtmtw三角波的峰值为12. 计算法计算法(数字控制数字控制)推行到三相桥逆变电路的情况推行到三相桥逆变电路的情况三角波载波公用，三相正弦调制波相位依次差三角波载波公用，三相正弦调制波相位依次差120同一三角波周期内三相的脉宽分别为

9、同一三角波周期内三相的脉宽分别为 、 和和 ，脉冲两边的间隙，脉冲两边的间隙宽度分别为宽度分别为 、 和和 ， 、 和和 ，同一时辰三相调制波电，同一时辰三相调制波电压之和为零，由上式得压之和为零，由上式得 其中其中:2at2bt2ct1at1bt1ct3at3bt3ctc2e13c2c2e13c2c22213c21(1sin),22211sin(),23231,22aacaaabacbbbcabcccTtmtttTtTtmtttTtTtttttTtww22232cabcTttt11133334cabcabcTtttttt2. 计算法计算法(数字控制数字控制)v3). 直接PWM法(面积相等法

10、)v 思绪:使每一载波周期内逆变器输出脉冲的面积和在同一载波周期内希望得到的正弦波的面积相等。v 假设希望输出的正弦电压为：v 那么从 到 区间正弦波的面积为：v 假设逆变器直流环节电压为Ud， 到 区间的脉冲宽为 ，v令脉冲面积和这段正弦波面积相等。可求出：sinomcuUtwsin()(coscos)batmmcccacbtcUUtdtttwwwwwatbtatbt2t2(coscos)mdcacbcUtUttwww2(coscos)mcacbcdUtttUwww3. 公用公用SPWM集成电路集成电路v运用微机产生SPWM波形，其效果遭到微机字长、指令功能、运算速度、存储容量等条件的限制，

11、有时难以有很好的实时性，特别是在高频电力电子器件被广泛运用后，完全依托软件生成SPWM波形的方法实践上很难顺应高开关频率的要求。v随着微电子技术的开展，开发出一些专门用来产生SPWM控制信号的集成电路芯片，运用这些芯片比用微机生成SPWM信号要方便的多。目前已投入市场的公用SPWM芯片有Mullard公司的HEF4752、Siemens公司的SLE4520、Sanken公司的MB63H110，以及我国自行研制的ZPS-101、THP-4752等。其中，THP-4752与HEF4752的功能完全兼容。另外，如今有些单片机本身就具有直接输出SPWM信号的功能，如8XC196MC、TMS320F24

12、0等。vHEF4752是数字化的大规模集成电路。采用规范的28脚双列直插封装。v芯片可提供三组互差120互补输出SPWM控制脉冲，以供驱动逆变器六个功率开关器件产生对称的三相输出。v可适用于晶闸管、GTO或功率GTR。对晶闸管尚可附加产生三对互补换流脉冲，用于辅助晶闸管换流。v该芯片采用脉冲宽度的双边缘正弦调制方式，有8段载波比15、21、30、42、60、84、120、168自动切换。v调频范围为0200Hz，器件的开关频率普通在1kHz以下，不适宜于IGBT逆变器。vSLE4520是一种可编程的三相PWM集成电路。三相PWM信号构成器实践上就是三个定时器或计数器。vSLE4520有三个预置

13、减计数器经过8位数据总线接纳来自微机的地址和脉宽数据，将8位数据转化为相应宽度的矩形脉冲，脉宽由减计数器内的数值决议。v六个输出产生三相SPWM矩形脉冲，互差120，以控制逆变器中的六个主开关器件。v器件的开关频率和输出频率分别可达20kHz和2.6kHz，适用于IGBT变频器。v芯片内有一个四位死区锁存器，可设置逆变桥同相上下两开关器件转换的死区时间，以防直通事故。v还设有“制止信号端，当其为高电平常，将使功率开关器件处于关断形状，可以方便的实现各种维护。vMA818也是一种可编程的三相SPWM大规模集成电路，采用双列直插或方形塑封40引脚封装，同一系列的芯片还有MA828和MA838。vM

14、A818具有六个规范TTL电平输出，可方便的用来驱动逆变器中六个功率开关器件。v其任务参数，如载波频率、调制频率、调制深度、过调制选择、最小脉冲宽度、延迟时间、相序等可由微机经过向其写入控制字而方便确实定或修正，不需外加任何电路。vMA818采用SPWM的规那么采样法产生实践的SPWM输出脉冲。用于与三角载波比较的调制波形由MA818从外部2k8的PROM/EPROM中直接读取。vMA818的三角载波频率可选，最高可达24kHz，输出调制频率最高可达4kHz。MITEL公司消费的SA系列SPWM发生器 SA869无需处理器，所有参数由工厂掩膜编程4位数字输入可确定16档频率（速度）16位电源频

15、率精度只能输出纯正弦波一种波形适用于低成本、大批量的应用单相SPWM输出SA828与微处理器连接，处理整个SPWM过程低成本、高职能、产生三相SPWM波CMOS集成电路，波形产生数字化输出波形为正弦波或正弦波叠加三次谐波载波频率可达24KHz电源频率精度16位SA866/SA867适用于低、中、大容量工作中无需微处理器，SA866YE/ 867YE参数储存在单独EEPROM中，而SA866YM/ 867YM则由工厂掩膜编程SA866输出纯正弦波、三次谐波或带死区的三次谐波通过10位的ADC输入模拟信号，实现连续调频或通过4位的数字输入确定12位的速度（频率）专用工作模式适用于静止逆变器通过EE

16、PROM可设置4项功能SA866三相输出，SA867单相输出SA868 载波频率（124KHz）输出正弦频率范围（04KHz）输出三相纯正弦波、三次谐波或带死区的三次谐波4位的总线确定16档速度（频率）无需外接处理器，所有参数由工厂掩膜编程16位电源频率精度适用于低成本、大容量的应用三相SPWM输出SA838并联微处理器接口，波形产生数字化载波频率可达24KHz电源频率精度12位单相波形产生器，可输出正弦波或正弦波叠加谐波CMOS集成电路，功耗低单相SPWM输出SA4828与微处理器连接（SA828升级），有高级界面内部可编程“看门狗”具有正弦型、增强型、高效型三种波形载波频率可达24KHz电

17、源频率精度16位三相幅值独立控制也可应用于两相中图6-6urucuOwtOwtuouofuoUd- Ud图图2-18 自然和规那么采样法自然和规那么采样法 21(sinsin)22cac Ac BTmtttww自然采样法:c2e132e(1sin)21()(1sin)24acccacTtmtTttTtmtww规那么采样法:utriuOtTcABt2t1t3t2t2tsincacumtw1wtOua )b )图 6 - 3OuwtdUbtat2t图：直接PWM法特点：计算方法简单，物理概念清楚。 谐波比规那么采样法好。mUvSPWM原理:正弦PWM的信号波为正弦波，就是正弦波等效成一系列等幅不等

18、宽的矩形脉冲波形，其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的。正弦波波形产生的方法有很多种，但较典型的主要有:对称规那么采样法、不对称规那么采样法和平均对称规那么采样法三种。第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小，所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波，显然输出电压高于前者，但对于微处置器来说，添加了数据处置量当载波频率较高时，对微机的要求较高;第三种方法运用最为广泛的，它兼顾了前两种方法的优点。 SPWM虽然可以得到三相正弦电压，但直流侧的电压利用率较低， 最大是直流侧电压的倍，这是此方法的最大的缺陷。 vSVPWM原理:电压空间矢量PWM(SVPWM)的出发点与SPWM不同，SPWM调制是从三相交流电源出发，其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源。而SVPWM是将逆变器和电动机看成一个整体，用八个根本电压矢量合成期望的电压矢量，建立逆变器功率器件的开关形