《电路和电子技术：电子技术基础》-第4章

4.1电源技术的基本内容4.1.1电源技术概述通常将提供电能的设备称为电源。电源可分为以下3种类型：①一次性电源，即供电电源，常称为电网或市电，它把其他形式的能量（如水力、火力、风力产生的能量）转换成电能。②二次性电源，即在供电电源与负载之间对电能进行转换以满足电气设备需要的电源。本章主要介绍二次性电源。下一页返回4.1电源技术的基本内容③蓄电池电源，将能量以某种形式储存起来，需要时转换成电能。电源技术包括电力电子器件、功率变换电路、电源整机及系统。电力电子器件，如晶闸管、绝缘栅型双极晶体管等，前面已做了介绍，这里主要介绍功率变换电路及常用的电源设备。从功率变换电路所实现的功能来看，功率变换电路可分为以下4类：①将交流电变为直流电，实现这一功能的电路称为整流电路。②将直流电变为交流电，实现这一功能的电路称为逆变电路。③将一种直流电变为另一种直流电，这种变换能实现直流电的大小或极性的改变。上一页下一页返回4.1电源技术的基本内容④将一种交流电变为另一种交流电，这种变换能实现交流电的幅值和频率的变化。目前功率变换电路广泛采用全控型器件和脉宽调制（PWM）方式。电子设备对电源的要求是：①体积小、质量轻、造价低。②电源输出不间断。③效率高、节能。④输出电压或输出电流要稳定。上一页下一页返回4.1电源技术的基本内容4.1.2直流稳压电源和交流稳压电源1.直流稳压电源直流稳压电源有两种控制方式，即连续线性控制方式和断续开关控制方式。连续线性控制方式电源的特点是功率器件工作在放大状态，流过的电流是连续的，具有稳定度高、可靠性好、成本较低等优点，如串联型稳压电源就属于这种控制方式。但由于功率器件（调整管）上要损耗较大的功率，所以又有效率低、体积大等缺点，适用于中、小功率的场合，例如常用于科研和教学实验室。断续开关控制方式电源的主要特点是功率器件工作在开关状态，功率损耗小，效率较高，同时也省去了变压器，这种开关电源应用范围越来越广。开关电源的控制方式有脉宽调制式（PWM）、脉频调制式（PFM）等。上一页下一页返回4.1电源技术的基本内容2.交流稳压电源交流稳压电源包含稳压电源和不间断电源（UninterruptiblePowerSystem，UPS）。由于交流市电电源的电压波动较大，干扰较多，并且停电情况时有发生，因此交流稳压电源是许多电子设备不可缺少的供电装置。稳压电源主要有参数调整型、自动调压型及开关型。不间断电源有动态式和静止式两种。不间断电源广泛应用于计算机、程控交换机、医疗诊断等供电不能中断的场合。上一页返回4.2直流稳压电源4.2.1直流稳压电源的主要指标及种类1.直流稳压电源的主要技术指标直流稳压电源的技术指标是对稳压电源的质量和技术要求，主要有：（1）最大输出电流即最大允许工作电流，它主要取决于功率管允许的最大耗散功率。（2）输出电压及其调节范围通常是按照负载的需要来选择，若输出电压可在宽范围内连续调节，则使用起来会灵活方便。下一页返回4.2直流稳压电源

（3）效率即输出功率与输入功率之比，要提高效率就要降低功率管本身的功率损耗。（4）保护功能当负载出现过载或短路时，稳压电源能够快速响应并切断输出，起到保护电源的作用，使电源不致被烧毁。（5）电压调整率当市电电网电压变化时，稳压电源输出的直流电压变化应尽量小。直流稳压电源的电压调整率Su定义为电源输出电压变化量ΔUo与输出电压Uo之比，即上一页下一页返回4.2直流稳压电源

Su越小，电源的稳压性能越好。（6）电流调整率SI在输入电压不变的情况下，电源的负载电流从零变到最大时，输出电压Uo的相对变化量，即它表示了在负载电流变化时，输出电压保持稳定的能力，SI越小，电源的稳压性越好。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

（7）纹波系数在稳压电源输出电压中通常包含有交流分量，称为纹波电压，如果纹波电压太大，对负载会产生不良影响，通常用纹波系数So来衡量输出电压中的交流分量大小，即式中，Umn表示输出电压中交流分量基波最大值；Uo表示输出电压中的直流分量。纹波系数So越小，表示纹波越小。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

（8）温度系数用来表示输出电压对温度的稳定性。在输入电压和输出电流不变的情况下，将输出电压变化量ΔUo与环境温度变化量ΔT之比定义为温度系数ST，即温度系数ST越小，电源工作越稳定。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

2.直流稳压电源的种类目前直流稳压电源种类很多，可以从不同角度进行分类。①按电源中调整元件与负载的连接方式分，有并联式稳压电源和串联式稳压电源。将调整元件与负载并联连接方式的稳压电源称为并联式稳压电源，调整元件与负载串联连接方式的稳压电源称为串联式稳压电源。②按调整元件的工作状态分，有线性稳压电源和开关稳压电源。还可按其他方法进行分类，此处不再详述。直流稳压电源已由分立元件向集成化方向发展，已有多个品种和型号的集成稳压电源问世，并按输出电压和输出电流形成系列主流产品。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

4.2.2串联式线性稳压电源1.串联型稳压电路图4.1所示方框图是交流电变为直流电的过程示意图。稳压电路的作用是当供电电源或负载发生变化时，确保输出直流电压保持基本不变。稳压管稳压电路是简单并联式稳压电路，其稳压效果不够理想，只适用于负载电流比较小的场合。串联型三极管稳压电路能克服它的缺点。图4.2所示为射极输出式串联型稳压电路，它由采样、基准、比较放大和调整4个环节组成。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

（1）采样环节由电阻R1、R2和RP（RP=R′P+R′′P）组成分压器，它将输出电压Uo的一部分作为反馈电压送到比较放大环节，若忽略T1的基极电流，反馈电压为图中电位器RP用于调节输出电压的大小。（2）基准电压环节由稳压管DZ和电阻R3组成，UZ作为比较放大器的比较基准电压。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

（3）比较放大环节由三极管T1构成，它的UBE1是反馈电压Uf与基准电压UZ之差，即用T1的发射结电压UBE1来控制T2（调整管）。（4）调整环节由工作在线性区的功率型三极管（调整管）T2组成，R4是T2的偏置电阻，同时也是T1的集电极电阻。由于T2接成射极输出器形式，且T2是与负载串联，故称为射极输出式串联型稳压电路。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

2.稳压原理若某种原因使输出电压Uo升高（如输入电压升高，或负载电阻增大）。由于输出电压升高，反馈电压Uf也升高，使UBE1（UBE1=Uf−UZ）增大，引起IB1电流增加，从而IC1增加，管压降UCE1减小，UB2（UB2=UCE1+UZ）减小，UBE2（UBE2=UB2−UE2）减小，IB2电流减小，IC2减小，管压降UCE2增大，使输出电压Uo（Uo=Ui−UCE2）减小，则输出电压保持稳定。上述稳压过程可归纳为：当输出电压降低时，其稳压过程相反。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

3.输出电压的调节范围上一页下一页返回4.2直流稳压电源

4.由运算放大器组成的串联型稳压电路现在的串联型稳压电源，其放大环节，通常采用运算放大器，以提高稳压精度。稳压电路如图4.3所示，运算放大器工作在线性状态，其稳压原理与图4.2类似。如输出电压升高，其稳压过程为：上一页下一页返回4.2直流稳压电源

4.2.3集成稳压器串联型稳压电源是由许多元器件所组成，所占体积较大。随着电子技术的迅速发展，单片集成稳压电源已成为系列产品并获得广泛应用。所谓集成稳压器就是用半导体工艺和薄膜工艺将稳压电路中的元件制作在同一半导体芯片上，形成具有稳压功能的固体电路。它具有体积小、可靠性高、使用灵活、价格低廉等优点。集成稳压器中通常还有过流、过压、过热等保护电路。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

1.常用集成稳压器的种类（1）多端可调式集成稳压器这种稳压器取样电阻和保护电路的元件需要外接，它具有多个外接端，适用于不同用法，以满足不同输出电压的要求。（2）三端可调式集成稳压器这种稳压器有输入、输出、调节端三个端子，在调节端外接两个电阻可对输出电压作连续调节，用在要求稳压精度较高，输出电压在一定范围内可任意调节的场合。（3）三端固定式集成稳压器这类稳压器有输入、输出和公共端三个端子，输出电压不可调。外形结构如图4.4所示。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

图4.4（a）为W78××系列稳压器，1端为输入端，2端为输出端，3端为公共端。图4.4（b）为W79××系列稳压器，3端为输入端，2端为输出端，1端为公共端。本节主要讨论W7800系列（输出正电压）和W7900系列（输出负电压）稳压器。在W7800（或W7900）系列中最后两位数字表示集成稳压器的输出电压值，如W7805则表示输出电压为5V。三端固定式集成稳压器基本应用电路如图4.5所示，图中Ui是经整流滤波以后的输入电压，Uo是稳压器的输出电压。输入电容Ci通常不接，只有当集成稳压器远离整流、滤波电路时，接入1个0.33μF电容，其作用是改善纹波。一般取值在0.1～1μF之间。输出电容Co是为了改善负载的瞬态响应，可取1μF。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

2.三端集成稳压器的几种应用电路（1）同时输出正负电压的稳压电路电路如图4.6所示，此电路可以同时输出+5V和−5V两路电源。图中滤波电容C=1000μF，输入和输出电容Ci、Co分别为0.33μF和1μF。（2）提高输出电压的稳压电路当所需稳压电源输出电压高于集成稳压器的输出电压时，可采用升压电路来提高输出电压。在图4.7所示电路中，R1两端的电压是集成稳压器的输出电压UXX，稳压电路的输出电压Uo为上一页下一页返回4.2直流稳压电源

若则可以看出是所提高的输出电压，当R1、R2阻值较小时，稳压电源的稳压精度较高。（3）输出电压可调的稳压电路电路如图4.8所示。图中运算放大器为电压跟随器，这时的输出电压为改变R2与R1的比值，即改变了输出电压Uo。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

（4）扩大输出电流的稳压电路电路如图4.9所示。W7800系列最大输出电流为1.5A。如果负载所需电流超过1.5A，则外接功率管T来扩展输出电流。通常I3较小，所以I2≈I1。当IR电流不足以使T导通时，IB=0，IC=0，Io=I2≈I1，若电阻电流IR增大到一定值时，使T导通，则有Io=I2+IC，调整R的大小使功率管在输出电流较大时导通。因为则电阻R的大小由下式决定，即上一页下一页返回4.2直流稳压电源

4.2.4如何选择使用集成稳压器1.集成稳压器的主要参数（1）最大输入电压Uimax使稳压器能安全工作的最大允许电压。（2）输出电压Uo稳压器稳定输出的额定电压值。不同系列的稳压器具有不同的输出电压，如W7800系列输出固定的正电压有5V、8V、12V、15V、18V、24V等多种，W7900系列输出固定的负电压，其参数与W7800系列基本相同。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

（3）最大输出电流Iomax使稳压器能正常工作的最大电流，若超过这一电流值不仅稳压器输出电压不稳定，而且会使稳压器损坏。（4）电压调整率Su输出电压相对变化量与输入电压变化量之比，即上一页下一页返回4.2直流稳压电源

如W7815稳压器，其输出电压为15V，最高输入电压为35V，最大输出电流为1.5A，电压调整率为0.1%～0.2%，此值越小，稳压性能越好。（5）输入电压与输出电压的最小差值（UI−Uo）min保证稳压器正常工作时，所允许的输入与输出电压的最小差值，通常（UI−Uo）min=（2～3）V。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

2.集成稳压器的选择和使用在选择集成稳压器时应该兼顾性能、使用要求和价格等几个方面。在技术要求不是很高、输出电压为固定的情况下，可选择三端固定输出的集成稳压器。根据所需电流、电压大小选择相应的型号，在要求稳压精度较高且输出电压在一定范围内可调节的情况下，可选择三端可调集成稳压器。上一页下一页返回4.2直流稳压电源

在使用集成稳压器时还应注意：①输入电压不能太低，要保证集成稳压器的输入与输出之间电压差不低于允许值，否则稳压器的性能将降低，纹波增大。②输入电压不能过高，不要超过Uimax，以免功率损耗超过额定值而使集成稳压器损坏。③防止输入端和负载短路。④对于大电流的稳压器要安装足够面积的散热器。上一页返回4.3开关型稳压电源4.3.1开关型稳压电源的基本特点前面介绍的线性稳压电源具有电路简单和成本低的特点，但调整管的功耗大，电路的效率低。如果使调整管工作在开关状态，则功耗较小，效率可达80%～95%。依据这种原理设计的稳压电路称为开关型稳压电路，又称为开关电源。在电器设备中已广泛采用开关型稳压电源。图4.10是线性稳压电源和开关稳压电源的电路基本原理比较示意图。线性稳压电源模型的工作原理可用图4.10（a）来说明，它相当于改变与负载串联的电阻来得到希望的直流电压，由于与负载串联的电阻上要消耗很多能量，导致电源的效率降低。下一页返回4.3开关型稳压电源

图4.10（b）开关电源模型是通过开关接通的时间使负载上得到所需电压，能量损失少，而且效率高，它是通过开关的接通和断开来取代电阻值的变化，从而改变输出电压的大小。图4.11是一个开关电源输出电压大小与开关S接通和断开的时间不同的比较示意图。当电路中的开关以不同的时间接通和断开时，输出的直流平均电压不同。显然，图4.11（a）中开关接通时间长，输出电压平均值高；图4.11（b）中开关接通时间短，输出电压平均值低。由于开关电路输出的是方波，要使其变成平滑的直流，则应使用电感或电容进行平滑滤波。另外，实际的开关电源电路的开关是采用开关型功率管实现的。如果开关的动作频率较高，所需的电感和电容不要很大，实际开关电源使用的频率约20kHz。上一页下一页返回4.3开关型稳压电源

4.3.2开关型稳压电源的典型电路1.降压型开关电源电路降压型开关电源输出的平均电压Uo低于输入的直流电压Ui，其原理电路如图4.12所示。绝缘栅双极晶体管T是开关管，它以一定的频率导通和截止。电感L、电容C和二极管D组成平滑滤波电路。当T导通时，二极管D截止，输入电压将能量提供给负载RL，同时电感L将能量储存起来。当T截止时，输入电压中断了能量的供给，这时，二极管D导通，储存在电感L中的能量，通过二极管D释放给负载RL，使负载得到连续而稳定的能量，二极管的作用使负载电流继续流通，电容C使输出电压不会发生跃变。上一页下一页返回4.3开关型稳压电源

负载上的输出电压大小与T的导通时间有关。定义T的导通时间ton和工作周期TS的比例为占空比D，有根据占空比可计算出平均输出电压为上一页下一页返回4.3开关型稳压电源

当输入电压一定时，输出电压与占空比呈线性关系，占空比越大，输出电压越高。图4.13为仿真波形，图4.13（a）是占空比为50%的uG与Uo波形，图4.13（b）是占空比为80%的uG与Uo波形。可见占空比大，输出电压的平均值就高。2.升压型开关电源电路升压型的开关电源原理电路如图4.14所示。其输出的平均电压Uo总是大于输入的直流电压Ui。当T导通时，电容C上的电压使二极管D截止，将输入端与输出端断开，将电容上储存的能量提供给负载RL，同时输入端电源向电感L提供能量。上一页下一页返回4.3开关型稳压电源

当T截止时，二极管D导通，负载RL同时吸收来自电感与输入端的能量。只要L和C足够大，在输出端就可以得到恒定的输出电压，平均输出电压为将降压型和升压型开关电源电路组合在一起，可以构成直流降压−直流升压型开关电路，使输出电压可以高于或者低于输入电压，在此不再详述。上一页下一页返回4.3开关型稳压电源

3.实际的开关型稳压电路图4.12所示电路为降压型开关稳压电路。为了稳定输出电压，要实时采集输出电压，并控制占空比的大小，即根据输出电压的大小控制开关管导通和截止的脉冲宽度，因此在图4.12降压型开关电源基础上增加了采样电路和脉冲宽度控制电路，电路如图4.15所示。采样电路由电阻R1和R2组成。脉冲宽度控制电路由产生固定频率的三角波发生电路、比较器A2、基准电压、误差放大器A1组成。开关电源的核心是开关管T、LC滤波器和续流二极管D。上一页下一页返回4.3开关型稳压电源

开关型稳压电源的工作原理如下：上一页下一页返回4.3开关型稳压电源

式中ton又称为脉冲宽度。可见对于一定的Ui，若改变了ton即改变了D，也就改变了输出电压Uo，因此称这种电源为脉宽调制式开关型稳压电源。接下来分析如何调整脉冲宽度和进行稳压。电路在正常工作状态时，Uf=UREF，误差放大器输出电压uC=0，电压比较器输出电压uB为占空比D=50%的脉冲信号，各点波形如图4.16所示。若输入电压增加，其调压过程为Ui↑→Uo↑→Uf↑→Uf＞UREF→uC＜0，与固定频率三角波电压uT相比较，使占空比D＜50%，将输出电压调整到预定的稳压值。各点波形如图4.17所示。上一页下一页返回4.3开关型稳压电源

同理，若输入电压减小，Ui↑→Uo↑→Uf↑→Uf＞UREF→uC＞0，使uC输出为高电平，与固定频率三角波电压uT相比较，使占空比D＞50%，将输出电压调整到预定的稳压值。各点波形如图4.18所示。总之，当Ui或RL变化而使Uo变化时，电路可自动调整脉冲波形（uB）的占空比，使输出电压保持稳定。开关型稳压电源的最佳开关频率通常在10～100kHz之间，频率太高，使T的开关次数增加，从而增加了T的管耗，降低了效率。上一页返回4.4逆变电路4.4.1逆变的概念将交流电变成直流电称为整流，将直流电变成交流电称为逆变。实现直流电变成交流电的电路称为逆变电路，完成逆变功能的设备称为逆变器。逆变的目的是为了获得不同变化形式的电能，从而应用于各种领域。例如：采用逆变技术将普通交流电网电压变成电压可调、频率可调的交流电，提供给交流电动机，以调节电动机的转速；在不间断电源（UPS）中有充电器和逆变器，电网有电时，在向用电设备供电的同时，充电器为蓄电池充电，当电网停电时，逆变器将蓄电池的直流电逆变成交流电供给用电设备。又如中频炉、高频炉、电磁灶等设备，利用逆变技术产生交流电，从而产生交变磁场，使金属在磁场中产生涡流而发热等。下一页返回4.4逆变电路

当前主要采用普通晶闸管、可关断晶闸管（GTO）、大功率晶体管（GTR）、功率场效应晶闸管（VMOSFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）等器件组成逆变主电路。1.逆变器的分类逆变器的种类很多，其主要分类方式如下：①按逆变器输出交流的频率，可分为工频逆变、中频逆变和高频逆变。工频逆变是指50～60Hz的逆变器；中频逆变的频率为400Hz到十几kHz；高频逆变器的频率则为十几kHz到MHz。②按逆变器能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。③按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。上一页下一页返回4.4逆变电路

④按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。⑤按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。⑥按控制方式，可分为调频式（PFM）逆变和调脉宽式（PWM）逆变。2.逆变电路的基本原理图4.19（a）为单相桥式逆变电路的基本原理图，图中S1～S4是桥式电路的4个臂，Ud为直流电源，负载为纯电阻，下面分析如何将直流电Ud转换成大小和方向都随时间变化的交流电。上一页下一页返回4.4逆变电路

当开关S1、S4

闭合，S2、S3断开时，电流io从A流向B（如图实线所示），uo极性为A正、B负。当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，电流io从B流向A（如图虚线所示），uo极性为B正、A负，其波形如图4.19（b）所示，这样就把直流电变为交流电，改变两组开关的切换频率，即改变了交流电的频率。由图4.19（b）所示波形可以看出，当负载为纯电阻时，负载电流io和uo的波形形状相同，相位也相同。当负载为感性时，io相位滞后于uo，而且两者形状也不相同，如图4.19（c）所示。上一页下一页返回4.4逆变电路

设t1时刻以前S1、S4导通，io和uo方向相同均为正。在t1时刻S1、S4断开，S2、S3

闭合，则uo的极性改变，立即跳变为负值。但是流过感性负载的电流io不能发生跳变，而仍维持原方向，这时io从直流电源的负极流出经S2、负载和S3流回正极。这是感性负载将其存储的能量反馈给直流电源。同时负载电流io逐渐减小，直到t2时刻降为零，然后io反向逐渐增大，当S1、S4闭合时，与上述情况类似。在逆变过程中，电流从一个支路向另一个支路转移的过程称为换流，也常称为换相。在实际的逆变电路中，开关元件是全控型或半控型电力电子器件，只要给控制极适当的驱动信号，就可以使其导通，若要关断开关器件，必须利用外部条件或采取其他措施才能使其关断。上一页下一页返回4.4逆变电路

4.4.2电压型逆变电路逆变电路按照直流侧电源性质的不同分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。下面以单相电压型逆变电路为例进行讨论。1.单相半桥电压型逆变电路图4.20（a）所示电路是单相半桥电压型逆变电路，它有两个桥臂，每一个桥臂由一个可控开关器件（IGBT）和一个反向并联的二极管组成。直流侧接两个足够大的电容，用来产生Ud/2电压，设负载为感性。上一页下一页返回4.4逆变电路

及上一页下一页返回4.4逆变电路

半桥逆变电路简单、使用开关器件少。但输出交流电压的幅值Um仅为Ud/2，且需要连接两个电容，因此半桥逆变电路通常适用于几kW以下的小功率逆变电源。2.单相全桥电压型逆变电路单相全桥电压型逆变电路如图4.21所示。它共有4个桥臂，T1和T4作为一对，T2和T3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两对各交替导通180°。其uo、io波形和图4.20（b）所示的半桥电路波形形状相同，但其输出幅值高出一倍，即Um=Ud。图4.20（b）中的D1、T1、D2、T2相继导通的区间，分别对应于图4.21中的D1和D4、T1和T4、D2和D3、T2和T3相继导通的区间。上一页下一页返回4.4逆变电路

4.4.3电流型逆变电路直流侧是电流源的电路称为电流型逆变电路。通常是在直流侧串联一个大电感（Ld），将电源近似看成一个直流电流电源。图4.22所示电路是单相桥式电流型逆变电路，由4个桥臂构成，每个桥臂的晶闸管串联一个电抗器LT，用来限制晶闸管开通时的di/dt。为了实现换相要求，负载电流应略超前于负载电压，即负载呈容性。由于实际负载是感性的（如电动机），所以需并联电容C。上一页下一页返回4.4逆变电路

对于电流型逆变电路其输出电流波形接近于矩形波，其中包含基波和各奇次谐波，但谐波幅值远小于基波在负载电路上产生的压降，因此负载电压波形接近正弦波，uo、io波形如图4.23所示。负载电压有效值Uo和直流电压Ud的关系为其中ϕ是负载的功率因数角。上一页下一页返回4.4逆变电路

4.4.4PWM逆变电路1.正弦波的脉宽控制脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，PWM）技术在逆变电路中获得广泛应用，PWM是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波形。例如把直流电变成一系列脉冲，通过改变脉冲的宽度来获得所需的输出电压大小。由于输入/输出电压都是直流电压，因此脉冲是等幅等宽的。如果输入/输出电压都是正弦波，则PWM脉冲既不等幅也不等宽。下面首先分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波，以正弦半波为例。上一页下一页返回4.4逆变电路

将图4.24（a）的正弦半波分成N等份（如取N=8），这样就可以把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。显然这些脉冲宽度相等，但幅值不等，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列，用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且又使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，就得到图4.24（b）所示的脉冲序列。上一页下一页返回4.4逆变电路

由N个等幅而不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以用相同的方法来等效，这就是PWM波形。可以看出各脉冲的幅值相等，而脉冲的宽度是按正弦规律变化的。这说明要改变等效输出正弦波的幅值时，只要改变上述各脉冲的宽度即可。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形也称为SPWM波形。正弦波脉宽控制的思想，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不等宽的脉冲序列。其脉宽基本上按正弦分布，以此脉冲序列来等效正弦电压波形。上一页下一页返回4.4逆变电路

2.PWM控制的逆变原理PWM逆变电路也分为电压型和电流型两种，通常应用的PWM逆变电路主要是电压型的，因此本节主要分析电压型PWM逆变电路。如果已知逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，就能准确计算出PWM波形中各脉冲的宽度和间隔，按照这一计算结果来控制逆变电路中各开关器件的通断，就能得到所需要的PWM波形。显然这种计算的方法是很烦琐的。通常采用调制法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号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。上一页下一页返回4.4逆变电路

当这个三角波与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，若调制信号波为正弦波，所得到的就是SPWM波形。下面结合电路做进一步说明。在图4.25所示电路中，在电压比较器的同相输入端加正弦波调制电压uS，在电压比较器的反相输入端加三角波控制电压（或载波电压）uC，当uS＞uC时，输出为高电平；当uS＜uC时，输出为低电平。上一页下一页返回4.4逆变电路

输出电压uG的波形如图4.26所示，它是一等幅