multisim仿真教程正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路

1、11.8正弦脉宽调制(SPWM)逆变器电路，11.8.1正弦脉宽调制(SPWM)逆变器电路工作原理，1。SPWM控制的基本原理图11.8.1(a)显示了正弦的正半周波形，并将其分成n个相等的部分，因此正弦半波可视为由n个相连的脉冲组成的波形。这些脉冲的宽度等于/n，但幅度不同，脉冲的顶部是一条曲线，每个脉冲的幅度按照正弦规律变化。如果由每个等正弦曲线和水平轴包围的区域被一个与该区域高度相同的矩形脉冲所代替，则可以获得图11.8.1(b)所示的脉冲序列。这样，由n个等幅不等宽的矩形脉冲组成的波形就相当于正弦波的正半周期，而正弦波的负半周期也可以用同样的方法等效。正弦脉宽调制(SPWM)的控制思想

2、是利用逆变器的开关元件，控制电路按照一定的规则控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一组幅度相等、距离相等、宽度不等的脉冲序列。脉冲宽度基本上是正弦的，这个脉冲序列相当于正弦电压波。SPWM控制的基本原理如图11.8.1所示。SPWM正弦波脉宽调制的特点是输出脉冲串宽度不等，宽度按照正弦规律变化，因此输出电压波形接近正弦波。SPWM使用正弦波和三角波相交的方案来确定每个分段矩形脉冲的宽度。通常，等腰三角波被用作载波，因为等腰三角波的宽度和高度是线性和对称的。当它与正弦波的调制信号波相交时，得到SPWM波形。例如，如果控制电路中的开关器件在交叉点处接通和断开，则可以获得宽度与信号幅度成比例

3、的脉冲。这正好符合SPWM控制的要求。2.单极脉宽调制控制模式电压型单相桥式逆变电路如图11.8.2所示，采用巨型晶体管作为开关器件。假设负载是电感性的，每个晶体管的控制根据以下规则来执行：在正半周期中，晶体管VT1一直保持导通，而晶体管VT4交替地导通和截止。当VT1和VT4导通时，施加到负载的电压是DC电源电压UD。当VT1接通而VT4关断时，因为电感负载中的电流不能突然改变，负载电流将自由通过二极管VD3，并且施加到负载的电压将为零。如果负载电流大，VD3将持续导通，直到VT4再次导通。如果负载电流迅速衰减到零，负载电压将始终为零，直到VT4再次接通。这样，负载上的输出电压uo可以获得零

4、和UD交替的两个电平。此外，在负半周期中，保持晶体管VT2导通。当VT3接通时，负电压UD被施加到负载；当VT3关断时，VD4续流，负载电压为零，负载电压uo可以获得UD和零两个电平。这样，在一个周期内，逆变器输出的脉宽调制波形由UD和0电平组成。图11.8.2电压型单相桥式逆变电路，图11.8.3单极脉宽调制控制模式，控制VT4或VT3通断的方法如图11.8.3所示。载波uc是在调制信号波ur的正半周期中具有正极性的三角波和在负半周期中具有负极性的三角波。调制信号ur是正弦波。晶体管VT4或VT3的导通/截止在ur和uc的交叉点被控制。在ur的正半周期中，VT1保持导通，当ur UC时，VT

5、4导通，负载电压u0=UD，当ur UC时，VT4关断，u0=0；在ur的负半周期中，当ur UC，uo=0时，VT3关断。这样，获得了脉宽调制波形u0。图中的虚线uof代表uo中的基本分量。三角波载波在半个ur周期内仅在一个方向上变化，并且所获得的输出电压的脉宽调制波形仅在一个方向上变化的控制模式被称为单极脉宽调制控制模式。3.双极脉宽调制控制模式。图11.8.2中使用双极性脉宽调制控制模式的单相桥式逆变器电路的波形如图11.8.4所示。在ur的周期内，输出的脉宽调制波形只有两个UD电平，并且每个开关器件的通断仍然在调制信号ur和载波信号uc的交点处被控制。在ur的正负半周期内，每个开关器件

6、的控制规律是相同的。当ur UC时，晶体管VT1和VT4导通，VT2和VT3截止，输出电压uo=UD。当ur UC时，导通信号被提供给VT2和VT3，关断信号被提供给VT1和VT4，并且输出电压uo=-ud。可以看出，同一半桥的上臂晶体管和下臂晶体管的驱动信号极性相反，处于互补工作模式。在感性负载的情况下，当VT1和VT4接通时，VT1或VT4关断，而VT2和VT3接通，VT1或VT4立即关断，并且VT2和VT3不能立即接通，因为感性负载电流不能突然改变，并且二极管VD2和VD3接通并续流。当感应负载电流大时，负载电流方向保持不变，直到VT1和VT4下一次导通，并且VD2和VD3连续导通，而V

7、T2和VT3从不导通。当负载电流较小时，在负载电流降至零之前，VD2和VD3续流，然后VT2和VT3导通，负载电流反向。无论VD2和VD3导通还是VT2和VT3导通，负载电压都是UD。当从VT2和VT3切换到VT1和VT4时，VD1和VD4的续流情况类似于上述情况。图11.8.4双极性脉宽调制控制模式波形，11.8.2 SPWM产生电路，如图11.8.5所示。图中，LM339AJ比较器用作SPWM调制电路，函数发生器XFG1产生1kHz三角波信号作为载波信号uc，函数发生器XFG1产生50Hz正弦波信号作为调制信号ur。XFG1和XFG2对话框的设置如图11.8.6所示，生成的波形如图11.8.7所示。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对话设置，图11.8.7 XFG1和XFG2波形，图11.8.8由比较器产生的波形，图11.8.3 SPWM逆变器电路，如图11所示的SPWM逆变器电路。在图中，函数发生器XFG1产生1kHz三角波信号作为载波信号uc，函数发生器XFG1产生一个XFG1和XFG2的对话框设置如图11.8.6所示。图中，LM339AJ比较器用作SPWM调制电路，A2 3545AM用作反相放大器，产