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PWM技术培训 谢美娟 PWM控制原理 理论基础 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 冲量指窄脉冲的面积 效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同 低频段非常接近，仅在高频段略有差异 等幅和不等幅PWM波 由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波，如直流斩波电路和本节的PWM逆变电路。 输入电源是交流，得到不等幅PWM 基于面积等效原则，其本质是相同的。 举例说明 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波 正弦半波N 等分，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等 用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等 宽度按正弦规律变化 由于各脉冲的幅值相等，所以逆变器可由恒定的直流电源供电。 要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可 理论上，这一系列脉冲宽度可以严格计算出来，但较为实用的是调制方法。 PWM 调制基本概念 基本概念 PWM调制 脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波对三角波进行调制，达到输出脉冲宽度的一种方法。 相当于基波分量的信号波并不一定正弦波，在PWM 优化模式控制下可以是预畸变的信号波。 载波比 在一个调制信号周期内所包含的三角载波的个数称为载波频率比。 调制度m 调制波参考信号峰值与三角载波峰值之比。 直流电压利用率 逆变电路输出交流电压基波最大幅值U1m和直流电压Ud值之比。 PWM调制的制约条件 开关频率 逆变器各功率器件的开关损耗限制了脉宽调制逆变器的每秒脉冲数（即逆变器每个开关的每秒动作次数）。 调制度 为保证主电路开关器件的安全工作，必须使所调制的脉冲波有最小脉宽和 最小间隙的限制，以保证脉冲宽度大于开关器件的导通时间与关断时间，这就要求参考信号的幅值不能超过三角载波峰值的某一百分数。 PWM调制分类 根据调制脉冲的极性可分为：单极性和双极性调制 根据载波信号和基波信号的频率之间的关系，可分为同步调制和异步调制 根据基波信号的不同，可以分为矩形波脉宽调值和正弦波脉宽调制。 单极性调制和双极性调制 同步调制和异步调制 根据载波比的变化与否可以分为同步调制和异步调制 同步调制 定义 在改变信号周期的同时成比例地改变载波周期，使载波频率与信号频率的比值保持不变。 调制特点 优点 在开关频率较低时可以保证输出波形的对称性。 缺点 （1）在信号频率较低时，载波的频率显得稀疏，电流波形脉动大，谐波分量增大 （2）载波的边频带（载波与基波的差频）靠近信号波，容易干扰基波频域。 （3）载波周期随信号波周期变化，不易于用单片机类数字化实现 异步调制 定义 在调制信号周期变化的同时，载波周期保持不变。 调制特点 优点： （1） 由于是异步，低频输出时，在一个信号周期内，载波个数成数量级增多，这对抑制谐波电流，减轻电动机的谐波损耗及转矩脉动大有好处。 （2）低频时， 载波频率比很大，载波的边频带远离信号波频率，因此不存在载波边频带与基波之间的相互干扰问题。 （3）载波频率固定，便于微处理机进行数字化处理。 缺点： 载波频率较低，将会出现输出电流波形正负半周不对称，相位漂移及偶次谐波等问题。不过，在IGBT等高速功率开关器件，载波频率可以做得很高，这缺点可以小到可以完全忽略。 分段同步调制 在一定的频率范围之内，采用同步调制，保持输出波形对称的优点。当频率降低较多时，使载波比分段有级的增加，又采纳了异步调制的长处。 数字脉宽调制（PWM）方法 SPWM软件生成方法 自然采样法 定义 按照正弦波与三角波的交点进行脉冲宽度与间隙时间 的采样，从而生成SPWM波形。 特点 在自然采样法中，每个脉冲的中点并不和三角载波中点重合 虽然真实地反映了脉冲产生与结束的时刻，但由于实时计算 困难，计算量大，难以用于实时控制中。 规则采样法 定义 每个脉冲的中点都以相应的三角载波的中点为对称，使调制计算量大为简化。 对称规则采样 生成的脉宽比实际的正弦波与载波所生成的脉宽要小，输出电压也会相应的偏低。 不对称规则采样 一个载波周期电采样两次正弦波数值，该采样值更真实地反映了实际的正弦波数值，显然其输出电压高于前者，但是载波频率较高时，单片机运算速度存在难题。 平均对称规则采样 采样时刻设在三角载波的谷点处。以此刻的正弦波数值为中心．引一水平线与两侧的三角载波相交，确定PWM脉冲的前后沿，虽然此时后沿仍较窄，但前沿却较宽，平均起来考虑，与正弦波二角波直