合肥工业大学电力电子技术第十四讲第四章.ppt

电 力 电 子 技 术 Power Electronics 4.2.3.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本问题 根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制 异步调制 对于任意的调制波频率fr，载波频率fc恒定的脉宽调制称为异步调制。 在异步调制方式中，由于fc保持一定，因而当fr变化时，调制波信号与载波信号不能保持同步，即载波比N与调制波频率fr成反比，因此，异步调制具有以下特点: 由于fc固定，因而逆变器具有固定的开关频率。 由于异步调制时的开关频率固定，所以对于需要设置输出滤波器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而言，输出滤波器参数的优化设计较为容易。 4.2.3.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本问题 异步调制 一个调制波正、负半个周期中的脉冲数不固定，起始和终止脉冲的相位角也不固定。换言之，一个调制波正、负半个周期以及每半个周期中的前后1/4周期的脉冲波形不具有对称性。 不同fr时的异步调制SPWM波形如图4-28所示。 4.2.3.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本问题 异步调制 当fr较低时，N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响较小 当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大 采用异步调制时，SPWM的低频性能好，而高频性能较差。 因此采用该方式时希望采用较高的fc，即在一个调制信号周期内所包含的三角载波的个数较多，从而弥补脉冲不对称造成的影响。 4.2.3.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本问题 同步调制 对于任意的调制波频率fr，载波比N保持恒定的脉宽调制称为同步调制。 在同步调制方式中，由于载波比N保持恒定，因而当fr变化时，调制波信号与载波信号应保持同步，即fc与fr成正比，因此，同步调制具有以下特点： 由于fc与fr成正比，因而当fr变化时，fc也相应变化，这就使逆变器的开关频率不固定。 由于同步调制时的开关频率随fr的变化而变化，所以对于需要设置输出滤波器的正弦波逆变器（如UPS逆变电源）而言，输出滤波器参数的优化设计较为困难。 4.2.3.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本问题 同步调制 由于载波比N保持一定，当fr变化时，一个调制波周期中的脉冲数将固定不变。 当载波比N为奇数时，一个调制波正、负半个周期以及半个周期中的前后1/4周期的脉冲波形具有对称性。 4.2.3.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本问题 同步调制 三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称。（为使一相的PWM波正负半周镜对称） fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除 fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受。 4.2.3.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本问题 分段同步调制 对比同步与异步调制发现两者具有互补的性能特点，但是对于各自不足的改进，都是通过提高开关频率来实现，而提高开关频率会导致开关损耗增加。 是否可将同步与异步调制相结合，构成一种新的调制方案呢？ 分段同步调制上是在结合异步调制优点（低频特性好）基础上，并克服了同步调制的不足（低频特性差）而产生的。 分段同步调制，就是首先将fr的变化范围划分为若干个频段区域，在每个频段区域中，采用同步调制（载波比N为奇数且恒定）。 在fr高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高 在fr低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低 4.2.3.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本问题 SPWM脉冲信号的生成 SPWM脉冲信号的生成是指：通过模拟或数字电路对载波信号和调制波信号进行适当的比较运算处理，从而生成与调制波信号相对应的脉宽调制信号，以此驱动正弦波逆变器的功率开关。 SPWM脉冲信号的生成主要包括模拟生成法和数字生成法。 1) 模拟生成法——模拟比较法 是将载波信号（如三角波信号）和调制波信号（如正弦波信号）通过模拟比较器进行比较运算，从而输出SPWM脉冲信号。 4.2.3.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本问题 SPWM脉冲信号的生成 2) 数字生成法1——自然采样法 是通过联立三角载波信号和正弦调制波信号的函数方程并求解出三角载波信号和正弦调制波信号交点的时间值，从而求出相应的脉宽和脉冲间隙时间以生成SPWM脉冲信号。 自然采样法实际上就是模拟比较法的数字实现，其原理如图4-32所示 。 4.2.3.2 正弦脉冲宽度调制（SPWM）的基本问题 SPWM脉冲信号的生成 2) 数字生成法1——自然采样法 若令三角载波幅值Ucm＝1，调制度为M，正弦调制波角频率为ωr，则正弦调制波的瞬时值为 由图4-32，并根据相似三角形的几何关系可得自然采样法SPWM脉宽t2的表达式为