课程设计---SPWM波生成方法探讨

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1、 1 SPWM 波生成方法探讨波生成方法探讨 1 PWM 控制技术 PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制， 来等效地获得所需要波形（含形状和幅值） 。调制：将一个波形（调制参考波）信号的有 关信息加到另一个波形上（载波） 。PWM 控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电 路的影响也最为深刻。现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是 PWM 型逆变电路。可以 说 PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才发展得比较成熟，才确定了它在电力 电子技术中的重要地位。 2 SPWM 控制技术 SPWM就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式， 脉冲宽度时间

2、占空比按正弦规率排列， 这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等，比 如高级一些的 UPS 就是一个例子。三相 SPWM 是使用 SPWM 模拟市电的三相输出，在变频器 领域被广泛的采用。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的 PWM 法。前面提到的 采样控制理论中的一个重要结论: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。SPWM 法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦 波等效的 PWM 波形即 SPWM 波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的 面积与所希望输

3、出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可 调节逆变电路输出电压的频率和幅值.该方法的实现有以下几种方案。 1）等面积法 该方案实际上就是 SPWM 法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲 2 序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的 方式生成 PWM 信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。由于此方法是以 SPWM 控制 的基本原理为出发点，可以准确地计算出各开关器件的通断时刻，其所得的的波形很接近 正弦波，但其存在计算繁琐，数据占用内存大，不能实时控制的缺点。 2）硬件调制法 硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺

4、点而提出的，其原理就是把所希望的波形 作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波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，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是 SPWM 波形。其 实现方法简单，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定 它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断进行控制，就可以生成 SPWM 波。但是，这种 模拟电路结构复杂，难以实现精确的控制。 3）软件生成法 由于微机技术的发展使得用软件生成 SPWM 波形变得比较容易，因此，软件生成法也 就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法，即自然 采样法

5、和规则采样法。 a 自然采样法 自然采样法是一种基于面积等效的能量转化形式，其基本原理如下：当正弦调制波与 等幅的三角载波在时间轴上相交时，令正弦调制波的零点与三角载波的顶点同相位，所得 交点为时间意义上的相位角和对应的瞬时幅值，交点间的相位区间段表示以正弦部分为有 效输出的矩形脉冲。 按照 SPWM 控制的基本思想，在正弦波和三角波的自然交点时刻控制功率开关器件的 通断，这种生成 SPWM 波形的方法称为自然采样法。正弦波在不同相位角时其值不同，因 而与三角波相交所得到的脉冲宽度也不相同。另外当正弦波频率变化或幅值变化时，各脉 冲宽度也相应变化。要准确生成 SPWM 波形，就应准确地计算出正

6、弦波和三角波的交点。 3 tUCsin r U t T s T s T off t on t on t off t a b p t 图 1 自然采样法生成 SPWM 波形 图中 t T为三角波的周期， r U为三角波的高， 正弦波为tU c sin， s T称为采样周期，2 ts TT。 由图可知： b T t b T t a T t a T t s off s on s on s off 2 2 2 2 利用三角形相似关系，解出 a，b。并带入左式得： )sin1( 2 )sin1( 2 )sin1( 2 )sin1( 2 2 2 1 1 tM T t tM T t tM T t tM T t s off s on s on s off 其中， rc UUM 为正弦波幅值对三角波幅值之比，称为调幅比，10 M。M 值越大， 则输出电压也越高。为正弦波角频率，改变， 则 PWM 脉冲