1、单极性正弦波单极性正弦波脉宽调制电路脉宽调制电路一、脉宽调制控制电路的工作原理一、脉宽调制控制电路的工作原理+N-R2R3RPR1RLUPu0ukUbECULVVD图9-8 PWM控制电路原理n运算放大器N在开环状态，可将连续电压信号变成脉冲电压信号。二极管VD在V断开时为感性负载RL提供释放电感储能形成续流回路。N的反相端输入三个信号：一个是三角波调制信号up，其频率是主电路所需的开关调制频率；另一个是控制电压uc,其极性与大小随时间可变；再一个是负偏置电压uo,其作用是在uc=0时通过Rp的调节使比较器的输出电压ub为宽度相等的正负方波，如图a所示。当控制电压uc0时，锯齿波过零的时间提前
2、，结果在输出端得到正半波比负半波窄的调制方波，如图b所示。当ucT时ub1,ub4变正，但由于电枢反电动势的作用，V1，V4不能立即导通，ia沿回路经VD4，VD1续流反向电流ia降至零后，VD4，VD1切断，V1，V4，导通。四、同步式与异步式脉宽调制控制电路四、同步式与异步式脉宽调制控制电路n定义：调制控制中，若载波信号为等腰定义：调制控制中，若载波信号为等腰三角波，基准信号采用正弦波，则称为三角波，基准信号采用正弦波，则称为正弦波脉宽调制，简称正弦波脉宽调制，简称SPWM。图9-19 单极性正弦波脉宽调制a)b)UAB倒相器正弦波基准信号振荡器三角波振荡器半波整流电路比较器V1M半波整流
3、电路比较器V2V3V4ECABuPuc-ucE-ucucuPuOO-Ett相关电路及相应功能相关电路及相应功能n该电路运用运放及二极管实现对输入的三角波信号进行处理得到单极性的三角波，即up。n该部分电路对正弦波信号进行半波整流，得到uc。n该部分电路对反相后的正弦波进行整流，得到-uc。n该电路是个比较器，通过比较up和uc,up和-uc，产生正弦脉冲，来控制晶体管工作。n正弦波经整流输出与三角波信号up比较产生正脉冲使功率晶体管V1,V2工作，使电源E通过V1,V4，在AB两端形成正的电压脉冲UAB；而正弦波uc的负半波经倒相成正半波再经整流后与三角波比较产生正脉冲使V2、V3管工作，则在
4、AB两端形成负的电压脉冲UBA。n单极性单极性:指载波信号与基准信号始终保持指载波信号与基准信号始终保持同极性的关系，即正弦波处于正半周时，同极性的关系，即正弦波处于正半周时，载波信号在正值范围内变化，产生正的载波信号在正值范围内变化，产生正的调制脉冲列。而正弦波处于负半周时，调制脉冲列。而正弦波处于负半周时，产生负的调制脉冲列。产生负的调制脉冲列。n采用正弦波调制后的输出电压脉冲采用正弦波调制后的输出电压脉冲UAB具具有以下特点：在半个周期内，两边的脉有以下特点：在半个周期内，两边的脉冲宽度小，中间的脉冲宽度大，各脉冲冲宽度小，中间的脉冲宽度大，各脉冲的宽度基本上按正弦分布。它比单极性的宽度
5、基本上按正弦分布。它比单极性直流脉宽调制的输出电压波形更接近于直流脉宽调制的输出电压波形更接近于正弦。正弦。n定义载波频率定义载波频率fp与调制波频率与调制波频率fk之比为载之比为载波比波比N，即即N=fp/fk。用三角波用三角波up幅值幅值Upm与正弦波与正弦波uk幅值幅值Ukm之比之比m=Upm/Ukm表示表示调节脉冲宽度的能力，调节脉冲宽度的能力，m愈大，愈大，uk幅值就幅值就愈小，则等高不等宽脉冲宽度变窄，输愈小，则等高不等宽脉冲宽度变窄，输出电压减小。根据载波比的变化与否可出电压减小。根据载波比的变化与否可分为同步式调制控制与异步式调制控制。分为同步式调制控制与异步式调制控制。（一）
6、同步式调制控制（一）同步式调制控制n在同步式调制控制方式中，在同步式调制控制方式中，N为常数，即变频为常数，即变频时控制电路的三角载波频率与正弦调制波的频时控制电路的三角载波频率与正弦调制波的频率要同步变化，从而保持脉宽调制信号波形数率要同步变化，从而保持脉宽调制信号波形数和相位不变。如果取和相位不变。如果取N等于等于3的倍数，则同步的倍数，则同步调制控制能保证逆变器输出波形的正、负半波调制控制能保证逆变器输出波形的正、负半波始终保持对称，对于三相逆变器能严格保证三始终保持对称，对于三相逆变器能严格保证三相输出波形间具有互差相输出波形间具有互差120的对称关系。的对称关系。n但是，当输出频率很
7、低时，由于相邻两脉冲间但是，当输出频率很低时，由于相邻两脉冲间的间距增大，谐波会显著增加，使负载电动机的间距增大，谐波会显著增加，使负载电动机产生较大的脉动转矩和较强的噪声，这是同步产生较大的脉动转矩和较强的噪声，这是同步式调制控制方式的主要缺点。式调制控制方式的主要缺点。（二）异步式调制控制（二）异步式调制控制n 当三角载波信号频率一定时，若只改变当三角载波信号频率一定时，若只改变正弦波基准信号的频率，即让载波比正弦波基准信号的频率，即让载波比N不不为常数，同样可以改变输出电压的频率，为常数，同样可以改变输出电压的频率，这样正、负半周的脉冲数和相位在不同这样正、负半周的脉冲数和相位在不同的输
8、出频率下，就不完全对称，把这种的输出频率下，就不完全对称，把这种控制方式称为异步式脉宽调制控制方式。控制方式称为异步式脉宽调制控制方式。n由于正、负半周输出脉冲不对称，会出现偶次由于正、负半周输出脉冲不对称，会出现偶次的高次谐波，但是在低频输出时，每周内所包的高次谐波，但是在低频输出时，每周内所包含的脉冲数增多，相应地可减少负载电动机的含的脉冲数增多，相应地可减少负载电动机的转矩脉动，改善了低频工作的特性。在改善低转矩脉动，改善了低频工作的特性。在改善低频工作的同时，异步式调制不会失去同步式调频工作的同时，异步式调制不会失去同步式调制的优点，即在半个周期内，各脉冲的宽度基制的优点，即在半个周期内，各脉冲的宽度基本上按正弦分布。但当载波比随着输出频率的本上按正弦分布。但当载波比随着输出频率的降低而连续变化时，使逆变器输出电压的波形降低而连续变化时，使逆变器输出电压的波形及其相位都发生变化，很难保持三相输出间的及其相位都发生变化，很难保持三相输出间的对称关系，因而引起电动机工作的不平稳。对称关系，因而引起电动机工作的不平稳。
