PWM控制原理详解

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：PWM 控制的理论基础是面积等效原理，即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。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。像这种脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形，称为SPWM 波形。图6.2冲量相等的各种窄脉冲的响应波形图6.3用PWM 波代替正弦半波要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按照统一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

PWM 控制的理论基础是面积等效原理，即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。

图6.1 给出了4 个形状不同的窄脉冲，但它们的面积（冲量）都等于1，将它们分别加到图6.2（a）所示的电流具有惯性环节的RL 电路中，所得到的响应如图6.2（b）所示。从图6.2（b）可以看出，分别以4 个窄脉冲作为输入加在RL 电路中得到的电流波形非常接近。在i（t）的上升段，i（t）的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i（t）响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i（t）也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i（t）在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。

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图6.1　形状不同而冲量相同的4 种窄脉冲

正弦波脉宽调制的控制原理是：利用逆变器的开关元件，由控制线路按一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一组等幅而不等宽的脉冲序列。此脉宽基本按正弦分布，以此脉冲列来等效正弦电压波形。把图6.3（a）的正弦半波分成N 等份，就可以把正弦半波看成由N 个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到图6.3（b）所示的脉冲序列，这就是PWM 波形。可以看出，各脉冲的幅值相等，而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。像这种脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形，称为SPWM 波形。

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图6.2　冲量相等的各种窄脉冲的响应波形

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图6.3　用PWM 波代替正弦半波

要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按照统一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

PWM控制原理详解

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