【摘要】:对于正弦波的负半周,可以用倒相技术或负值三角波来进行调制。图4-26单极性SPWM脉宽调制波形如图4-26用单相正弦波全波整流电压信号U s与单向三角形载波U c交截,再通过倒相得到功率开关驱动信号,或直接用参考正弦波与单向三角形载波交截产生功率开关驱动信号。
正弦波输出的逆变器,其控制电路可采用微处理器控制,如英特尔(Intel)公司生产的80C196MC、Microchip公司生产的PIC16C73等,这些单片机均具有多路PWM发生。
1.SPWM正弦波脉宽调制技术
SPWM的控制策略:迄今为止,已有多种不同的SPWM控制策略被提出,如自然采样法、规则采样法、△调制法、滞环电流控制法和指定次谐波消除法等。
一般说来,模拟电路大多采用自然采样法,即将正弦参考波与三角载波接在一比较器的两个输入端,比较器的输出即为产生的SPWM信号。信号的开关时刻由两波形的交点确定。用此种方法可方便地产生高频SPWM信号,其优点是信号精确,电路简单。缺点是脉冲稳定性差,抗干扰能力差。
用微机软件实时产生SPWM信号是一种既方便又经济可靠的方法,它的稳定性及抗干扰能力均明显优于相应模拟控制电路。此外用微机软件可以方便地实现具有多种优良性能,而用模拟电路很难实现的复杂的SPWM控制策略。目前使用微机产生SPWM信号最常用的控制策略是“规则采样法”。与“自然采样法”相比,规则采样法用电平按正弦规律变化的阶梯波代替了正弦波作为参考信号。这种改进大大减轻了计算PWM脉宽的工作量,使通过实时运算产生PWM波成为可能。现在很多系统均采用规则采样法,通过查表或查表与运算相结合,实时产生需要的PWM脉冲。
由于受微机字长、运算速度等因素的影响,目前用微机产生PWM调制信号大多只能应用于控制精度不高、载波频率较低的场合。在高载波频率下产生PWM信号,计算机就显得力不从心。如目前在软开关逆变器中开关频率一般均在20k Hz以上,这时PWM信号的载波周期小于50μs,而在一个载波周期内PWM脉冲又分为三个间隔,这样每一个间隔就显得非常短。采用目前广泛应用的51或98系列单片机,执行一条指令的最短时间为1μs或2μs。在这样短的时间内通过实时运算完成产生PWM波,显得非常勉强。即使是采用纯查表法,在这样短的时间内,微机要完成响应定时器中断,给定时器送新的时间常数,送出PWM脉冲,也仍然是手忙脚乱。这时,微机除了生成PWM脉冲外,基本上已很难再做其他事情。因此在实现高频PWM技术时,有的文献介绍用双单片机,一片单片机专用于产生PWM信号(这对于单片机的资源显然是一种浪费),另一片单片机温差实时监测与控制任务。有的则只好用独立的模拟电路或数字模拟混合电路构成PWM信号发生器。
(1)自然采样法。
直接用正弦波曲线和等腰三角波曲线相交点作为管子的开关点。
由于这种方法在一个三角波上的两个相交点与三角波的中心线不对称,所以难以用计算机进行实时控制与模拟。虽然也可以用查表法产生SPWM波形,但将占用大量的内存空间。
(2)规则采样法。
这种方法的着眼点是设法得到一系列等间距的SPWM脉冲,使各个脉冲对三角载波的中心线对称,从而便于用计算机进行实时波形产生。
2.SPWM脉宽调制波形的产生
如果需要输出正弦电压波形,可用一个正弦波(调制信号f s)切割一个等腰三角波(载波信号f c),当正弦波幅度U s大于三角波幅度U c时,SPWM输出为高电平“1”,当正弦波幅度U s小于三角波幅度U c时,SPWM输出为高电平“0”。SPWM输出为一两侧窄中间宽的等幅不等宽的脉冲序列,但各脉冲的中心线间是等距的,且脉宽和正弦曲线下的积分面积成正比,即宽度按正弦规律变化,故称为SPWM脉宽调制。对于正弦波的负半周,可以用倒相技术或负值三角波来进行调制。
载波比:

(1)单极性SPWM脉宽调制波形。

图4-26 单极性SPWM脉宽调制波形(自然采样法)
如图4-26用单相正弦波全波整流电压信号U s与单向三角形载波U c交截,再通过倒相得到功率开关驱动信号,或直接用参考正弦波与单向三角形载波交截产生功率开关驱动信号。
(2)双极性SPWM脉宽调制波形(图4-27)。

图4-27 双极性SPWM脉宽调制波形(规则采样法)
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