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1、单极性正弦波 脉宽调制电路 一、脉宽调制控制电路的工作原理 + + N - R2 R3 RP R1 RL UP u0 uk Ub EC UL V VD 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
2、时间提前，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 n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 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 V1 M 半波整 流电路 比较器 V2 V3 V4 E C AB uP uc-uc
3、E -ucuc uP u O O -E t t 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AB两端形成负
4、的电压脉冲UBA。 n单极性: 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 ，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 ，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UAB具 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 的宽度基本上按正弦分布。它比单极性 直流脉宽调制的输出电压波形更接近于 正弦。 n定义载波频率fp与调制波频率fk之比为载 波比N，即N=fp/fk。用三角波up幅值Upm 与正弦波uk幅值Ukm之比m=Upm/Ukm表示 调节脉冲宽度的能力，m愈大，uk幅值就 愈小，则等高不等宽脉冲宽度变
5、窄，输 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 。 （一）同步式调制控制 n在同步式调制控制方式中，N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 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N等于3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 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120的对称关系。 n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 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。 （二）异步式调制控制 n 当三角载波信号频率
6、一定时，若只改变 正弦波基准信号的频率，即让载波比N不 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。 n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 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 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 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 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。
