《SPWM的波形与生成原理精讲》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SPWM的波形与生成原理精讲（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、采样控制理论中有一个重要结论： 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。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器 件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些 脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可 改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。f(t)丄f(切f 血4采样控制理论基础S(t):.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；.：冲量扌o窄脉冲的面积；OOO.：效果基本相a)，是指环节的隸出响应波形基本)同；.：将输出波形进行付氏分解，低频段非常接
2、近，仅在高频段略d) 有差异。图6-1.：典型惯性环节就是电感负载。自然采样法是一种基于面积等效理念的能量转换形式，其原理极为简单而且直观，并具备 十分确切的数理依据，通用性及可操作性也很强。当正弦基波与若干个等幅的三角载波在 时间轴上相遇时，并令正弦波的零点与三角波的峰点处于同相位(图2a)，所得的交点) 表达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 输出的矩形脉冲群。uuu c ruuoUoudofO-Ud调制法得到 PWM 波有两种方法：单极性和 双极性。两者区别在于三角载波的不同。 单极性 PWM 控制方式：: 在u和u的交点时刻控制IGBT的通断u
3、正周C , V保持通，V保持断-当u u时使V通，V 2断，u = Ur c43o d-当u u时使V断，V通，u =0u负半周，CV保持断，V3保持通-当u u时使V断，V通，u =0虚线u表示u的基波分量ofo由此，SPWM波的基本概念是每一周期的基波与若干个载波进行调制（载波的数量与 基波之比即为载波比），并依次按正弦函数值定位的有效相位区间集合成等幅不等宽且 总面积等效于正弦量平均值的正弦化脉冲序列。对应于正弦量的正负半周，实施双路调制或 单路分相处理及放大后，控制驱动功率开关器件运行，最终得正弦化交流量的样本波形如（图 3）所示，滤波后流经负载的电流即为正弦波电流。逆变技术的核心标的
4、是求得频率的变换，是将直流量变换为给定频率或输出频率可变的正弦 交流量，逆变技术本身是一种手段。其中，更为广泛的工程应用是AC-DC-AC变换,疋 ZSVD3V4,丿VD4VD1R L V和V通断互补，V和V通断互1 补。23 4载波V直断: u正半周，对应于V 直通， _断V和V交替通断；2 3 4当V4导通时，R,L图6-4压为 Ud,即U等于U。当V3导通 时，实际上此时电流从VD3进 行续流，注意 V3 中并没有流 过电流，R丄两端电压U=0;U负半周，让V直通0 V 直断，V和V交替通断。导通 规律和上3面类4 似，注意续流 的通道是V2和VD4。同学们还需要注意一点，就 是当U刚刚
5、由正半周进入负半 周时，电流方向和电压方向 相反，此时有段向电源反 向充电的续流过程。通过 VD2 和VD3进行续流。 PWM控制技术用于逆变电路 PWM控制技术在逆变电路中的应用最具代表性正是由于在逆变电路中广泛而成功的应用，才奠定了PWM控制技术在电力电子技术中的突出地位除功率很大的逆变装置外，不用PWM控制的逆变电路已十分少见第5章因尚未涉及到 PWM控制技术，因此对逆变电路的介绍 是不完整的。学完本章才能对逆变电路有较完整的认识 PWM控制技术的地位 PWM控制技术是在电力电子领域有着广泛的应用，并对电力电 子技术产生了十分深远影响的一项技术器件与PWM技术的关系 IGBT、电力 MO
6、SFET等为代表的全控型器件的不断完善给PWM控制技术提供了强大的物质基础 PWM控制技术用于直流斩波电路直流斩波电路实际上就是直流PWM电路，是PWM控制技术应用较早也成熟较早的一类电路，应用于直流电动机调速系统就构 成广泛应用的 直流脉宽调速系统 PWM ( Pulse Width Modulation )控制 一一脉冲宽度调制 技术，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)第3章：直流斩波电路采用本章主要内容 PWM控制技术在 逆变电路 中应用最广，应用的逆变电路 绝大部分是 PWM 型， PWM 控制技术正是有赖于在逆变 电路中的应用，才确定了它在电
7、力电子技术中的重要地 位；本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术。* PWM控制技术用于交流一交流变流电路斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路是PWM控制技术在这类电路中应用的代表目前其应用都还不多但矩阵式变频电路因其容易实现集成化，可望有良好的发展前景梯形波为调制信号的PWM控制1.17 GTR 对基极驱动电路的要求是什么？ 答：要求如下：(1)提供合适的正反向基流以保证GTR可靠导通与关断,2)实现主电路与控制电路隔离，（3）自动保护功能，以便在故障发生时快速自动切除驱动信号避免损坏 GTR。（4）电路尽可能简单，工作稳定可靠，抗干扰能力强。1.18在大功率GTR组成的开关电路中为
8、什么要加缓冲电路？答：缓冲电路可以使 GTR 在开通中的集电极电流缓升，关断中的集电极电压缓升，避免了 GTR 同时承dudi受高电压、大电流。另一方面，缓冲电路也可以使GTR的集电极电压变化率和集电极电流变化率丘得dtdt到有效值抑制，减小开关损耗和防止高压击穿和硅片局部过热熔通而损坏 GTR。1.19与GTR相比功率MOS管有何优缺点？答：GTR是电流型器件，功率MOS是电压型器件，与GTR相比，功率MOS管的工作速度快，开关 频率高，驱动功率小且驱动电路简单，无二次击穿问题，安全工作区宽，并且输入阻抗可达几十兆欧。但功率 MOS 的缺点有：电流容量低，承受反向电压小。1.20从结构上讲，
9、功率MOS管与VDMOS管有何区别？答：功率MOS采用水平结构，器件的源极S,栅极G和漏极D均被置于硅片的一侧，通态电阻大，性能 差，硅片利用率低。VDMOS采用二次扩散形式的P形区的N+型区在硅片表面的结深之差来形成极短的、可 精确控制的沟道长度（13 m ）、制成垂直导电结构可以直接装漏极、电流容量大、集成度高。1.21试说明VDMOS的安全工作区。答： VDMOS 的安全工作区分为：（1）正向偏置安全工作区，由漏电源通态电阻限制线，最大漏极电流限 制线，最大功耗限制线，最大漏源电压限制线构成。（2）开关安全工作区：由最大峰值漏极电流I，最大CMdi漏源击穿电压BU最高结温I所决定。（3）
10、换向安全工作区：换向速度丁一定时，由漏极正向电压UDSJMdtDS和二极管的正向电流的安全运行极限值I决定。FM1.22试简述功率场效应管在应用中的注意事项。答：（1）过电流保护，（2）过电压保护，（3）过热保护，（4）防静电。1.23与GTR、VDMOS相比，IGBT管有何特点？答: IGBT的开关速度快，其开关时间是同容量GTR的1/10, IGBT电流容量大，是同容量MOS的10倍； 与VDMOS、GTR相比，IGBT的耐压可以做得很高，最大允许电压U可达4500V，IGBT的最高允许结温TCEMJM为150C，而且IGBT的通态压降在室温和最高结温之间变化很小，具有良好的温度特性；通态压降是同一 耐压规格VDMOS的1/10，输入阻抗与MOS同。1.25在SCR、GTR、IGBT、GTO、MOSFET、IGCT及MCT器件中，哪些器件可以承受反向电压？哪 些可以用作静态交流开关？答：SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT都可承受反向电压。SCR可以用作静态开关。
