目录如下:
- 01. 基础介绍
- 02. 单极性调制
- 03. 单极性倍频调制
- 04. 双极性调制
- 05. 特性比较
- 5.1 THD比较
- 5.2 功耗比较
01. 基础介绍
SPWM是一种通过调节脉冲宽度(脉冲占空比)来调节输出电压的一种方法,是在PWM 技术的基础上通过改变调制脉冲方式,使得脉冲宽度按正弦规律变化的一种技术。SPWM技术是根据面积等效原理,基于此原理,SPWM 技术可以理解为,把电压正弦波分为N等份,然后把每一等份正弦曲线与横轴所围成的面积都等效为一个与此面积相等的等幅且不等宽的矩形脉冲波。
如图所示,以正弦波作为调制波,对称等腰三角波作为载波,当调制正弦波曲线与三角 载波相交时,在交点的时刻产生控制脉冲信号,用来控制功率开关管的导通与关断,这样逆变桥输出端就得到一组等幅不等宽且面积正比于对应区间调制波函数值的矩形脉冲,通过调整调制波的频率和幅值参数可以改变逆变电路输出电压的频率和幅值大小。
SPWM 调制技术一般有单极性调制,单极性倍频调制和双极性调制等三种方法;其中,单极性SPWM技术通常用于全桥拓扑,不适宜用于半桥拓扑。
02. 单极性调制
单极性SPWM调制法是指参与调制的载波三角波和调制正弦波的极性处于同一方向不变。使用单极性调制时,其中一个桥臂的功率开关管随调制正弦波的半个周期开通或关断,另一个桥臂的功率开关管随载波的频率开通或关断。
M2、M3随正弦调制波的半个周期开通或关断,M4、M5载波频率高频开通或关断
桥臂之间的电压、电流波形
负载电阻上的电压、电流波形
03. 单极性倍频调制
使用两个互差180°的正弦调制波,M2、M3、M4、M5这4个开关管均为高频开通或关断
桥臂之间的电压、电流波形
负载电阻上的电压、电流波形
04. 双极性调制
使用正弦调制波与三角载波进行比较,产生PWM脉冲
桥臂之间的电压、电流波形
负载电阻上的电压、电流波形
05. 特性比较
三种调制方式所使用的元器件参数均相同,在此条件下比较THD、IGBT功耗之间的差异。
5.1 THD比较
测试三种调制方式的输出电压、输出电流谐波状况
a. 单极性调制
b. 单极性倍频调制
c. 双极性调制
从上面的三张图可以看出,单极性调制的输出电压/电流谐波最小,单极性倍频居中,双极性的谐波分量最大。
5.2 功耗比较
上表的数据为LTspice仿真得出来的,没有和实际数据进行比较,因此只是从仿真结果来进行分析。
单极性调制有高频桥臂和低频桥臂的区别,损耗差异较明显,另外高频桥臂的损耗很大,有好几kW,此处留白,留待后续分析。
单极性倍频调制与双极性调制相比,损耗较小。