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PWM控制技术
PWM 控制技术主要内容：PWM 控制的基本原理、控制方式与 PWM 波形的生成方法，PWM 逆变电 路的谐波分析，PWM 整流电路。
重点：PWM 控制的基本原理、控制方式与 PWM 波形的生成方法。
难点：PWM 波形的生成方法，PWM 逆变电路的谐波分析。
基本要求：掌握PWM 控制的基本原理、控制方式与PWM 波形的生成方法，了解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型 PWM 逆变电路，了解PWM 整流电路。
PWM (Pulse Width Modulation)控制——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、4章已涉及这方面内容： 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变 频电路。
本章内容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控制技术正是有赖丁在逆变电路中的应用，才确定了它在电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，也介绍PWM 整流电路1 PWM 控制的基本原理理论基础：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。
低频段非常接近，仅在图6-1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理： 分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L 电路)上，如图6-2a 所示c 其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b 所示。
从波形可以看出，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)响应波形的差异局频段略有差异/(f)+ F7IC3b)C ) d)a) b)图6-2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积(冲量)相等，宽度按正弦规律变化。
第6章 PWM控制技术
调制法
1）
计算法和调制法
V1 Ud + V2 ur uc VD1 R VD2 uo V3 L V4 VD3
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明
VD4
信号波 载波
调制 电路 图6-4
图4 单相桥式PWM逆 变电路
工作时V1和V2通断互补，V3和V4通断也互补
控制规律： 以uo正半周为例，V1通，V2断，V3和V4交替通断
Ud 负 载
C+ C+ C+ -
A A A
-
iU + iV + iW +
i*U i*V i*W
图 三角波比较方式电流跟 踪型逆变电路
三相三角波 发生电路
特点 基本原理
图6-27
* 、i* 和i* 和实际输出电流i 、i 、i 把指令电流 i 为改善输出电压波形，三角波载波常用三相 U V W U V W 和滞环比较控制方式相比，这种控制方式 开关频率固定，等于载波频率，高频滤波 不是把指令信号和三角波直接进行比较，而是通过 放大器 A通常具有比例积分特性或比例特性，其系 进行比较，求出偏差，通过放大器 A放大后，再去 闭环来进行控制 器设计方便 三角波载波 数直接影响电流跟踪特性 输出电流所含的谐波少 和三角波进行比较，产生 PWM波形
滞环比较方式
跟踪型PWM变流电路中，电流跟踪控制应用最多
Ud 2 Ud 2
V D1 i
V D2
V1 + i* i
i
i
i*
i * + I
V2
-
O
t i * - I 图 6-23
负载
L 图 6-22
电抗器L的作用 图 滞环比较方式电流跟 踪控制举例
脉冲电路PWM调制PPT课件
是一种通过调节脉冲宽度来控制输出电压或电流的调制方式。
脉冲宽度
指高电平持续的时间，通常用占空比表示，即脉冲宽度与周期的比 值。
PWM调制的基本原理
通过改变脉冲宽度来等效改变输出电压或电流的大小。
PWM信号的生成原理
采样控制理论
PWM信号的生成基于采样控制理论，通过对输入信号进行采样，并根据采样结果生成相 应的PWM信号。
电流模式控制PWM调制是通过检测输出电流的占空比来实现对输出电流的控制。
电流模式控制PWM调制具有电流响应速度快、控制精度高等优点，因此在许多应用 中得到广泛应用。
电流模式控制PWM调制的主要缺点是可能会产生较大的输出电流纹波。
电压和电流模式比较
电压模式控制PWM调制和电流模式控制PWM调制各有优缺点，具体选择哪种方式要根据 实际应用需求来决定。
PWM调制技术在能源转换、电机控制、通 信等领域具有广泛的应用前景，随着技术 的不断成熟，其应用领域将进一步拓展。
经济价值
社会效益
PWM调制技术的推广应用将带来显著的经 济效益，有助于推动相关产业的发展和经 济增长。
PWM调制技术的节能减排效果明显，对于 应对全球气候变化、推动可持续发展具有 重要意义。
04 PWM调制在脉冲电路中 的优势与挑战
PWM调制在脉冲电路中的优势
高效能
PWM调制能够有效地控 制脉冲宽度，从而提高 脉冲电路的能量效率。
灵活性高
PWM调制允许在单个脉 冲中实现多个级别的电 压或电流，从而提供更
大的灵活性。
易于实现
PWM调制可以通过简单 的数字或模拟电路实现， 降低了设计和实现的复
线性度
PWM信号的线性度取决于采样电 路和PWM生成电路的设计，高质 量的PWM信号应具有良好的线性
脉冲宽度
指高电平持续的时间，通常用占空比表示，即脉冲宽度与周期的比 值。
PWM调制的基本原理
通过改变脉冲宽度来等效改变输出电压或电流的大小。
PWM信号的生成原理
采样控制理论
PWM信号的生成基于采样控制理论，通过对输入信号进行采样，并根据采样结果生成相 应的PWM信号。
电流模式控制PWM调制是通过检测输出电流的占空比来实现对输出电流的控制。
电流模式控制PWM调制具有电流响应速度快、控制精度高等优点，因此在许多应用 中得到广泛应用。
电流模式控制PWM调制的主要缺点是可能会产生较大的输出电流纹波。
电压和电流模式比较
电压模式控制PWM调制和电流模式控制PWM调制各有优缺点，具体选择哪种方式要根据 实际应用需求来决定。
PWM调制技术在能源转换、电机控制、通 信等领域具有广泛的应用前景，随着技术 的不断成熟，其应用领域将进一步拓展。
经济价值
社会效益
PWM调制技术的推广应用将带来显著的经 济效益，有助于推动相关产业的发展和经 济增长。
PWM调制技术的节能减排效果明显，对于 应对全球气候变化、推动可持续发展具有 重要意义。
04 PWM调制在脉冲电路中 的优势与挑战
PWM调制在脉冲电路中的优势
高效能
PWM调制能够有效地控 制脉冲宽度，从而提高 脉冲电路的能量效率。
灵活性高
PWM调制允许在单个脉 冲中实现多个级别的电 压或电流，从而提供更
大的灵活性。
易于实现
PWM调制可以通过简单 的数字或模拟电路实现， 降低了设计和实现的复
线性度
PWM信号的线性度取决于采样电 路和PWM生成电路的设计，高质 量的PWM信号应具有良好的线性
第7章_PWM控制技术 2
（7-4） （7-5）
t1 t 3
1 Tc t 2 2
7.3.2 PWM逆变电路控制技术
■特定谐波消去法 ◆是计算法中一种较有代表性的方法。 ◆考虑到PWM波四分之一周期对称，如果在输出电压波形的四分之一周期 内，共有n个α值，除去用一个自由度来控制基波幅值外，可以消去n－1个频 率的特定谐波。
7.3.1 PWM逆变电路
■单相桥式PWM逆变电路（调制法）
◆单极性PWM控制方式 ☞调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正 半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负 极性的三角波。 ☞在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断 态。 √当ur>uc时使V4导通，V3关断，uo=Ud 。 √当ur<uc时使V4关断，V3导通，uo=0。 ☞在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通 态。 √当ur<uc时使V3导通，V4关断， uo=-Ud。 √当ur>uc时使V3关断，V4导通，uo=0。 ☞三角波载波在信号波正半周期或负半周 期里只有单一的极性，所得的 PWM 波形在 半个周期中也只在单极性范围内变化，即： 正半周为正极性（+Ud ）和零；负半周为负 极性（-Ud ）和零——单极性控制方式。
实线表示 输出频率 增高时的 切换频率
虚线表示 输出频率 降低时的 切换频率
图7-17 分段同步调制
■分段同步调制 ◆把fr范围划分成若干个频段， 每个频段内都保持载波比N为恒定 ，不同频段的载波比不同。 ◆在fr高的频段采用较低的载波 比，以使fc不致过高，限制在功率 开关器件允许的范围内。 ◆在fr低的频段采用较高的载波 比，以使fc不致过低而对负载产生 不利影响。 ◆为了防止fc在切换点附近的来 回跳动，在各频率切换点采用了滞 后切换的方法。 ◆有的装置在低频输出时采用异 步调制方式，而在高频输出时切换 到同步调制方式，这样可以把两者 的优点结合起来，和分段同步方式 的效果接近。
第七章(PWM)控制
tO
tO
t
uo2
uo2
uo2
O
a)
tO
tO
t
b)
c)
a) uc=0
b) uc>0
c) uc<0
第十九页，共44页。
(三) 数字式脉宽调制器
❖ 控制信号是数字，其值确定脉冲的宽度。 ❖ 随控制信号的变化而改变脉冲序列的占空比
τ/T。
❖ 当维持调制脉冲序列的周期不变，通过改变
脉冲的宽度，就能达到改变占空比τ/T的目的。
C
R8 R10
V3
a
R13 V1
R5 R6
∞
- + uP + N2
R7
VDR1 14
b VD2
R15
uo1
V2
V5
R16
R11
R17
V4
uo2
R12
R18
-Ec
第十八页，共44页。
单极性脉宽调制器输出波形
uc-uP
uc-uP
uc-uP
+1.2V O
t
uOk
O t
t
-1.2V
uk
uo1
uo1
uo1
O
第二十页，共44页。
用微处理机来实现数字脉宽调制极其容易，通常的 方法有两种：
❖ 用软件方式来实现，即通过执行软件延时循环程序交 替改变端口某个二进制位输出逻辑状态来产生脉宽调 制信号，设置不同的延时时间得到不同的占空比。 优点：简单、灵活、省硬件 缺点：需要占用CPU许多处理时间，对微处理机的 速度要求很高，于控制不利；
反相积
分器
U om
UR2R 3R3uoR2R 2R3uo1
PSPWM控制PPT课件
D4 C4
Q2
Q4
K:1 D6
D8 D
图2.1 PS-FB ZVS-PWM DC/DC变换器原理图
Vo Rload
❖ C1~C4开关管外并电容或寄生电容 ❖ Lr串联电感或变压器漏感 ❖ Cb隔直电容，隔直电压一般为电源电压的10%
.
6
工作过程(续)
Q1
Q2
Q1
Q4
Q3
Q4
ip
I0
I2
VAB
0
Vin
断
Q1
Q4
断
ZVS
ZVS
ZVS
ZVS
开通
开通
开通
开. 通
9
工作过程(续)
Q1
Q2
Q1
Q4
Q3
Q4
ip
I0
I2
VAB
0
Vin
Vrect 0
Vin/K
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12
Q1 D2 Q4 D3
Q2 D1 Q3 D1
Q1
软 开 软开
软开 关 开
DR1
DR2
id6 iD7 iDR2
t2
t4
t5
.
图3.1 副边整流二极管换流波形
14
3.4输出整流管的寄生振荡
❖ 整流桥的寄生振荡产生于变压器的漏感Lr与变压器绕组 电容和整流管的结电容之间。
❖ 减小副边寄生振荡: RC、RCD缓冲电路 原边侧加二极管箝位缓冲电路等
.
15
4主电路参数设计
❖ 下面分别给出PWM控制和ZVS PWM控制全桥电路的主要 参数设计过程。
断
电力电子变频器及PWM控制原理PPT课件
2.1 交-交变频器
❖ 交-交变频器直接把恒压恒频（Constant Voltage Constant Frequency，简称CVCF）的交流电源变换成变压变频
（VVVF）的交流电源，又称为直接变频装置。有时也 称作周波变换器(Cycloconveter）。
CVCF
VVVF
AC
交－交变频
AC
50Hz~
uIV =U dm co IsV
式中，Udm 是整流组输出的最高直流电压。
w 当I组开放时， uA =uI 即 U Am sin t= U dc moIs
于是
I
=ar
c(cUoAsm siw nt)
Udm
IV= I
对于三相交-交变频器，B、C两相的期望输出电压应与A相的 正弦输出电压大小相同，相位上互差120，各整流组的控制 角必须按照本相输出电压的要求运算获得。
❖ 鉴于以上各方面的特点，交-交变频器特别适用于 低速、大容量的调速系统，如轧钢机、球磨机、 水泥回转窑等。这类机械由交-交变频器供电的低 速电机直接拖动，可以省去庞大笨重的齿轮减速 箱，极大地缩小装置的体积，减少日常维护，提 高系统性能。
这些设备都是直流调速系统中常用的可逆整流装 置，在技术上和制造工艺上都很成熟，目前国内 有些企业已有可靠的产品。
iC
输出电压可表示为：
图2-6 矩阵式交-交变频器的简化结构
uA SAa SAb SAcua uB=SBa SBb SBcub uC SCa SCb SCcuc
❖ 在纯电阻性负载下，MC的最高输出频率可达300Hz以上，在电动机 负载下，也能达到额定频率以上，但最高输出电压有一个限制。当要 求输出电流为正弦波并采用高频调制时，最高输出电压为输入电压的 0.866倍。
PWM 控制器SG的 调频原理PPT课件
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结语
利用PWM控制器SG3525实现变频控制，电路简单、性能可靠。上述思路与 方法已应用在大范围可调的开关电源的设计中，效果良好。其他的PWM控制 器芯片也可参照此实现变频控制。
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谢谢观看 第15页/共16页
谢谢您的观看！
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ห้องสมุดไป่ตู้F－2
V
BE=
5
.
1-2×0.6=
第11页/共16页
3.
9
V
V6值在脚6流出电流的一定范围内不变，可以看成一个+3.9V的电压源。见 图4。
IC=IR+IR=（3.9-Vk）/R1+3.9/R2 tp=CT(VH-VL)/IC=2.36CT/ICT
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在大1.8R。m1此、A时R内2，。、VCkT控选
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PWM脉宽频率的分析
图2中，Q1、Q3与RT一起组成一个恒流源，流过电容 CT的电流IC等于流过电阻RT的电流IR，即
IC=IR=(5.1-0.6-0.6)/RT=3.9/RT。 上电时，电容CT电压（脚5电压）VC=0，Q5、Q6 截止，Q8、Q9、Q12、Q13导通，Q11、Q14、Q4、 Q2截止，电容CT开始充电。当电容CT电压VC（Q6基 极电压）大于此时的Q9基极电压VH时，Q5、Q6导通， Q8、Q9、Q12、Q13截止，Q11、Q14、Q4、Q2导 通，电容CT通过电阻RD与Q2放电，同时Q9基极电压 降为VL。当电容CT电压VC下降到＜Q9基极电压VL时， Q5、Q6截止，Q8、Q9、Q12、Q13导通，Q11、 Q14、Q4、Q2截止，电容CT开始充电。如此循环， 脚5电压就形成了锯齿波。
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通用变频器的基本原理
1交-直-交变频 器的基本工作 原理
2变频器的分 类
3通用变频器的面板结构
ELEMENT ONE
A
B
ABC
C ELEMENT THREE
ELEMENT TWO
4通用变频器的接 线端子
1.1.2 SPWM控制技术原理 我们期望通用变频器的输出
电压波形是纯粹的正弦波形，
u
但就目前技术而言，还不能
δ 1
δ 2
δ
t
制造功率大、体积小、输出
波形如同正弦波发生器那样
Umsinωt 标准的可变频变压的逆变器。 目前技术很容易实现的一种
方法是：逆变器的输出波形
θθ
θ
ωt
是一系列等幅不等宽的矩形
1
2
t
脉冲波形，这些波型与正弦
图1.1.10 单极式SPWM电压波形
波等效，如图1.1.10所示。
1交-直-交变频 器的基本工作 原理
2变频器的分 类
3通用变频器的面板结构
ELEMENT ONE
A
B
ABC
C ELEMENT THREE
ELEMENT TWO
4通用变频器的接 线端子
1.1.2 SPWM控制技术原理 我们期望通用变频器的输出
电压波形是纯粹的正弦波形，
u
但就目前技术而言，还不能
δ 1
δ 2
δ
t
制造功率大、体积小、输出
波形如同正弦波发生器那样
Umsinωt 标准的可变频变压的逆变器。 目前技术很容易实现的一种
方法是：逆变器的输出波形
θθ
θ
ωt
是一系列等幅不等宽的矩形
1
2
t
脉冲波形，这些波型与正弦
图1.1.10 单极式SPWM电压波形
波等效，如图1.1.10所示。