目錄如下:
- 01. 基礎介紹
- 02. 單極性調制
- 03. 單極性倍頻調制
- 04. 雙極性調制
- 05. 特性比較
- 5.1 THD比較
- 5.2 功耗比較
01. 基礎介紹
SPWM是一種通過調節脈沖寬度(脈沖占空比)來調節輸出電壓的一種方法,是在PWM 技術的基礎上通過改變調制脈沖方式,使得脈沖寬度按正弦規律變化的一種技術。SPWM技術是根據面積等效原理,基于此原理,SPWM 技術可以理解為,把電壓正弦波分為N等份,然后把每一等份正弦曲線與橫軸所圍成的面積都等效為一個與此面積相等的等幅且不等寬的矩形脈沖波。
如圖所示,以正弦波作為調制波,對稱等腰三角波作為載波,當調制正弦波曲線與三角 載波相交時,在交點的時刻產生控制脈沖信號,用來控制功率開關管的導通與關斷,這樣逆變橋輸出端就得到一組等幅不等寬且面積正比于對應區間調制波函數值的矩形脈沖,通過調整調制波的頻率和幅值參數可以改變逆變電路輸出電壓的頻率和幅值大小。
SPWM 調制技術一般有單極性調制,單極性倍頻調制和雙極性調制等三種方法;其中,單極性SPWM技術通常用于全橋拓撲,不適宜用于半橋拓撲。
02. 單極性調制
單極性SPWM調制法是指參與調制的載波三角波和調制正弦波的極性處于同一方向不變。使用單極性調制時,其中一個橋臂的功率開關管隨調制正弦波的半個周期開通或關斷,另一個橋臂的功率開關管隨載波的頻率開通或關斷。
M2、M3隨正弦調制波的半個周期開通或關斷,M4、M5載波頻率高頻開通或關斷
橋臂之間的電壓、電流波形
負載電阻上的電壓、電流波形
03. 單極性倍頻調制
使用兩個互差180°的正弦調制波,M2、M3、M4、M5這4個開關管均為高頻開通或關斷
橋臂之間的電壓、電流波形
負載電阻上的電壓、電流波形
04. 雙極性調制
使用正弦調制波與三角載波進行比較,產生PWM脈沖
橋臂之間的電壓、電流波形
負載電阻上的電壓、電流波形
05. 特性比較
三種調制方式所使用的元器件參數均相同,在此條件下比較THD、IGBT功耗之間的差異。
5.1 THD比較
測試三種調制方式的輸出電壓、輸出電流諧波狀況
a. 單極性調制
b. 單極性倍頻調制
c. 雙極性調制
從上面的三張圖可以看出,單極性調制的輸出電壓/電流諧波最小,單極性倍頻居中,雙極性的諧波分量最大。
5.2 功耗比較
上表的數據為LTspice仿真得出來的,沒有和實際數據進行比較,因此只是從仿真結果來進行分析。
單極性調制有高頻橋臂和低頻橋臂的區別,損耗差異較明顯,另外高頻橋臂的損耗很大,有好幾kW,此處留白,留待后續分析。
單極性倍頻調制與雙極性調制相比,損耗較小。