正弦波PWM技术详解

正弦波PWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM）技术的原理如图4-4所示，PWM波形在调制电路中生成。由图可以看出，PWM是以正弦波作为逆变电路输出期望波形，引用通信技术中的“调制”这一概念，把所期望的波形（正弦波）作为调制波，而受它调制的信号（三角波）作为载波，当调制波和载波相交时，由它们的交点确定逆变电路开关器件的通断时刻，即可得到一组等幅且脉冲宽度正比于正弦值的矩形脉冲。三相PWM控制通常共用一个载波，并且常用等腰三角波作为载波，这是因为等腰三角波上任意一点的水平宽度和高度呈线性关系，且左右对称。

图4-4 SPWM原理框图

对于图4-4所示的三相桥式SPWM逆变电路，一般都采用双极性控制方式输出期望波形，如图4-5所示。U、V、W各相功率开关器件的控制规律相同，以U相为例进行说明。当u_rU＞u_c时，输出信号使上桥臂V₁导通，下桥臂V₄关断，则U相相对于直流电源假想中点N′的输出电压u′_UN=U_d/2。当u_rU＜u_c时，输出信号使上桥臂V₄导通，下桥臂V₁关断，则U相相对于直流电源假想中点N′的输出电压u′_UN=-U_d/2。由此可见，同一桥臂上下两个开关器件交替通断，处于互补的工作方式。改变u_rU、u_rV、u_rW的幅值和频率，其输出基波电压的幅值和频率也会相应地改变。

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图4-5 三相桥式SPWM逆变电路波形

图a中，U、V、W三相PWM控制公用一个三角载波u_c，而三相调制信号u_rU、u_rV和u_rW依次相差120°。按照上述开关器件的控制规律，生成的三相PWM波形如图b～d所示，可以看出，u′_UN、u′_VN和u′_WN的PWM波形都只有±U_d/2两种电平。图e是逆变器的输出线电压PWM波形，例如u_UV，它由u′_UN减去u′_VN得到，波形由±U_d和0三种电平构成。图f是采用SPWM方法下负载相电压的波形，例如u_UN，它由u′_UN-（u′_UN+u′_VN+u′_WN）/3得到，波形由（±2/3）U_d、（±1/3）U_d和0共5种电平构成。

调制电路可以是模拟电子电路，电路采用正弦波发生器、三角波发生器和比较器来实现上述SPWM控制；也可以是一种“计算方法”，在数字控制器芯片中实现，工程上使用较多的是“规则采样法”，由该方法计算出功率开关器件的通断时间。