单相桥逆变电路的脉宽调制原理：详解

图2-15a给出了由四个全控型开关管所构成的H桥式开关电路中，如果在P、Q端外接直流电源，对四个全控型开关S₁～S₄进行适时、适式的通、断控制，在A、B端可得到任意频率和波形、幅值可控的交流电压，实现直流-交流变换。例如，当S₁、S₄导通时，输出电压v_AB=V_D；当S₂、S₃导通时，v_AB=-V_D；当S₁、S₃（或S₂、S₄）导通时，v_AB=0。如果按一定的通、断控制规律周期性地导通S₁～S₄，可以得到图2-15b～e等任意交流电压波形。图2_-15b为每半个周期输出一个180°方波电压，图2-15c和图2-15d则输出一个或几个不同宽度的方波电压，称之为脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）。图2-15e在正负半周（T_S/2）中有许多脉波，各脉波的宽度按正弦规律变化，称之为正弦脉冲宽度调制波（Sinu_- soidal Pulse Width Modulation，SPWM），这时输出电压v_AB最接近标准正弦波，其中基波含量大，很多低次谐波都不存在，只有一些特定的谐波，只需在输出电路中引入很小的LC滤波器即可使输出电压v_O（t）十分接近标准正弦交流电压。同时改变一个周波中各脉波的宽度，可调控输出电压的基波幅值或有效值。若直流电源电压为V_D，图2-15c中脉宽为θ的电压为

其中，基波电压有效值V₁为

除基波外，v_AB中还含有所有奇次谐波（谐波阶次n为3、5、7、9…），其值为基波的n分之一。脉宽θ=180°时，即图2-15b所示180°方波，由式（2-31）、式（2-32）得到

其中，基波电压有效值V₁为

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图2-15 单相H桥简单PWM逆变

图2-15b所示180°方波，其基波电压幅值为V_1m=4V_D/π，n次谐波的幅值为V_nm=V_1m/n。

脉宽θ=120°时，由式（2-31）、式（2-32）得到，这时输出电压中不再含有3、9、15等奇次谐波。

其中，基波电压有效值V₁为

由式（2-34）和式（2-36）可知，120°方波基波电压比180°方波小一些，但电压中不再含3n次谐波（n=1、2、3…），改善了输出电压波形。如果适时、适式地控制图2-15a电路中4个开关器件的通、断状态，即在输出电压的半个周期T_S/2期间开关器件的通、断变化频率更高，脉波数更多，则输出电压v_AB（t）的基波有效值会更小，但波形中有可能消除更多的低次谐波，输出电压波形更接近标准正弦波。