脉宽调制（PWM）逆变器在车船空天电力系统中的应用

对于大量的实际应用，DC/AC逆变器的输出电压要求是可控的。针对这个目的，开发了很多开关方案。控制逆变器的输出电压基本上是为了应对输入DC电压的变化，以实现逆变器电压调节和电压/频率恒定控制。针对这一目的，最常用的技术是脉宽调制（PWM）。在PWM技术中，实现对不同参数的控制，获得更出色的逆变器控制，以满足不同应用。

最主要的，DC/AC逆变器输出电压需为正弦波，并且其大小和频率可调。PWM技术为了实现这一点，将振荡在期望频率的正弦参考信号与高频三角载波进行比较，如图2-33所示。这种PWM技术通常称为双极型开关方案。三角载波的频率决定了逆变器开关频率，并且三角波幅值通常保持在常数。

在针对PWM性能的进一步讨论之前，有必要明确一些术语。图2-33中的三角载波V_tri，以开关频率f_s振荡。正是这个频率决定了逆变器开关导通与关断的频率。另一方面，控制信号V_control用来调制开关占空比，并且以频率f₁振荡。这也是我们期望得到的频率，即输出电压基波分量。而且，前面提到的输出电压并不是纯正弦波，它包含振荡在f₁的谐波频率电压分量。

从图2-33我们可以定义两个重要术语，即幅值和频率的调制比。幅值调制比m_a定义如下：

图2-33 双极型PWM开关技术的图示

式中 ——控制信号电压的峰值；

——三角载波信号电压的峰值，通常保持为常数。

m_a比值一般小于1，这种情况一般称为欠调制，而在m_a＞1时，则称为超调制。

重新回到图2-33，频率调制比（m_f）可以定义如下：

在图2-31的全桥DC/AC逆变器中，开关T_A＋和T_A-的控制通过比较V_control和V_tri的大小来实现。负载两端输出电压也会相应发生变化，可以描述如下：(www.xing528.com)

由于这两个开关永远不会同时断开，输出电压v_Ao将在V_d/2和-V_d/2之间波动。另一个常见的前面提到的PWM技术是单极型开关方案。这种方案由仿真得到的典型波形如图2-34所示。

从图2-34可以看出，在PWM单极型开关方案情况下，输出电压或者从正电位到零，或者从负电位到零，不像双极型开关方案中开关动作直接在高电位和低电位间发生。参考图2-31，全桥DC/AC逆变器在单极型PWM开关方案下有如下的开关控制：

v_control＞v_tri T_A＋导通 （2-26）

-v_control＜v_tri T_B-导通 （2-27）

-v_control＞v_tri T_B＋导通 （2-28）

v_control＜v_tri T_A-导通 （2-29）

如前所述，开关对（T_A＋T_A-）和（T_B＋T_B-）彼此互补：就是说当一个开关对断开，则另一个开关对一定闭合。

图2-34 单极型PWM开关方案图

在某些情况下，PWM技术常根据不同应用要求进行改进。应注意到，输出电压波形的脉宽在正弦调制信号的峰值附近不会发生显著的变化。这是由正弦波的自身特性决定的。为了避免这个缺陷，可以采用一些改良过的PWM开关技术，例如，只在半波起始或结束时采用载波。这种改良PWM技术提高了输出电压中的基波分量，也因此提高了谐波特性。而且这种改良的PWM技术减少了电气元件数和开关损耗。单相DC/AC逆变器中除了输出电压PWM控制技术外，为了满足不同需求，还开发了其他各种技术。