之所以要写PWM,是因为我觉得PWM是电力电子工程师的入门级砖头,是实现所有电力电子控制的基础。同时,PWM控制需要做的细节很多,很难研究透。
SPWM 和SVPWM
使用PWM 的逆变器将直流电压调制为频率和幅度可变的电压(交流或直流)。 SPWM 最初被使用是因为它实现简单。您只需将想要输出的调制波形与三角载波进行比较即可。在“远古”时代,模拟电路可以很容易地实现。
调制比定义为输出相电压与直流电压之比1/2,SPWM的调制比为1。
SVPWM 现在称为空间矢量PWM。它从电机正弦磁通的角度出发,希望通过电压控制获得恒定的圆形旋转磁场,因此也称为正弦磁通PWM。磁通量是电压的积分,SVPWM通过选择合适的电压矢量和动作时间使磁通量更接近圆形。 SVPWM最大的好处是提高了电压利用率,调制比可以达到1.15(比SPWM高15%)。对于SVPWM改进调制比比较通俗的理解是输出线电压峰值可以等于直流母线电压,而SPWM可以输出的最高电压峰值是直流母线电压的sqrt(3)/2 。
SVPWM 的数字实现
很多文献和教科书都会讲到如何计算八个电压矢量的作用时间以及如何按顺序施加电压矢量。这个过程真是令人心碎,也考验着人们的耐心。最早搞SPWM的人并没有放弃,想看看SVPWM的电压矢量作用模式下的等效载波是什么样子的。这么多专家来发挥他们的作用。最后,经过研究,他们发现调制波是在正弦波的基础上注入三次谐波。
而三次谐波很特别。它不是三次正弦信号,而是类似于三角波的波形。幸运的是,这个注入的谐波还有一个解析公式,Uz=middle(Ua,Ub,Uc),即三相输出电压ua,ub,uc的中间值。那很容易。以数字方式实施SVPWM 时,您不再需要使用复杂的空间位置计算。只需要取中间值进行叠加即可。
经过进一步研究,通过对Uz使用不同的值,除了得到SVPWM外,还可以得到5段PWM、过调制PWM等。对于三电平、五电平或七电平,研究想法是相似的。
脉宽调制放大系数
相信很多从事电力电子控制的人都会被Kpwm系数所困扰。它出现在许多文献和教科书中,用于推导系统的传递函数,但没有人知道它是什么。 Kpwm实际上测量的是pwm调制经过功率器件后的放大倍数。
Kpwm=Uout/Uref。从上图可以看出,Kpwm与很多因素有关,如PWM调制算法、芯片的PWM逻辑电路、功率器件等。每个人对这些细节的定义不同,所以Kpwm没有一个确切的值。我想有很多书都懒得去解释为什么。实际应用中,应该假设,如果我输出一个Uref值,经过各级后,最终输出的Uout是多少,从而得到我自己的Kpwm。
如何学习脉宽调制
纸上学的东西终究是浅薄的,我知道自己还得细细做。深入理解PWM 的最好方法就是亲自实践。如果你有嵌入式平台或者功率器件的主电路,你可以自己一点点调试代码。如果没有这样的平台,我建议在simulink环境下进行仿真测试。当你发现输出的波形和课本上的一样时,会给你带来更大的成就感。