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单极性SPWM的两种控制方法与过零点输出特性比较 摘要：对于采用SPWM的逆变器，其中单极性逆变方式仅用到一对高频开关，相对于双极性逆变具有损耗低、电磁干扰少等优点。分别介绍了单极性逆变中的单边与双边SPWM的产生方法以及各自的控制方法，分析了这两种控制方法在正弦波电压过零点附近的振荡情况，经过仿真与电路试验证明了双边SPWM方式性能更为优越。 关键词：单极性；正弦波脉宽调制；过零点振荡
0 引言 随着控制技术的发展和对设备性能要求的不断提高，许多行业的用电设备不再直接接入交流电网，而是通过电力电子功率变换得到电能，它们的幅值、频率、稳定度及变化形式因用电设备的不同而不尽相同。如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器、加热电源、汽车电源、绿色照明电源、不间断电源、医用电源、充电器等等，它们所使用的电能都是通过对电网电能进行整流和逆变变换后得到的。因此，高质量的逆变电源已经成为电源技术的重要研究对象。 1 工作原理 1.1 主电路拓扑与SPWM的产生 单极性SPWM逆变电路的拓扑如图1所示，由全桥4个开关管组成的2路桥臂所构成，一路以高频开关工作频率工作，称为高频臂（S3，S4）；另一路以输出的正弦波频率进行切换，成为低频臂（S1，S2）。
图1 逆变电路主电路结构 单极性逆变有两种产生SPWM的方法。第一种控制方法是将给定的载波（正弦波）整流成正的，调制波（三角波）也是正的，如图2（a）所示，称为单边SPWM控制；第二种控制方法是给定的载波（正弦波）是一个完整的正弦波，调制波（三角波）当正弦波为正时是正的，当正弦波为负时是负的，如图2（b）所示，称为双边SPWM控制。
(a) 载波与调制波均为正
图2 两种SPWM产生原理比较 上述两种控制方法产生SPWM的机理不一样，各自的控制电路也有所不同。 1.2 单极性SPWM的两种控制方法 1.2.1 单边SPWM控制 单边SPWM的控制电路如图3所示。图3中的Sg3及Sg4分别对应高频臂上下管的驱动信号；Sg1及Sg2分别对应低频臂上下管的驱动信号。由于低频臂的切换作用，高频臂PWM输出性质随之改变。例如，原来过零时Sg1的窄脉冲对应输出低电压，低频臂切换后突然成为高电压。因此，PWM有一突变过程。
图3 单边SPWM控制电路 图4所示的是单边SPWM控制方法在过零点时的示意图。图4中E1为理论上跟基准（电压波形）同相位的误差信号，由于在电压环和电流环两个环节中存在积分环节，根据负载的性质和轻重，实际的输出误差信号E2与基准信号有一个相位差。图中SPWM1是理论上的高频臂上管的驱动信号，SPWM2则是实际的高频臂上管的驱动信号。
图4 单边SPWM控制在过零点附近的SPWM示意图 1）t0～t1时刻 由图4可以看到，在t0～t1时刻，由于给定的低频臂信号是1，对应图3可以知道主电路低频臂下管导通，图4中SPWM对应的是高频臂上管的驱动信号，上管的SPWM驱动信号逐渐变小。由图1可以知道在t0～t1时刻，输出正弦波信号由正逐渐变为0。 2）t1时刻 在t1时刻，低频臂信号由1变为0，所以，低频臂由下管导通变为上管导通，由图3可以分析出，在低频臂切换的同时，产生SPWM的比较器也进行了切换，所以，由E1误差信号产生的SPWM（高频臂上管）在t1时刻马上变为接近100％的SPWM,然后逐渐变小。高频臂下管的驱动互补于高频臂上管的驱动，所以高频臂下管的驱动由0逐渐变大。由图1可以得知，输出正弦波信号由0逐渐变负。 3）t1～t2时刻 实际的输出误差信号E2会与E1相差一个相位，所以，产生的SPWM2与SPWM1是不同的。由图4可以看出：t1时刻以后，SPWM2马上就为0，由于高频臂下管信号互补于SPWM2，对应于主电路，在t1时刻高频臂下管马上以一个比较大的占空比导通，然后占空比慢慢变小（图中SPWM2逐渐变大），高频臂下管信号并不是由0逐渐变大，SPWM的突变必然会引起输出正弦波信号在过零点的振荡。可供选择的解决方案如下： （1）在低频臂切换的同时，把输出误差信号人为地放电，使其为0，这样就可以减弱在过零点时刻所引起的振荡； （2）人为地把低频臂信号超前或滞后一定相位，但是，这一方案由于低频臂信号的相位受负载轻重的影响，实际上难以做到准确。 1.2.2 双边SPWM控制 双边SPWM的控制电路如图5所示。由于低频臂的切换作用，高频臂PWM输出性质随之改变。例如，过零前Sg1的窄脉冲对应为输出低电压，低频臂切换后突然成为高电压。然而与单边SPWM控制所不同的是，双边SPWM中的反相动作是与低频臂同时进行的。由于控制器中的输出没有突变，低频臂的切换也不会造成输出的突变。
图 5 双 边 SPWM控 制 电 路 图6所示的是双边SPWM控制方法在过零点附近的SPWM示意图。图6中E1为理论上跟基准（电压波形）同相位的误差信号，由于在电压环和电流环两个环节中存在积分环节，实际的误差信号E2会与基准信号相差一个相位。图中SPWM1是理论上的高频臂上管的驱动信号，SPWM2则是实际的高频臂上管的驱动信号。
图6 双边SPWM控制在过零点附近的SPWM示意图 1）t0～t1时刻 由图6可以看到，在t0～t1时刻，由于给定的低频臂信号是1，对应图5可以知道主电路低频臂下管导通，图6中SPWM对应的高频臂上管的驱动信号，由图1可以知道在t0～t1时刻，输出正弦波信号由正逐渐变为0。 2）t1时刻 在t1时刻，低频臂信号由1变为0，所以低频臂由下管导通变为上管导通，由图5可以分析出，在低频臂切换的同时，产生SPWM的比较器也进行了切换，所以，由E1误差信号产生的SPWM（高频臂上管）在t1时刻马上变为100％的SPWM,然后逐渐变小。高频臂下管的驱动互补于高频臂上管的驱动，所以，高频臂下管的驱动由0逐渐变大。由图1可以得知，输出正弦波信号由0逐渐变负。 3）t1～t2时刻 实际的输出误差信号E2会与E1相差一个相位，所以，产生的SPWM2与SPWM1是不同的，由图6可以看出，在t1到t2时刻，高频臂上管驱动一直都是高电平，由于高频臂下管互补于上管驱动，所以，在t1到t2时刻，高频臂下管是不导通的，此后有一软开通过程。由图6中SPWM1与SPWM2的比较可以看出，误差信号滞后于基准信号有利于抑制正弦波输出信号在过零点的振荡。 2 计算机仿真与实验结果 应用电子电路计算机辅助分析于设计软件Matlab，分别对上述两种控制方法进行了仿真。 仿真条件:输出220V，f=25Hz 2.1 单边SPWM控制的仿真波形 单边SPWM控制的仿真波形如图7所示。从图7可以明显地看到，正弦波在过零点的时候有明显的振荡，跟理论分析完全吻合。
图7 单边SPWM控制方法仿真波形 2.2 双边控制方法之仿真波形 双边SPWM控制的仿真波形如图8所示。从图8可以明显地看到，正弦波在过零点的时候没有振荡，跟理论分析完全吻合。
图8 双边SPWM控制方法仿真波形 3 实验结果与讨论 3.1 单边SPWM控制方法之实验波形 实验波形如图9，图10所示。
图9 单边SPWM控制方法之实验波形(闭环前)
图10 单边SPWM控制方法之实验波形(闭环后) 3.2 双边SPWM控制方法之实验波形 实验波形如图11所示。
图11 双边SPWM控制方法之实验波形 3.3 讨论 由仿真波形和实验波形可以看到，单边SPWM控制方法在过零点有很大的振荡，并且由实验可以得知，单边SPWM控制方法在没有闭环前振荡得十分厉害，而且电感有很大的噪音，单边SPWM控制方法在闭环以后也有振荡，电感依然有噪音。 双边SPWM控制方法有很好的抑制过零点振荡的作用，实验时，双边SPMW控制方法在闭环前和闭环后过零点都没有振荡，电感的噪音也很小。 4 结语 就单极性逆变，本文分别对其中的单边与双边SPWM的产生方法及控制方法以及其在正弦波电压过零点附近的振荡情况进行了分析。理论分析表明，并通过仿真与电路试验证明，双边SPWM中的控制器输出，因没有在过零点附近发生大的突变，其性能更为优越。 |
单极性SPWM的两种控制方法与过零点输出特性比较
- SPWM(60031)
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2018-05-15 10:13:0388594
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单极性和双极性PWM调制的区别在哪里 详解PWM中的单极性和双极性
所谓单极性，是SPWM波信号中只包含了正弦信号正半周或负半周的信息。单极性一般用推挽或全桥。
2018-08-24 10:37:31138125
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采用STCl2C5410AD单片机实现SPWM波形的产生
SPWM控制方案有两种：即单极性调制和双极性调制法。单极性法所得的SPWM信号有正、负和0三种电平，而双极性得到的只有正、负两种电平。比较二者生成的SPWM波可知：在相同载波比情况下，生成的双极性
2019-01-09 10:10:006036
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SPWM的单极性和双极性
单极性双极性只包含了正弦信号正半周或负半周的信息既包含了正弦信号正半周的信息，又包含了负半周的信息一般用推挽或全桥一般用于半桥反应在推挽上反应在逆变桥上两管交替按10MS的时间导通，但是导通的管，在10MS内按三角波的频率导通上下两管按主三角波的频率交替导通，而非按10MS交替...
2021-11-08 14:51:0220
20学习笔记三.单极性SPWM波和双极性SPWM波频率和占空比的调制，配合低通滤波
学习笔记三.SPWM波频率和占空比的调制我们知道，PWM波是一个方波，SPWM波就是占空比按照正弦表变化的PWM波。SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的、使用较广泛的PWM
2021-12-22 19:38:1434
34spwm控制的基本原理 双极性spwm工作原理 spwm和pwm区别
双极性SPWM是一种常用的SPWM控制方式，其工作原理是在SPWM的基础上增加一个负半周期的正弦波信号，从而实现正负极性的控制。
2023-03-31 17:48:599263
9263spwm波形的实现方法 单极性spwm比双极性优缺点
单极性SPWM和双极性SPWM在应用中各有优缺点。在具体实践中，需要根据系统应用的特点和需求，选择合适的调制方式。
2023-05-02 06:01:008145
8145MOS管输入输出特性曲线和三极管输入输出特性曲线的参数一样吗？
MOS管输入输出特性曲线和三极管输入输出特性曲线的参数一样吗？ MOS管和三极管是电子元件中最常用的放大器。它们都有非常重要的输入输出特性曲线。虽然它们在构造和工作原理上有很大的不同，但这两种元件
2023-09-21 16:09:23955
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单极性和双极性pwm调制的区别
单极性和双极性pwm调制的区别 单极性和双极性是两种常用的PWM（脉冲宽度调制）调制方式。它们在电子应用中广泛应用于提供精确的控制信号，例如马达控制、电源开关和照明系统等。本文将详细介绍单极性
2023-12-07 18:09:492848
2848单极性spwm和双极性pwm调制的区别
。SPWM全称为Sinusoidal Pulse Width Modulation，即正弦脉宽调制。在单极性SPWM调制中，输出的脉冲宽度会根据输入的正弦信号进行调制。具体来说，单极性SPWM调制将正弦波信号进行采样，然后通过与三角波进行比较，得到一串脉冲信号。 单极性SPWM的工作原理
2023-12-15 09:25:472097
2097单极性PWM调制和双极性PWM调制有什么区别
单极性PWM调制和双极性PWM调制有什么区别 单极性PWM调制和双极性PWM调制是两种常见的脉宽调制技术，用于调节模拟信号的幅度。它们在实际应用中有一些区别，下面将详细讨论这两种调制技术及其区别
2024-02-06 14:13:13834
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工商网监
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