單極性SPWM的兩種控制方法與過(guò)零點(diǎn)輸出特性比較

1）t₀～t₁時(shí)刻 由圖4可以看到，在t₀～t₁時(shí)刻，由于給定的低頻臂信號(hào)是1，對(duì)應(yīng)圖3可以知道主電路低頻臂下管導(dǎo)通，圖4中SPWM對(duì)應(yīng)的是高頻臂上管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，上管的SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)逐漸變小。由圖1可以知道在t₀～t₁時(shí)刻，輸出正弦波信號(hào)由正逐漸變?yōu)?。

2）t₁時(shí)刻 在t₁時(shí)刻，低頻臂信號(hào)由1變?yōu)?，所以，低頻臂由下管導(dǎo)通變?yōu)樯瞎軐?dǎo)通，由圖3可以分析出，在低頻臂切換的同時(shí)，產(chǎn)生SPWM的比較器也進(jìn)行了切換，所以，由E₁誤差信號(hào)產(chǎn)生的SPWM（高頻臂上管）在t₁時(shí)刻馬上變?yōu)榻咏?00％的SPWM,然后逐漸變小。高頻臂下管的驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)于高頻臂上管的驅(qū)動(dòng)，所以高頻臂下管的驅(qū)動(dòng)由0逐漸變大。由圖1可以得知，輸出正弦波信號(hào)由0逐漸變負(fù)。

3）t₁～t₂時(shí)刻 實(shí)際的輸出誤差信號(hào)E₂會(huì)與E₁相差一個(gè)相位，所以，產(chǎn)生的SPWM₂與SPWM₁是不同的。由圖4可以看出：t₁時(shí)刻以后，SPWM₂馬上就為0，由于高頻臂下管信號(hào)互補(bǔ)于SPWM₂，對(duì)應(yīng)于主電路，在t₁時(shí)刻高頻臂下管馬上以一個(gè)比較大的占空比導(dǎo)通，然后占空比慢慢變?。▓D中SPWM₂逐漸變大），高頻臂下管信號(hào)并不是由0逐漸變大，SPWM的突變必然會(huì)引起輸出正弦波信號(hào)在過(guò)零點(diǎn)的振蕩?？晒┻x擇的解決方案如下：

（1）在低頻臂切換的同時(shí)，把輸出誤差信號(hào)人為地放電，使其為0，這樣就可以減弱在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻所引起的振蕩；

（2）人為地把低頻臂信號(hào)超前或滯后一定相位，但是，這一方案由于低頻臂信號(hào)的相位受負(fù)載輕重的影響，實(shí)際上難以做到準(zhǔn)確。

1.2.2 雙邊SPWM控制

雙邊SPWM的控制電路如圖5所示。由于低頻臂的切換作用，高頻臂PWM輸出性質(zhì)隨之改變。例如，過(guò)零前S_g1的窄脈沖對(duì)應(yīng)為輸出低電壓，低頻臂切換后突然成為高電壓。然而與單邊SPWM控制所不同的是，雙邊SPWM中的反相動(dòng)作是與低頻臂同時(shí)進(jìn)行的。由于控制器中的輸出沒(méi)有突變，低頻臂的切換也不會(huì)造成輸出的突變。

圖 5 雙 邊 SPWM控 制 電 路

圖6所示的是雙邊SPWM控制方法在過(guò)零點(diǎn)附近的SPWM示意圖。圖6中E₁為理論上跟基準(zhǔn)（電壓波形）同相位的誤差信號(hào)，由于在電壓環(huán)和電流環(huán)兩個(gè)環(huán)節(jié)中存在積分環(huán)節(jié)，實(shí)際的誤差信號(hào)E₂會(huì)與基準(zhǔn)信號(hào)相差一個(gè)相位。圖中SPWM₁是理論上的高頻臂上管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，SPWM₂則是實(shí)際的高頻臂上管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

圖6 雙邊SPWM控制在過(guò)零點(diǎn)附近的SPWM示意圖

1）t₀～t₁時(shí)刻 由圖6可以看到，在t₀～t₁時(shí)刻，由于給定的低頻臂信號(hào)是1，對(duì)應(yīng)圖5可以知道主電路低頻臂下管導(dǎo)通，圖6中SPWM對(duì)應(yīng)的高頻臂上管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由圖1可以知道在t₀～t₁時(shí)刻，輸出正弦波信號(hào)由正逐漸變?yōu)?。

2）t₁時(shí)刻 在t₁時(shí)刻，低頻臂信號(hào)由1變?yōu)?，所以低頻臂由下管導(dǎo)通變?yōu)樯瞎軐?dǎo)通，由圖5可以分析出，在低頻臂切換的同時(shí)，產(chǎn)生SPWM的比較器也進(jìn)行了切換，所以，由E₁誤差信號(hào)產(chǎn)生的SPWM（高頻臂上管）在t₁時(shí)刻馬上變?yōu)?00％的SPWM,然后逐漸變小。高頻臂下管的驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)于高頻臂上管的驅(qū)動(dòng)，所以，高頻臂下管的驅(qū)動(dòng)由0逐漸變大。由圖1可以得知，輸出正弦波信號(hào)由0逐漸變負(fù)。

3）t₁～t₂時(shí)刻 實(shí)際的輸出誤差信號(hào)E₂會(huì)與E₁相差一個(gè)相位，所以，產(chǎn)生的SPWM₂與SPWM₁是不同的，由圖6可以看出，在t₁到t₂時(shí)刻，高頻臂上管驅(qū)動(dòng)一直都是高電平，由于高頻臂下管互補(bǔ)于上管驅(qū)動(dòng)，所以，在t₁到t₂時(shí)刻，高頻臂下管是不導(dǎo)通的，此后有一軟開(kāi)通過(guò)程。由圖6中SPWM₁與SPWM₂的比較可以看出，誤差信號(hào)滯后于基準(zhǔn)信號(hào)有利于抑制正弦波輸出信號(hào)在過(guò)零點(diǎn)的振蕩。

2 計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

應(yīng)用電子電路計(jì)算機(jī)輔助分析于設(shè)計(jì)軟件Matlab，分別對(duì)上述兩種控制方法進(jìn)行了仿真。

仿真條件:輸出220V，f=25Hz

2.1 單邊SPWM控制的仿真波形

單邊SPWM控制的仿真波形如圖7所示。從圖7可以明顯地看到，正弦波在過(guò)零點(diǎn)的時(shí)候有明顯的振蕩，跟理論分析完全吻合。

圖7 單邊SPWM控制方法仿真波形