《斩波开关技术》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,6-,*,第,7,章,PWM,控制技术,7.1 PWM,控制的基本原理,7.2 PWM,逆变电路及其控制方法,第六章,PWM,控制技术,PWM,(Pulse Width Modulation),控制就是,脉宽调制技术,：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值,),。,第,5,章,直流斩波电路,实际上采用的就是,PWM,技术；第,6,章的,6.1,斩控式调压电路,和,6.4,矩阵式变频电路,都有涉及。,引言,第六章,PWM,控制技术,PWM,控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现,PWM,控制变得十分容易。,PWM,控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，对逆变电路的影响也最为深刻。现在大量应用于逆变电路中，中小功率逆变电路几乎都是,PWM,型逆变电路。,PWM,控制技术正是依赖于在,逆变电路,中的成功应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。,本章和第,4,章（逆变电路）相结合讲解，进一步加深我们对逆变电路和,PWM,控制技术的认识。,引言,6-,4,PWM,的基本原理,PWM,控制方式,PWM,在逆变电路中的应用（电压型）,PWM,调制方式,第六章,PWM,控制技术,掌握内容,7.1,PWM,控制的基本原理,1,）,重要理论基础,（,面积）,等效原理,冲量,相等而形状不同的,窄,脉冲加在具有惯性的环节上时，其,效果基本相同,。,冲量,窄脉冲的面积,效果基本相同,环节的输出响应波形基本相同,图,6-1,形状不同而冲量相同的各种窄脉冲,d),单位脉冲函数,f,(,t,),d,(,t,),t,O,a),矩形脉冲,b),三角形脉冲,c),正弦半波脉冲,t,O,t,O,t,O,f,(,t,),f,(,t,),f,(,t,),返回,7.1,PWM,控制的基本原理,b),图,6-2,冲量相等的各种窄脉冲的响应波形,具体的实例说明“,面积等效原理,”,a,）,e,(t),电压窄脉冲，是电路的输入 。,i,(t),输出电流，是电路的响应。,返回,O,u,t,SPWM,波,7.1,PWM,控制的基本原理,O,u,t,如何用一系列,等幅不等宽的脉冲,来代替一个正弦半波,O,u,t,返回,7.1,PWM,控制的基本原理,若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。,O,u,t,SPWM,波,O,u,t,如何用一系列,等幅不等宽的脉冲,来代替一个正弦半波,O,u,t,返回,面积（冲量,),相等，中点重合，宽度按正弦规律变化。,等幅,7.1,PWM,控制的基本原理,O,w,t,U,d,-U,d,对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到,PWM,波形，因此正弦波一个完整周期的等效,PWM,波为：,O,w,t,U,d,-,U,d,根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的,PWM,波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。,返回,7.1,PWM,控制的基本原理,等,幅,PWM,波,输入电源是恒定直流,第,5,章的直流斩波电路,7.2,节的,PWM,逆变电路,7.4,节的,PWM,整流电路,不等幅,PWM,波,输入电源是交流或不是恒定的直流,6.1,节的斩控式交流调压电路,6.4,节的矩阵式变频电路,O,w,t,U,d,-,U,d,U,o,t,返回,7.1,PWM,控制的基本原理,2,）,PWM,电流波,电流型逆变电路进行,PWM,控制，得到的就是,PWM,电流波。,PWM,波可等效的各种波形,直流斩波电路 直流波形,SPWM,波 正弦波形,等效成其他所需波形，如,:,所需波形,等效的,PWM,波,返回,7.2 PWM,逆变电路及其控制方法,目前中小功率的逆变电路几乎都采用,PWM,技术。,逆变电路是,PWM,控制技术最为重要的应用场合。,本节内容构成了本章的主体。,PWM,逆变电路也可分为,电压型,和,电流型,两种，,目前实用的,PWM,逆变电路几乎都是电压型电路。,返回,7.2 PWM,逆变电路及其控制方法,计算法和调制法,异步调制和同步调制,返回,计算法和调制法,1,）,计算法,根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算,PWM,波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需,PWM,波形。,本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。,返回,计算法和调制法,将信号波与载波进入调制电路调制，调制电路的输出信号作为开关器件的驱动信号。,把希望输出的波形作为信号波,u,r,常用等腰三角波作为载波,u,c,2,）,调制法,图,7,4,单相桥式,PWM,逆变电路,结合,IGBT,单,相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明,返回,计算法和调制法,2,）,调制法,图,7,4,单相桥式,PWM,逆变电路,V,4,关断时，负载电流通过,V,1,和,VD,3,续流，,u,o,=0,负载电流为负的区间，,V,1,和,V,4,仍导通，,i,o,为负，实际上,i,o,从,VD,1,和,VD,4,流过，仍有,u,o,=,U,d,。,V,4,关断,V,3,开通后，,i,o,从,V,3,和,VD,1,续流，,u,o,=0,。,u,o,总可得到,U,d,和零两种电平。,u,o,负半周，让,V,2,保持通，,V,1,保持断，,V,3,和,V,4,交替通断，,u,o,可得,-,U,d,和零两种电平。,返回,计算法和调制法,图,7-5,双极性,PWM,控制方式波形,u,r,u,c,u,O,w,t,O,w,t,u,o,u,of,u,o,U,d,-,U,d,图,7-5,单极性,PWM,控制方式波形,u,r,u,c,u,O,w,t,O,w,t,u,o,u,of,u,o,U,d,-,U,d,对照上述两图可以看出，,单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制，,由于对开关器件通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。,返回,6-,18,电路的实现：,因为目前实际应用的,PWM,逆变电路几乎全为电压型逆变电路，所以这里我们以电压型逆变电路为例，结合,PWM,在逆变电路中的应用体现电路的实现。,（单向全桥,PWM,逆变电路）,关键在于调制电路,计算法和调制法,返回,6-,19,（,1,）单极性,SPWM,（,SSPWM,）,特点：载波,u,c,在,u,r,正半周，都用正极性三角波，在负半周都用负极性三角波。,在正半周，,u,r,大于,u,c,时，相应的器件开通，,U,0,=Ud,当,u,r,小于,u,c,时，相应的器件关断,U,0,=0,在负半周，,u,r,大于,u,c,时，相应的器件关断,U,0,=0,当,u,r,小于,u,c,时，相应的器件开通，,U,0,=-Ud,在调制信号,u,r,的半个周期内，三角波,u,c,只在一个方向上变化，得到的,SPWM,波形也只在一个方向上变化，故称之为单极性,SPWM,。,图,7-5,单极性,PWM,控制方式波形,7.2.1,计算法和调制法,返回,6-,20,分析几种调制电路,电路（,1,）,返回,图,7-5,单极性,PWM,控制方式波形,u,r,u,c,u,O,w,t,O,w,t,u,o,u,of,u,o,U,d,-,U,d,6-,21,（,1,）当,Vr,大与,Vc,时，根据调制电路分析，器件是何工作状态？,（,2,）当,Vr,小与,Vc,时，根据调制电路分析，器件是何工作状态？,分析几种调制电路,电路（,2,）,返回,6-,22,（,2,）双极性,SPWM,（,BSPWM,）,双极性,PWM,控制方式波形,特点：载波,Uc,在调制波,Ur,的正负两个半周期内，都在正负两个方向变化，不再单一了。调制波,Ur,仍为正弦波。,在,Uc,与,Ur,的交点时刻控制各器件的通断。,输出的,SPWM,波形在两个方向变化，故称之为双极性,SPWM,。,分析几种调制电路,返回,6-,23,请同学分析。,分析几种调制电路,电路（,3,）,返回,异步调制和同步调制,根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，,PWM,调制方式分为,异步调制,和,同步调制,。,通常保持,f,c,固定不变，当,f,r,变化时，载波比,N,是变化的,在信号波的半周期内，,PWM,波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后,1/4,周期的脉冲也不对称,当,f,r,较低时，,N,较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小,当,f,r,增高时，,N,减小，一周期内的脉冲数减少，,PWM,脉冲不对称的影响就变大,载波比,载波频率,f,c,与调制信号频率,f,r,之比，,N,=,f,c,/,f,r,1,）,异步调制,载波信号和调制信号不同步的调制方式,返回,异步调制和同步调制,2,）,同步调制,载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时,使载波与信号波保持同步，即,N,等于常数。,u,c,u,rU,u,rV,u,rW,u,u,UN,u,VN,O,t,t,t,t,O,O,O,u,WN,2,U,d,-,2,U,d,图,7-10,同步调制三相,PWM,波形,基本同步调制方式，,f,r,变化时,N,不变，信号波一周期内输出脉冲数固定。,三相电路中公用一个三角波载波，且取,N,为,3,的整数倍，使三相输出对称。,为使一相的,PWM,波正负半周镜对称，,N,应取奇数。,f,r,很低时，,f,c,也很低，由调制带来的谐波不易滤除。,f,r,很高时，,f,c,会过高，使开关器件难以承受。,返回,异步调制和同步调制,3,）,分段同步调制,异步调制和同步调制的综合应用。,把整个,f,r,范围划分成若干个频段，每个频段内保持,N,恒定，不同频段的,N,不同。,在,f,r,高的频段采用较低的,N,，使载波频率不致过高；在,f,r,低的频段采用较高的,N,，使载波频率不致过低。,为防止,f,c,在切换点附近来回跳动，采用滞后切换的方法。,同步调制比异步调制复杂，但用微机控制时容易实现。,可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。,图,7-11,分段同步调制方式举例,返回,6-,27,PWM,在电力电子中的重要性以及其基本理论,SPWM,的基本分类，各自特性,SPWM,在逆变中的应用，掌握调制电路在,PWM,逆变电路中的关键作用。,PWM,的调制方式，各自优缺点。,小结,返回,