PWM轉(zhuǎn)電流電壓信號變器原理、舉例

原理：

脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)是電力電子變換器中的核心技術(shù)，是電力電子系統(tǒng)的控制器對功率單元最重要的輸出。用流行的說法，電力電子系統(tǒng)在PWM信號發(fā)出之前的控制都是“比特世界”的控制，直到PWM信號發(fā)出，控制理論才與真實的系統(tǒng)實現(xiàn)了接口?；蛘哒f，PWM是控制系統(tǒng)中的執(zhí)行環(huán)節(jié)，大部分控制對象的控制都是通過PWM實現(xiàn)的。理想的電能變換控制就是希望任意的信號波形都能夠被直接放大為大功率波形，模擬電子技術(shù)里的線性放大器就能實現(xiàn)這個目的。但是在中大功率的應(yīng)用中，連續(xù)的參考波形是無法直接轉(zhuǎn)換為大功率(電壓或者電流)波形的。PWM的核心原理就是通過伏秒平衡(或者叫作“等面積”準(zhǔn)則)，實現(xiàn)脈沖對連續(xù)參考波形的等效。所謂“脈寬調(diào)制”指的就是調(diào)節(jié)脈沖寬度，實現(xiàn)對不同參考波形的等效。

然而，在電力電子這個僅有半個世紀歷史的新興學(xué)科中，PWM又是一門“古老”的分支。PWM技術(shù)起源于通信工程中的調(diào)制原理，隨著20世紀中后期電力電子器件的應(yīng)用，PWM技術(shù)在功率變換領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展。到以ICBT和 MOSFET為代表的全控型高速開關(guān)器件廣泛應(yīng)用的世紀之交，PWM已經(jīng)是一門很成熟的理論了。以空間矢量合成和載波比

過去實現(xiàn)PWM的時候主要采用一個開環(huán)的過程:輸入?yún)⒖疾ㄐ?參考矢量)給PWM模塊，根據(jù)參考波形(參考矢量)直接發(fā)出對應(yīng)的脈沖。這個過程中，PWM對于系統(tǒng)的附帶影響是不被考慮的。但是PWM實現(xiàn)過程中會給系統(tǒng)帶來明顯的副作用:開關(guān)損耗會隨著

PwM累積;PWM帶來電流紋波和變;PWM給系統(tǒng)注入的高頻激勵會帶來電磁干擾

(EM)的問題等。因為缺乏對這些影響的理解，開環(huán)控制下的PWM并沒有實現(xiàn)對它們的最優(yōu)化控制。

而在實現(xiàn)PWM的合成過程中，使用了很多“潛規(guī)則”，比如:脈沖是對稱分布的各相脈沖中間是對齊的，開關(guān)頻率/周期是固定的。在保證脈沖與參考波形伏秒平衡的情況下，這些潛規(guī)則的應(yīng)用并不是必需的。應(yīng)用這些潛規(guī)則是因為過去主要關(guān)注PWM的基本性能，即對參考波形的通近效果，而忽略了關(guān)注PWM帶來的副作用的影響。隨著對電能變換的品質(zhì)要求越來越高，人們也越來越多地開始關(guān)注損耗、紋波和EMI，如何突破這些“潛規(guī)則”，利用脈沖的新自由度來優(yōu)化系統(tǒng)性能成了一個重要的課題。

脈寬調(diào)制技術(shù)的基本原理:通過開關(guān)周期內(nèi)脈沖電壓平均值與參考電壓的等效性來實現(xiàn)脈沖電壓序列對連續(xù)參考電壓的通近。實現(xiàn)這一通近的方法主要有兩大類:空間量合成以及載波比較?？臻g矢量合成的方法建立了電壓或電流在二維平面的空間矢量概念，通過變流器的標(biāo)準(zhǔn)矢量在一個開關(guān)周期內(nèi)進行矢量相加得到參考矢量的方法來實現(xiàn)對參考矢量的通近;而載波比較的方法則是基于每相線參考值在一個開關(guān)周期內(nèi)與脈沖電壓/電流的平均值一致的原理實現(xiàn)通近。