PWM轉(zhuǎn)電流電壓信號(hào)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(duì)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(hào)發(fā)出之前的控制都是“比特世界”的控制，直到PWM信號(hào)發(fā)出，控制理論才與真實(shí)的系統(tǒng)實(shí)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(duì)象的控制都是通過PWM實(shí)現(xiàn)的。理想的電能變換控制就是希望任意的信號(hào)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(shí)現(xiàn)這個(gè)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(shí)現(xiàn)脈沖對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)不同參考波形的等效。

然而，在電力電子這個(gè)僅有半個(gè)世紀(jì)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(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)PWM的時(shí)候主要采用一個(gè)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(duì)應(yīng)的脈沖。這個(gè)過程中，PWM對(duì)于系統(tǒng)的附帶影響是不被考慮的。但是PWM實(shí)現(xiàn)過程中會(huì)給系統(tǒng)帶來明顯的副作用:開關(guān)損耗會(huì)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(lì)會(huì)帶來電磁干擾

(EM)的問題等。因?yàn)槿狈?duì)這些影響的理解，開環(huán)控制下的PWM并沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的最優(yōu)化控制。

而在實(shí)現(xiàn)PWM的合成過程中，使用了很多“潛規(guī)則”，比如:脈沖是對(duì)稱分布的各相脈沖中間是對(duì)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?yàn)檫^去主要關(guān)注PWM的基本性能，即對(duì)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(duì)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(gè)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(shí)現(xiàn)脈沖電壓序列對(duì)連續(xù)參考電壓的通近。實(shí)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。空間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(gè)開關(guān)周期內(nèi)進(jìn)行矢量相加得到參考矢量的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)開關(guān)周期內(nèi)與脈沖電壓/電流的平均值一致的原理實(shí)現(xiàn)通近。