PWM入門(mén)必學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

之所以想寫(xiě)PWM，是因?yàn)槲矣X(jué)得PWM是一個(gè)電力電子工程師入門(mén)磚，是實(shí)現(xiàn)所有電力電子控制的基礎(chǔ)。同時(shí)，PWM控制很多細(xì)節(jié)可做，要想研究透徹也很難。

SPWM和SVPWM

采用PWM的變頻器，是將直流電壓通過(guò)調(diào)制，變成變頻變幅值的電壓（交流或直流）。最開(kāi)始采用的是SPWM，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，只需要將想要輸出的調(diào)制波形和三角載波比較就可以了，在“遠(yuǎn)古”時(shí)代模擬電路就可以很簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)。

定義調(diào)制比為輸出相電壓和直流電壓1/2的比值，SPWM的調(diào)制比為1。

SVPWM現(xiàn)在大家叫空間矢量PWM，它是從電機(jī)磁通正弦的角度出發(fā)，想通過(guò)電壓的控制獲得恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所以也叫正弦磁通PWM。磁通是電壓的積分，SVPWM就是通過(guò)選擇合適的電壓矢量和作用時(shí)間，來(lái)使得磁通更接近圓形。SVPWM最大的好處是提高了電壓利用率，調(diào)制比可以達(dá)到1.15（比SPWM提高了15%）。更通俗的理解SVPWM的調(diào)制比提升，就是輸出的線電壓峰值能等于直流母線電壓，而SPWM最高能輸出的電壓峰值為直流母線電壓的sqrt(3)/2.

SVPWM的數(shù)字實(shí)現(xiàn)

很多文獻(xiàn)和教科書(shū)都會(huì)去講怎么計(jì)算8個(gè)電壓矢量的作用時(shí)間，怎么按順序去作用電壓矢量，該過(guò)程實(shí)在是太虐心，太考驗(yàn)人的耐性。而最開(kāi)始搞SPWM的人不死心，想看看SVPWM這種電壓矢量作用方式下，等效的載波是什么樣的。于是很多大神上場(chǎng)發(fā)揮作用，最后研究下來(lái)，發(fā)現(xiàn)其調(diào)制波是在正弦波的基礎(chǔ)上，注入了三次諧波。

而且三次諧波很特別，并不是一個(gè)三次正弦信號(hào)，而是類(lèi)似三角波的波形。很幸運(yùn)，這個(gè)注入的諧波還有解析式，Uz=middle(Ua,Ub,Uc)，也即是三相輸出電壓ua,ub,uc的中間值。那就好辦了，SVPWM的數(shù)字實(shí)現(xiàn)時(shí)，不用再采用復(fù)雜的空間位置計(jì)算了，只需要求取中間值，進(jìn)行疊加即可。

更進(jìn)一步研究，對(duì)Uz采用不同的取值，除了可以得到SVPWM外，還可以變化得到5段式pwm、過(guò)調(diào)制的PWM等等。對(duì)于三電平、五電平或者七電平，研究的思路也是相似。

PWM的放大倍數(shù)

相信很多搞電力電子控制的人，都會(huì)被Kpwm這個(gè)系數(shù)給困擾。它出現(xiàn)在很多文獻(xiàn)和教科書(shū)中，用于推到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，但沒(méi)有人來(lái)講它到底是多少。Kpwm其實(shí)是來(lái)衡量pwm調(diào)制經(jīng)過(guò)功率器件后的放大系數(shù)。

Kpwm=Uout/Uref。通過(guò)上圖可以看到，Kpwm和很多因素有關(guān)，比如PWM調(diào)制算法、芯片的pwm邏輯電路、功率器件，每個(gè)人對(duì)這些細(xì)節(jié)的定義都不一樣，所以Kpwm沒(méi)有一個(gè)確切的值，我想也是很多著作不屑于講明白的原因吧。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該假設(shè)如果我輸出一個(gè)Uref值，通過(guò)各種闖關(guān)后，最終輸出的Uout是多少，以此來(lái)得到自己Kpwm。

如何學(xué)習(xí)PWM

紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行。要想深入理解PWM，最好的方式就是自己實(shí)踐。如果有嵌入式的平臺(tái)，或者功率器件主回路，就可以自己一點(diǎn)一點(diǎn)的摳代碼調(diào)試。如果沒(méi)有這樣的平臺(tái)，我建議可以在simulink的環(huán)境下進(jìn)行仿真測(cè)試。當(dāng)你發(fā)現(xiàn)輸出的波形和教科書(shū)上的一樣時(shí)，會(huì)給你帶來(lái)更大的成就感的。