理论教育 最小开关损耗PWM设计原则介绍

最小开关损耗PWM设计原则介绍

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:图5-18 一种最小开关损耗PWM的调制波开关器件不动作时间区间在相电压的峰值时刻之后,这种调制方法尤其适合感性负载,因为此时也是器件中流过最大电流的时间。与不对称最小开关损耗PWM不同的是对称最小开关损耗PWM的调制波具有与正弦波相同的对称性。

最小开关损耗PWM设计原则介绍

1.不对称最小开关损耗PWM

除了3的整数倍次谐波外,还可以在正弦波中叠加直流成分,也不会影响线电压。例如注入谐波成分按下式合成:

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仍按式(5-20)的方法,就可以构成如图5-18所示的调制波。可以看出,不论幅值的大小,各相调制波中总有1/3周期的值与三角波负峰值相等;在这1/3周期内,并不对该相进行调制,而只对其他两相调制,因此该种控制方式也称为两相调制方式。从图5-19可以看出,该种调制方式具有以下特点:

(1)在调制波的1/3周期内开关器件不动作,可以使功率器件的开关频率降低1/3,这是通过调制所能达到的最低开关频率,也对应着最小开关损耗;因此该方法被称为最小开关损耗PWM。

(2)最大输出线电压基波幅值与直流电压相等,与SPWM相比,直流电压利用率提高15%。

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图5-18 一种最小开关损耗PWM的调制波

(3)开关器件不动作时间区间在相电压的峰值时刻之后,这种调制方法尤其适合感性负载,因为此时也是器件中流过最大电流的时间。

类似的,也可以按照下式构成注入谐波成分:

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同样也可以实现最小开关损耗PWM。只不过各相调制波中总有1/3周期的值与三角波正峰值相等,但效果与图5-18所示调制方式完全相同。(www.daowen.com)

观察式(5-19)、式(5-21)和式(5-22),可以发现某种共性。因此可以把3个公式合成一个:

un=-k·max(uanubnucn)-(1-k)·min(uanubnucn)+(2k-1)(5-23)其中0≤k≤1。

k=1/2时,即得式(5-19);k=0时,即得式(5-21);k=1时,即得式(5-22)。k为其他值时,同样也可以构成HIPWM。因此式(5-23)是一簇HIPWM的通式,该簇HIPWM的共同特点是直流电压利用率比SPWM提高15%,在HIPWM中这个直流电压利用率是最高的。

2.对称最小开关损耗PWM

由式(5-21)和式(5-22)构成的最小开关损耗PWM虽然开关损耗最小,但相电压调制信号本身失去了对称性,造成某些器件长期开通,某些器件长期关断,会对系统的热稳定性造成不利影响。为解决这一问题,就出现了对称的最小开关损耗PWM方法。

正弦波信号本身具有奇函数对称和1/4周期轴对称的性质,因此叠加的成分也必须具有同样性质,才能得到对称最小开关损耗PWM的相电压调制波形。这个注入谐波成分的表达式为

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图5-19给出的是按照式(5-24)进行叠加后各相调制波信号的波形。可以看出在相电压调制波形中,有1/6周期的值与三角波负峰值相等,还有1/6周期的值与三角波正峰值相等,也就是说总共仍有1/3周期不调制,因此开关频率和开关损耗仍然降低1/3。直流电压利用率也同样提高15%。与不对称最小开关损耗PWM不同的是对称最小开关损耗PWM的调制波具有与正弦波相同的对称性。

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图5-19 对称最小开关损耗PWM的调制波

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