载波PWM是通过比较载波和调制波，来得到相电压的开关脉冲信号，它也是最早提出来的PWM控制方式。实际中最常见的是调制波为正弦波的SPWM。载波可以采用等腰的三角波，称为双边调制，也可以采用不对称的锯齿波，称为单边调制。单边调制比双边调制计算量小，但输出波形中含有偶次谐波，总的谐波分量也比双边调制大。目前在实际中应用的几乎都是对称的三角载波。

载波PWM主要取决于载波和调制波的设计。对两电平，通常是一个载波一个调制波，主要在调制波上做文章。以SPWM为例，通过在调制波中注入不同的零序分量，可以得到不同的效果，如提高直流母线电压利用率、减少开关损耗、改善谐波特性等。SPWM实际应用中的一个主要问题是直流母线电压利用率太低，通过在相电压调制波中注入适当大小的3次谐波^[11]，使之形成鞍形波，可以提高直流母线电压利用率。在三相无中线的系统中，三次谐波无法流通，互相抵消，线电压仍然为正弦波。如果在三相正弦调制波中注入如下式所示的零序分量，可以达到和SVPWM完全一致的效果，直流母线电压利用率提高15.47%。

图3-8 死区补偿前后电流波形对比

载波PWM在两电平中已经得到了广泛深入的研究，当其应用到多电平中时形式更加多样，在载波和调制波上都可以做很多文章。就载波而言主要是多载波PWM，基本上可以分成两种^[27-29]：载波叠加法和载波移相法。前者用于NPC结构，后者用于H桥串联型结构。载波叠加法根据相位和幅值的不同还可以分为同相层叠（PD）、正负反相层叠（POD）和交替反相层叠（APOD）等，这三种方式对应的波形谐波含量有所不同。就相电压而言，PD型由于波形不具有奇函数对称性其谐波中含有偶次分量，后两者均不含偶次谐波，因此单相电路后两种比较合适，但就线电压而言，PD型谐波含量最小，其次是APOD型和POD型，因此PD型适合三相平衡无中线系统。在调制波上的改进包括采用多调制波形式，即一个载波，多个调制波，以及注入不同的零序分量。以应用于三电平NPC逆变器为例，可以采用两个调制波^[30，31]，一个载波，称为双向dipolar调制，可以大大减少相电压间的谐波，而且算法简单，实现容易。图3-9给出了载波层叠的SPWM和双调制波的SPWM的输出比较。

三电平载波PWM在解决中点平衡、最小脉宽等问题时主要是通过注入合适的零序分量。除此之外，提高直流母线电压利用率、优化开关频率等，都可以通过注入合适的零序分量来实现。以载波层叠SPWM为例，注入式（3-12）所示的零序分量可以提高直流母线电压利用率，达到和空间矢量PWM一样的效果；避免最小脉宽同样可以采用注入零序分量的方法^[8，32]，其基本思想是三相参考信号同时上移或下移相同的距离，这只改变相电压而线电压不变，适用于三相平衡无中线系统。图3-10中的阴影部分代表产生最小脉宽的区域，其中Δe=T_MPW/T_s，T_MPW为器件最小导通时间，可以发现最小脉宽主要出现在调制波很大、很小和中间的位置。

图3-9 三电平载波PWM(www.daowen.com)

图3-10 三电平载波PWM中的最小脉宽区域

值得一提的是中点平衡方法，通过改变零序分量来调节同一矢量序列中正负小矢量的作用时间或者改变矢量序列^[33]，从而达到保持中点平衡的目的，后者比前者注入力度更大的零序分量，所以理论上中点平衡的效果会更好。图3-11给出了三种中点平衡方法的对比，分别是：调整传统7段式SVPWM中正负小矢量的时间比例（对应图3-11a上半图）；同时动态调整矢量序列和正负小矢量的作用时间比例（对应图3-11a下半图）；在载波PWM中注入零序分量（对应图3-11b，其中上半图注入零序分量力度小，下半图注入零序分量力度大）。具体测试条件为调制比m=0.3，f=15Hz。可以发现同时调整矢量序列和正负小矢量的作用时间相比仅调整正负小矢量的作用时间能获得更好的中点平衡效果。事实上，调整正负小矢量和调整矢量序列本质上都是在调整零序分量，因此从零序分量的角度来考察中点平衡算法更容易抓住本质。

图3-11 不同算法的中点电压平衡效果

在采用零序分量注入时有两点需要注意：

1）零序分量的注入要适当，尽管零序分量调整的力度越大，对中点平衡的效果越显著，但也有可能造成基波含量的损失，零序分量的调整应该以既能满足中点平衡，又尽量减少开关次数为准，同时还不能造成基波含量的损失。目前不少文献虽然认识到了零序分量对调整中点平衡的作用，但没有考虑到对基波的影响。

2）现有文献中^{[8，22，30]}的方法大都是只根据中点偏移情况来调节零序分量，其前提是负载为感性负载（当负载为电机时假设电机处于电动状态），在负载状态突变（对电机来说是突然正反转）情况下会引起较大中点脉动，这是使用时要注意的地方。