spwm实现单相逆变

1 spwm分析

当前比较主流的逆变控制器有svpwm（空间矢量脉宽调制）以及spwm（正弦脉宽调制）。其中svpwm更适用于三相逆变和foc控制。spwm的具体控制原理为将正弦波作为基波，三角波作为载波，利用pwm进行离散控制，在基波大于载波时，输出高电平，在小于载波时输出低电平。如下图。

我们就会得到一系列基于基波不断变化的pwm方波。

下面介绍pwm方波是如何转变为正弦波进行输出的，我们知道在载波（三角波）频率远远大于基波（正弦波）频率时，在一个周期内基波的值不会发生变化，为sin(t)。所以，在载波小于sin(t)时，pwm输出高电平，又因为三角波的线性特性，pwm的占空比是和sin(t)成正比的。我们知道，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。换句话说就是通过一系列形状不同的窄脉冲信号，相对应时间的积分相等（面积相等），其最终效果相同。

所以一系列的pwm经过电感进行滤波之后，加在负载上的便是正弦电压。

2 matlab仿真验证

1、下面左边的是频率很高的三角载波。可以看到输出为正弦波。

载波和基波

输出波形

2、即使正弦波幅值小于三角波幅值，输出也依然为正弦波，而且输出的幅值随输入基波幅值线性变化。这很容易理解，因为基波缩小几倍对应的sin(t)也缩小相同的倍数，占空比也缩小相同的倍数。

基波缩小两倍，输出也缩小两倍

3、但当正弦波幅值大于三角波幅值时，波形便发生了改变，所以实际操作时必须对基波进行限幅。

3 单相逆变器电路拓扑及控制原理

为了实现电路中电流的正向反向流动，我们需要一个全桥电路对电路中的电流进行调制。

那么为了使加到负载上的电压是成正弦波变化的，我们就要使用到上一节所讲述的方法，将占空比不断变化的方波施加到mos管的栅极。这里将pwm施加到MOS管的方式有单极性调制和双极性调制。所谓单极性调制，就是当pwm为高电平时，电路驱动左端的高侧mos和右端的低侧mos导通。当pwm为低电平时，就和上述相反。很容易想到当pwm占空比大于50%时，电流将正向流动，当占空比小于50%时，电流就将从右端的高侧mos流向左端的低侧mos，这时电流反向流动。这样就实现了电流的双向流通，实现了逆变。可以想到，这样的方式控制上非常简单，但是在一个pwm周期内，电感上将会被施加上正向和反向的电压，纹波将会非常大。

所以，在实际中，我更倾向于使用双极性的调制方式。双极性调制即在一个周期内通过控制mos管的开断实现电压的施加和电流的续流。

当基波大于零时，右侧半桥的下管始终打开，此时逆变电压的调制主要靠左侧半桥。当基波大于载波时，左侧半桥的上管导通，此时负载被施加正向电压。当基波小于载波时，左侧半桥的下管导通，此时电感通过左侧和右侧半桥的下管实现续流（这个很想Buck拓扑）。

反之当基波小于零时左侧半桥的下管始终打开，右侧半桥的控制同理。

可以想到，这样的控制方式对减小纹波有很大的帮助。那在实际中如何得到与上述方式相同的驱动mos的pwm波呢？我们知道，在一个周期中，半个周期的时间内有一侧的半桥的状态始终不改变。所以我选择的控制如下图。