SPWM逆变器电路结构

逆变器的工作原理是怎样的？

       PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM

       信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON） 或断（OFF）

        的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。

       只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM 进行编码。

       如图1 所示，用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N 等分，看成N 个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等;用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。

       SPWM 波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形。

       PWM逆变器

       标准的三相功率级（power

       stage）被用来驱动一个三相无刷直流电机，如图1所示。功率级产生一个电场，为了使电机很好地工作，这个电场必须保持与转子磁场之间的角度接近90°。六步序列控制产生6个定子磁场向量，这些向量必须在一个指定的转子位置下改变。霍尔效应传感器扫描转子的位置。为了向转子提供6个步进电流，功率级利用6个可以按不同的特定序列切换的功率MOSFET。下面解释一个常用的切换模式，可提供6个步进电流。

       MOSFET Q1、Q3和Q5高频（HF）切换，Q2、Q4和Q6低频（LF）切换。当一个低频MOSFET处于开状态，而且一个高频MOSFET 处于切换状态时，就会产生一个功率级。

       步骤1） 功率级同时给两个相位供电，而对第三个相位未供电。假设供电相位为L1、L2，L3未供电。在这种情况下，MOSFET Q1和Q2处于导通状态，电流流经Q1、L1、L2和Q4。

       步骤2）MOSFET Q1关断。因为电感不能突然中断电流，它会产生额外电压，直到体二极管D2被直接偏置，并允许续流电流流过。续流电流的路径为D2、L1、L2和Q4。

       步骤3）Q1打开，体二极管D2突然反偏置。Q1上总的电流为供电电流（如步骤1）与二极管D2上的恢复电流之和。

       显示出其中的体-漏二极管。在步骤2，电流流入到体-漏二极管D2（见图1），该二极管被正向偏置，少数载流子注入到二极管的区和P区。

       当MOSFET Q1导通时，二极管D2被反向偏置，

       N区的少数载流子进入P+体区，反之亦然。这种快速转移导致大量的电流流经二极管，从N-epi到P+区，即从漏极到源极。电感L1对于流经Q2和Q1的尖峰电流表现出高阻抗。Q1表现出额外的电流尖峰，增加了在导通期间的开关损耗。图4a描述了MOSFET的导通过程。

       为改善在这些特殊应用中体二极管的性能，研发人员开发出具有快速体二极管恢复特性MOSFET。当二极管导通后被反向偏置，反向恢复峰值电流Irrm较小。

       结合一种简单的逆变器电路图分析PWM逆变器电路的工作原理

       电阻R2和电容C1套集成电路内部振荡器的频率。预设R1可用于振荡器的频率进行微调。14脚和11脚IC内部驱动晶体管的发射极终端。的驱动晶体管（引脚13和12）的集电极终端连接在一起，并连接到8

        V轨（7808输出）。可在IC的引脚14和15两个180度，淘汰50赫兹脉冲列车。

       这些信号驱动器在随后的晶体管阶段。当14脚的信号为高电平，晶体管Q2接通，就这反过来又使晶体管Q4，Q5，Q6点从目前的+12 V电源（电池）连接流一个通过的上半部分（与标签的标记）变压器（T1）中，小学通过晶体管Q4，Q5和Q6汇到地面。

       因此诱导变压器二次电压（由于电磁感应），这个电压220V输出波形的上半周期。在此期间，11脚低，其成功的阶段将处于非活动状态。当IC引脚11云高的第三季度结果Q7的获取和交换，Q8和Q9将被打开。从+12

       V电源通过变压器的初级下半部和汇到地面通过晶体管的Q7，Q8，Q9，以及由此产生的电压，在T2次级诱导有助于的下半部周期（标签上标明）电流流220V输出波形。

       逆变器输出（T2的输出）挖掘点的标记为B，C，并提供给变压器T2的主。在变压器T2的下降这个高电压的步骤，桥梁D5整流它和这个电压（将逆变器的输出电压成正比）是提供的PIN1通过奥迪R8，R9，R16和（该IC的内部错误放大器的反相输入）这个电压与内部参考电压比较。

       此误差电压成正比的输出电压所需的值和IC调节占空比的驱动信号（引脚14和12）为了使输出电压为所需的值的变化。R9的预设，可用于调节逆变器输出电压，因为它直接控制变频器的输出电压误差放大器部分的反馈量。

       二极管D3和D4续流二极管，保护驱动级晶体管的开关变压器（T2）初选时产生的电压尖峰。R14和R15限制基地的第四季度和Q7。R12和R13为第四季度和Q7防止意外的开关ON下拉电阻。C10和C11是绕过从变频器的输出噪声。C8是一个滤波电容的稳压IC

        7805。R11的限制限制了电流通过LED指示灯D2的。

逆变器是通过方波的叠加还是通过PWM方式调节占空比的方式实现直流变正弦的？

       逆变器的波形主要分两类，一类是正弦波逆变器，另一类是方波逆变器（后来衍生及方波叠加或称改良正弦波、修正正弦波、模拟正弦波等等）。

       正弦波逆变器是正弦波脉宽调制（SPWM）IGBT高频逆变技术，内部交—直—交结构，逆变器选用IGBT作为开关元件。利用IGBT开关频率较高的优点，采用正弦脉宽调制方式(SPWM)对逆变器进行控制，将平稳直流变换为脉宽调制输出的交流，如图所示，SPWM采用双极性方式，即：同一桥臂上下两只IGBT元件为互补通断，对角元件同时通断。因此，输出SPWM波幅值恒定，宽度按正弦规律变化，该交流基波频率为所需要的电源输出频率。逆变器输出的脉宽调制波经LC滤波电路滤波后，得到纯正的正弦波交流电，并且所含谐波分量很小；再经变压器隔离变压，得到所要求的交流电。

       修正波（方波叠加、模拟正弦波、改良正弦波）所输出波形从正向最大值到负向最大值之间有一个时间间隔，使用效果有所改善，但准正弦波的波形仍然是由折线组成，属于方波范畴，制作大多采用简易的多谐振荡器，其技术较早。

关于三相电压源型spwm逆变器的设计

       一 市场上常见款式车载逆变器产品的主要指标

        输入电压：DC 10V～14.5V；输出电压：AC 200V～220V±10％；输出频率：50Hz±5％；输出功率：70W ～150W；转换效率：大于85％；逆变工作频率：30kHz～50kHz。

       二 常见车载逆变器产品的电路图及工作原理

        目前市场上销售量最大、最常见的车载逆变器的输出功率为70W－150W，逆变器电路中主要采用TL494或KA7500芯片为主的脉宽调制电路。一款最常见的车载逆变器电路原理图见图1。

        车载逆变器的整个电路大体上可分为两大部分，每部分各采用一只TL494或KA7500芯片组成控制电路，其中第一部分电路的作用是将汽车电瓶等提供的12V直流电，通过高频PWM (脉宽调制)开关电源技术转换成30kHz－50kHz、220V左右的交流电；第二部分电路的作用则是利用桥式整流、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术，将30kHz～50kHz、220V左右的交流电转换成50Hz、220V的交流电。

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       1.车载逆变器电路工作原理

        图1电路中，由芯片IC1及其外围电路、三极管VT1、VT3、MOS功率管VT2、VT4以及变压器T1组成12V直流变换为220V/50kHz交流的逆变电路。由芯片IC2及其外围电路、三极管VT5、VT8、MOS功率管VT6、VT7、VT9、VT10以及220V/50kHz整流、滤波电路VD5－VD8、C12等共同组成220V/50kHz高频交流电变换为220V/50Hz工频交流电的转换电路，最后通过XAC插座输出220V/50Hz交流电供各种便携式电器使用。

        图1中IC1、IC2采用了TL494CN(或KA7500C)芯片，构成车载逆变器的核心控制电路。TL494CN是专用的双端式开关电源控制芯片，其尾缀字母CN表示芯片的封装外形为双列直插式塑封结构，工作温度范围为0℃-70℃，极限工作电源电压为7V～40V，最高工作频率为300kHz。

        TL494芯片内置有5V基准源，稳压精度为5 V±5％ ，负载能力为10mA，并通过其14脚进行输出供外部电路使用。TL494芯片还内置2只NPN功率输出管，可提供500mA的驱动能力。TL494芯片的内部电路如图2所示。

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        图1电路中IC1的15脚外围电路的R1、C1组成上电软启动电路。上电时电容C1两端的电压由0V逐步升高，只有当C1两端电压达到5V以上时，才允许IC1内部的脉宽调制电路开始工作。当电源断电后，C1通过电阻R2放电，保证下次上电时的软启动电路正常工作。

        IC1的15脚外围电路的R1、Rt、R2组成过热保护电路，Rt为正温度系数热敏电阻，常温阻值可在150 Ω～300Ω范围内任选，适当选大些可提高过热保护电路启动的灵敏度。

        热敏电阻Rt安装时要紧贴于MOS功率开关管VT2或VT4的金属散热片上，这样才能保证电路的过热保护功能有效。

        IC1的15脚的对地电压值U是一个比较重要的参数，图1电路中U≈Vcc×R2÷ (R1+Rt+R2)V，常温下的计算值为U≈6.2V。结合图1、图2可知，正常工作情况下要求IC1的15脚电压应略高于16脚电压(与芯片14脚相连为5V)，其常温下6.2V的电压值大小正好满足要求，并略留有一定的余量。

        当电路工作异常，MOS功率管VT2或VT4的温升大幅提高，热敏电阻Rt的阻值超过约4kΩ时，IC1内部比较器1的输出将由低电平翻转为高电平，IC1的3脚也随即翻转为高电平状态，致使芯片内部的PWM 比较器、“或”门以及“或非”门的输出均发生翻转，输出级三极管VT1和三极管VT2均转为截止状态。当IC1内的两只功率输出管截止时，图1电路中的VT1、VT3将因基极为低电平而饱和导通，VT1、VT3导通后，功率管VT2和VT4将因栅极无正偏压而处于截止状态，逆变电源电路停止工作。

        IC1的1脚外围电路的VDZ1、R5、VD1、C2、R6构成12V输入电源过压保护电路，稳压管VDZ1的稳压值决定了保护电路的启动门限电压值，VD1、C2、R6还组成保护状态维持电路，只要发生瞬间的输入电源过压现象，保护电路就会启动并维持一段时间，以确保后级功率输出管的安全。考虑到汽车行驶过程中电瓶电压的正常变化幅度大小，通常将稳压管VDZ1的稳压值选为15V或16V较为合适。

        IC1的3脚外围电路的C3、R5是构成上电软启动时间维持以及电路保护状态维持的关键性电路，实际上不管是电路软启动的控制还是保护电路的启动控制，其最终结果均反映在IC1的3脚电平状态上。电路上电或保护电路启动时，IC1的3脚为高电平。当IC1的3脚为高电平时，将对电容C3充电。这导致保护电路启动的诱因消失后，C3通过R5放电，因放电所需时间较长，使得电路的保护状态仍得以维持一段时间。

        当IC1的3脚为高电平时，还将沿R8、VD4对电容C7进行充电，同时将电容C7两端的电压提供给IC2的4脚，使IC2的4脚保持为高电平状态。从图2的芯片内部电路可知，当4脚为高电平时，将抬高芯片内死区时间比较器同相输入端的电位，使该比较器输出保持为恒定的高电平，经“或”门、“或非”门后使内置的三极管VT1和三极管VT2均截止。图1电路中的VT5和VT8处于饱和导通状态，其后级的MOS管VT6和VT9将因栅极无正偏压而都处于截止状态，逆变电源电路停止工作。

        IC1的5脚外接电容C4(472)和6脚外接电阻R7(4k3)为脉宽调制器的定时元件，所决定的脉宽调制频率为 fosc=1.1÷ (0.0047×4.3)kHz≈50kHz。即电路中的三极管VT1、VT2、VT3、VT4、变压器T1的工作频率均为50kHz左右，因此T1应选用高频铁氧体磁芯变压器，变压器T1的作用是将12V脉冲升压为220V的脉冲，其初级匝数为20×2，次级匝数为380。

        IC2的5脚外接电容C8(104)和6脚外接电阻R14(220k)为脉宽调制器的定时元件，所决定的脉宽调制频率为 fosc=1.1÷ (C8×R14)=1.1÷(0.1×220)kHz≈50Hz。

        R29、R30、R27、C11、VDZ2组成XAC插座220V输出端的过压保护电路，当输出电压过高时将导致稳压管VDZ2击穿，使IC2的4脚对地电压上升，芯片IC2内的保护电路动作，切断输出。

        车载逆变器电路中的MOS管VT2、VT4有一定的功耗，必须加装散热片，其他器件均不需要安装散热片。当车载逆变器产品持续应用于功率较大的场合时，需在其内部加装12V小风扇以帮助散热。

       2.电路中的元器件参数

        电路中各元器件的参数列于附表。

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       三.车载逆变器产品的维修要点

        由于车载逆变器电路一般都具有上电软启动功能，因此在接通电源后要等5s-30s后才会有交流220V的输出，同时LED指示灯点亮。当LED指示灯不亮时，则表明逆变电路没有工作。

        当接通电源30s以上，LED指示灯还没有点亮时，则需要测量XAC输出插座处的交流电压值，若该电压值为正常的220V左右，则说明仅仅是LED指示灯部分的电路出现了故障；若经测量XAC输出插座处的交流电压值为0，则说明故障原因为逆变器前级的逆变电路没有工作，可能是芯片IC1内部的保护电路已经启动。

        判断芯片IC1内部保护电路是否启动的方法是：用万用表的直流电压挡测量芯片IC1的3脚对地直流电压值，若该电压在1V以上则说明芯片内部的保护电路已经启动了，否则说明故障原因是非保护电路动作所致。

        若芯片IC1的3脚对地电压值在1V以上，表明芯片内部的保护电路已启动时，需进一步用万用表的直流电压挡测试芯片IC1的15、16脚之间的直流电压，以及芯片IC1的1、2脚之间的直流电压。正常情况下，图1电路中芯片IC1的15脚对地直流电压应高于16脚对地直流电压，2脚对地的直流电压应高于1脚对地的直流电压，只有当这两个条件同时得到满足时，芯片IC1的3脚对地直流电压才能为正常的0V左右，逆变电路才能正常工作。若发现某测试电压不满足上述关系时，只需按相应支路去查找故障原因，即可解决问题。

       四.车载逆变器产品的主要元器件参数及代换

        图1电路中的主要器件有驱动管SS8550、KSP44，MOS功率开关管IRFZ48N、IRF740A，快恢复整流二极管HER306以及PWM 控制芯片TL494CN (或KA7500C)。

        SS8550为TO-92形式封装的PNP型三极管。其引脚电极的识别方法是，当面向三极管的印字标识面时，引脚1为发射极E、2为基极B、3为集电极C。

        SS8550的主要参数指标为：BVCBO=-40V，BVCEO=-25V，VCE(S)=-0.28V， VBE(ON)=-0.66V ，fT=200MHz，ICM=1.5A，PCM=1W，TJ= 150℃ ，hFE=85～160(B)、120～200(C)、160～300(D)。

        与TO-92形式封装的SS8550相对应的表贴器件型号为S8550LT1，其封装形式为SOT-23。

        SS8550为目前市场上较为常见、易购的三极管，价格也比较便宜，单只售价仅0.3元左右。

        KSP44为TO-92形式封装的NPN型三极管。其引脚电极的识别方法是，当面向三极管的印字标识面时，其引脚1为发射极E、2为基极B、3为集电极C。

        KSP44的主要参数指标为：BVCBO=500V ，BVCEO=400V，VCE(S)=0.5V ，VBE(ON)=0.75V ，ICM=300mA ，PCM=0.625W ，TJ=150℃，hFE=40～200。

        KSP44为电话机中常用的高压三极管，当KSP44损坏而无法买到时，可用日光灯电路中常用的三极管KSE13001进行代换。KSE13001为FAIRCHILD公司产品，主要参数为BVCBO=400V，BVCEO=400V，ICM=100mA，PCM=0.6W，hFE=40～80。KSE13001的封装形式虽然同样为TO-92，但其引脚电极的排序却与KSP44不同，这一点在代换时要特别注意。KSE13001引脚电极的识别方法是，当面向三极管的印字标识面时，其引脚电极1为基极B、2为集电极C、3为发射极E。

        IRFZ48N为TO-220形式封装的N沟道增强型MOS快速功率开关管。其引脚电极排序1为栅极G、2为漏极D、3为源极S。IRFZ48N的主要参数指标为：VDss=55V，ID=66A，Ptot=140W，TJ=175℃，RDS(ON)≤16mΩ 。

        当IRFZ48N损坏无法买到时，可用封装形式和引脚电极排序完全相同的N沟道增强型MOS开关管IRF3205进行代换。IRF3205的主要参数为VDss=55V，ID=110A，RDS(ON)≤8mΩ。其市场售价仅为每只3元左右。

        IRF740A为TO-220形式封装的N沟道增强型MOS快速功率开关管。其引脚电极排序1为栅极G、2为漏极D、3为源极S。

        IRF740A的主要参数指标为：VDSS=400V ，ID=10A，Ptot=120W ，RDS(ON)≤550mΩ。

        当IRF740A损坏无法买到时，可用封装形式和引脚电极排序完全相同的N 沟道增强型MOS 开关管IRF740B、IRF740或IRF730进行代换。IRF740、IRF740B的主要参数与IRF740A完全相同。IRF730的主要参数为VDSS=400V，ID=5.5A，RDS(ON)≤1Ω。其中IRF730的参数虽然与IRF740系列的相比略差，但对于150W以下功率的逆变器来说，其参数指标已经是绰绰有余了。

        HER306为3A、600V的快恢复整流二极管，其反向恢复时间Trr=100ns，可用HER307(3A、800V)或者HER308(3A、1000V)进行代换。对于150W以下功率的车载逆变器，其中的快恢复二极管HER306可以用BYV26C或者最容易购买到的FR107进行代换。BYV26C为1A、600V的快恢复整流二极管，其反向恢复时间Trr=30ns；FR107为1A、1000V的快恢复整流二极管，其反向恢复时间= 100ns。从器件的反向恢复时间这一参数指标考虑，代换时选用BYV26C更为合适些。

        TL494CN、KA7500C为PWM控制芯片。对目前市场上的各种车载逆变器产品进行剖析可以发现，有的车载逆变器产品中使用了两只TL494CN芯片，有的是使用了两只KA7500C芯片，还有的是两种芯片各使用了一只，更为离奇的是，有的产品中居然故弄玄虚，将其中的一只TL494CN或者KA7500C芯片的标识进行了打磨，然后标上各种古怪的芯片型号，让维修人员倍感困惑。实际上只要对照芯片的外围电路一看，就知道所用的芯片必定是TL494CN或者KA7500C。

        经仔细查阅、对比TL494CN、KA7500C两种芯片的原厂pdf资料，发现这两种芯片的外部引脚排列完全相同，就连其内部的电路也几乎完全相同，区别仅仅是两种芯片的内部运放输入端的基准源大小略微有点差别，对电路的功能和性能没有影响，因此这两种芯片完全可以相互替代使用，并且代换时芯片的外围电路的参数不必做任何的修改。经实际使用过程中的成功代换经验，也证实了这种代换的可行性和代换后电路工作性能的可靠性。

        由于目前市场上已经很难找到KA7500C芯片了，并且即使能够买到，其价格也至少是TL494CN芯片的两倍以上，因此这里介绍的使用TL494CN直接代换KA7500C芯片的成功经验和方法，对于车载逆变器产品的生产厂商和广大维修人员来说确实是一个很好的消息。

       其他更详细的技术资料请查看深圳市通视科技有限公司网站,他们公司专业生产CRT车载电源逆变器。

       

参考资料：

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家用太阳能发电系统逆变器的电路结构包括什么变压器形式

       光伏发电逆变器主电路

       太阳能电池一般是电压源，因此逆变器的主电路采用电压型，太阳能光伏发电系统用逆变器的三种主电路形式如图1所示。图1（a）是采用工频变压器主电路形式，采用工频变压器使输入与输出隔离，主电路和控制电路简单。为了追求效率，减少空载损耗，工频变压器的工作磁通密度选得比较低，因此重量大，约占逆变器的总重量的50％左右，逆变器外形尺寸大，是最早的一种逆变器主要形式。

       图1：逆变器主电路图

       图1（b）是高频变压器主电路形式，采用高频变压器使输入与输出隔离，体积小，重量轻。主电路分为高频逆变和工频逆变两部分，比较复杂，是20世纪90年代比较流行的主电路方式。

       图1(b)

       图1（c）是无变压器主电路形式，不采用变压器进行输入与输出隔离，只要采取适当措施，同样可保证主电路和控制电路运行的安全性，体积最小，重量轻，而且效率高，成本也较低。主电路包括升压部分和采用高频SPWM的逆变部分，比工频变压器主电路形式要复杂，但是适应输入直流电压范围宽，有利于与太阳能电池进行匹配。尽管由于天气等因素使太阳能电池输出电压发生变化，但有了升压部分，可以保证逆变部分输入电压比较稳定。将成为今后主要的主电路流行方式。

       图1(c)

       为了使无变压器主电路形式安全运行，必须采取一定的技术措施：首先要使太阳能电池对地电压保持稳定；其次，为了防止太阳能电池接地造成主电路损坏，应检测太阳能电池正极和负极的接地电流（通过零相互感器），如果不平衡电流超过规定值，说明太阳能电池有可能接地，接地保护立即动作，切断主电路输出，停止工作。由于无变压器主电路形式没有变压器对输入与输出隔离，因此逆变器输入端的太阳能电池的正负极不能直接接地，输出的单相三线制中性点接地，因太阳能电池面积大，对地有等效电容存在（正极等效电容和负极等效电容）。该等效电电容将在工作中出现充放电电流，其低频部分有可能使供电电路中的漏电开关误动作而造成停电，其高频部分将通过配电线路对其它用电设备造成电磁干扰，而影响其它用电设备正常工作。对这种对地等效电容电流必须在主电路加电感L1与电容C1组成的滤波器进行抑制，特别是抑制高频部分。而工频部分，可以通过控制逆变器开关方式来消除。当然在太阳能电池与主电路之间，还应当设置共模滤波器，防止对太阳能电池的电磁干扰。

       2.电力电子器件

       用于太阳能光伏发电系统逆变器（含输入直流斩波级）的功率半导体器件主要有MOSFET、IGBT、超结MOSFET。其中MOSFET速度最快，但成本也最高。与此相对的IGBT则开关速度较慢，但具有较高的电流密度，从而价格便宜并适用于大电流的应用场合。超结MOSFET介于两者之间，是一种性能价格折中的产品，在实际设计中被广为应用。概括地说，选用哪类器件取决于成本、效率的要求并兼顾开关频率。如果要求硬开关在100kHz以上，一般只有MOSFET能够胜任。在较低频段如15kHz，如没有特殊的效率要求，则选择IGBT。在此之间的频率，则取决于设计中对转换效率和成本的具体要求。系统效率和成本之间作为一对矛盾，设计中将根据其相应关系对照目标系统要求确定最贴近系统要求的元件型号。表1为三种半导体开关器件的功率损耗，为了便于比较，各参数均以MOSFET情况作归一化处理，超结MOSFET工艺目前没有超过900V的器件。

       除去以上最典型的三类全控开关器件，业界有像碳化硅二极管和ESBT等基于新材料和新工艺的产品。它们目前的价格还比较高，主要应用于对太阳能光伏发电效率有特殊要求的场合。但随着生产工艺的不断进步和器件单价的下降，这类器件也将逐步变为主流产品，甚至替代上述的某一类器件。

       以下为两种可运用的于特殊光伏发电场合的逆变器：

       （1）单相全桥混合器件模块与三电平混合器件模块

       混合单相全桥功率模块，是专用于光伏发电系统中单相逆变的产品，配合以单极型调制方法，每个桥臂的两只开关管分别工作在完全相异开关频率范围，上管总是在工频切换通断状态，而下管总是在脉宽调制频率下动作。根据这种工作特点，上管选用相对便宜的门极沟道型(Trench)IGBT以优化通态损耗，而下管可选择非穿通型(NPT)IGBT以减少开关损耗。这种拓扑结构不但保障了最高系统转换效率还降低了整个逆变设备的成本。图3给出了不同器件搭配的转换效率曲线以印证这种功率模块的优越性。可以发现，这种混合器件配置在不同负载下能实现98%以上的转换效率。

       在美高森美的三电平逆变模块中，也引入了混合器件机制，充分利用两端器件开关频率远高于中间相邻两器件。因而APTCV60系列三电平模块两端使用超结MOSFET，中间为IGBT的结构，可进一步提高效率。

       （2）ESBT

       ESBT是应用于太阳能光伏发电系统中的一种新型高电压快速开关器件，它兼顾了IGBT和MOSFET的优点，不仅电压耐量高于MOSFET，而且损耗小于快速IGBT器件。美高森美即将推向市场的ESBT太阳能升压斩波器模块，集成了碳化硅二极管和ESBT，面向5kW～205kW的超高效率升压应用。其电压为1200V，集电极和发射极间饱和通态电压很低（接近1V），优化开关频率在30kHz～40kHz之间，可选择单芯片模块或双芯片模块封装。实验表明，这种功率模块比目前市场上对应的IGBT模块减少40%的损耗。根据6kW的参考设计实验结果，此模块在50%至满负载之间，转换效率比最快的IGBT器件要提高至少0.6个百分点。因此，在碳化硅全控器件的价格下降到可接受的范围之前，对于超高效率的太阳能光伏功率变换应用，ESBT将是优选开关器件。

spwm的原理

       SPWM的原理：

       一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形(假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好，显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。

       在通用变频器采用的交-直-交变频装置中，前级整流器是不可控的，给逆变器供电的是直流电源，其幅值恒定。从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代，只要每个脉冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制(spwm)波形。例如，把正弦半波分作n等分(n=9)，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成spwm波形。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法与一系列负脉冲波等效。这种正弦波正、负半周分别用正、负脉冲等效的spwm波形称作单极式spwm。

       

扩展资料：

       SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的、使用较广泛的PWM法。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。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

       PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如电动车电机调速就是使用这种方式。

       

参考资料：

百度百科-SPWM

分析SPWM变频器结构和功能

       近年来，随着电力电子技术、微电子技术及大规模集成电路的发展，生产工艺的改进及功率半导体器件价格的降低，变频调速越来越被工业上所采用。如何选择性能好的变频其应用到工业控制中，是我们专业技术人员共同追求的目标。下面结合作者的实际经验谈谈变频器的工作原理和控制方式：

       1 变频器的工作原理

       我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：

       n＝60 f(1－s)/p (1)

       式中 n———异步电动机的转速；

       f———异步电动机的频率；

       s———电动机转差率；

       p———电动机极对数。

       由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

       2变频器控制方式

       低压通用变频输出电压为380～650V，输出功率为0.75～400kW，工作频率为0～400Hz，它的主电路都采用交—直—交电路。其控制方式经历了以下四代。

       2.1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式

       其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。

       2.2电压空间矢量（SVPWM）控制方式

       它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。

       2.3矢量控制（VC）方式

       矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。

       2.4直接转矩控制（DTC）方式

       1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。

       直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

       2.5矩阵式交—交控制方式

       VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是：

       ——控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；

       ——自动识别（ID）依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；

       ——算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；

       ——实现Band—Band控制按磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。

       矩阵式交—交变频具有快速的转矩响应（<2ms），很高的速度精度（±2％，无PG反馈），高转矩精度（<＋3％）；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150％～200％转矩。

       

参考资料：

网络资源

正弦脉冲宽度调制spwm的基本原理是什么？载波比n，电压调制比m的定义是什么

       1、PWM技术原理：采用PWM方式构成的逆变器，其输入为固定不变的直流电压，可以通过PWM技术在同一逆变器中既实现调压又实现调频。由于这种逆变器只有一个可控的功率级，简化了主回路和控制回路的结构，因而体积小、质量轻、可靠性高。

       又因为集调压、调频于一身，所以调节速度快、系统的动态响应好。此外，采用PWM技术不仅能提供较好的逆变器输出电压和电流波形，而且提高了逆变器对交流电网的功率因数。把每半个周期内，输出电压的波形分割成若干个脉冲，每个脉冲的宽度为每两个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比为Y。

       此时，电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，也同样可以实现变频也变压的效果。

       2、载波比N等于常数，并在变频时使载波信号和调制信号保持同步的调制称为同步调制。

       3、调制比（Modulation Index，MI）为脉冲宽度调制（PWM）技术中的概念，PWM脉冲周期为T，脉冲宽度为Ton，则占空比为p=Ton/T。当PWM脉冲调制比K选定时，且脉冲周期T为定值，输出直流电压的大小取决于脉冲宽度Ton的大小。

扩展资料

       常见的现象是在欲接收的图像背景上出现干扰频道图像的负象。有时干扰频道的水平同步信号在欲接收的图像画面上翻转，成为一个垂直白条，而且左右移动（在行频一致时是固定的），好象汽车前窗的雨刷，因而也叫"雨刷干扰"。

       交扰将干扰信号转移到了有用信号的载波上；交扰调制则是将有用信号调制为相比干扰信号大的调制信号。

       交扰比（XM）：XM=20lg（被测载波上转移调制的峰-峰值/ 被测载波上需要调制的峰-峰值 ）；

       与交扰比相反，交扰调制比（CM）：CM=20lg（被测载波上需要调制的峰-峰值 / 被测载波上转移调制的峰-峰值）；国家标准 GB6510 规定 CM≥46+10lg(N-1) dB，式中N为电视频道数。

       百度百科-正弦脉宽调制

       百度百科-调制比

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