逆变器采样计算

SPWM与SVPWM区别

SPWM与SVPWM是电机控制领域中的两种重要调制技术，虽然只一字之差，但它们所代表的原理和应用却大相径庭。

SPWM（正弦脉宽调制）原理基于生成等幅不等宽的矩形脉冲波形，使波形与正弦波自然相交生成。其生成方法包括对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种，其中第三种方法应用最为广泛。SPWM能生成三相正弦电压，但直流侧电压利用率较低，最高为直流侧电压的倍。

SVPWM（电压空间矢量PWM）则从整体考虑逆变系统与电动机，通过八个基本电压矢量合成期望电压矢量，建立逆变器功率器件的开关状态，并依据电机磁链与电压关系实现恒磁通变压变频调速。相比SPWM，SVPWM在电压利用率方面有显著提升，高出约15%，但两者在本质上仍有关联，SVPWM可视为在SPWM基础上加入零序分量后进行规则采样得到的结果。

SPWM与SVPWM的区别主要体现在电压利用率、计算复杂度和硬件实现上。SPWM易于硬件电路实现，而SVPWM更适合数字化控制系统。SPWM关注于输出电压接近正弦波，而SVPWM则更注重电流控制和磁场轨迹的跟踪。

此外，SVPWM通过电压空间矢量合成驱动波形，减少了硬件损耗，计算过程相对简单，且在每个小区间内实现多次开关切换，提高了输出线电压基波最大值，与SPWM相比提升了约15%的直流利用率。

总之，SPWM与SVPWM在原理和应用上存在显著差异，但两者均在电机控制领域发挥重要作用。SPWM注重生成接近正弦波的电压，而SVPWM则通过电压空间矢量合成，实现更高效和精确的电机控制。

PWM的逆变原理是什么

1. PWM（脉宽调制）技术通过调节脉冲宽度来控制输出电压，同时通过改变周期来调节输出频率。

2. 在PWM逆变器中，调压与调频协同工作，且与中间直流环节无关，这提高了调节速度和动态性能。

3. PWM逆变器使用不可控整流器，改善了电网侧的功率因数，并能够减少低次谐波。

4. 结合自关断器件，PWM逆变器能够显著提高开关频率，使输出波形接近正弦波。

5. PWM变频电路的特点包括：输出电压接近正弦波、功率因数接近1、电路结构简单，以及动态响应速度快。

6. 现代通用变频器普遍采用PWM控制方式，因此了解PWM控制原理是必要的。

7. PWM控制通过对逆变电路开关器件的通断进行控制，生成一系列代替正弦波或所需波形的脉冲。

8. 通过调节脉冲宽度，PWM逆变器可以改变输出电压和频率。

9. 采样控制理论表明，不同形状但面积相等的窄脉冲对系统的效果是等效的。

10. 利用这一理论，可以用不同宽度的矩形波来模拟正弦波，从而控制输出不同频率的正弦波。

11. PWM波形的生成涉及将正弦波分成等份，并用等幅不等宽的矩形脉冲序列代替，使脉冲面积与正弦部分相等。

12. 这样得到的PWM波形与正弦波等效，各脉冲宽度按正弦规律变化。

13. 要改变输出正弦波的幅值，只需按比例系数调整脉冲宽度，而无需改变整流电路。

14. 一旦知道了正弦波的频率、幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形的脉冲宽度和间隔就可以准确计算。

15. 按照这些计算结果，控制开关器件的通断，就可以生成所需的PWM波形。

PLECS 应用示例（78）：三相电压源逆变器（Three-Phase Voltage Source Inverter）

三相电压源逆变器(VSI)模型展示了一个从直流电压源产生交流电流和电压的逆变器电路。此模型设计用于实现10千瓦的额定功率，并提出了三种不同的脉宽调制(PWM)方案来控制VSI输出。

直流电压源提供700伏的电压，代表系统中的电池、太阳能阵列或整流器。逆变器连接到230Vrms、50Hz的低压电网，电网表示为刚性交流电压源。并网电抗为基础阻抗的10%，并包含小电阻来模拟电感器损耗。电感器电流被初始化为单位功率因数下10kW的期望额定功率，以避免启动期间的瞬态。

可配置子系统“控制器Controller”包含三种常见的PWM方法：正弦PWM、空间矢量(SV)PWM和滞后PWM。选择不同的调制器类型将呈现不同的控制参数。通常，VSI输出端电压或参考电流将使用闭环控制方法动态计算，但在模型中使用固定值。正弦和SV PWM配置中，参考信号是VSI输出端子处的期望平均电压，VSI输出电流与电网电压相位差决定了输出电压幅度和角度。正弦PWM实现使用对称PWM组件，其采样参数配置对调制指数输入进行采样的不同方式。滞后PWM是一种电流控制的PWM方案，调节逆变器的输出电流至恒定迟滞带内的参考电流。

模型配置了运行多个实验，比较每个调制器的性能。通过检查输出波形、总谐波失真(THD)、谐波频谱分析和磁滞带，可以比较每种调制策略产生的谐波。

通过比较，发现SV PWM在输出端产生的谐波失真较小，与相同开关频率的正弦PWM相比。正弦PWM和SV PWM方案的主谐波以开关频率的整数倍为中心，而磁滞PWM产生的谐波是非周期性的，并在谐波频谱中具有频率含量。

模型讨论了无调节三相VSI的运行，并实现了三种调制技术，比较了每种调制策略产生的谐波。此模型授权英富美(深圳)科技有限公司提供翻译与发表，所有权属于瑞士商Plexim GmbH所有。如有任何用途，请先获得所有权人允许。

PWM波如何产生并控制

PWM控制技术基于采样控制理论中的结论，即窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。通过控制半导体开关器件的导通与关断，使输出得到一系列幅值相等而宽度不同的脉冲，以此替代正弦波或其他波形。这种控制方法可以改变逆变电路输出电压的大小和频率。

随着电力电子器件的发展，尤其是全控型器件的出现，PWM控制技术在上世纪80年代得到广泛应用。如今，已出现了多种PWM控制方法，包括等脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法等。SPWM法是一种成熟的控制方法，其原理基于采样控制理论中的结论，通过脉冲宽度按正弦规律变化的PWM波形来控制逆变电路中的开关器件。

等面积法是SPWM法的直接实现方式，通过计算各脉冲的宽度和间隔来生成PWM信号。此方法虽能准确计算开关器件的通断时刻，但计算繁琐且难以实时控制。硬件调制法则通过模拟电路来实现，虽然简单但难以精确控制。

软件生成法利用微机技术，实现调制过程。自然采样法和规则采样法是两种基本算法，规则采样法计算简单，便于实时运算，但直流电压利用率较低。低次谐波消去法则旨在消除特定低次谐波，但剩余谐波幅值较大，计算复杂。

梯形波与三角波比较法是一种提高直流电压利用率的方法，通过采用梯形波作为调制信号，实现PWM控制。这种方法能有效提高直流电压利用率，但输出波形中含低次谐波。

线电压控制PWM适用于三相逆变电路，旨在使线电压趋于正弦。马鞍形波与三角波比较法通过注入三次谐波，提高直流电压利用率。单元脉宽调制法则通过特定的脉冲模式，实现线电压的脉冲波形，这种方法不仅能抑制低次谐波，还能减小开关损耗。

电流控制PWM通过比较指令电流与实际电流，决定开关器件的通断状态。滞环比较法电路简单，动态性能好，但开关频率不固定。三角波比较法则通过固定频率，提高电流响应速度。预测电流控制法则根据预测误差，决定下一个调节周期的电压矢量。

空间电压矢量控制PWM通过逆变器的不同开关模式，逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹，实现PWM波形的生成。此法从电动机角度出发，控制逆变器和电机的整体性能。矢量控制PWM通过坐标变换，分别控制速度和磁场，但难以准确观测转子磁链。直接转矩控制PWM直接控制转矩，克服了矢量控制的不足，但逆变器开关频率有限制。

非线性控制PWM中的单周控制法通过控制开关占空比，在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等。单周控制能自动消除稳态和瞬态误差，适用于各种软开关逆变器，反应快且鲁棒性强。

谐振软开关PWM通过在常规PWM变换器中附加谐振网络，使电力电子器件在开关点上实现软开关过程。这种方法保持了PWM技术的特点，实现了软开关技术，但谐振网络的存在会导致谐振损耗。

DRV8301/8302三相无刷电机驱动全解

DRV8301/8302是三相无刷电机驱动芯片，其引脚功能已在数据手册中详细说明，这里不再过多解释。这款芯片的使用方法在数据手册里已清晰阐述，适合快速入门学习。

芯片内部集成了一个电荷泵电路，用于实现buck降压，并提供了计算外设电路的工具，可根据TI官网提供的TPS54160数据表进行设计，无需额外电阻，电源滤波电容根据实际需要选择。

BUCK电路通过调节VSENCE引脚分压确定输出电压大小。设计外设电路时，参考TI官网提供的外设电路设计，无需额外电阻。

驱动芯片提供三相逆变和换向电路设计参考，电路原理图在数据手册中详细列出。接地分为数字地、模拟地和功率地，分别用于数字信号、模拟信号和功率信号的参考。三者需连接在一起以保持相同的参考电平，避免电流回流导致芯片损坏。

三相逆变器由三个上桥臂和三个下桥臂组成。GH_A通上高电平时，N沟道MOS管导通。设计栅极电压接近导通电压，并考虑电阻值以确保导通。电容滤波则对电源进行滤波。

电流采样是FOC控制的第一个闭环，芯片手册提供了运放电路图，用于计算电流。通过电压采样和电阻值计算电流，这种方法优于使用ADC，因为它直接利用运放实现电流采样。

电机桥臂与芯片引脚之间的连接电路直接参考数据手册中的电路设计。对三相无刷电机而言，只需采样两路电流，第三路可通过计算得知。

DRV8301和DRV8302在功能上基本相同，主要区别在于电流采样所使用的调节放大倍数的方式不同。DRV8301使用SPI通讯进行四档调节，而DRV8302通过GAIN引脚电平输入实现两档调节。

总结，本文旨在介绍DRV8301/8302在使用上的一些基础知识和设计电路过程中的细节，帮助读者对这款三相电机驱动芯片有更深入的理解。阅读本文后，再结合数据手册会更清晰，如有疑问欢迎在评论区留言或私信交流。

个人水平有限，博客中可能有疏漏之处，希望读者能指出，避免误导他人。

如何从零自学逆变器控制(一)

如何从零开始自学逆变器控制

要掌握逆变器控制，首先需了解理论知识。掌握功率拓扑原理，包括Buck、Boost电路和全桥逆变电路，理解驱动和PWM占空比计算，虽然软件部分可以依赖硬件提供的系数，但《数字信号处理》和《自动控制原理》是基础课程。数字信号处理涉及拉氏变换和离散化，逆变器中的滤波器主要是一阶低通和陷波器。自动控制原理则讲传递函数，重点理解PID中的PI控制，推荐使用串联型，编写程序时需通过Z变换和差分方程。

获取资源是关键。选择TI公司的C2000系列DSP，例如TMS320F280049，从TI官网下载相关资料，如用户手册和SDK库。开始时可从控制一个IO口入手，再逐步深入。C2000Ware库提供例程，旧型号可能需要注册。

学习路径包括理解逆变器的开发套件，如Solar目录下的单相逆变器项目，从原理图和源码入手，同时参考官方的指导文档。掌握基本的单极性或双极性控制，理解控制模式和功率拓扑。

在CCS开发环境中，导入并调试例程，如voltagesourceinvlcfltr.c中的中断程序，理解PI控制参数设计。可以从TI的库中找到逆变器常用的算法，如电压源逆变器的控制。

参数采样是逆变器核心，包括直流电压、交流电压和电流。例如，通过电阻分压法采样直流电压，计算公式预先设定系数简化计算。交流电压采样则用差分电路，计算出合适的系数转换采样值。

电流采样可通过电阻或霍尔传感器，这里以电阻为例，计算电流值的公式同样涉及系数预设。

逆变控制涉及相位生成，如使用斜坡信号乘以正弦函数，以及电压和电流环路的双环路控制。PI控制中，串联型更易于调试，注意中断函数中的函数调用效率。

最后，持续学习和实践，如PID控制的理解，可以参考相关文章深入探讨。通过理论与实践结合，逐步掌握逆变器控制的各个方面。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467