PWM控制功率电子：逆变器与变频器原理与设计，掌握能量转换

# 1. PWM控制的基本原理**

脉宽调制（PWM）是一种控制技术，通过改变脉冲的宽度来控制输出功率。其基本原理如下：

- **载波波形：**PWM控制使用一个高频三角波或锯齿波作为载波波形。
- **调制信号：**调制信号代表所需的输出功率。它是一个低频正弦波或其他波形。
- **比较：**调制信号与载波波形进行比较。当调制信号高于载波波形时，输出为高电平；当调制信号低于载波波形时，输出为低电平。
- **输出波形：**比较后的输出波形是一个脉冲序列，其脉冲宽度与调制信号成正比。通过控制脉冲宽度，可以控制输出功率。

# 2. 逆变器原理与设计

### 2.1 逆变器的拓扑结构

#### 2.1.1 全桥逆变器

全桥逆变器是一种常见的逆变器拓扑结构，由四个功率开关组成，如下图所示：

graph LR
    A[S1] --> B[S2]
    B[S2] --> C[S3]
    C[S3] --> D[S4]
    D[S4] --> A[S1]

**参数说明：**

* S1、S2、S3、S4：功率开关

**代码逻辑分析：**

全桥逆变器的基本工作原理是通过控制功率开关的导通和关断状态，产生正弦波或方波输出。当S1和S4导通，S2和S3关断时，输出端为正极性；当S2和S3导通，S1和S4关断时，输出端为负极性。通过改变功率开关的导通顺序和时间，可以控制输出波形的频率和幅度。

#### 2.1.2 半桥逆变器

半桥逆变器是一种结构更简单的逆变器拓扑，由两个功率开关和一个直流电源组成，如下图所示：

graph LR
    A[S1] --> B[S2]
    B[S2] --> C[Vdc]
    C[Vdc] --> A[S1]

**参数说明：**

* S1、S2：功率开关
* Vdc：直流电源

**代码逻辑分析：**

半桥逆变器的基本工作原理是通过控制功率开关S1和S2的导通和关断状态，产生方波输出。当S1导通，S2关断时，输出端为正极性；当S2导通，S1关断时，输出端为负极性。由于半桥逆变器只能产生方波输出，因此其输出波形中含有较多的谐波分量，需要通过滤波器进行滤除。

### 2.2 逆变器的调制技术

#### 2.2.1 正弦脉宽调制（SPWM）

SPWM是一种常用的逆变器调制技术，通过将正弦波参考信号与三角波载波信号进行比较，产生控制功率开关导通和关断的脉冲信号。SPWM的原理如下图所示：

graph LR
    A[正弦波] --> B[三角波]
    B[三角波] --> C[比较器]
    C[比较器] --> D[脉冲信号]

**参数说明：**

* 正弦波：正弦波参考信号
* 三角波：三角波载波信号
* 比较器：比较器
* 脉冲信号：控制功率开关导通和关断的脉冲信号

**代码逻辑分析：**

当正弦波参考信号大于三角波载波信号时，比较器输出高电平，功率开关导通；当正弦波参考信号小于三角波载波信号时，比较器输出低电平，功率开关关断。通过改变三角波载波信号的频率和幅度，可以控制输出波形的频率和幅度。

#### 2.2.2 空间矢量调制（SVM）

SVM是一种先进的逆变器调制技术，通过将三相正弦波参考信号映射到空间矢量平面，产生控制功率开关导通和关断的脉冲信号。SVM的原理如下图所示：

graph LR
    A[三相正弦波] --> B[空间矢量平面]
    B[空间矢量平面] --> C[比较器]
    C[比较器] --> D[脉冲信号]

**参数说明：**

* 三相正弦波：三相正弦波参考信号
* 空间矢量平面：空间矢量平面
* 比较器：比较器
* 脉冲信号：控制功率开关导通和关