1、第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4 41 PWM1 PWM控制的基本原理控制的基本原理4 42 2 單相單相PWMPWM逆變電路逆變電路 4 43 3 三相橋式三相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路 4 44 PWM4 PWM控制變頻系統中的功率接口控制變頻系統中的功率接口 為負載提供可變交流電源的裝置叫變頻器，其功能是將電網電壓提供的恒壓恒頻CVCF交流電變換為變壓變頻VVVF(通常簡稱3VF)交流電。變頻器最典型的應用就是交流電動機的無級調速。變頻電路按其電路結構特點、控制方式或輸出波形的不同，可構成不同類型的變頻器。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路第四

2、章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路變變 頻頻 器器 的的 分分 類類 如圖4-1所示為交交變頻器與交直交變頻器的結構框圖。圖4-1a所示的交交變頻器在結構上沒有明顯的中間濾波環節，來自電網的交流電被直接變換為電壓、頻率均可調的交流電，所以稱為直接變頻器。而圖4-1b所示的交直交變頻器有明顯的中間濾波環節，其工作時首先把來自電網的交流電變換為直流電，經過中間濾波環節之后，再通過逆變器變換為電壓、頻率均可調的交流電，故又稱為間接變頻器。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路圖4-1 變頻器結構框圖a）交交變頻器 b) 交直交

3、變頻器第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路圖4-2 交直交電壓型變頻器的結構形式。 a） 可控整流器調壓，逆變器調頻 b）二極管整流，斬波器調壓，逆變器調頻。 c）二極管整流，PWM逆變器調壓，調頻。 圖4-2a所示電路在整流環節調節可控整流器的控制角進行調壓，逆變器只進行調頻。圖4-2b所示電路的整流器是不可控的，其調壓是通過斬波器進行的，逆變器僅進行調頻。圖4-2a、b兩種電路結構的共同特點在于都有專門的調壓環節調整輸出電壓的幅值，從最后輸出波形看，它們同屬于脈沖幅度調制PAM方式。圖4-2c所示電路則是以不可控制整流器接入電網，整流之后不調節電壓幅度就送入逆變器，在逆變器同

4、時完成調頻調壓，因其電壓幅值不可變，逆變器的調壓靠改變電壓輸出脈沖的寬度來完成，從輸出波形上看，該電路屬于脈沖寬度調制PWM方式。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路 在圖4-2b、c兩種電路結構中，因采用不可控整流器，功率因數高。而在圖4-2a電路中，由于采用可控整流，輸出電壓有換相電壓降產生，諧波的無功功率使得輸入端功率因數降低。在圖4-2a、b兩種電路結構中，獨立的調壓調頻環節使之容易分開調試，但系統的動態反應慢。圖4-2c所示的電路結構則具有動態響應快，功率因數高的特點。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路

5、圖4-3 交直交電流型變頻器結構圖 a）可控整流器調節電壓，逆變器調節頻率。 b）二重化結構。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路 圖4-3a中可控整流器調節電壓和電流的大小，逆變器調節輸出電壓頻率，電容Cd為電流型濾波環節， Ld為限流電感。由于電流型變頻器很少進行脈沖寬度調制，而圖4-3a結構的電路輸出電流波形(方波)中諧波分量太大，影響了電動機的低速性能，因此，對電流型變頻器可以采用圖4-3b所示的二重化結構。該結構中，上下兩套變頻器的輸出方波電流頻率一致，但相位上錯開一定角度，輸出時將兩套變頻器的輸出電流進行疊加，疊加之后輸出的交流電流將成為多階梯的波形，更接近于正弦波，

6、有利于抑制低速運行時的轉矩脈動，擴大運行范圍。 綜合以上分析可知，圖綜合以上分析可知，圖4-2b4-2b、c c和圖和圖4-34-3電路結構在運電路結構在運行中存在以下缺點：行中存在以下缺點：(1)調壓與調頻需要兩套可控晶閘管變換器，開關元件多，控制線路復雜。(2)晶閘管可控整流側在低頻低壓下功率因數太低。(3)逆變器輸出的階梯波交流電壓(電流)諧波分量較大，因此變頻器輸出轉矩的脈動率 大，低速時影響電動機的穩定工作。(4)由于儲能電容的充放電時間長，變頻器的動態反應慢。(5)變壓器漏抗對電網產生的影響較大。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈

7、寬調制變頻電路 PWM PWM型變頻器有以下幾個優勢：型變頻器有以下幾個優勢：(1)主電路只有一個可控的功率環節，開關元件少，控制線路簡單。(2)整流側使用了不可控整流器，電網功率因數與逆變器輸出電壓無關而接近于1。(3)通過對PWM控制方式的控制，能有效地抑制或消除低次諧波，實現接近正弦形的輸出交流電壓波形。(4)調頻調壓在同一環節實現，無中間儲能環節，動態響應加快。 得益于以上這些優勢， PWM控制方式正逐步取代其它形式的電路結構在變頻技術和產品中占領主導地位。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1 PWM4.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理圖圖4-4 PWM4-4

8、 PWM交交直直交變頻電路圖交變頻電路圖 圖4-4是典型PWM交直交變頻器主電路圖，其整流環節采用不可控二極管整流橋，其輸出電壓經電容濾波后形成不可調的直流電壓Ud。而逆變環節則以六只功率開關器件和輔助元件構成，這些開關器件可以選用功率晶體管GTR，功率場效應晶體管MOSFET，絕緣門極晶體管IGBT等。控制逆變器中的功率開關器件按一定規律導通或斷開，逆變器的輸出側即可獲得一系列恒幅調寬的輸出交流電壓，該電壓為可調頻、可調壓的交流電VVVF。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1 PWM4.1 PWM控制的基本原理控制的基本原理第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電

9、路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脈寬調制原理脈寬調制原理 圖4-5為GTR元件作為功率開關的PWM逆變器主電路原理圖。對逆變器的變壓變頻控制，是通過對功率開關VT1-VT6的規律性通斷控制來實現的，所以，PWM逆變器的通斷控制規則即脈沖寬度調制方式決定著逆變器的輸出性能。脈寬調制的方式很多：由調制脈沖的極性可分為單極性和雙極性；由載波信號和參考信號 (或控制波信號)的頻率關系可分為同步調制方式和異步調制方式。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脈寬調制原理脈寬調制原理圖4-5 PWM逆變器主電路原理圖第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬

10、調制變頻電路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脈寬調制原理脈寬調制原理1.1.單極性脈寬調制單極性脈寬調制（1）參考信號為直流電壓的脈寬調制方式 在單極性脈寬調制中，控制信號與載波信號都是單極性的信號。對圖4-5所示的電路而言，當參考信號為單極性直流電壓ur，載波信號為單極性三角波ut時，對電路A相(即VT1、VT4橋臂)的調制規律如下：輸出電壓正半周由VTl提供，VT4截止。 ur ut時， VTl導通； ur ut時， VT4導通； ur ut時：VT1導通， VT4截止；ura ut時： VT1截止， VT4導通。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.1 PWM4

11、.1.1 PWM脈寬調制原理脈寬調制原理 雙極性SPWM調節輸出交流電壓幅值和頻率的方式與單極性SPWM相同，都是靠調節正弦參考波的幅值和頻率來實現的。圖4-9 雙極性SPWM調制原理 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脈寬調制原理脈寬調制原理3.3.同步調制同步調制 在SPWM調制方式中，定義載波頻率ft與控制波頻率fr之比為載波比，用Nftfr表示。如果在調制過程中保持比值N為常數，則稱為同步調制方式，如果該比值N不為常數，則稱為異步調制方式。同步調制的優點是，在開關頻率較低時可以保證輸出波形的對稱性。但是，在載波頻率較高時，同步調制幾乎

12、失去了應用的價值。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脈寬調制原理脈寬調制原理4.4.異步調制異步調制 異步調制時，在控制波頻率fr變化的同時，載波頻率ft保持不變。這樣，在逆變器整個變頻范圍內，輸出電壓半波內的矩形脈沖數是不固定的，很難保持三相波形的對稱關系且不利于諧波的消除。正由于是異步調制，在低頻輸出時，一個信號周期內，載波個數成數量級增多，這對抑制諧波電流、減輕電動機的諧波損耗及轉矩脈動大有好處。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.1 PWM4.1.1 PWM脈寬調制原理脈寬調制原理5.5.分段同步調制分段同步調制

13、對于BJT和GTO之類開關頻率不很高的功率器件，單使用同步調制或異步調制都有失偏頗，綜合兩者的優點，還可以采用分段同步式調制方式，當頻率fr降低較多時，分段有級地增加載波比N，即對不同的fr 頻段取不同的N值，頻率低時取N值大些，一般按等比級數安排。N的切換應注意兩點： (1)不出現電壓的突變。 (2)在切換的各臨界點處設置一個滯環區，以免在輸出頻率恰落在切換點附近時造成載波頻率反反復復變換不定的所謂振蕩現象。這種方式的缺點是，在N值切換時可能出現電壓突變甚至振蕩。 圖圖4-10 4-10 分段同步調制分段同步調制第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.1 PWM4.1.1

14、PWM脈寬調制原理脈寬調制原理第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的開關點算法波形的開關點算法 在SPWM系統中，通常是利用三角載波與正弦參考波進行比較以確定逆變器功率器件的開關時刻，從而控制逆變器輸出可調正弦波形。這一功能可由模擬電子電路、數字電子電路、專用的大規模集成電路等裝置來實現，也可由計算機編程實現。SPWM系統開關點的算法，主要分為兩類：一是采樣法，二是最佳法。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的開關點算法波形的開關點算法 1.1.自然采樣法自然采樣法 在上一節中

15、討論的幾種調制輸出波形的脈沖寬度，均是由正弦參考波與三角載波自然相交來確定的，所以稱之為自然采樣法。根據采樣規則的不同，采樣法又可分為對稱規則采樣和不對稱規則采樣兩種。 圖4-11 自然采樣法（不對稱）)sin(sin21211 222BAtttMTttt第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的開關點算法波形的開關點算法 2.2.對稱規則采樣法對稱規則采樣法 為了解決不對稱自然采樣法存在的缺點，產生了所謂的對稱采樣法，如圖4-12所示是一種較為簡單的對稱采樣法，其脈沖發生時刻A點與自然采樣法一致，而以三角載波中心線為對稱軸來求取脈沖結束時

16、刻B點，則 t1=t3，t2=t2。 ）（AttMTttt1 222sin1222(4-3) 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的開關點算法波形的開關點算法 圖4-12 對稱規則采樣法圖4-12 平均對稱規則采樣法第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的開關點算法波形的開關點算法 3.3.平均對稱規則采樣法平均對稱規則采樣法 綜合上述兩種采樣法的優點，可得到如圖4-13所示的平均對稱規則采樣法。該法以三角載波的中心線與正弦控制波的交點E為采樣電壓值，由E點水平截取三角載波對應值A

17、、B兩點，從而確定脈寬時間t2 ）（ettMTt12sin12）（23121tTttt（4-4）第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的開關點算法波形的開關點算法 4.4.指定諧波消除法指定諧波消除法 指定諧波消除法是SPWM控制模式研究中一種比較有意義的開關點確定法。在這種方法中，脈沖開關時間不是由三角波與控制波的交點確定的，而是從消除某些指定次諧波的目的出發，通過解方程組解出來的。 圖4-13所示為半周期內只有三個脈沖波的單極式SPWM波形。在圖示的坐標系中，將SPWM電壓波形展成傅氏級數為tkkkkUtukd13211cossins

18、insin12)( 式中k為奇數，由于SPWM波形的對稱性，不存在偶數次諧波。 sinsinsin23211dmUU05sin5sin5sin523215dmUU07sin7sin7sin7823217dmUU 設控制要求逆變器輸出的基波電壓幅值為U1m，并要求消除五次、七次諧波(三相異步電動機無中線情況下不存在3及3的整數倍諧波)，按上述要求，可列出下列方程組： 求解上述方程組即可得到合適的開關時刻l、2與3的數值。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的開關點算法波形的開關點算法 圖4-13 三脈沖波的單極式SPWM波形第四章第四章P

19、WM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.1.2 SPWM4.1.2 SPWM波形的開關點算法波形的開關點算法 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.2 4.2 單相單相PWMPWM逆變電路逆變電路 圖4-14 單相PWM逆變器主電路圖4-15 SPWM平均對稱采樣控制輸出調制波形第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.2 4.2 單相單相PWMPWM逆變電路逆變電路 圖4-14所示為單相PWM全橋式逆變器的主回路。對電路進行分析可知，當VT1和VT4導通時，負載上得到的輸出電壓UAB=+Ed，而當VT2和VT3導通時，負載上得到的輸出電壓UAB=Ed。當VT1VT

20、4全部截止時，UAB=0。調節上述輸出電壓+Ed和Ed的寬度比，就可獲得所期望的輸出電壓波形。 在圖4-14中，如采用正弦參考波ur(rt)與三角載波ut(tt)進行比較，并依據一定的采樣法對電路進行控制，可得到如圖4-15所示的輸出調制波形。 4.3.1 4.3.1 工作原理分析工作原理分析 圖4-16所示為三相橋式SPWM逆變器的主回路，如按第三章所述逆變器的導通規律：VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1對功率開關元件進行控制，則對稱三相負載上將分別得到在第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.3 4.3 三相橋式三相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路 dE21到之間變化

21、的脈沖電壓。 由于三相正弦參考波與三角載波通過調制電路分別進行比較后對脈沖的寬度比進行調節，負載上將得到一個與參考波成一定比例的電壓脈沖序列。 dE21第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.3 4.3 三相橋式三相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路 圖4-16 三相橋式SPWM逆變器主電路 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.3 4.3 三相橋式三相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路 圖4-17 三相橋式逆變器SPWM控制原理第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.3 4.3 三相橋式三相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路 圖4-18 晶體管通用型三相

22、PWM逆變器主電路原理圖 濾波電容器Cd起著平波和中間儲能的作用，提供電感性負載的無功功率。 PWM逆變器主要由6個大功率晶體管VT1-VT6、6個續流二極管VD1-VD6、泵升電壓限制電路(R7、VT7)組成，VT1-VT6工作于開關狀態，其開關模式取決于供給基極的PWM控制信號，輸出交流電壓的幅值和頻率通過控制開關脈寬和切換點時間來調節。VDl-VD6用來提供續流回路。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.3 4.3 三相橋式三相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路 4.3.2 4.3.2 主電路的檢測與保護主電路的檢測與保護 在通用變頻器中，GTR工作在開關狀態，其最關鍵的

23、技術參數是反向封鎖電壓Vceo和正向導通電流Icm，此外還須計算校核集電極功率耗散Pc是否在限定值之內，因此，變頻器工作中需要進行電壓、電流檢測以及結溫檢測。結溫不但與集電極功耗有關，也與散熱器熱阻有關，一般在散熱器上加裝溫度傳感器進行結溫檢測。 由于逆變器的最高工作電壓也就是直流母線電壓Ud，所以應對Ud進行電壓監視。電壓信號的采樣方式很多，如采用電阻分壓、霍爾傳感器等均可用于對Ud進行電壓采樣。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.3 4.3 三相橋式三相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.3 4.3 三相橋式三相橋式PW

24、MPWM逆變電路逆變電路 變頻器中的過電流信號主要分為內部直通電流和外部故障電流兩大類。內部直通電流只在變頻器內部逆變電路的同橋臂GTR間形成環流，由于電流不經過負載，回路電阻較小，可能導致較大的過電流。外部故障電流主要是由負載過重或外電路短路等故障造成的，電流通路相對較復雜，通常情況會同時影響到變頻器的交流側和直流側，所以，對變頻器中電流的檢測較為復雜。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.3 4.3 三相橋式三相橋式PWMPWM逆變電路逆變電路 圖4-19 三相PWM逆變器主電路信號檢測原理第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調

25、速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 可構成PWM變頻系統主電路的功率開關器件很多，如GTR、GTO、IGBT等，其控制電路無論是由分離組件構成還是由大規模集成電路或計算機系統構成，其輸出控制信號均為低電壓、小功率信號，難以有效驅動主電路中的功率開關器件，需要配置適當的功率接口來連接控制電路與主電路或單片機電路與驅動電路。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 4.4.1 4.4.1 大功率晶體管的基極驅動電路大功率晶體管的基極驅動電路 GTR的導通與關斷是由基極驅動信號控制的，因此，基極驅動電路必

26、須適應于GTR器件的要求。GTR器件本身的放大倍數受集電極電流與結溫的影響，其開關速度受導通時間ton和關斷時間toff的限制。（一）分立組件驅動電路（一）分立組件驅動電路 典型的GTR分立組件驅動電路如圖4-20所示。當驅動信號為1時，非門輸出為0，光電三極管導通，使VT1截止，VT2導通，VT3截止，GTR基極電流流經E1VT2RCVD2beE1低電位。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 圖圖4-20 4-20 分立組件分立組件GTRGTR驅動電路原理圖驅動電路原理圖第四章第四章PWM脈寬調制變頻

27、電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 （二）集成模塊化驅動電路（二）集成模塊化驅動電路 集成化驅動模塊的種類很多，其電路結構和性能取決于其所驅動的功率開關器件的種類和主電路對控制電路的功能要求等因素。 M57215BL為GTR專用驅動模塊，可驅動50A、1000V的GTR器件。該電路的開關頻率為2kHz，其內部結構如圖4-21所示，PWM信號輸入端不帶非門，需要外接。其外部接線如圖4-22所示。其腳接正電源+10V，腳接負電源3V。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變

28、頻調速系統中的功率接口 圖4-21 M57215BL驅動模塊內部原理圖 圖圖4-22 M57215BL4-22 M57215BL驅動模塊內部原理圖驅動模塊內部原理圖第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 EXB841是快速型IGBT專用驅動模塊，可驅動300A，1200V的IGBT器件。該電路開關頻率可高達40kHz-50kHz，信號延遲時間不超過1s，外部只需要提供+20V的單電

29、源，內部自己產生5V反偏壓。該模塊采用高速光耦隔離，射級輸出，并具有短路保護及慢速關斷功能。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 圖圖4-23 EXB8414-23 EXB841的內部原理的內部原理第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 圖4-24 EXB841驅動模塊應用電路第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 4.4.2 P

30、WM4.4.2 PWM大規模單片集成電路大規模單片集成電路（一）（一）HEF4752HEF4752及其應用及其應用 HEF4752是全數字化的三相SPWM波生成集成電路。這種芯片既可用于有強迫換流電路的三相晶閘管變頻器，也可用于由全控型開關器件構成的變頻器。對于后者，可輸出三相對稱SPWM波控制信號，調頻范圍為0200Hz。由于它生成的SPWM波的最大開關頻率比較低，一般在lkHz以下，所以較適于以BJT或GTO為開關器件的變頻器，而不適于IGBT變頻器。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路了解HEF4752芯片的基本功能和作用圖圖4-25 HEF47524-25 HEF4752

31、管腳排列圖管腳排列圖4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 2 2HEF4752HEF4752電路結構及工作原理電路結構及工作原理(1)(1)電路結構電路結構 HEF4752電路結構原理如圖4-28所示。從圖中可以看出，HEF4752由FCT計數器、VCT計數器和RCT計數器等三個計數器，一個譯碼器，三個輸出口以及供生產廠家測試用的試驗電路組成。 HEF4752能產生輸出頻率從0Hz至200Hz可調的三相SPWM信號，并可使輸出電

32、壓隨輸出頻率成線性變化。其調制原理的主要依據是SPWM不對稱規則采樣法。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 圖4-28 HEF4752內部結構框圖第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 不對稱規則采樣法SPWM波的脈寬為(4-10)脈寬可以用電角度表示為：112)(iiiiit(4-11)若令i代表脈寬t2i的前沿角度和后沿角度，則iii(4-12)BttAtBAttMTTtMTttMTttt1111 222sin4

33、2sin4)sin(sin212第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 圖圖4-29 4-29 雙邊調制方法雙邊調制方法第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 HEF4752輸出的SPWM波的輸出頻率f與開關頻率fr決定于頻率控制時鐘FCT。 圖4-30開關頻率fr與輸出頻率f的關系 圖4-32不同分頻數下fr與f的關系 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接

34、口變頻調速系統中的功率接口 圖4-30 N=15時的雙邊調制波 a)N=15時的等脈寬矩形波 b)N=15時的A相雙邊調制波 c)N=15時的B相雙邊調制波 d)N=15時的C相雙邊調制波 e)N=15時的線電壓UAB輸出波第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 表4-1 各切換點的開關頻率值輸出頻率f(Hz)載波頻率比N 開關頻率fr(Hz)3.575.95 168 60010005.00 8.33 120 60010007.14 11.90 84 600100010.0016.67 60 6001000

35、14.29 23.81 42 600100020.00 33.30 30 600100028.57 47.62 21 600100040.00 66.67 15 6001000第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 3 3HEF4752HEF4752的應用舉例的應用舉例以上所述與HEF4752配套的電路是由模擬電路與數字電路構成的。當然，也可以使用微機，用硬件與軟件相結合的方法完成上述電路功能。圖圖4-33 HEF47524-33 HEF4752控制的控制的SPWMSPWM變頻器變頻器第四章第四章PWM脈寬

36、調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 （二）（二）SLE4520SLE4520及其應用及其應用 HEF4752三相SPWM集成電路能設置的開關頻率比較低，不適合于IGBT變頻器。SLE4520是德國西門子公司生產的一種CMOS大規模專用集成電路。它是一個可編程器件，能把三個8位數字量同時轉換成二路相應脈寬的矩形波信號，與單片機及相應的軟件結合，能以很簡單的方式產生三相逆變器所需的六路控制信號。由于其輸出的SPWM波的開關頻率可達20kHz，基波頻率可達2600Hz。因此，適用于IGBT變頻器或其它中頻電源變頻器。第四章第四章P

37、WM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 圖4-34 SLE4520管腳排列圖1 1SLE4520SLE4520的管腳排列及的管腳排列及功能功能SLE4520為雙列直插式28腳大規模集成電路，如圖4-34所示。它有13個輸入端、5個控制端、8個輸出端、2個電源端。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 (1) (1) 輸入端輸入端XTALl (管腳2)、XTAL2 (管腳3)外接晶振輸入端。 P7-P0 (管腳4-11)8位數據輸入端

38、 SYNC (管腳27) 來自微機的觸發脈沖信號輸入端 WR (管腳24) 來自微機的脈沖信號輸入端 ALE (管腳25)地址鎖存允許輸出端， 與單片機的ALE線相連 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 (2)(2)控制端控制端CLEARSTATUS(管腳21)、SETSTATUS(管腳22)為通斷狀態觸發器的兩個輸入端，即清零端與置位端。RES(管腳23)SLE4520的復位端，可與微機復位電路的輸出相連。CS(管腳26)SLE4520的片選信號輸人端，可與微機系統的譯碼電路輸出端相連。INHIBIT

39、(管腳19)脈沖封鎖端，接保護電路的輸出。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 (3)(3)輸出端輸出端PH1/1(管腳18)、PHl/2(管腳17)、PH2/1(管腳16)、PH2/2(管腳14)，PH3/1(管腳13)、PH3/2(管腳12)分別為變頻器A、B、C三相上、下橋臂開關器件的控制信號輸入端，接三相變頻器驅動電路的輸人端，提供驅動三相變頻器的SPWM信號。STATUS(管腳20)通斷狀態觸發器的輸出端CLKOUT(管腳28)晶振頻率輸出端(4)(4)電源端電源端UDD(管腳1)電源正端，接+

40、5V電源。USS(管腳15)電源負端，接地 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 4-35 SLE4520的內部結構框圖 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 2 2SLE4520SLE4520電路結構及工作原理電路結構及工作原理(1) (1) 電路結構電路結構 SLE4520的內部結構如圖4-35所示。它的內部有一個死區時間生成及輸出寄存器，一個四位死區(互鎖)時間寄存器，三個過零檢測器，三個可預置計數器，三個8位

41、數據寄存器，一個四位分頻控制寄存器和一個1:n預置分頻器，一個1:4地址譯碼鎖存器及一個通斷控制觸發器共17個單元線路。這些單元線路分別與SLE4520的內部數據或控制總線相連。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 (2)(2)工作原理工作原理表4-2 SLE4520內部寄存器地址表地址 寄存器 00 A相寄存器 01 B相寄存器 02 C相寄存器 03 死區寄存器 04 分頻控制寄存器 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的

42、功率接口 表4-3 SLE4520死區寄存器取值及產生的死區時間取值死區時鐘為1:4 死區時鐘為1:6 時延時/s 時延時/s 1 0.33 0.5 3 1.0 1.5 5 1.66 2.5 14 4.66 7第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 表4-4 分頻控制寄存器的取值表取值分頻計數頻率斬波頻率死區時鐘01:43MHz 1:411:62MHz 15.6 kHz 1:621:81.5MHz 1:431:121kHz 7.8 kHz 1:641:16750kHz 1:451:24500kHz 3.9

43、kHz 1:661:32375kHz 1:471:48250kHz 1.95 kHz 1:6第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 3 3SLE4520SLE4520應用舉例應用舉例 如上所述，SLE4520是一個可編程三相PWM集成電路，與微機配合使用能把三路8位數字量轉換成三路脈寬調制信號，形成三相SPWM波，驅動三相功率開關器件。雖然也可以和16位微機配合使用，但因SLE4520是8位可編程芯片，一般情況下可與8位微機配合使用。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4

44、PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 圖4-36 用8031微機系統與SLE4520配合使用生成SPWM波驅動IGBT變頻器第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 ( (三三)MA818)MA818及其應用及其應用 MA818是英國Marconi公司推出的、可產生三相PWM控制信號的大規模集成電路芯片，采用標準雙列直插式40腳封裝(如圖4-37所示)或44腳方形塑料封裝。該芯片與SLE4520相似，是一種通用的可編程微機控制外圍芯片，雖然它必須和微處理器配合使用，但微機的介入程度很低，它本

45、身的功能比SLE4520強，在應用于對IGBT的控制時，尤其方便，其可輸出純正弦波波形。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 圖4-37 MA818管腳排列圖1 1MA818MA818的管腳排列及功能的管腳排列及功能各管腳按其基本功能可劃分為以下三部分：(1)用于與微處理器接口 的MOTEL多用總線 (2)用于與存儲正弦調制 波形的EPROM連接的 11根地址線A0-A10 和4根數據線D0-D3。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻

46、調速系統中的功率接口 (3)三相PWM輸出線及控制線。包含具有標準TTL電平的6個端口RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT和BPHB7，分別用于三相逆變器六個全控器件的端口驅動電路的控制信號。封鎖狀態輸出腳TRIP用來表明輸出腳的狀態。 此外，UDD為5V電源引腳，USS為零電平電源引腳，CLK是時鐘輸入端。零相脈沖信號ZPP能輸出與調制波同頻率的脈沖波。 第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 圖4-38 MA818電路結構框圖第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4

47、.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 2 2MA818MA818電路結構及工作原理電路結構及工作原理(1)電路結構 MA818主要由三部分構成：接收并儲存微處理器命令的控制字部分。它主要由總線控制，總線譯碼，暫存器R0、R1、R2，虛擬寄存器R3、R4及24位初始化寄存器和24位控制寄存器組成。從EPROM中讀出正弦調制波形的數據部分。它由地址發生器和數據緩沖器組成。三相輸出控制電路及輸出脈沖鎖存電路。每相輸出控制電路又由脈沖刪除電路和脈沖延遲電路組成。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的

48、功率接口 (2)工作原理1）MA818在工作之前，兩個24位寄存器(初始化寄存器和控制寄存器)要先從微機中輸入命令字。 2）MA818采用規則采樣法產生SPWM波形。它內部具有一個地址發生器和一個輸入數據緩沖器，能從外部微機系統PROM/EPROM中直接讀取用戶按要求定義的各種精確的、用于產生SPWM脈沖序列的調制波形，并與三角載波比較，從而產生所需要的SPWM波形。 3）脈沖延遲電路的作用是在改變任一相兩個開關器件的狀態時，提供一個較短的延遲時間，使在這段時間里兩個開關都處于關狀態。第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 (3)MA818寄存器的設置方法 1）初始化寄存器的編程。先將控制字確定的三角波載波頻率、調制波頻率范圍(PWM輸出調制波的最高可能頻率)、脈沖延遲時間、最小脈沖寬度、計數器復位等參數送入三個8位暫存器R0、R1、R2中，再輸送到24位初始化寄存器第四章第四章PWM脈寬調制變頻電路脈寬調制變頻電路4.4 PWM4.4 PWM變頻調速系統中的功率接口變頻調速系統中的功率接口 2）控制寄存器的編程。由控制字確定調制波頻率選擇、正轉/反轉選擇、調制波幅值選擇、過調制選擇、輸出禁止選擇等參數，先將這些參數送入三個8位暫存器R0、R1、R2