概述

本實例展示了正弦脈寬調制電壓源逆變器（SPWM VSI）的開環控制的實現。

圖1 正弦脈寬調制電壓源逆變器電路

介紹

單相電壓源逆變器（VSI）是一種非常常見的DC-AC轉換器，其中輸入電壓源是直流信號，而輸出電壓是一個正弦信號，其RMS值是DC輸入電壓的1 /√2倍。這里介紹的單相VSI使用具有四個理想開關（兩個分支）的全橋拓撲來生成輸出交流波形。

通過保持輸入直流電壓恒定并改變逆變器的增益，可以獲得可變的輸出。它是使用脈寬調制（PWM）控制技術完成的。在不同的PWM技術中，實現正弦脈寬調制（SPWM）可以改變逆變器的增益。

在圖1所示的全橋拓撲中，開關Q1和Q2同時導通以獲得輸出交流波形的正半周，同時保持開關Q3和Q4截止。并且將開關Q3和Q4接通，同時保持1和2斷開以獲得負周期。

設計

設計規范見下表1：

表1 設計規范

細節描述

在圖1所示的全橋拓撲中，外部單相控制參考信號vcntl是與三角載波信號vtri1和vtri2比較的調制信號。

相對電平（幅度）和頻率用于生成PWM信號，該PWM信號進一步用于控制逆變器每個相位分支的開關設備。外部控制參考信號Amp的幅度與三角載波信號Amc之間的關系稱為幅度調制指數，ma = Amp / Amc。

在此設計中，ma設置為0.8。三角載波信號的所需頻率frc與外部AC控制參考信號的頻率frq之比稱為調頻指數（mf = frc / frq）。 MF的規格有助于消除大范圍的諧波。例如，如果mf是一個奇數整數，它將消除偶數諧波。增加mf的值會增加三角載波的頻率。

在足夠高的載波頻率下，由于存在感應元件，高頻分量不會在ac網絡（或負載）中顯著傳播。

但是，較高的載波頻率會導致每個周期的開關次數增加，從而增加功率損耗。但是，它減少了負載機械中的總諧波損耗。在此示例中，mf設置為150。

消隱或死區時間，bt是關閉一個高側功率器件和打開互補的低側功率器件之間通常需要的一個小延遲。死區時間是需要的，以確保被關閉的設備有足夠的時間在另一個設備被打開之前恢復其阻塞能力。否則可能導致直流電壓短路，消隱時間會根據輸出電流的方向輕微地增加或減少輸出。

該設計中的常用參數（例如ma，mf，bt和frq）使用“設計變量”功能定義為全局變量，如下所示。設計變量允許用戶定義的變量將其值傳遞到邏輯示意圖層次結構的較低級別。

圖2 設計變量

仿真

為了檢查SPWM VSI的瞬態行為，可以執行以下步驟:

1.運行一個瞬態分析，結束時間設置為150米。

2.繪制波形vload, r.rload.i和r.rload.v。

3.X軸為持續時間8.333 ms ~ 141.667 ms。

4.在vload和r.rload.i上應用RMS測量。使用應用測量工具波形。

5.結果如圖3所示。

圖3 SPWM VSL輸出波形

6. 放大x軸以查看負載的電壓脈沖。

7.重疊波形r.rload.v在vload上。結果如圖4所示

圖4 輸出波形疊加

總結

使用SaberEXP軟件對SPWM VSI設計進行了仿真，驗證了設計結果。輸出交流電壓有效值為222 V，輸出電流有效值為1.994 A。

該設計可以從SaberEXP導出到SaberRD，以進行進一步的詳細實現、特征部件驗證、可靠性和功能安全性分析等等工作。