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脉冲宽度调制
来自认证百科
| 脉冲宽度调制 | |
|---|---|
| 全称 | Pulse Width Modulation |
| 定义 | 通过调节占空比控制输出电压 |
| 核心应用 | 逆变器、变流器、电机驱动 |
| 目标 | 高效、精确的功率变换 |
脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称 PWM）是一种通过改变脉冲序列的占空比（Duty Cycle）来控制模拟信号输出的技术。它是现代电力电子技术的灵魂，使逆变器和变流器能够实现高效、高精度的能量变换。
工作原理
PWM 的基本思想是将恒定的直流电压“切割”成一系列脉冲。
- 占空比 (Duty Cycle)：定义为一个脉冲周期内，“高电平”持续时间与整个周期时间的比例。
- 平均电压控制：通过调整占空比，可以改变输出电压的平均值。例如，占空比为 50% 时，其平均输出电压即为直流输入电压的一半。
- 高频切换：为了使输出电流平滑且谐波含量低，PWM 的开关频率通常远高于负载的工作频率（通常在 kHz 到 MHz 级别）。
在电力电子中的核心作用
在光伏逆变器或电机控制器中，PWM 不仅是简单的开关控制，它还承担了波形合成的任务：
- SPWM (正弦脉冲宽度调制)：通过使脉冲宽度按正弦规律变化，使变流器输出接近纯正弦波的交流电，这是并网逆变器的核心技术。
- SVPWM (空间矢量脉宽调制)：常用于三相电机驱动，能够有效提高直流母线电压利用率，减少开关损耗。
PWM 与电磁兼容 (EMC) 的挑战
PWM 技术在提供高效控制的同时，也是电磁骚扰的主要诱因：
- 高频瞬变 ($dv/dt$)：为了追求高效率，功率开关器件（如 SiC、GaN）的切换速度极快。这种高 $dv/dt$ 的电压跳变会产生剧烈的共模电流，导致严重的传导骚扰。
- 谐波分布：PWM 开关频率及其高次谐波在频谱上形成离散的尖峰，若滤波设计不当，会产生宽带辐射骚扰。
- 优化策略：在工程实践中，常采用扩频调制 (Spread Spectrum) 或改进的死区控制策略，在保证变换效率的同时，从源头上降低 PWM 产生的电磁发射。
