关于PWM话题，很多电源工程师工作中会遇到不同的问题。其实找到问题的根源，才能对症下药。下面给大家分享几篇不错的文章，供大家学习~

滤波器对PWM变频调速电动机端子上电压波形的影响分析

1引言

随着微电子技术和现代控制理论在交流变频调速系统中的应用，变频器(或逆变器)的性能也得到飞跃性的提高，并越来越广泛地应用于工业生产和日常工作的许多领域之中。但是，变频器输出的具有陡上升沿或下降沿的脉冲电压却在电动机接线端子及绕组上产生了过电压，造成电动机绕组绝缘的过早破坏。试验研究表明，很高的电压上升率(dv/dt)在电动机绕组上产生极不均匀的电压分布，且随着变频器与电动机之间电缆(线)长度的增加，在电动机接线端子上产生高频振荡的过电压，当电缆长度超过某一临界值后，电动机端子上过电压的幅值达到变频器输出电压的2倍，长时间重复性的电压应力的作用将导致电动机绕组匝间绝缘的过早破坏。

为了降低电动机端子上高频振荡的过电压，最适宜的方法之一是在电动机端子上安装特殊设计的滤波器。滤波器的参数与变频器特性及电缆参数有关，然而变频器、电缆及电机一般都不是同一制造商或销售商提供，变频器的开关特性、电缆参数及长度的不确定性，使得滤波器的参数选择具有不固定性。关于滤波器的参数与电机端电压或电流特性的关系，目前还未有系统研究的报道。本文主要研究在不同电缆长度下，滤波器的参数对电机端电压特性的影响，确定电缆长度、滤波器的电阻和电容与电机端子过电压幅值及脉冲上升沿时间的关系，找出滤波器参数的选择范围，为变频调速驱动系统的制造和使用提供试验依据和理论基础。

2试验研究及分析

PWM变频调速驱动系统中，造成电机端子产生高频振荡过电压的原因，用传输线理论可以很好地解释，并且通过试验研究也进一步得到证实，它是造成电机绝缘过早破坏的原因之一，因此为了延长电机寿命，除了提高电机自身的绝缘水平外，还必须尽最大可能抑制过电压的浪涌冲击。

21滤波器与驱动系统的等值电路

在电动机端子上安装阻抗匹配器可以很大程度地消弱过电压，最简单的是并联一个与电缆的波阻抗接近的电阻，但由于电缆(线)的波阻抗很小，一般为10Ω～500Ω，故并联电阻上的功耗很大，达到数百至数千瓦，因此一般不采用纯电阻匹配器，通常都采用一阶RC低通滤波器。

无源低通一阶阻尼滤波器是电阻和电容串联后并接在电机接线端子相—相上，根据传输线一次波过程的彼得逊(Petersen)规则，滤波器与变频器、电缆和电机组成了如图1所示的等值电路，其中2US为等值电源电压，US即为变频器输出电压，Z0为等值电缆波阻抗，Zm为电机绕组波阻抗，Rf为滤波器电阻，Cf为滤波器电容。

图1一次波过程的等值电路

图2电动机端子上电压上升沿波形与滤波器电容Cf和电阻Rf的关系

(a)Cf=0.08μF(b)Cf=0.02μF

(c）Cf=0.005μF(d)Cf=0.001μF

以前研究中已经证实，在通用PWM驱动变频器的载波频率(600Hz～15kHz)下，平均脉冲宽度在数十微秒以上，而由波过程产生的高频振荡过程一般约需十几微秒，因此在分析PWM变频器输出的连续脉冲波的波过程时，可用一个阶跃波的波过程来表示……

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基于FPGA的SPWM变频系统设计与实现

由于脉宽调制技术是通过调整输出脉冲的频率及占空比来实现输出电压的变压变频效果，所以在电机调速、逆变器等众多领域得到了日益广泛的应用。

而电磁法作为一种地球物理探测的有效方法，已经广泛地应用于矿藏勘探、地质灾害预测等领域。电磁法仪一般包括发射机和接收机两大部分。现阶段，电磁法仪器的发射机部分一般直接采用等宽PWM技术，其电流谐波畸变率较大，电压利用率不高，效率很低。

本文利用FPGA技术，根据SPWM自然采样法原理，设计了应用于电磁法仪的发射机的SPWM系统。该系统应用到现有的电磁法仪器中，与原来的PWM产生的效果进行比较，得到良好的效果。

1 SPWM技术原理

SPWM信号的原理为：用一组等腰三角形波与一个正弦波比较，其交点作为开关管“开”或“关”的时刻。产生SPWM信号有多种方法，如谐波消去法、等面积法、采样法等。

利用正弦波和等腰三角形的交点时刻决定开关管的开关模式，这种方法称为自然采样法。其可以分为单极性三角波调制法和双极性三角波调制法，其原理图如图1所示。本文采用的是双极性调制法。

2 SPWM系统的硬件实现

2.1 系统整体设计

系统原理如图2所示。系统先生成三角波信号和正弦波信号，通过两者输出的比较产生脉冲序列，并对输出的脉冲进行死区延时、数字滤波等处理。主要模块有：分频器、三角载波发生器、正弦函数表寻址、正弦函数表、死区时间延时模块和数字滤波模块等……

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测量高频PWM实时功率的乘法器电路

除了瞬时功率外，平均和RMS功率值也是非常重要的。所有全模拟电路可以实现这些指标的测量。

对于电机或伺服器这些需要精确监视或调节负载耗散功率的产品来说，可以通过计算负载电压和电流的乘积来测量实际功率。但如果电压电流为高频波时，测量相应的功率并非易事，这就是脉宽调制(PWM)电机所面临的问题。PWM电机驱动使用的控制信号频率通常为数面千赫。一般来说，平均和RMS功率输出比用功率测量电路得到的高频瞬时功率更有用。LT1256增益控制放大器和LTC1968高带宽RMS-DC转换器可从快速变化的电压和电流中获得瞬时及真正的RMS功率。图1至图5列举了用功率电路测量H桥PWM电机驱动器的耗散负载功率。图1为H桥，即四个开关组成的形状像字母H的网络。

图1: 典型H桥方框图

其中包括调节负载电压的两套开关、一个无刷直流电机。方波信号的占空比代表负载上的平均电压，即无刷直流电机的平均电压。因此，改变占空比即可改变电机轴的速度和方向。电机的电流大小随电机轴的机械阻力(电机负载)变化。

LT1995和LT1991精密增益放大器用不同方式测量电机的电压和电流(分别为图1和图3所示)。

图2: LT1995和一对LT1632，直流电机的动态电压范围达±50V。

图3: LT1991测量小感应电阻的电压，共模输入摆动范围达±60V。

尽管共模信号(H桥的电源电压)很大，由于这些放大器具有高共模抑制特性，因此仍可精确测量电压和电流。LT1632逆变器将电压信号衰减至LT1995的输入共模范围内。共同使用LT1632s和LT1995产生的输出电压ΔV是负载电压的0.1倍。

当增益为1时，LT1991共模范围大(±60V)，因此LT1013放大器为LT1991输出提供增益。联合使用LT1991和LT1013则可产生十倍于感应电阻电压的输出电压VI。电压电流部分的增益(分别为0.1倍和10倍)可任意选择以获得简单的数学关系，也可根据需要更改。

LT1991的低通RC网络衰减100kHz(谐波)馈通，进一步提高电路的高频共模抑制。由于电机线圈电感高，限制了电机电流的带宽(带宽限制量与电机型号相关，但不会接近100KHz)，因此滤波时不会损失有用信息。感应电阻小，相应的电流感应电压随之减小，从而可限制电路的动态范围，因此如果必要的话可提高LT1013的增益。当增益较高(大于100)时，需要用更大带宽的变压器替代LT1013。图4所示为LT1256如何结合分离的电压电流信号产生电路的瞬时功率。

图4: 直流偏置放大器相应音频信号的交流和直流分量

LT1256可采用乘法配置，一个放大器的增益为1.25，另一个的增益－1.25。VC引脚由LT1013的输出控制，可在该范围内线性选择电压增益。LT1790参考电压和LT1013的另一半控制VC引脚的输入范围为±1.25V。LT1256的增益等于VC引脚电压(例如，如果VC引脚的电压为－0.5 V，增益即为－0.5)。换言之，LT1256电路的表达式(参考图1)为:

LT1256OUTPUT = V×I 当－1.25V ≤I≤1.25V时

瞬时功率波形衰减十倍，并输入到LTC1968，这样直流输出与RMS功率成正比(图5)。

图5: LTC1968 RMS-DC转换器的性能高达500kHz，可将图4的瞬时功率波形转变为直流输出。

因为LTC1968需要电压低于1V以确保精确度，因此需要衰减LTC1968电压。电路的总增益为……

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UC3637双PWM控制器在逆变控制电路中的应用

设计要点

在了解了UC3637的特点，电路组成和基本功能之后，即可具体设计逆变控制电路了。以下仅介绍几个关键电路单的设计方法。

死区时间td

逆变主电路通常有半桥、单相全桥、三相桥等几种基本形式。功率开关管的开通和关断都需要时间，所以上下桥臂之间必须留有适当的死区时间，这关系到逆变主电路的安全。UC3637的死区设置是相当灵活的，可以在很宽的范围内调整。

图3（a）为死区时间示意图，图3（b）为外围件的连接电路。经过推导和合理的近似，各参数之间有如下关系：

(a) 死区时间示意图

(b) 外 围 电 路 图 图3 双PWM比较器

td=t2－t1=〔(＋VR/2)－(－VR/2)〕Ts/2VTH (1)

Ts=1/fs=Is/2CT〔(＋VTH)－(－VTH)〕 (2)

Is=〔(＋VTH)－(－VTH)〕/RT (3)

＋VTH=(－Vs)＋〔(＋Vs)－(－Vs)〕(R2＋R1)/（R1＋R2＋R1） (4)

－VTH=(－Vs)＋〔(＋Vs)－(－Vs)〕R1/(R1＋R2＋R1) (5)

(6)

在逆变控制设计中，有些参数是可以首先确定下来的。例如开关频率fs，桥臂的死区时间td（根据开关器件的开关特性），三角波的峰值转折电压＋VTH和－VTH等。±VTH的范围应限制在±Vs2V之间。实际的±VTH可根据调制波的最大可能值而定，调制波的最大可能值可依据PID的供电状况及动态范围确定。调制波的幅值确定之后，随之可定±VTH。再依据上述各关系式，不难解出其它各参数。若对于一个逆变系统要求：Vs=±15V，td=3μs，fs=30kHz，正弦波调制信号的最大可能值Vsm=4V。

取±VTH=±4V，根据以上各式可算得CT=1.04×10－9F（取CT=1000pF），RT=38kΩ（取RT=39kΩ），VR=1.44V。当调制正弦波为零时，VR/R4≈(Vs－VR)/R3，取R4=5kΩ，则R3=47kΩ。理论计算的数值在应用中还需进行适当的修正……

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基于PWM控制开关电源系统仿真的研究

0 引 言

通过数学的方法，把小功率开关电源系统表示成数学模型和非线性控制模型，建立一种开关电源全系统的仿真模型，提高了仿真速度。Matlab是一个高级的数学分析软件，Simulink是运行在Matlab环境下，用于建模、仿真和分析动态系统的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性及非线性系统。

在Matlab 5．2中推出了电力系统工具箱，该工具箱可以与Simulink配合使用，能够更方便地对电力电子系统进行仿真。随着电源技术的发展，PWM控制的开关电源得到了广泛的研究和应用，如通信电源，机车电源等。这里以220 V高频开关电源为研究对象，建立模型。该电源采用脉宽调制控制方式，实现了减轻重量、缩小体积、提高精度等多项指标要求，在开关电源的系统模型研究中极具代表性。主回路采用DC—HFAC—DC—LFAC结构，并利用Matlab建立一个离散的、非线性的模型。分别对系统进行开环和闭环仿真，并对仿真结果进行比较与分析。

1 电路原理图

电路原理如图1所示。

2 仿真电路

图2中各子模块的仿真模型如图3～图10所示。该系统的仿真参数为：直流升压电路仿真参数设置：工作频率∫=20 kHz；变压器变比k=13；输出滤波L=8 μH，c=300／μF。全桥逆变电路仿真参数设置：工作频率f=25 kHz，输出滤波L=80 mH，c=100 μF。这里设置相应仿真参数进行仿真调试。

2．1 输入回路的建模

使用电力系统工具箱的电源模块以及电阻电容模块可以很便捷地建立输入回路的仿真模型。输入采用两级LC直流输入滤波技术，在保证稳态滤波效果的同时，限制了瞬态谐振峰值，具有无功耗，高衰减，可控谐振峰值等优点。

2．2 DC—DC回路的建模

由图1可知，输出回路中的整流二极管不能流过反向电流，这也是一个非线性环节，建立非线性的数学模型……

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