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图4-3 自然采样法SPWM 波形
4.3.2 规则采样法
按SPWM基本原理，自然采样法中要求解复杂的超越方程，难以在实时控制中在线计算，所以工程应用并不多。而规则采样法就是一种工程实用的方法，效果与自然采样法相接近，但是计算量却比自然采样法要少得多。
规则采样法原理，如图4-4所示：
图4-4 规则采样法原理图
三角波两个正峰值之间为一个采样周期TC。自然采样法中，脉冲中点不和三角波一周期中点（即负峰点）重合。规则采样法使两者重合，每个脉冲中点为相应三角波中点，计算大为简化。三角波负峰值时刻tD对信号波采样得D点，过D作水平线和三角波交于A、B点，在A点的时刻tA和B点的时刻tB控制器件的通断，脉冲宽度δ 和用自然采样法得到的脉冲宽度非常接近。
规则采样法计算公式推导：
设调制信号为正弦波，从图4-4可得：
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ur??sin?rt （4-1）
其中，?称为调制度，0???1，?r为信号波角频率。则可以知道，三角波一 周期内，脉冲
两边间隙宽度：
1??sin?rtD2? （4-2）
?/2TC/2则可以得出得：
??
在三角波的一个周期内，脉冲两边的间隙宽度δ'为：
T1?rtD) （4-4） ???(Tc??)?c(1??sin
24对于三相桥式逆变电路来说，应该形成三相SPWM波形。通常三相的三角波载波公用，
三相调制波相位依次差120?，同一个三角波周期内三相的脉宽分别为?U、?V和?W，脉冲
Tc(1??sin?rtD) （4-3） 2?和?W?、?V?，同一时刻三相正弦调制波电压之和为零，则可以求两边的间隙宽度分别为?U出：
323?????????TC U（4-6） VW4?U??V??W?TC （4-5）
可以简化生成三相SPWM波形时的算式如下： ?U? ?V?TC(1??sin?rtD) （4-7） 2TC2(1??sin(?rtD??)) （4-8） 233TC??U??V （4-9） 2 ?W?如果要求逆变器输出任意波形，其脉冲宽度计算公式如下： ?U?TC(1??ua(t)) （4-10） 2TC(1??ub(t)) ?V?（4-11） 2 ?W?TC(1??uc(t)) （4-12） 2式中，ua(t)、ub(t)和uc(t)分别为A、B、C三相任意波形的瞬时值。
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4.4 SPWM波形的实现
上面分析了SPWM的基本原理，这种脉宽调制的一个重要特点是输出波形中基本不包含低次谐波，在脉宽输出波中基本不包含低次谐波，在脉宽输出波中仅存在与载波频率相近的高次谐波。当载波频率为12.8KHz时，输出电压的最低谐波都在几千赫，这样滤波器可以大大减小。对SPWM的脉宽进行调节，可以得到不同幅值的正弦波电压。
SPWM的控制方法总体上可分为两大类：一类是用模拟器件实现SPWM波形，称为模拟控制方法；另一类是用数字器件实现SPWM波形，成为数字控制方法。现在模拟控制方法已经很少在使用，主要都采用数字控制方法。数字控制方法又可分为三种：一种是用微处理器通过软件生成SPWM波形；另一种是使用专门用于SPWM控制的集成电路芯片产生的SPWM波形；在一种就是采用微处理器和专用集成电路相结合的方法，共同完成控制功能。
4.4.1 模拟调制方法
模拟调制是信道传输频率特征的需要，实现了信道复用，并且改善了系统的抗噪
声性能。模拟调制包括线性调制（幅度调制）和非线性调制（角度调制）。
图4-5 控制调制原理图
如图4-5，这是一种模拟调制方法，三角波为载波，正弦波为调制波。当载波频率比调制波频率大得多时，可以近似认为在一个载波周期调制波电压不变，设为US。三角波幅值为?Ua。当调制信号Um与载波信号UC相比较时，利用其交点时刻的输出信号，就可以得到宽度与调制信号幅值成正比的脉冲序列Ug。脉冲波形的占空比为D?12?Us2Ua，把它作为门极控制信号，经驱动后控制逆变器开关的通断，在一个载波周期它的平均电压为US?VCUa，当US成正弦变化时，显然平均电压也成正弦形式。通过调节正弦波发生器的信号Um的幅值和频率，我们可以对逆变器的输出电压进行调节。
使用该方法实现SPWM波形原理简单，但要有产生载波信号和调制波信号的模拟电路。需要很多器件，电路比较复杂，抗干扰性较差。
4.4.2 SPWM 芯片控制
随着微电子技术的发展，开发出一些专用于发SPWM控制信号的集成电路芯片，应用这些芯片比用软件生成SPWM方便得多。已投入市场得专用芯片有HEF4752、SLF4520、MB63H110等。有些单片机本身就带有直接输出SPWM信号的端口如8XC196MC，使用这种芯片产生SPWM波也比用纯软件方法要方便。
HEF4725是Mullard公司开发的专门生产三相SPWM信号的大规模集成电路。该电路不需要微处理机配合即可实现SPWM控制，其输出信号经过隔离放大后，可驱动全控型器件逆变器，也可以驱动晶闸管逆变器，输出频率在1赫兹到上百赫兹之间可连续可调。如图4-6是HEF4752的引脚图。
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图4-6 HEF4752引脚图
4.5 本章小结
本章研究了超级电容储能与控制系统的控制技术—PWM。对本设计采用的SPWM控制方法进行分析，确定其可行性与优良性，并对其波形的产生做了一定的数字论证。
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