SPWM法实现的理论基础是什么？

无刷直流电机驱动按驱动波形分，有方波驱动和正弦驱动。其中正弦驱动不但可实现直流无刷电机的高效率运行，还可实现无脉动的转矩输出，但控制过程比较复杂。同时该方法又分为SPWM和SVPWM(空间矢量PWM)两种方式。本文就来介绍这两种控制方法。

SPWM与SVPWM所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。SVPWM的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。SPWM与SVPWM的原理SPWM原理正弦PWM的信号波为正弦波，就是正弦波等效成一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其脉冲宽度是由正弦波和三角波自然相交生成的。

正弦波波形产生的方法有很多种，但较典型的主要有：对称规则采样法、不对称规则采样法和平均对称规则采样法三种。第一种方法由于生成的PWM脉宽偏小，所以变频器的输出电压达不到直流侧电压的倍;第二种方法在一个载波周期里要采样两次正弦波，显然输出电压高于前者，但对于微处理器来说，增加了数据处理量当载波频率较高时，对微机的要求较高;第三种方法应用最为广泛的，它兼顾了前两种方法的优点。SPWM虽然可以得到三相正弦电压，但直流侧的电压利用率较低， 最大是直流侧电压的倍，这是此方法的最大的缺点。SVPWM原理电压空间矢量PWM(SVPWM)的出发点与SPWM不同，SPWM调制是从三相交流电源出发，其着眼点是如何生成一个可以调压调频的三相对称正弦电源。而SVPWM是将逆变器和电动机看成一个整体，用八个基本电压矢量合成期望的电压矢量，建立逆变器功率器件的开关状态，并依据电机磁链和电压的关系，从而实现对电动机恒磁通变压变频调速。若忽略定子电阻压降，当定子绕组施加理想的正弦电压时，由于电压空间矢量为等幅的旋转矢量，故气隙磁通以恒定的角速度旋转，轨迹为圆形。

SVPWM比SPWM的电压利用率高15%，这是两者最大的区别，但两者并不是孤立的调制方式，典型的SVPWM是一种在SPWM的相调制波中加入了零序分量后进行规则采样得到的结果，因此SVPWM有对应SPWM的形式。反之，一些性能优越的SPWM方式也可以找到对应的SVPWM算法，所以两者在谐波的大致方向上是一致的，只不过SPWM易于硬件电路实现，而SVPWM更适合于数字化控制系统。

逆变主电路采用的智能功率模块不仅使电路结构简单，而且使得出现的浪涌电压、门极振荡、噪声引起的干扰等问题能有效得到控制。三相逆变电路SPWM控制方法，利用专用SPWM产生器和单片机构成逆变器的控制系统，设计简单，控制电路使用器件少，因而可降低成本、提高可靠性。SPWM逆变(正弦脉宽调制逆变) 是一种将直流电转换为交流电的技术，通过调节脉冲宽度来模拟正弦波形的输出电压或电流。其核心原理是通过对高频载波信号(如三角波)与低频正弦调制波进行比较，生成一系列宽度按正弦规律变化的脉冲信号，从而在滤波后得到近似正弦波的交流电。

关键原理调制方式正弦调制波：目标输出的低频正弦波形。载波信号：高频三角波或锯齿波。通过比较两者的交点确定开关器件的通断时刻，生成SPWM脉冲序列。脉冲宽度控制：正弦波的幅值越大，生成的脉冲宽度越宽;反之越窄。输出的基波频率由正弦调制波的频率决定。滤波：通过电感、电容等滤波电路滤除高频谐波，保留正弦基波。优点，输出质量高：接近理想正弦波，谐波含量低。控制灵活：可通过调节调制波幅值、频率实现调压和变频。适用性广：适用于电机驱动、并网逆变器、UPS等场景。

缺点，开关损耗：高频开关导致器件损耗，需优化散热设计。低频性能：在极低频率时，脉冲数减少，波形质量下降。典型应用，光伏/风电逆变器：将直流电转换为工频交流并入电网。变频器：驱动交流电机调速(如空调、电动汽车)。不间断电源(UPS)：提供稳定正弦波输出。三次谐波注入SPWM：提升直流电压利用率。空间矢量PWM(SVPWM)：优化开关序列，降低损耗。多电平逆变器：减少谐波，适用于高压大功率场景。SPWM是电力电子领域的经典技术，为实现高效、可控的能源转换提供了基础支撑。

随着社会发展，越是信息化、现代化，就越依赖于电力，突然断电会给人们正常的生活秩序和学习带来影响，尤其对于生产、生活中特别重要的负荷，一旦中断供电，将会造成重大的经济损失。应急电源产品已成为很多重要场所必不可少的重要设备，也是能够最有效地解决停电事故和电力质量不稳定等问题的有效途径，而逆变电路是应急电源的重要组成部分。逆变电路在应急电源中的作用是当市电断电或发生异常时，将蓄电池提供的直流电压逆变为三相交流电输出，以保证重要负荷或设备的正常运行。目前，逆变电源大多采用正弦波脉宽调制(SPWM)技术，其控制电路大多采用模拟方法实现。模拟控制技术虽然已经非常成熟，但存在很多缺点如：控制电路的元器件多，电路复杂，体积较大，灵活性不够等。本文设计了一种全数字化的三相PWM逆变电源，利用专用SPWM波形发生器与单片机连接产生逆变驱动信号SPWM波，设计中选用了单片机C8051F020控制和MITEL公司的SA4828芯片作为波形发生器。

PWM(Pulse Width Modulation)控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形(含形状和幅值)。面积等效原理是PWM技术的重要基础理论。一种典型的PWM控制波形SPWM：脉冲的宽度按正弦规律变化。而和正弦波等效的PWM波形称为SPWM波。脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 [1]PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。

开关电源一般都采用脉冲宽度调制(PWM)技术，其特点是频率高、效率高、功率密度高、可靠性高。然而，由于其开关器件工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程本身就是一电磁骚扰(EMD)源，它产生的EMI信号有很宽的频率范围，又有一定的幅度。若把这种电源直接用于数字设备，则设备产生的EMI信号会变得更加强烈和复杂。