双极性正弦脉宽调制（双极性SPWM）介绍及MATLAB仿真验证

前言

本文介绍单相全桥逆变电路双极性正弦脉冲宽度调制（双极性SPWM），并用MATLAB仿真验证。并且通过对比逆变器滤波前后效果，突出了SPWM谐波高频化、便于滤除的显著特点，希望本文对大家有帮助，文末有仿真模型代码，有需要自取。

一、双极性正弦脉宽调制（双极性SPWM）原理介绍

单相全桥逆变器拓扑图及载波、调制波电压波形

载波vc和调制波vr交点就是开关管翻转的时刻，桥臂的开关频率和载波频率相等。

• 当载波vc>调制波vr时，T2、T3管导通，T1、T4管关断，逆变器输出电压vab=-VD；
• 当载波vc<调制波vr时，T1、T4管导通，T2、T3管关断，逆变器输出电压vab=VD；

逆变器输出的脉冲电压呈现正弦变化规律，加上滤波器滤波后可以得到正弦波。
任何一个周期内，逆变器输出电压vab既有负值也有正值，故称这种调制方式为双极性SPWM，由于输出电压只有两种可能，故，也称两电平脉冲宽度调制。
在matlab搭建一个简单的比较模型帮助大家更好理解

这调制波幅值设为0.95，载波幅值为1，当调制波大于载波时，比较器输出高电平，当调制波小于载波时，比较器输出低电平。

可以看到比较器输出呈现正弦变化规律，SPWM就是基于上述基本原理实现。
下面介绍几个重要概念

1.1、基波输出电压vab与占空比D及调制比M关系

此外，SPWM具有谐波高频化的优点，便于滤波滤除，且滤波效果好，这是SPWM的突出特点，验证环节将验证此部分。

二、仿真验证

直流电源DC=10V，载波比N=2000，M=0.95，则根据调制比公式，输出基波电压幅值理论值为9.5V，并观察增加滤波电感后的滤波效果
验证思路：

1. 观察调制波与逆变器输出基波电压频率及基波电压幅值
2. 通过matlab快速傅里叶变化分析工具对比滤波前后效果，验证SPWM谐波高频化便于设计滤波器滤除谐波优点。

2.1、搭建模型

电路1不加滤波电感，电路2加滤波电感（SPWM具有谐波高频化、便于滤波滤除的特点）

2.2、结果

不加滤波器，逆变器输出波形为矩形波，频率与载波一致，并随调整波呈现正弦变化规律（载波频率远大于调制波，调制波在一个载波周期可近似认为不变，当然从下图就观测不出逆变器输出正弦变化规律）


THD=109.07%
基波幅值为9.488V

加滤波器

经过滤波后，逆变器输出电压波形为正弦波，且变化频率与调制波相同

基波电压幅值为9.459V，这是由于电路的滤波电感所致。
总谐波次数THD=0.73%，经简单滤波后，THD大幅度下降，滤波效果良好。

总结

SPWM特点：

1. 与PWM相比，输出波形的谐波大幅度往高次谐波推移，谐波频率的提高使得滤波变得容易，使用很小的滤波元件，也可以将幅值较大的高次谐波衰减。
2. 在载波不变情况下，改变调制波幅值和频率就可以改变逆变器输出电压幅值和频率，从而实现对逆变器输出电压、频率以及相位的控制，且在M≤1时，基波输出电压与M成线性关系。

至此，希望对大家有帮助~
本文使用的MATLAB仿真模型，有需要自取
双极性SPWM_单相全桥逆变电路_MATLAB仿真