PWM入门必学基础知识

之所以想写PWM，是因为我觉得PWM是一个电力电子工程师入门砖，是实现所有电力电子控制的基础。同时，PWM控制很多细节可做，要想研究透彻也很难。

SPWM和SVPWM

采用PWM的变频器，是将直流电压通过调制，变成变频变幅值的电压（交流或直流）。最开始采用的是SPWM，因为实现简单，只需要将想要输出的调制波形和三角载波比较就可以了，在“远古”时代模拟电路就可以很简单的实现。

定义调制比为输出相电压和直流电压1/2的比值，SPWM的调制比为1。

SVPWM现在大家叫空间矢量PWM，它是从电机磁通正弦的角度出发，想通过电压的控制获得恒定的圆形旋转磁场，所以也叫正弦磁通PWM。磁通是电压的积分，SVPWM就是通过选择合适的电压矢量和作用时间，来使得磁通更接近圆形。SVPWM最大的好处是提高了电压利用率，调制比可以达到1.15（比SPWM提高了15%）。更通俗的理解SVPWM的调制比提升，就是输出的线电压峰值能等于直流母线电压，而SPWM最高能输出的电压峰值为直流母线电压的sqrt(3)/2.

SVPWM的数字实现

很多文献和教科书都会去讲怎么计算8个电压矢量的作用时间，怎么按顺序去作用电压矢量，该过程实在是太虐心，太考验人的耐性。而最开始搞SPWM的人不死心，想看看SVPWM这种电压矢量作用方式下，等效的载波是什么样的。于是很多大神上场发挥作用，最后研究下来，发现其调制波是在正弦波的基础上，注入了三次谐波。

而且三次谐波很特别，并不是一个三次正弦信号，而是类似三角波的波形。很幸运，这个注入的谐波还有解析式，Uz=middle(Ua,Ub,Uc)，也即是三相输出电压ua,ub,uc的中间值。那就好办了，SVPWM的数字实现时，不用再采用复杂的空间位置计算了，只需要求取中间值，进行叠加即可。

更进一步研究，对Uz采用不同的取值，除了可以得到SVPWM外，还可以变化得到5段式pwm、过调制的PWM等等。对于三电平、五电平或者七电平，研究的思路也是相似。

PWM的放大倍数

相信很多搞电力电子控制的人，都会被Kpwm这个系数给困扰。它出现在很多文献和教科书中，用于推到系统的传递函数，但没有人来讲它到底是多少。Kpwm其实是来衡量pwm调制经过功率器件后的放大系数。

Kpwm=Uout/Uref。通过上图可以看到，Kpwm和很多因素有关，比如PWM调制算法、芯片的pwm逻辑电路、功率器件，每个人对这些细节的定义都不一样，所以Kpwm没有一个确切的值，我想也是很多著作不屑于讲明白的原因吧。实际应用中，应该假设如果我输出一个Uref值，通过各种闯关后，最终输出的Uout是多少，以此来得到自己Kpwm。

如何学习PWM

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。要想深入理解PWM，最好的方式就是自己实践。如果有嵌入式的平台，或者功率器件主回路，就可以自己一点一点的抠代码调试。如果没有这样的平台，我建议可以在simulink的环境下进行仿真测试。当你发现输出的波形和教科书上的一样时，会给你带来更大的成就感的。