pwm与spwm波,载波、参考波与输出波形的关系

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）与SPWM（Sinusoidal PWM，正弦脉冲宽度调制）波是电力电子领域中常用的两种调制技术，它们在载波、参考波与输出波形之间存在着密切的关系。

一、PWM波的基本原理与关系

1. PWM波的基本原理

PWM是一种利用微处理器的数字信号输出来对模拟电路进行控制的技术。它通过改变脉冲信号的占空比（即脉冲信号高电平的时间与一个周期的比例）来控制输出信号的平均功率。PWM波形由一系列的方波脉冲组成，每个脉冲的宽度可以根据需要进行调整。

2. 载波与参考波

在PWM技术中，通常不直接提及“载波”和“参考波”这两个术语，因为PWM本身并不直接依赖于载波信号进行调制。然而，为了更好地理解PWM的生成过程，我们可以将PWM的周期信号视为一种“载波”，而占空比的变化则是由外部控制信号（可以视为“参考波”的某种形式）决定的。但需要注意的是，这种类比并不严格，因为PWM并不涉及载波与参考波的直接调制关系。

3. 输出波形

PWM的输出波形是一系列等幅不等宽的矩形脉冲序列。通过调整脉冲的宽度（占空比），可以实现对输出信号平均功率的调节。当占空比变化时，输出波形的平均电平也会相应变化，从而实现对电力设备的控制。

二、SPWM波的基本原理与关系

1. SPWM波的基本原理

SPWM是一种将模拟信号转换为特定频率的正弦信号的方法。它通过变换和调整正弦波的频率和相位来控制输出信号的波形。具体来说，SPWM波形是由多个正弦波脉冲组成，每个脉冲的频率和相位相对于参考正弦波进行调整。这种调整使得生成的脉冲序列的均值近似为正弦波的波形。

2. 载波与参考波

在SPWM技术中，载波和参考波起着至关重要的作用。载波通常是一个高频的三角波或锯齿波信号，其频率远高于参考正弦波的频率。参考波则是需要被调制的正弦波信号。在SPWM的生成过程中，载波信号与参考正弦波信号进行比较，根据比较结果产生PWM脉冲信号。这些PWM脉冲信号的宽度和频率随着参考正弦波信号的变化而变化，从而实现对输出波形的控制。

3. 输出波形

SPWM的输出波形是经过调制后的正弦波脉冲序列。由于载波信号的频率远高于参考正弦波的频率且载波信号的幅值固定不变（或变化很小），因此通过调整PWM脉冲的宽度和频率可以使得输出波形的均值近似为正弦波。这种调制方式使得SPWM波形具有低谐波失真、高精度和适用范围广等优点。

三、载波、参考波与输出波形的关系总结

1. PWM波

• 载波 ：在PWM技术中不直接提及载波信号但可将周期信号视为一种“载波”。
• 参考波 ：外部控制信号可视为“参考波”的某种形式决定占空比变化。
• 输出波形 ：一系列等幅不等宽的矩形脉冲序列通过调整占空比控制平均功率。

2. SPWM波

• 载波 ：高频的三角波或锯齿波信号与参考正弦波信号进行比较产生PWM脉冲。
• 参考波 ：需要被调制的正弦波信号决定PWM脉冲的宽度和频率变化。
• 输出波形 ：正弦波脉冲序列均值近似为正弦波具有低谐波失真和高精度等优点。

四、应用与优势

1. 应用领域

• PWM技术广泛应用于电机驱动、逆变器、照明调光和电源控制等领域。其简单有效、高效节能和低噪声等特点使得它成为许多电力设备的首选控制方式。
• SPWM技术则更适用于需要高精度控制和低谐波失真的场合如交流电机控制、逆变器控制以及电力变换器等。其高精度和低谐波失真的特点使得它能够满足更严格的控制要求。

2. 优势对比

• PWM ：简单有效、高效节能、低噪声且可调范围广适用于多种应用场景。
• SPWM ：高精度、低谐波失真且适用范围广特别适用于需要高精度控制的场合。

综上所述，PWM与SPWM波在载波、参考波与输出波形之间存在着密切的关系。通过深入理解这些关系我们可以更好地掌握这两种调制技术的原理和应用方法从而在实际工程中实现更精确和高效的电力控制。