無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)按驅(qū)動(dòng)波形分，有方波驅(qū)動(dòng)和正弦驅(qū)動(dòng)。其中正弦驅(qū)動(dòng)不但可實(shí)現(xiàn)直流無(wú)刷電機(jī)的高效率運(yùn)行，還可實(shí)現(xiàn)無(wú)脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，但控制過(guò)程比較復(fù)雜。同時(shí)該方法又分為SPWM和SVPWM(空間矢量PWM)兩種方式。本文就來(lái)介紹這兩種控制方法。SPWM與SVPWM所謂SPWM，就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。它廣泛地用于直流交流逆變器等，比如高級(jí)一些的UPS就是一個(gè)例子。三相SPWM是使用SPWM模擬市電的三相輸出，在變頻器領(lǐng)域被廣泛的采用。SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。

SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過(guò)改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。SVPWM的主要思想是以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)三相對(duì)稱電動(dòng)機(jī)定子理想磁鏈圓為參考標(biāo)準(zhǔn)，以三相逆變器不同開關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成PWM波，以所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼?lái)追蹤其準(zhǔn)確磁鏈圓。傳統(tǒng)的SPWM方法從電源的角度出發(fā)，以生成一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的正弦波電源，而SVPWM方法將逆變系統(tǒng)和異步電機(jī)看作一個(gè)整體來(lái)考慮，模型比較簡(jiǎn)單，也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制。SPWM與SVPWM的原理SPWM原理正弦PWM的信號(hào)波為正弦波，就是正弦波等效成一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形，其脈沖寬度是由正弦波和三角波自然相交生成的。

正弦波波形產(chǎn)生的方法有很多種，但較典型的主要有：對(duì)稱規(guī)則采樣法、不對(duì)稱規(guī)則采樣法和平均對(duì)稱規(guī)則采樣法三種。第一種方法由于生成的PWM脈寬偏小，所以變頻器的輸出電壓達(dá)不到直流側(cè)電壓的倍;第二種方法在一個(gè)載波周期里要采樣兩次正弦波，顯然輸出電壓高于前者，但對(duì)于微處理器來(lái)說(shuō)，增加了數(shù)據(jù)處理量當(dāng)載波頻率較高時(shí)，對(duì)微機(jī)的要求較高;第三種方法應(yīng)用最為廣泛的，它兼顧了前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)。SPWM雖然可以得到三相正弦電壓，但直流側(cè)的電壓利用率較低， 最大是直流側(cè)電壓的倍，這是此方法的最大的缺點(diǎn)。SVPWM原理電壓空間矢量PWM(SVPWM)的出發(fā)點(diǎn)與SPWM不同，SPWM調(diào)制是從三相交流電源出發(fā)，其著眼點(diǎn)是如何生成一個(gè)可以調(diào)壓調(diào)頻的三相對(duì)稱正弦電源。而SVPWM是將逆變器和電動(dòng)機(jī)看成一個(gè)整體，用八個(gè)基本電壓矢量合成期望的電壓矢量，建立逆變器功率器件的開關(guān)狀態(tài)，并依據(jù)電機(jī)磁鏈和電壓的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)恒磁通變壓變頻調(diào)速。若忽略定子電阻壓降，當(dāng)定子繞組施加理想的正弦電壓時(shí)，由于電壓空間矢量為等幅的旋轉(zhuǎn)矢量，故氣隙磁通以恒定的角速度旋轉(zhuǎn)，軌跡為圓形。

SVPWM比SPWM的電壓利用率高15%，這是兩者最大的區(qū)別，但兩者并不是孤立的調(diào)制方式，典型的SVPWM是一種在SPWM的相調(diào)制波中加入了零序分量后進(jìn)行規(guī)則采樣得到的結(jié)果，因此SVPWM有對(duì)應(yīng)SPWM的形式。反之，一些性能優(yōu)越的SPWM方式也可以找到對(duì)應(yīng)的SVPWM算法，所以兩者在諧波的大致方向上是一致的，只不過(guò)SPWM易于硬件電路實(shí)現(xiàn)，而SVPWM更適合于數(shù)字化控制系統(tǒng)。

逆變主電路采用的智能功率模塊不僅使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且使得出現(xiàn)的浪涌電壓、門極振蕩、噪聲引起的干擾等問(wèn)題能有效得到控制。三相逆變電路SPWM控制方法，利用專用SPWM產(chǎn)生器和單片機(jī)構(gòu)成逆變器的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制電路使用器件少，因而可降低成本、提高可靠性。SPWM逆變(正弦脈寬調(diào)制逆變) 是一種將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)模擬正弦波形的輸出電壓或電流。其核心原理是通過(guò)對(duì)高頻載波信號(hào)(如三角波)與低頻正弦調(diào)制波進(jìn)行比較，生成一系列寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖信號(hào)，從而在濾波后得到近似正弦波的交流電。

關(guān)鍵原理調(diào)制方式正弦調(diào)制波：目標(biāo)輸出的低頻正弦波形。載波信號(hào)：高頻三角波或鋸齒波。通過(guò)比較兩者的交點(diǎn)確定開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，生成SPWM脈沖序列。脈沖寬度控制：正弦波的幅值越大，生成的脈沖寬度越寬;反之越窄。輸出的基波頻率由正弦調(diào)制波的頻率決定。濾波：通過(guò)電感、電容等濾波電路濾除高頻諧波，保留正弦基波。優(yōu)點(diǎn)，輸出質(zhì)量高：接近理想正弦波，諧波含量低。控制靈活：可通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)制波幅值、頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和變頻。適用性廣：適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、并網(wǎng)逆變器、UPS等場(chǎng)景。

缺點(diǎn)，開關(guān)損耗：高頻開關(guān)導(dǎo)致器件損耗，需優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)。低頻性能：在極低頻率時(shí)，脈沖數(shù)減少，波形質(zhì)量下降。典型應(yīng)用，光伏/風(fēng)電逆變器：將直流電轉(zhuǎn)換為工頻交流并入電網(wǎng)。變頻器：驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)調(diào)速(如空調(diào)、電動(dòng)汽車)。不間斷電源(UPS)：提供穩(wěn)定正弦波輸出。三次諧波注入SPWM：提升直流電壓利用率?？臻g矢量PWM(SVPWM)：優(yōu)化開關(guān)序列，降低損耗。多電平逆變器：減少諧波，適用于高壓大功率場(chǎng)景。SPWM是電力電子領(lǐng)域的經(jīng)典技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)高效、可控的能源轉(zhuǎn)換提供了基礎(chǔ)支撐。

隨著社會(huì)發(fā)展，越是信息化、現(xiàn)代化，就越依賴于電力，突然斷電會(huì)給人們正常的生活秩序和學(xué)習(xí)帶來(lái)影響，尤其對(duì)于生產(chǎn)、生活中特別重要的負(fù)荷，一旦中斷供電，將會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)急電源產(chǎn)品已成為很多重要場(chǎng)所必不可少的重要設(shè)備，也是能夠最有效地解決停電事故和電力質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題的有效途徑，而逆變電路是應(yīng)急電源的重要組成部分。逆變電路在應(yīng)急電源中的作用是當(dāng)市電斷電或發(fā)生異常時(shí)，將蓄電池提供的直流電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟娸敵?，以保證重要負(fù)荷或設(shè)備的正常運(yùn)行。目前，逆變電源大多采用正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)，其控制電路大多采用模擬方法實(shí)現(xiàn)。模擬控制技術(shù)雖然已經(jīng)非常成熟，但存在很多缺點(diǎn)如：控制電路的元器件多，電路復(fù)雜，體積較大，靈活性不夠等。本文設(shè)計(jì)了一種全數(shù)字化的三相PWM逆變電源，利用專用SPWM波形發(fā)生器與單片機(jī)連接產(chǎn)生逆變驅(qū)動(dòng)信號(hào)SPWM波，設(shè)計(jì)中選用了單片機(jī)C8051F020控制和MITEL公司的SA4828芯片作為波形發(fā)生器。

PWM(Pulse Width Modulation)控制技術(shù)就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效的獲得所需要的波形(含形狀和幅值)。面積等效原理是PWM技術(shù)的重要基礎(chǔ)理論。一種典型的PWM控制波形SPWM：脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化。而和正弦波等效的PWM波形稱為SPWM波。脈寬調(diào)制(PWM，Pulse Width Modulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 [1]PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。

開關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過(guò)程本身就是一電磁騷擾(EMD)源，它產(chǎn)生的EMI信號(hào)有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備，則設(shè)備產(chǎn)生的EMI信號(hào)會(huì)變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。