Sinusoidal Pulse Width Modulation의 영어 약자는 SPWM입니다.
SPWM(사인 펄스 폭 변조): 각 정현파 주기의 여러 펄스를 자연 또는 일반 폭 변조로 변조하여 정현파 함수 값 A에 해당하는 위상 각도와 면적을 순차적으로 변조할 수 있습니다. 사인파와 동등한 펄스 시퀀스는 진폭이 동일하고 폭이 동일하지 않은 정현파 전류 출력을 형성합니다. 변조 출력에 포함되는 총 펄스 수에 대한 주간 기본파(정현파 변조파)의 비율이 캐리어 비율입니다.
1. PWM 기술의 원리
완전히 제어되는 전력 반도체 소자의 등장으로 인해 인버터 회로의 구조가 크게 단순화되었을 뿐만 아니라 제어 전략도 유사하다. 사이리스터형 반도체 소자와는 근본적으로 다른 위상 제어 기술을 PWM 기술이라고 합니다. PWM 기술은 고조파를 매우 효과적으로 억제할 수 있으며 주파수와 효율성 면에서 확실한 이점을 갖고 있어 인버터 회로의 기술 성능과 신뢰성을 크게 향상시킵니다. PWM 방식으로 구성된 인버터의 입력은 고정된 DC 전압이며, PWM 기술을 사용하면 동일한 인버터에서 전압 조정과 주파수 조정을 모두 구현할 수 있습니다. 이러한 종류의 인버터는 제어 가능한 전력단이 1개뿐이므로 메인 루프와 제어 루프의 구조가 단순화되어 크기가 작고 무게가 가벼우며 신뢰성이 높습니다. 그리고 전압 조정과 주파수 조정이 통합되어 있기 때문에 조정 속도가 빠르고 시스템의 동적 응답이 좋습니다. 또한, PWM 기술을 사용하면 더 나은 인버터 출력 전압 및 전류 파형을 제공할 뿐만 아니라 AC 그리드에 대한 인버터의 역률도 향상됩니다. 출력 전압 파형을 각 반주기의 여러 펄스로 나눕니다. 각 펄스의 폭은 t2입니다. 그러면 펄스의 듀티 사이클 γ는 다음과 같습니다. 주파수를 조정하면 전압의 평균값은 듀티 사이클에 비례하므로 주파수를 조정하면 DC 전압의 진폭은 변하지 않지만 출력 전압 펄스의 듀티 사이클은 변경됩니다. 주파수 변환 및 전압 변환도 가능합니다.
2. 사인파 펄스 폭 변조(SPWM)
1. SPWM의 개념
엔지니어링 실무에서 가장 일반적으로 사용되는 방법은 정현파 PWM 방식(줄여서 SPWM)으로, 각 반주기마다 서로 다른 폭을 갖는 여러 개의 직사각형 펄스파를 출력합니다. 직사각형파는 대략적으로 사인파에 해당하는 사인파의 각 동일한 부분 아래의 면적을 해당 면적과 동일한 직사각형으로 대체할 수 있으므로 사인파로 둘러싸인 면적을 N개의 직사각형 펄스의 면적으로 사용할 수 있습니다. 진폭(Vd)은 같고 폭은 동일합니다. 각 직사각형 펄스의 폭은 이론적으로 계산할 수 있지만 실제 응용에서는 정현파 변조파와 삼각 반송파를 비교하여 펄스 폭을 결정하는 경우가 많습니다. 이등변 삼각파의 폭은 위에서 아래로 선형적으로 변화하므로 매끄러운 곡선을 교차할 때 곡선의 함수 값에 비례하는 일정한 진폭과 폭을 갖는 직사각형 펄스 세트를 얻을 수 있습니다. 펄스 폭이 사인 함수 값에 비례하면 SPWM 파형도 생성될 수 있습니다. 공학적 응용에서 관심을 갖는 것은 기본파이다. 직사각형 펄스의 진폭 Vd가 일정하고, 반주기의 펄스 수 N도 일정하다고 가정하면, 이론적 분석을 통해 진폭 V1m이 있음을 알 수 있다. 기본파와 펄스 폭 δi는 선형 관계를 갖습니다.
펄스 폭 변조를 수행할 때 펄스 계열의 듀티 사이클은 정현파 법칙에 따라 배열됩니다. 사인 값이 최대일 때 펄스 폭도 최대이고 펄스 사이의 간격도 최소입니다. 반대로 사인 값이 작을 때 펄스 폭도 작고 펄스 사이의 간격이 넓습니다. 그림 5-3과 같이 이러한 전압 펄스 계열은 고차 고조파 구성 요소를 크게 줄일 수 있습니다. 부하 전류, 사인파 펄스 폭 변조라고 합니다. SPWM 제어 방법은 여러 유형으로 나눌 수 있습니다. 구현 방법은 하드웨어 회로와 소프트웨어 프로그래밍의 두 가지 유형으로 나눌 수 있으며 작동 원리는 변조 펄스의 극성 관계와 제어파와 반송파 간의 주파수 관계에 따라 분류할 수 있습니다. 변조 펄스 극성 관계에 따라 단극 SPWM과 양극 SPWM의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
3． 바이폴라 SPWM 방식
바이폴라 제어는 출력 파형의 반주기 내에서 인버터의 동일한 브리지 암에 있는 두 구성 요소가 모두 스위칭 상태에 있지만 이들 사이의 관계는 상보적이라는 것을 의미합니다. 온-오프 상태는 서로 반대입니다. 이러한 방식으로 출력 파형은 임의의 반주기 동안 양극과 음극 전압 사이를 번갈아 가며 나타나므로 이를 양극성 제어라고 합니다. 유니폴라 제어 방식과 비교하면 반송파와 제어파 모두 양의 반주기와 음의 반주기를 갖는 AC 방식이 되었으며 출력 직사각형파도 임의의 반주기에서 양과 음의 교번을 갖습니다
4. SPWM 생성 방법
정현파 펄스폭 변조파(SPWM)의 생성 방법은 하드웨어 회로와 소프트웨어 프로그래밍의 두 가지 방법으로 나눌 수 있습니다.
앞서 설명한 PWM 인버터 회로의 기본 원리와 제어 방법에 따르면 아날로그 회로를 사용하여 삼각파 반송파와 정현파 변조파 생성 회로를 구성하고 비교기를 사용하여 이들의 교차점을 결정할 수 있습니다. , 교차 순간에 전력을 측정할 수 있으며, 스위칭 장치를 켜고 끄는 방식으로 SPWM 파형을 생성할 수 있습니다. 그러나 이 아날로그 회로는 구조가 복잡하고 정밀한 제어가 어렵다. 마이크로컴퓨터 제어 기술의 발전으로 소프트웨어를 사용하여 SPWM 파형을 생성하는 것이 더 쉬워졌습니다. 따라서 현재 SPWM 파형의 생성 및 제어는 대부분 마이크로컴퓨터에 의해 구현됩니다. 이 섹션에서는 소프트웨어를 사용하여 SPWM 파형을 생성하기 위한 몇 가지 기본 알고리즘을 주로 소개합니다.