如何通过脉宽变化趋势分析SPWM波形?

strongerHuang 2020-05-26
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转自:ZLG致远电子


SPWM是一种广泛用于电机驱动、逆变电源等领域的调制技术。


一、SPWM介绍

SPWM是一种脉冲宽度按正弦规律变化的一种PWM波形,是PWM技术的一种延伸,是一种可以等效正弦波效果的PWM技术。广泛用于电机驱动、逆变电源等领域。其调制原理是利用三角波和正弦波进行调制,利用其交点来确定了脉宽宽度序列。调制方式如下图所示:

 

图 1


二、常规测试方法

用示波器测量SPWM的常规方法是利用其内部的软件低通滤波功能,将SPWM的载波滤出掉,最后剩下的波形就是所要等效出的基波。如下图所示:

 

图 2


可以看出,经过滤波后,我们可以看到过滤后的波形是一个正弦波,用户可以通过观察这个正弦波的畸变情况来判断自己的SPWM是否正确。但是这种观察比较粗糙的,很多细节错误并不能被发现。


三、 滤波器+脉宽趋势的方法

由SPWM原理可以知道,SPWM正确与否,关键就是脉宽分布的规律。如果我们可以将脉宽的趋势进行统计,就可以更加直观的反馈SPWM的性能。下图为一个标准SPWM测试出的脉宽趋势分析图。可以看出,利用脉宽趋势分析,同样可以还原出完整的基波。

 

图 3


但是当实际测试时,这却无法顺利实现。这是因为真实测量回来的波形是有很多高频大信号干扰噪声的,如果对这种波形进行脉宽趋势分析,无法得到真确的结果。对真实波形进行脉宽趋势分析结果如下图所示:

 

图 4


而ZDS4000示波器拥有强大的FIR功能,通过数字滤波,可以先将这些高频的噪声滤出掉,然后将这些没有噪声的信号再次进行分析。而大多数示波器的软件滤波器由于处理能力不足,是无法将滤波与脉宽趋势的分析功能串联使用的。我们将图 2中的信号,利用滤波器+脉宽趋势的方法再次进行分析,就可得到如下图结果。

 

图 5


可以看出,该SPWM波形,是有相位突变的情况的,而这个突变,在原有的分析方法中是看不出来的。得益于ZDS4000具有强大的深存储性能,我们可以将细节展开来分析。展开后的细节如下图所示:

 

图 6


一些对于SPWM不熟悉的用户可能无法判断出问题的地方发生了什么错误,我们这时候可以使用FIR进一步进行滤波。滤波后的效果如下图所示:

 

图 7


可以明显看出,脉冲趋势发生突变的地方,SPWM波形是出现了相位突变,这是由于脉宽周期不完整导致的。


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