什么是DPWM调制方式?

原创 转子磁场定向 2022-10-11 19:58

问题描述

经常有朋友问,包括培训班里也有朋友想了解一下DPWM。毕竟DPWM是缩写,也许代表了多种解释。

最近研究了一下,实际在产品中尤其是高压大功率的驱动,DPWM是广泛应用的。通俗地说,DPWM就是SVPWM里的五段式,为什么要采用DPWM?有什么优势?本文简要介绍一下。

常规SVPWM方案

SVPWM分为七段式和五段式,七段式SVPWM在三角波计算器周期内,即一个开关周期内,左右两边式对称的零矢量。如果不进入过调制区域,那么三角波计数器中点也是零矢量。整个开关周期的开关周期分成了七段,所以叫七段式SVPWM。如下图左。

五段式SVPWM在每个开关周期内,总有一相是全开或者全关,即少一次开关动作,总体的开关损耗较小。

整个开关周期分成了五段,所以叫五段式。相比于七段式,其开关次数少一些,逆变器损耗小,谐波更大。如下图右。

七段式SVPWM(左) 五段式SVPWM(右)

七段式SVPWM的PWM比较值是马鞍波,基本是连续光滑的形状,所以七段式SVPWM又叫做Continuous-PWM,简写即CPWM,连续PWM模式。如下图:

七段式的马鞍波比较值是连续的

而五段式SVPWM,因为摒弃了一部分零矢量,由于这个原因,五段式的PWM比较值在一个开关周期内,总有1/3的时间处于钳位状态。如下图:

从上图可以看出,五段式PWM比较值是不连续的,所以五段式PWM又称作Discontinuous-PWM模式,简写DPWM,即本文提到的不连续PWM模式。

在一个开关周期内,总有一相处于全开或者全关的状态,另外两相有开关动作。根据不同的钳位模式,DPWM可以分为DPWM0, DPWM1, DPWM2等多种模式。如下图:

DPWM相比于CPWM,谐波更大,但是其损耗较小,所以对于变频器,尤其是高压变频器,常用的IGBT作为逆变开关元件,其开关损耗不可忽略。所以五段式可以有效降低其总体的开关损耗,进而降低逆变器的温升。所以DPWM常在低速控制下使用。

CPWM的输出电压谐波更小,那么在中高速下,更小的谐波可以获取更低的电机温升和电机寿命。因为速度越高,同样的输出力矩下功率越大,电机发热更严重。所以高速下不能为了逆变器损耗而选择DPWM。这样会直接影响电机的寿命

所以DPWM就是为了解决大功率,高电压下的逆变器提出的,包括马达控制,大功率逆变器等。但是低压控制器,常用MOSFET,因为MOS的开关速度较快,开关损耗低,所以其开关损耗并不明显,故在低压控制器,DPWM使用的意义并不大。主要是在220VAC以上的应用中,常见低速是DPWM,到了中高速逐渐切换到CPWM。

根据以前的经验,对于IGBT来说,同样的输出力矩,10Hz左右IGBT总体的损耗更大,所以这也与低速用DPWM降低发热的目的相吻合。当然时间久远,提供不了数据。

实际应用

前文提到,CPWM在一个开关周期内,只要不进入过调制,那么三相都会有开关动作。所以CPWM又称作三相调制

DPWM在一个开关周期内,总有一相没有开关动作,所以DPWM又称作两相调制

三相调制和两相调制,其实质就是CPWM和DPWM,只是名词容易误解。下面就以变频器两大代表厂商看看DPWM和CPWM的应用:

汇川技术:

MD520说明书

MD520说明书

MD520说明书

从汇川MD520说明书可以看出,汇川默认在15Hz从DPWM切换到CPWM。DPWM降低开关损耗,提高变频器效率。CPWM谐波小,降低电机噪音。

汇川的DPWM包含DPWM0, DPWM1, DPWM2, DPWM3, DPWMph等多种模式供选择。

英威腾:

GD800说明书

英威腾的GD800从说明书看功能没有那么复杂,就是选择CPWM模式或者DPWM切换到CPWM的模式两个选项。

参考文献:

李明彦. 一种基于DPWM的永磁同步电机驱动损耗研究


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