单相全桥逆变Simulink仿真（双极性调制）

一、单相全桥逆变简介

  一个典型的全桥逆变电路包括四个开关器件（通常是IGBT或MOSFET），一个直流电源和一个交流负载。

1.H桥

我们先来简单的看一下H桥电路，如下：

通过H桥不同MOS的导通可以切换流经负载R的电流方向，以双极性调制为例

当Q1和Q4导通，Q2和Q3关断时，电流流向如下图，假设记此时负载电压为正，则负载电压UR = +Udc。

   当G2和G3导通，G1和G4关断时，电流流向如图，负载电压UR = -Udc。

当不停的重复上述开关顺序时，可以观测到负载上的电压变化范围是在+Udc和-Udc之间交变切换的，就得到一个交变的波形。此时已经把直流电变成交流电了，只不过不是正弦波，下面就要把这个交变信号处理成近似正弦波。 

2.脉冲宽度调制PWM

   脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）是一种调制技术，用于在数字电子电路中控制模拟信号的方法。它通过改变脉冲信号的宽度，以调制信号的幅度或能量，从而产生与模拟信号相似的效果。

   在PWM中，周期固定，但脉冲的宽度随着模拟信号的变化而调整。其中，脉冲的宽度与模拟信号的幅度成正比。

   PWM的工作原理如下：

1. 固定周期：确定一个固定的周期，即脉冲的重复时间。

2. 脉冲宽度调整：根据比较结果，调整脉冲的宽度。如果模拟信号的幅度较大，脉冲的宽度将增加；如果模拟信号的幅度较小，脉冲的宽度将减小。
3. 输出脉冲：输出的脉冲具有可调的宽度，其平均值对应于模拟信号的幅度。

   在电源控制中，PWM被用于调整开关电源的输出，以提供稳定的直流电压。在电机驱动中，PWM用于控制电机的速度和方向。在逆变器中，PWM用于将直流电转换为交流电。

3.SPWM

    了解了PWM的工作原理之后，我们可以通过PWM模拟一个正弦信号，根据正弦波的幅值改变PWM的占空比，就产生了SPWM，SPWM的全称就是Sine Wave Pulse Width Modulation。SPWM的基本原理是通过调整脉冲宽度，使得输出波形的谐波含量降低，最终接近正弦波。

    用SPWM波分别控制H桥，就能产生近似正弦波的脉冲宽度，后级再经过LC或LCL滤波，去除高频谐波，就能调制出比较好看的正弦波形。

  SPWM波是如何生成的呢？

 其原理是利用50HZ正弦波与高频的载波进行比较确定脉冲宽度，得到SPWM。

二、Simulink仿真

1.理论计算

在Matlab/Simulink中搭建如图所示的电路

假设假设Vin=400V，Vo=220V，fo=50HZ，Po=2kW，fs,23.4kHz，THDV<5%，Irip=20%

首先计算电感值Li：

VL=Li(di/dt)=Li(lL/D*Ts)=Vdc-Vout

IL=(D*Ts(Vdc-Vout))/ Li

D=ma*sinwt     Vout=Vdc*D

lL=(ma*sinwt*Ts*Vdc(1- ma*sinwt))/Li

令d(lL)/dt=0，则sinwt=1/(2ma)

由公式lLmax=(Vdc*Ts)/4Li，得到Li=Vdc/(4*Fsw*lLmax)

ΔlLmax=(Po/Vo)*√2*lrip

Li=400/(4*23.4k*2000/220*1.414*0.2)=2.05mH

接下来计算容值：

Fc=1/(2*π*√LC)≤Fsw/10

C==2.25μF

2.仿真

将仿真模型中LC的参数设置好，得到逆变输出电压波形如下：

 电感电流波形和峰值处的波形：

将L由原来的2.05mH改为200μH，后电感电流波动较大，如下图所示：

 三、总结

逆变器输出的交流电压通常包含高频开关噪声和谐波成分，这些成分需要通过滤波电路去除以获得纯净的正弦波输出。LC滤波器在逆变器后级起到至关重要的作用，滤波器参数的选择会直接影响滤波效果、系统性能和整体效率。较小的电感值可能无法有效滤除高频分量，导致输出波形不够平滑。