PWM架构优化：变频开关控制方案

本章中最典型的模型预测PWM是变开关频率PWM（VSFPWM）。本章中定义的变开关频率PWM是相对于传统的定开关频率PWM（CSFPWM）定义的，在每个开关周期可以控制开关频率的新型脉宽调制策略。和第3章3.5节中介绍的随机PWM类似，变开关频率PWM的核心思想就是在每个中断周期实时更新一次开关周期，产生频率可控的载波与占空比参考值做比较，发出对应的PWM信号。图5-3所示是变开关频率PWM的原理图。普通的定开关频率PWM在每个开关周期内更新一次占空比（d_a，d_b，d_c）并和固定频率的载波比较，最终发出脉冲。变开关频率PWM在开关周期内不但更新一次占空比（d_a，d_b，d_c），同时还更新开关周期T_s，即三角载波的频率也实时得到更新。

图5-3 变开关频率PWM的原理图

与3.5节中介绍的随机PWM不同，本章中介绍的变开关频率PWM的开关频率变化不依赖于随机数组，而是基于第4章所介绍的电流纹波预测方法。开关周期更新算法流程如图5-4所示。在控制器的每个中断周期中，控制器通过闭环控制得到了对应的占空比，将占空比输入到电流纹波预测模块，基于定开关周期T_sN计算电流纹波，并按照电流纹波的需求，实时更新开关周期T_s。

图5-4 开关周期更新算法流程

在图5-3和图5-4的基础上，得到了变开关频率PWM的控制框图，如图5-5所示。控制器输出的占空比通过电流纹波预测和比较之后，得到新的开关周期T_s，并同时产生基于T_s的采样信号和载波信号。载波与占空比比较得到对应的PWM信号输出给变换器。(www.xing528.com)

假设基于定开关周期T_sN的电流纹波预测峰值为I_{ripple_predicted}，由于电流纹波峰值与开关周期成正比，改用开关周期T_s可得到的新的电流纹波峰值I_{ripple_update}，如式（5-1）所示。如果要求新的电流纹波（I_{ripple_update}）等于电流纹波限定值（I_{ripple_require}），则开关周期T_s需满足式（5-2）。因此，可通过控制PWM开关频率实现对电流纹波的实时控制。

图5-5 变开关频率PWM的控制框图

在电流纹波的标准要求中，主要有两种要求：电流纹波的峰值要求和电流纹波的有效值要求。5.2节和5.3节将分别就这两种要求设计对应的变开关频率PWM策略并进行仿真和实验验证。另外针对电力电子变换器应用中有其他与电流纹波相关的要求，也可以设计对应的变开关频率PWM，这将在5.4节中介绍。