5、基于PWM技术的半导体开关控制

基于PWM技术的半导体开关控制

在电力电子领域，对半导体开关的控制是实现功率变换器和电机驱动控制的高效且便捷的手段。半导体开关在控制系统中充当执行器，通过控制其通断来实现以三相电压信号形式呈现的控制输入。

半导体开关控制概述

半导体开关控制在电力电子系统中起着关键作用。通过控制半导体开关的通断时间，可以实现对功率流动的精确控制。目前存在多种功率电子设备，它们在半导体开关类型、拓扑结构和概念上各有不同，但共同的功能是通过改变每个开关的通断时间来传导功率流。其中，2 - 电平电压源逆变器（2L - VSI）是控制三相交流电机最广泛采用的机制。

生成半导体开关的门极信号主要有两种方法：
- 基于脉宽调制（PWM）的方法 ：PID控制器和传统模型预测控制器常基于此方法实现。在控制应用中，计算得到的三相电压控制信号通过PWM技术，使功率开关通断产生矩形波信号，其基波分量近似为正弦相电压信号，以匹配控制信号。
- 直接优化误差函数的方法 ：通过直接优化期望控制信号与半导体开关实现的信号之间的误差函数来生成门极信号，无需使用PWM技术，显著降低了控制复杂度。

PWM技术最初在电信工程领域发展起来，近年来在电力电子控制中得到了广泛应用。它可以分为连续PWM（CPWM）和不连续PWM（DPWM）两大类。CPWM在低调制指数范围内性能更优，在伺服驱动和变换器应用中更受欢迎。PWM技术的实现方法主要有基于载波的PWM和直接数字实现两种。长期以来，基于载波的PWM实现方法，如正弦 - 三角波相交技术，在工业应用中占据主导地位。随着快速数字信号处理器（DSP）的发展，直接数字实现方法，如空间