Sơ đồ mạch lực PWM một pha đ−ợc biểu diễn nh− hình 2.1 :
Hình 2.1 : Sơ đồ mạch nghịch l−u PWM một pha
Hai đại l−ợng cần phải quan tâm khi xem xét về PWM lμ: sóng mang vμ
sóng điều biên.
+ Sóng mang: Sóng mang lμ sóng tam giác có tần số rất lớn, có thể đến hμng chục thậm chí hμng trăm kHz.
+ Sóng điều biên: Sóng điều biên lμ sóng hình sin có tần số bằng tần số sóng cơ bản đầu ra của bộ nghịch l−u. Sóng điều biên chính lμ dạng sóng mong muốn ở đầu ra của mạch nghịch l−u.
Hình 2.2 biểu diễn điện áp đầu ra của bộ nghịch l−u PWM đơn cực. Chu kì đóng mở đ−ợc điều khiển sao cho bề rộng xung của các chu kì lμ cực đại ở đỉnh sóng hình sin cơ bản.
Để ý rằng diện tích của mỗi xung t−ơng ứng gần với diện tích d−ới dạng sóng hình sin mong muốn giữa hai khoảng mở liên tiếp. Các điều hoμ của sóng điều chế theo ph−ơng pháp PWM giảm rõ rệt theo ph−ơng pháp nμy.
Để xác định thời điểm kích mở cần thiết để tổng hợp đúng dạng sóng đầu ra theo ph−ơng pháp PWM (đơn cực) trong mạch điều khiển ng−ời ta tạo ra một sóng sin chuẩn mong muốn vμ so sánh nó với một dãy xung tam giác đ−ợc biểu diến trên hình 2.2. Giao điểm của hai sóng xác dịnh thời điểm kích mở van bán dẫn.
Hình 2.3 : Đồ thị xác định thời điểm kích mở thyristor
Điện áp của đầu ra bộ nghịch l−u PWM cực đại khi ở chế độ xung vuông, có nghĩa lμ khi đó đầu ra của PWM giống nh− bộ nghịch l−u nguồn áp đã đề cập ở ch−ơng 1. Khi điện áp điều khiển cμng giảm thì bề rộng của xung cμng giảm vμ độ trống xung cμng tăng, do vậy điện áp ra giảm. Vì vậy có thể điều khiển điện áp đầu ra bằng điện áp điều khiển.
Hình 2.4 giải thích việc sử dụng sóng tam giác để so sánh tạo điểm kích mở van bán dẫn. Phần sóng hình sin nằm phía trên xung tam giác sẽ t−ơng ứng cho xung ra có bề rộng b. Giảm biên độ sóng hình sin ta sẽ có một một nửa sẽ có xung có bề rộng c. Xung sin có tần số nhỏ hơn nhiều tần số xung tam giác nên có thể coi nh− trong một chu kì xung tam giác thì xung hình sin không thay đổi độ lớn, vì vậy ta có c = b/2.
Hình 2.4 : Giải thích việc sử dụng sóng tam giác để so sánh
Biên độ của điện áp điều biến ra không đổi nh−ng bề rộng xung thay đổi, do vậy điện áp trung bình đầu ra thay đổi vμ ta có biên độ điện áp sau bộ nghịch l−u thay đổi. Cách điều chế t−ơng tự cũng đ−ợc xem xét cho phần âm của sóng sin chuẩn. Bề rộng a trên hình vẽ ứng với giá trị cực đại của song sin. Điều đó đồng nghĩa với biên độ cực đại của sóng sin chuẩn không lớn hơn xung tam giác.
Quá trình đ−a xung có tần số cao vμo sẽ tạo ra đóng cắt tần số lớn do vậy sẽ lμm tăng các điều hoμ bậc cao. Nh−ng ta có thể dễ dμng lọc ra điều hoμ bậc thấp vμ tần số cơ bản sin hon. Bên canh đó động cơ lμ tải điện cảm nên dễ dμng lμm suy giảm các điều hoμ bậc cao cả điện áp vμ dòng điện.
Thay cho ph−ơng pháp điều khiển PWM đơn cực để năng cao chất l−ợng điều khiển ta có ph−ơng pháp điểu khiển PWM l−ỡng cực. Các thyristor đ−ợc kích mở theo từng cặp nhằm tránh khoảng điện áp về không (l−ỡng cực). Giản đồ điện áp điều biến PWM l−ỡng cực đ−ợc biểu diến trên hình 2.5. Phần điện áp ng−ợc trong nửa chu kì đầu ra rất ngắn. Để xác định thời điểm van bán dẫn ng−ời ta điều chế sóng ta giác tần số cao bằng sóng sin chuẩn vì vậy không tạo độ lệch pha giữa sóng tam giác vμ sóng hính sin cầu điều biến.
Hình 2.5 : Điều chế độ rộng xung l−ỡng cực
Số lần chuyển mạch nhiều trong một chu kì sóng tam giác dãn tới tổn hao đỏi chiều trong thyristor của bộ nghịch l−u lớn. Để chọn bộ nghịch l−u có sóng gần chữ nhật hoặc bộ nghịch l−u PWM phải chú ý đến giá thμnh bổ xung phần tử chuyển mạch vμ tổn hao chuyển mạch, song song với điều đó phải tính đến sóng cơ bản còn kại ở đầu ra.