这是一个三相两电平电压型逆变器的 Simulink 仿真模型,
目标是实现:
输出频率:50Hz 工频正弦波
线电压有效值:32V±0.25V
额定线电流:2A
调制方式:正弦脉宽调制(SPWM)
整个模型分为三部分:SPWM 驱动生成、三相全桥主电路、LC 滤波与负载。


50Hz 换算成 rad/s 就是 2π×50
SPWM 驱动生成部分(左侧)
核心逻辑是三相正弦调制波 + 三角载波比较,生成 6 路互补 PWM 信号:
- 3 路 Sine Wave 模块:输出互差 120° 的 50Hz 正弦波,幅值设为 0.87(调制比)
- 1 路 Triangle Generator 模块:输出 ±1 的高频三角波(载波频率 1kHz)
- 3 个 Relational Operator 模块:用
≥逻辑比较调制波与载波,生成上管驱动 - 3 个 NOT 反相器:生成互补的下管驱动,避免上下管直通
直流母线电压(输入)和三相线电压有效值(输出)的关系是:
ULL=0.612×m×Vdc
ULL=32V ,目标值
m为调制比
什么是调制比 m?
它是调制波幅值 和三角载波幅值的比值: m=Acarrier/Amod 模型里:
- 调制波幅值 Amod=0.87
- 三角载波幅值 Acarrier=1
- 所以 m=0.87,刚好在 0~1 的线性调制区,不会过调制
调制比 m=1 时,波形会进入 "过调制边缘",谐波会明显增大,输出波形质量变差
m < 1(线性区,如你现在 m=0.87) 调制波全程在载波范围内,PWM 脉冲均匀、规律。 谐波集中在高频段,容易被 LC 滤波器滤除,最终输出波形光滑、畸变小,这是正常工作区间。
m = 1(临界状态) 调制波峰值刚好顶到载波最大值。 波形开始靠近饱和,部分区间脉冲排布变密 / 变疏,谐波小幅增加,滤波后波形开始轻微失真。
m > 1(过调制) 调制波超出 ±1 范围,此时比较器输出不再随正弦波线性变化: 波形顶部被 "削平",PWM 脉冲不再按正弦规律变化。 新增大量低次谐波(低频率谐波) 低次谐波很难被 LC 滤掉(你的 LC 主要滤高频)
设置 60V 输入,是为了刚好适配32V 线电压的目标,同时保证 SPWM 工作在线性调制区,不出现过调制
目标线电压是 32V,我们反推需要的母线电压下限: Vdc≥0.612/ULL=0.612/32≈52.3V 也就是说,要输出 32V 线电压,直流母线电压至少要 52.3V,否则即使满调制(m=1)也达不到目标电压。
ULL=0.612×m×Vdc=0.612×0.87×60≈32V 完美
控制代码逻辑也是这样。稍加限幅即可。
三相全桥主电路(右侧上半部分)
由 6 个 MOSFET 组成三相全桥拓扑:
- 直流母线电压:60V
- 每相桥臂由上下两个 MOS 管组成,分别由互补的 PWM 信号驱动
- 每个桥臂的中点输出经过 LC 滤波后,形成三相交流电压
LC 滤波与负载(右侧下半部分)
为了滤除 PWM 载波谐波,得到纯净的正弦波输出,采用 LC 低通滤波 + 三相星形负载:
- 滤波电感 L:2mH
- 滤波电容 C:22μF
- 星形电阻负载:每相约 9Ω,模拟 2A 额定电流工况
50Hz 基波、载波 1kHz 左右、三相 SPWM 逆变场景, L、C、电阻的选型逻辑、计算和原因,对应你现在的参数:L=2mH,C=22μF,R=9Ω
LC 低通滤波器作用:
保留 50Hz 工频基波(有用信号);
滤除 三角载波及其倍频谐波(高频毛刺);
抑制空载 LC 谐振升压、振荡。
设计核心规则:
LC 谐振频率 f0 必须满足:
总结(精简版) LC 组合:2mH + 22μF 谐振频率≈759Hz,远离 50Hz 基波、低于 1kHz 载波,滤波效果好、无谐振风险,是小功率 SPWM 逆变经典搭配。
电感 2mH:不大不小,滤波足够,基波压降可忽略,不拉低输出电压。
电容 22μF:兼顾平滑波形与抑制 LC 振荡,不会过度抬压。
每相 9Ω 电阻:按额定 2A 电流计算得出,带载阻尼谐振,让电压、波形回归设计值。

