1.1.4 矩形波
在电力电子电路中,矩形波常用来表示功率半导体开关的控制信号。图1.8显示了分别受控于矩形波脉冲发生器的三个双向开关,控制负载电阻电流。其中,三个矩形波信号发生器VSQ1、VSQ2和VSQ3,可通过顺序单击菜单Element→Sources→Voltage→Square实现。在矩形波信号发生器与双向开关SS1、SS2、SS3之间各自设置了一个开关控制器ON1、ON2和ON3,这三个开关控制器是开关控制信号与开关控制端的信号隔离器,在模型电路上表示弱电控制信号与强电开关之间的电气隔离。开关控制器通过顺序单击菜单Element→Other→Switch Controller→On-Off Controller选择。
在图1.8中,VDC1=336V,R1=R2=R3=3.36Ω,开关控制器无须参数设置。VSQ1、VSQ2和VSQ3的参数包括峰峰值Vpeak-peak、频率Frequency、占空比Duty Cycle、直流偏置DC Offset、起始时间Tstart和相位延迟Phase Delay。
●占空比:一个矩形波逻辑信号的高电平时间与信号周期之比;常用符号δ表示,0≤δ≤100%,Duty Cycle=0.5。
图1.8 矩形波
●相位延迟:将信号的一个周期与正弦波的360°对应;如果Phase Delay=90°,相当于信号的相位滞后90°,也就是延后了1/4周期;如果Phase Delay=180°,相当于信号的相位滞后180°,也就是延后了1/2周期;VSQ1、VSQ2和VSQ3的相位延迟分别设置为0°、90°和180°。
图1.9显示了负载电阻R1、R2和R3的电压曲线。三个电阻电压的幅值和周期相同,分别为336V和0.2s,占空比均为50%。然而,这三个电压信号的相位不同,Ur2和Ur3分别比Ur1在相位上滞后了90°和180°。Ur1、Ur2和Ur3对应的矩形波曲线分别被称为左边沿、中心对称和右边沿矩形波。
图1.9 矩形电压波
如果一个频率恒定的矩形波信号的峰峰值为Yp-p,占空比为δ,那么该矩形波信号的平均值Yave为
其有效值Yrms为
这样,图1.9所示的三个电压矩形波的平均值和有效值分别为118V和238V,它们与信号的频率或周期没有数值关系。