双极性与单极性SPWM的核心区别体现在调制机制、开关模式、谐波分布及器件应力等多个维度，直接决定了逆变器的效率、EMI性能与成本结构。

调制原理与波形特征差异

双极性SPWM在每个载波周期内，当调制波高于载波时输出正母线电压+Vdc，低于载波时输出负母线电压-Vdc。整个基波周期内，相电压在+Vdc与-Vdc之间高频跳变，呈现两电平特性。输出线电压虽为三电平，但每个开关周期均经历正负极性切换。

单极性SPWM采用双调制波或倍频载波技术，使输出电压在正半周仅在+Vdc与0之间切换，负半周在0与-Vdc之间切换。每个载波周期内电压跳变幅度减半，相电压呈现三电平（+Vdc, 0, -Vdc），线电压可达五电平。

开关模式与器件应力对比

双极性调制下，每个开关管在每个载波周期都开关一次，开关损耗P_sw = (E_on + E_off) × f_sw。电压应力为全母线电压Vdc，800V系统中需选用1200V器件。dv/dt可达10kV/μs，产生强烈EMI，在电机驱动中会引发轴承电流。

单极性调制通过倍频技术使等效开关频率加倍，但每管实际开关频率不变。在NPC三电平拓扑中，器件耐压降至Vdc/2，可选用650V器件替代1200V，成本降低30%。电压跳变幅度减半，dv/dt降至5kV/μs，EMI滤波器体积可减小40%，电机端过电压从2倍降至1.5倍，绝缘寿命延长2倍。

谐波分布与输出质量

双极性SPWM的谐波能量集中在载波频率f_c处，幅值可达基波80%，边带谐波衰减较慢，THD通常为3-5%。单极性调制使谐波能量分布在2f_c处，幅值降低50%，相同载波频率下THD可降至2-3%，满足并网逆变器THD<2%的严苛要求。边带谐波衰减更快，滤波器截止频率可设计更高，体积缩小50%。同时，单极性调制的直流电压利用率可达1.0，比双极性提高15-20%。

应用场景选择

双极性SPWM适用于成本敏感型应用，如48V通信电源、LED驱动、传统工业变频器等。其拓扑简单，无需复杂钳位电路，在软开关拓扑中可通过谐振网络自然滤除高频谐波。

单极性SPWM适用于对电能质量要求严格的场合，如光伏储能并网逆变器、伺服驱动器、音频功放及医疗航空等EMI敏感环境。其优异的波形质量和低dv/dt特性，使其成为精密控制的首选。

工程实践要点

双极性设计需在靠近开关管处并联RC吸收电路，将dv/dt限制在5kV/μs以下。开关频率通常选择20-50kHz，平衡开关损耗与THD。

单极性设计需采用DSP或FPGA实现三电平SVPWM，中点电位平衡算法需动态调整零矢量作用时间。开关频率设为10-20kHz，充分利用倍频效应。在NPC拓扑中，需额外处理中点电位偏移问题，通过检测直流侧电容电压，实时调整正负小矢量的作用时间。

现代演进方向

特定谐波消除（SHE）在单极性调制基础上通过离线计算开关角度，直接消除5次、7次、11次谐波，THD<1%，适用于并网逆变器。载波移相PWM（CPS-SPWM）在多模块并联中使等效开关频率提升N倍，THD降低，广泛应用于模块化多电平变换器（MMC）。

理解双极性与单极性的本质区别，是逆变器设计的关键。随着DSP性能提升，单极性及多电平调制已成为主流，而双极性在小功率、简单场景中仍占一席之地。