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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑PWM脉冲宽度调制 脉冲宽度调制 百科名片 脉冲宽度调制 脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路举行操纵的一种分外有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率操纵与变换的大量领域中。 目次 简介 根本原理 概括过程 脉冲宽度调制优点 操纵方法 脉冲宽度调制相关应用领域 概括应用 简介 根本原理 概括过程 脉冲宽度调制优点 操纵方法 脉冲宽度调制相关应用领域 概括应用 开展 编辑本段 简介 脉冲宽度调制是一种模拟操纵方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏
2、置，来实现开关稳压电源输出晶 体管或晶体管导通时间的变更，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路举行操纵的一种分外有效的技术。 PWM操纵技术以其操纵简朴,生动和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的操纵方式,也是人们研究的热点.由于当今科学技术的进展已经没有了学科之间的界限,结合现代操纵理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM操纵技术进展的主要方向之一。 编辑本段 根本原理 随着电子技术的进展，展现了多种PWM技术，其中包括：相电压操纵PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压操纵PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的
3、脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过变更脉冲列的周期可以调频，变更脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当操纵方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达成操纵充电电流的目的。 模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的辨识率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，由于它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的识别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在0V, 5V这一集合中取值。 模拟电压和电流可直接用来举行操纵，
4、如对汽车收音机的音量举行操纵。在简朴的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或裁减，从而变更了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。 尽管模拟操纵看起来可能直观而简朴，但它并不总是分外经济或可行的。其中一点就是，模拟电路轻易随时间漂移，因而难以调理。能够解决这个问题的细致模拟电路可能分外浩瀚、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都断定会变更电流值的大小。 通过以数字
5、方式操纵模拟电路，可以大幅度降低系统的本金和功耗。此外，大量微操纵器和DSP已经在芯片上包含了PWM操纵器，这使数字操纵的实现变得更加轻易了。 编辑本段 概括过程 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平举行数字编码的方法。通过高辨识率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个概括模拟信号的电平举行编码。PWM信号依旧是数字的，由于在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PW
6、M举行编码。 多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。 大量微操纵器内部都包含有PWM操纵器。例如，Microchip公司的 PIC16C67内含两个PWM操纵器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作： 1、设置供给调制方波的片上定时器/计数器的周期 2、 在PWM操纵寄放器中设置接通时间 3、设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚 4、启动定时器 5、使能PWM操纵器 编辑本段 脉冲宽度调制优点 PWM的一个
7、优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需举行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将规律1变更为规律0或将规律0变更为规律1时，也才能对数字信号产生影响。 对噪声抗争才能的巩固是PWM相对于模拟操纵的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要理由。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号恢复为模拟形式。 总之，PWM既经济、俭约空间、抗噪性能强，是一种值得宏大工程师在大量设计应用中使用的有效技术。 编辑本段 操纵方法 采样操纵理论中有一个重要结论:冲量相等而外形不同的窄脉冲加
8、在具有惯性的环节上时,其效果根本一致.PWM操纵技术就是以该结论为理论根基,对半导体开关器件的导通和关断举行操纵,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形.按确定的规矩对各脉冲的宽度举行调制,既可变更逆变电路输出电压的大小,也可变更输出频率. PWM操纵的根本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件进展水平的制约,在上世纪80年头以前一向未能实现.直到进入上世纪80年头,随着全控型电力电子器件的展现和急速进展,PWM操纵技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动操纵技术的进展以及各种新的理论方法,如现代操纵理论,非线性系统操纵思想的应用,
9、PWM操纵技术获得了空前的进展.到目前为止,已展现了多种PWM操纵技术,根据PWM操纵技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法. 等脉宽PWM法 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用 PAM(Pulse Amplitude Modulation)操纵技术来实现的,其逆变器片面只能输出频率可调的方波电压而不能调压.等脉宽PWM法正是为了抑制PAM法的这个缺点进展而来的,是PWM法中最为简朴的一种.它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过变更脉冲列的周期可以调频,变更脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当操纵方法即可使电压与频
10、率协调变化.相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路布局,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量. 随机PWM 在上世纪70年头开头至上世纪80年头初,由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管,载波频率一般不超过5kHz,电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注.为求得改善,随机PWM方法应运而生.其原理是随机变更开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中,各频率能量分布是平匀的),尽管噪音的总分贝数未变,但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削减.正由于如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率务必限制在较低频率
11、的场合,随机PWM依旧有其特殊的价值;另一方面那么说领略消释机械和电磁噪音的最正确方法不是盲目地提高工作频率,随机PWM技术正是供给了一个分析,解决这种问题的全新思路. SPWM法 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种对比成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样操纵理论中的一个重要结论:冲量相等而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果根本一致.SPWM法就是以该结论为理论根基,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形操纵逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所梦想输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过变更调制波的频率和幅值那么
12、可调理逆变电路输出电压的频率和幅值.该方法的实现有以下几种方案. 等面积法 该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释,用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号操纵开关器件的通断,以达成预期的目的.由于此方法是以SPWM操纵的根本原理为启程点,可以切实地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时操纵的缺点. 硬件调制法 硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所梦想的波形作为调制信号,把采纳调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到
13、所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形.其实现方法简朴,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用对比器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断举行操纵,就可以生成SPWM波.但是,这种模拟电路布局繁杂,难以实现精确的操纵. 软件生成法 由于微机技术的进展使得用软件生成SPWM波形变得对比轻易,因此,软件生成法也就应运而生.软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法,其有两种根本算法,即自然采样法和规矩采样法. 自然采样法 以正弦波为调制波,等腰三角波为载波举行对比,在两个波形的自然交点时刻操纵开关器件的通断,这就是自然采样
14、法.其优点是所得SPWM波形最接 近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计算繁琐,难以实时操纵. 规矩采样法 规矩采样法是一种应用较广的工程实用方法,一般采用三角波作为载波.其原理就是用三角波对正弦波举行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻操纵开关器件的通断,从而实现SPWM法.当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波举行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的,这种方法称为对称规矩采样.当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波举行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在
15、一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称,这种方法称为非对称规矩采样. 规矩采样法是对自然采样法的提升,其主要优点就是是计算简朴,便于在线实时运算,其中非对称规矩采样法因阶数多而更接近正弦.其缺点是直流电压利用率较低,线性操纵范围较小. 以上两种方法均只适用于同步调制方式中. 低次谐波消去法 低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法.其原理是对输出电压波形按傅氏级数开展,表示为u(t)=ansinnt,首先确定基波分量a1的值,再令两个不同的an=0,就可以建立三个方程,联立求解得a1,a2及a3,这样就可以消去两个频率的谐波. 该方法虽然可以很好地消释所指定的低次谐波,但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大,而且同样存在计算繁杂的缺点.该方法同样只适用于同步调制方式中. 梯形波与三角波对比法 前面所介绍的各种方法主要是以输出波形
