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双pwm转换器原理

双pwm转换器原理
双pwm转换器原理

2.三相双PWM变换器工作原理

脉宽调制(PWM)技术就是控制半导体开关元件的通断时间比,即通过调节脉冲宽度或周期来实现控制输出电压的一种技术。由于它可以有效地进行写拨抑制,而且动态响应好,在频率、效率诸方面有着明显的优势,因而在电力电子变换器逆变中广泛应用,其技术也日益完善。PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛,对逆变电路的影响也最为深刻。现在大量应用的逆变电路中,绝大部分都是PWM逆变电路。可以说PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才发展得比较成熟,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。现对双PWM电路的主电路和控制电路的设计如下:

2.1基本原理

双PWM 交—直—交电压型变换器的主电路如图1所示:

图1双PWM 交—直—交电压型变换器的主电路

变换器的2 个PWM 变换器的主电路结构完全相同,三相交流电源经PWM整流器整流,再经PWM逆变器逆变为频率和幅值可调的交流电,带动三相电阻负载。整流器和逆变器触发电路的设计是变换器设计的核心。

2.2 整流电路

从PWM整流器的功能可见,PWM整流器应该是一个其交、直流侧可控的四象限运行的变流器。目前,PWM整流器分成两个大类:一、电压型PWM整流器,二、电流型PWM整流器。它们两种结构在主电路拓扑结构、PWM信号发生、控制策略等方面都有各自的特点,而且两者在电路上是对偶的。

2.2.1 电压型整流器(VSR)

电压型(Voltage Source Rectifier--VSR)PWM整流器有个明显的特点就是直流侧一般采用电容进行直流储能。这样一来就使得VSR直流侧呈现低阻抗电压源特性。其拓扑结构有以下三种:图2.2.1(a)就是单相半桥VSR拓扑结构,图2.2.1(b)是单相全桥VSR拓扑结构,图2.2.1(c)是三相六开关VSR拓扑结构。

图2(a)单相半桥

图2(b)单相全桥

图2.(c)三相六开关拓扑结构

由上图2 (a)可知,单相半桥VSR拓扑结构中,相比而言比较的简单,只有一个桥臂用了IGBT开关,另一个则是由两个电容串联而成。这种结构适合于价格低,成本低,小功率的场合。

而在全桥VSR拓扑结构里,如图2 (b),则采用了4个IGBT开关。两个电路里每个IGBT都反并联一个续流二极管,可以保证无功电流的流动。其中电容的作用是均压和储能,但是这种拓扑结构对电容的数值要求比较高,系统对死区也比较的敏感,所以其控制算法和策略方面仍然处于研究阶段。

从图2 (c)可以看出三相VSR主电路由交流侧三相电感、三相全控桥、直流侧滤波电容组成。由于三相半桥VSR比较适合于三相电网平衡的系统,如果电网三相不平衡,控制性能会恶化,甚至于不能正常工作。为了解决这个问题,可以采用三相全桥VSR设计,本质上是三个独立控制的单相半桥VSR的组合。本文设计的整流器即为这种类型。

2.2.2 电流型整流器(CSR)

电流型(Current Source Rectifier--CSR)PWM整流器拓扑结构最明显的特点是直流侧采用电感存储能量,从而使得CSR直流侧呈现出高阻抗的电流源特性。CSR跟VSR一样,有单相和三相两种不同的结构。

图3(a)单相CSR拓扑结构图3(b)三相CSR拓扑结构

上图2.2.2(a)中所示的单相CSR拓扑结构,它与单相了一个滤波电容,作用是和电感一起构成LC滤波器,VSR相比,交流侧还增加滤除网侧来的谐波电流,抑制谐波电压。并且每个IGBT开关管都串联了个二极管,主要的目的是阻断反向电流,提高反向耐压能力。

上图2.2.2(b)为三相CSR拓扑图,可以看出这也是个半桥结构,它工作原理大致和单相的一样,其中的电容和电感的作用和单相CSR是一样的。由于大功率整流的电流比较的大,所以为了防止铁心饱和,直流侧的电感器铁心体积会比较庞大,这样的话就增加了电路损耗,同时也限制了直流电流的大小,不能太大。

三相电流型PWM整流器拓扑结构,利用正弦波调制的方法控制直流电流在各开关器件的分配,使交流电流波形近似与电源电压同相位的正弦波,实现功率因数近似为1。由于整流器的非线性,其交流侧电流波形中含有较多的谐波成分,需在交流侧加装滤波器来减少交流电流谐波;直流侧有大的平波电抗,稳态时,直流侧电流纹波很小,类似电流源。

2.3 PWM整流电路及其控制方法

2.3.1 PWM整流电路结构

PWM整流电路结构如下所示,采用的是电压型整流电路。

图4PWM 整流电路结构

三相系统里面,三相全桥拓扑结构是VSR 最为常用的一种。与单相全桥VSR 相比,三相VSR 拓扑结构主电路则多了一个桥臂。三相半桥 VSR PWM 整流器主电路结构如上图所示,其中1V 至6V 是全控型功率器件,1D 至6D 为整流二极管,

交流侧每相电路串接的电感d L 起储存、传递能量和平衡电压的作用,d C 为滤波

器。通过对电路进行正弦波PWM 控制,使得整流桥的交流输入端产生正弦PWM 电压,对各相电压进行控制,就可以使各相电流a i 、b i 、c i 为正弦波且和电压相

位相同,从而使功率因数为1。当电路工作在整流状态下,能量从电网侧流向直流侧负载传输;当电路工作在再生状态下,类似于三相PWM 电压型有源逆变器,可以将直流侧的能量回馈到交流电网侧。所以对于三相VSR ,需要对其三相桥臂施加幅值、频率相等而相位上互差0120的三相对称正弦波调制信号。

2.3.2 PWM 整流电路的控制方法

为了使PWM 整流电路在工作时工率因数近似为1,即要求输入电流为正弦波且和电压同相位,可以有多种控制方法。根据有没有引入电流反馈可以将这些控制方法分为两种,没有引入电流反馈的称为间接电流控制,引入交流电流反馈的称为直接电流控制。下面分别介绍这两种控制方法的基本原理。

(1)间接电流控制

间接电流控制也称为相位控制和幅值控制。图5(a )为间接电流控制的系统结构图,图中的PWM 整流电路为图4所示的三相桥式电路。控制系统的闭环是

整流器直流侧电压控制环。直流电压给定信号*d u 和实际的直流电压d u 比较后送入PI 调节器,PI 调节器的输出为一直流电流指令信号d i ,d i 的大小和整流器交

流输入电流的幅值成正比。稳态时,d u =*d u ,PI 调节器输入为零,PI 调节器的

输出d i 和整流器负载电流大小相对应,也和整流交流输入电流的幅值相对应。当

负载电流增大时,直流侧电容C 放电而使其电压d u 下降,PI 调节器的输入端出

现在偏差,使其输出d i 增大,d i 的增大会使整流器的交流输入电流增大,也使直

流侧电压d u 回升。达到稳态时,d u 仍和*d u 相等,PI 调节器输入仍恢复到零,而

d i 则稳定在新的较大的值,与较大的负载电流和较大的交流输入电流相对应。当

负载电流减小时,调节过程和上述过程相反。若整流器要从整流运行变为逆变运行时,首先是负载电流反向而向直流电容C 充电,使d u 抬高,PI 调节器出现负

偏差,其输出d i 减小后变为负值,使交流输入电流相位和电压相位反相,实现逆

变运行。达到稳态时,d u 和*d u 仍然相等,PI 调节器输入恢复到零,其输出d i 为负值,并与逆变电流的大小相对应。

图5(a )间接电流控制系统结构

图中两个乘法器均为三相乘法器的简单表示,实际上两者均由三个单相乘法器组成。上面的乘法器是d i 分别和a ,b ,c 三相相电压同相位的正弦信号,再乘

以电阻R ,就可得到各相电流在s R 压降Ra U 、Rb U 和Rc U ;现面的乘法器d i 分别乘

以a ,b ,c 三相电压相位超前/2 的余弦信号,再乘以电感L 的感抗,就可得到电流在电感s L 上的压降La U 、Lb U 和Lc U 。各相电源相电压a u 、b u 、c u 分别减去

前面求得的输入电流在电阻R 和电感L 上的压降,就可得所需要的整流交流输入端各相的相电压A u 、B u 和C u ,用该信号对三角波载波进行调制,得到PWM 开

关信号去控制整流桥,就可以得到需要的控制效果。

从控制系统结构及上述分析可以看出,这种控制方法在信号运算过程中要用到电路参数s L 和s R 的运算值和实际值有误差时,必然会影响到控制效果。此

外,这种控制方法是基于系统的静态模型设计的,其动态特性较差。因此,间接电流控制的系统应用较少。

(2).直接电流控制

在这种控制方法中,通过运算求出交流输入电流指令值,再引入电流反馈,通过对交流电流的直接控制而使其跟踪指令电流值,因此这种方法称为直接电流控制。直接电流控制中有不同的电流跟踪控制方法,图5(b )给出的是一种最常用的采用电流滞环比较方式的控制结构图。

图5(b )直接电流控制系统结构图

图5(b )的控制系统是一个双闭环控制系统。其外环是直流电压控制环,内环是交流电流控制环。外环的结构,工作原理均和5(a )的间接电流控制系统相同,前面已进行了详细的分析,这里不再重复。外环PI 调节器的输出为直流信号d i ,d i 分别乘以和a ,b ,c 三相相电压同相位的正弦信号,就得到三相交

流电流的正弦指令信号*a i ,*b i 和*c i 。可以看出,*a i ,*b i 和*c i 分别和各自的电源电压

同相位,其幅值和反映负载电流大小的直流信号d i 成正比,这正是整流器作单位

功率因数运行进所需要的交流电流指令信号。该指令信号和实际交流电流信号比较后,通过滞环对各个开关器件进行控制,便可使实际交流输入电流跟踪指令值,其跟踪误差在由滞环环宽所决定的范围内。

采用滞环电流比较的直接控制系统结构简单,电流响应快,控制运算中未使用电路参数,系统鲁棒性好,因而获得了较多的应用。

PWM控制电路的基本构成及工作原理

基于DSP的三相SPWM变频电源的设计 变频电源作为电源系统的重要组成部分,其性能的优劣直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。现代变频电源以低功耗、高效率、电路简洁等显著优点而备受青睐。变频电源的整个电路由交流-直流-交流-滤波等部分构成,输出电压和电流波形均为纯正的正弦波,且频率和幅度在一定范围内可调。 本文实现了基于TMS320F28335的变频电源数字控制系统的设计,通过有效利用TMS320F28335丰富的片上硬件资源,实现了SPWM的不规则采样,并采用PID算法使系统产生高品质的正弦波,具有运算速度快、精度高、灵活性好、 系统扩展能力强等优点。 系统总体介绍 根据结构不同,变频电源可分为直接变频电源与间接变频电源两大类。本文所研究的变频电源采用间接变频结构即交-直-交变换过程。首先通过单相全桥整流电路完成交-直变换,然后在DSP控制下把直流电源转换成三相SPWM波形供给后级滤波电路,形成标准的正弦波。变频系统控制器采用TI公司推出的业界首款浮点数字信号控制器TMS320F28 335,它具有150MHz高速处理能力,具备32位浮点处理单元,单指令周期32位累加运算,可满足应用对于更快代码开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。与上一代领先的数字信号处理器相比,最新的F2833x浮点控制器不仅可将性能平均提升50%,还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点C28x TM控制器软件的特点。系统总体框图如 图1所示。 图1 系统总体框图 (1)整流滤波模块:对电网输入的交流电进行整流滤波,为变换器提供波纹较小的直流电压。 (2)三相桥式逆变器模块:把直流电压变换成交流电。其中功率级采用智能型IPM功率模块,具有电路简单、可 靠性高等特点。 (3)LC滤波模块:滤除干扰和无用信号,使输出信号为标准正弦波。 (4)控制电路模块:检测输出电压、电流信号后,按照一定的控制算法和控制策略产生SPWM控制信号,去控制IPM开关管的通断从而保持输出电压稳定,同时通过SPI接口完成对输入电压信号、电流信号的程控调理。捕获单元完 成对输出信号的测频。 (5)电压、电流检测模块:根据要求,需要实时检测线电压及相电流的变化,所以需要三路电压检测和三路电流检测电路。所有的检测信号都经过电压跟随器隔离后由TMS320F28335的A/D通道输入。

(完整word版)PWM波直流电机速度调节系统

课程设计设计题目: PWM波直流电机速度调节系统 学院: 专业: 班级: 姓名: 学号: 指导老师: 日期:

目录 一引言 (1) 1.1开发背景 (2) 1.2数字控制器D(z) (5) 二直流电动机调速概述 (4) 2.1直流电机调速原理 (4) 2.2直流调速系统实现方式 (5) 2.3 8051单片机简介…………………………………………………………… 三硬件电路设计............................................................................................ (7) 3.1 PWM波形的程序实现 (7) 3.2直流电动机驱动 (8) 3.3续流电路设计 (9) 四软件设计 (10) 4.1主程序设计 (10) 4.2 数码显数设计 (11) 4.3 功能程序设计 (12) 4.4仿真图 (17) 4.5 仿真结果分析 (18) 五心得体会 (18)

摘要:在国民生产中,随着现代技术的发展,电力电子技术已得到了全面的发展,其技术已应用到各个领域。在各类机电系统中,由于直流电机具有良好的启动、制动和调速性能,直流电机调速系统已广泛运用于工业、航天领域的各个方面,最常用的直流调速技术是脉宽调制(PWM)直流调速技术,具有调速精度高、响应速度快、调速范围宽和损耗低的特点.而利用计算机数字控制也成了直流调速的一种手段,数字控制系统硬件电路的标准化程度高,控制软件能够进行复杂运算,可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律,此外还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟系统无法实现的功能。 关键字:80c51单片机;PWM调速技术;直流电动机 一引言 1.1开发背景 1 绪论 1.1课题的研究背景和意义 直流电动机是最早出现的电动机,也是最早能实现调速的电动机。长期以来,直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性,简单的控制性能,高的效率,优异的动态特性;尽管近年来不断受到其他电动机(如交流变频电机、步进电机等)的挑战,但到目前为止,它仍然是大多数调速控制电动机的优先选择。近年来,直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元件的不断出现,使 1

PWM控制原理要点

PWM控制技术 主要内容:PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法,PWM逆变电路的谐波分析,PWM整流电路。 重点:PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。 难点:PWM波形的生成方法,PWM逆变电路的谐波分析。 基本要求:掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法,了解PWM 逆变电路的谐波分析,了解跟踪型PWM逆变电路,了解PWM整流电路。 PWM(Pulse Width Modulation)控制——脉冲宽度调制技术,通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。第3、4章已涉及这方面内容: 第3章:直流斩波电路采用,第4章有两处:4.1节斩控式交流调压电路,4.4节矩阵式变频电路。 本章内容 PWM控制技术在逆变电路中应用最广,应用的逆变电路绝大部分是PWM型,PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术,也介绍PWM整流电路 1 PWM控制的基本原理 理论基础: 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近,仅在高频段略有差异。 图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理: 分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L电路)上,如图6-2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。从波形可以看出,在i(t)的上升段,i(t)的形状也略有不同,但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄,各i(t)响应波形的差异

PWM控制电路设计

PWM控制电路设计 CYBERNET 应用系统事业部 LED照明作为新一代照明受到了广泛的关注。仅仅依靠LED封装并不能制作出好的照明灯具。本文主要从电子电路、热分析、光学方面阐述了如何运用LED特性进行设计。 在上一期的“LED驱动电路设计-基础篇”中,介绍了LED的电子特性和基本的驱动电路。遗憾的是,阻抗型驱动电路和恒电流源型驱动电路,大围输入电压和大电流中性能并不强,有时并不能发挥出LED的性能。相反,用脉冲调制方法驱动LED电路,能够发挥LED的多个优点。这次主要针对运用脉冲调制的驱动电路进行说明。 PWM是什么? 脉冲调制英文表示是Pulse Width Modulation,简称PWM。PWM是调节脉冲波占空比的一种方式。如图1所示,脉冲的占空比可以用脉冲周期、On-time、Off-time表示,如下公式:占空比=On-time(脉冲的High时间)/ 脉冲的一个周期(On-time + Off-time) Tsw(一周期)可以是开关周期,也可以是Fsw=1/Tsw的开关频率。

图1 Pulse Width Modulation (PWM) 在运用PWM的驱动电路中,可以通过增减占空比,控制脉冲一个周期的平均值。运用该原理,如果能控制电路上的开关设计(半导体管、MOSFET、IGBT等)的打开时间(关闭时间),就能够调节LED电流的效率。这就是接下来要介绍的PWM控制。PWM信号的应用 PWM控制电路的一个特征是只要改变脉冲幅度就能控制各种输出。图2的降压电路帮助理解PWM的控制原理。在这个电路中,将24V的输入电压转换成12V,需要增加负载。负载就是单纯的阻抗。电压转换电路的方法有很多,运用PWM信号的效果如何呢?

PWM电机调速原理及51单片机PWM程序经典

Pwm电机调速原理 对于电机的转速调整,我们是采用脉宽调制(PWM)办法,控制电机的时候,电源并非连续地向电机供电,而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用,这是因为电机实际上是一个大电感,它有阻碍输入电流和电压突变的能力,因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上,这样,改变在始能端PE2 和PD5 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小,从而改变了转速。 此电路中用微处理机来实现脉宽调制,通常的方法有两种: (1)用软件方式来实现,即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻 辑状态来产生脉宽调制信号,设置不同的延时时间得到不同的占空比。 (2)硬件实验自动产生PWM 信号,不占用CPU 处理的时间。 这就要用到ATMEGA8515L 的在PWM 模式下的计数器1,具体内容可参考相关书籍。 51单片机PWM程序 产生两个PWM,要求两个PWM波形占空都为80/256,两个波形之间要错开,不能同时为高电平!高电平之间相差48/256, PWM这个功能在PIC单片机上就有,但是如果你就要用51单片机的话,也是可以的,但是比较的麻烦.可以用定时器T0来控制频率,定时器T1来控制占空比:大致的的编程思路是这样的:T0定时器中断是让一个I0口输出高电平,在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1,而这个T1是让IO口输出低电平,这样改变定时器T0的初值就可以改变频率,改变定时器T1的初值就可以改变占空比。 *程序思路说明: * * * *关于频率和占空比的确定,对于12M晶振,假定PWM输出频率为1KHZ,这样定时中断次数* *设定为C=10,即0.01MS中断一次,则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时间为0.01ms,这样* *可以设定占空比可从1-100变化。即0.01ms*100=1ms * ******************************************************************************/ #include #define uchar unsigned char /*****************************************************************************

PWM控制原理教学教材

P W M控制原理

PWM控制技术 主要内容:PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法,PWM逆变电路的谐波分析,PWM整流电路。 重点:PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。 难点:PWM波形的生成方法,PWM逆变电路的谐波分析。 基本要求:掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法,了解PWM逆变电路的谐波分析,了解跟踪型PWM逆变电路,了解PWM整流电路。 PWM(Pulse Width Modulation)控制——脉冲宽度调制技术,通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。第3、4章已涉及这方面内容: 第3章:直流斩波电路采用,第4章有两处: 4.1节斩控式交流调压电路,4.4节矩阵式变频电路。 本章内容 PWM控制技术在逆变电路中应用最广,应用的逆变电路绝大部分是PWM型,PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术,也介绍PWM整流电路 1 PWM控制的基本原理 理论基础: 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近,仅在高频段略有差异。 图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理: 分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L电路)上,如图6-2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。从波形可以看出,在i(t)的上升段,i(t)的形状也略有不同,但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄,各i(t)响应波

pwm波原理

脉冲宽度调制(PWM)是英文“Pulse Width Modulation”的缩写,简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用于测量,通信,功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式,根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置,来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变,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。 脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,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PWM进行编码。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。 许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如,Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器,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: * 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 * 在PWM控制寄存器中设置接通时间 * 设置PWM输出的方向,这个输出是一个通用I/O管脚 * 启动定时器 * 使能PWM控制器 PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换。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逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时,也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点,而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。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还原为模拟形式。 总之,PWM既经济、节约空间、抗噪性能强,是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。 几种PWM控制方法 采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,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.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率. PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止,已出现了多种

PWM控制直流电机(重要资料)

PWM调速原理 PWM的原理: PWM(Pulse Width Modulation)控制——脉冲宽度调制技术,通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。 PWM控制技术在逆变电路中应用最广,应用的逆变电路绝大部分是PWM型,PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 1.PWM控制的基本原理 (1)理论基础: 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近,仅在高频段略有差异。 (2)面积等效原理: 分别将如图1所示 电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L电路)上,如图a所示。其输出电流I(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图b所示。从波形可以看出,在I(t)的上升段,I(t)的形状也略有不同,但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄,各I(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲,则响应I(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出,各i(t)在低频段的特性将非常接近,仅在高频段有所不同。

图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,正弦半波N等分,看成N个相连的脉冲序列,宽度相等,但幅值不等;用矩形脉冲代替,等幅,不等宽,中点重合,面积(冲量)相等,宽度按正弦规律变化。 SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。 图3 用PWM波代替正弦半波 要改变等效输出正弦波幅值,按同一比例改变各脉冲宽度即可。 PWM电流波:电流型逆变电路进行PWM控制,得到的就是PWM电流波。 PWM波形可等效的各种波形: 直流斩波电路:等效直流波形 SPWM波:等效正弦波形,还可以等效成其他所需波形,如等效所需非正弦交流波形等,其基本原理和SPWM控制相同,也基于等效面积原理。 2. PWM相关概念 占空比:就是输出的PWM中,高电平保持的时间与该PWM的时钟周期的时间之比 如,一个PWM的频率是1000Hz,那么它的时钟周期就是1ms,就是1000us,如果高电平出现的时间是200us,那么低电平的时间肯定是800us,那么占空比就是200:1000,也就是说PWM的占空比就是1:5。

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【最新整理,下载后即可编辑】 PWM控制技术 主要内容:PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法,PWM逆变电路的谐波分析,PWM整流电路。 重点:PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。 难点:PWM波形的生成方法,PWM逆变电路的谐波分析。 基本要求:掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法,了解PWM逆变电路的谐波分析,了解跟踪型PWM逆变电路,了解PWM整流电路。 PWM(Pulse Width Modulation)控制——脉冲宽度调制技术,通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。第3、4章已涉及这方面内容: 第3章:直流斩波电路采用,第4章有两处:4.1节斩控式交流调压电路,4.4节矩阵式变频电路。 本章内容 PWM控制技术在逆变电路中应用最广,应用的逆变电路绝大部分是PWM型,PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术,也介绍PWM 整流电路 1 PWM控制的基本原理 理论基础: 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近,仅在高频段略有差异。

图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理: 分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L电路)上,如图6-2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。从波形可以看出,在i(t)的上升段,i(t)的形状也略有不同,但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄,各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲,则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出,各i(t)在低频段的特性将非常接近,仅在高频段有所不同。 图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,正弦半波N等分,看成N个相连的脉冲序列,宽度相等,但幅值不等;用矩形脉冲代替,等幅,不等宽,中点重合,面积(冲量)相等,宽度按正弦规律变化。 SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。

说明PWM调速系统的工作原理

说明PWM调速系统的工作原理

说明PWM调速系统的工作原理 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。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用于测量,通信,功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式,根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置,来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变,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。 脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,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PWM进行编码。 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。 许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如,Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM 控制器,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: * 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 * 在PWM控制寄存器中设置接通时间 * 设置PWM输出的方向,这个输出是一个通用I/O管脚 * 启动定时器 * 使能PWM控制器 PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换。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逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时,也才能对数字信号产生影响。对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点,而且这也是在某些时候将

PWM的工作原理

PWM得工作原理 脉宽调制PWM就是开关型稳压电源中得术语。这就是按稳压得控制方式分类得,除了PWM型,还有PFM型与PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式(PWM)开关型稳压电路就是在控制电路输出频率不变得情况下,通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压得目得。 随着电子技术得发展,出现了多种PWM技术,其中包括:相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等,而在镍氢电池智能充电器中采用得脉宽PWM法,它就是把每一脉冲宽度均相等得脉冲列作为PWM波形,通过改变脉冲列得周期可以调频,改变脉冲得宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM得周期、PWM 得占空比而达到控制充电电流得目得。 pwm得定义 脉宽调制(PWM)就是利用微处理器得数字输出来对模拟电路进行控制得一种非常有效得技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换得许多领域中. 模拟信号得值可以连续变化,其时间与幅度得分辨率都没有限制.9V电池就就是一种模拟器件,因为它得输出电压并不精确地等于9V,而就是随时间发生变化,并可取任何实数值。与此类似,从电池吸

收得电流也不限定在一组可能得取值范围之内。模拟信号与数字信号得区别在于后者得取值通常只能属于预先确定得可能取值集合之内,例如在{0V,5V}这一集合中取值. 模拟电压与电流可直接用来进行控制,如对汽车收音机得音量进行控制。在简单得模拟收音机中,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;流经这个电阻得电流也随之增加或减少,从而改变了驱动扬声器得电流值,使音量相应变大或变小。与收音机一样,模拟电路得输出与输入成线性比例. 尽管模拟控制瞧起来可能直观而简单,但它并不总就是非常经济或可行得。其中一点就就是,模拟电路容易随时间漂移,因而难以调节。能够解决这个问题得精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式得家庭立体声设备)与昂贵。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得乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感,任何扰动或噪声都肯定会改变电流值得大小。 通过以数字方式控制模拟电路,可以大幅度降低系统得成本与功耗.此外,许多微控制器与DSP已经在芯片上包含了PWM控制器,这使数字控制得实现变得更加容易了。 pwm得工作原理 脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同得矩形脉冲构成,其占空比与信号得瞬时采样值成比例.图1所示为脉冲宽度调制系统得原理

PWM波形生成原理

脉宽调制(Pulse-Width Modulation,PWM)技术在电力电子领域的应用极其广泛。PWM模式是决定逆变器输出电压特性的根本。性能优越的PWM模式可以使逆变器具有良好的输出特性。由傅里叶分析可知,不对称波形会带来大量低次谐波、偶次谐波以及余弦项。因此PWM脉冲波形的对称性对输出特性有很大影响。 PWM的实现方法一般有两种:比较法和计算法。随着数字技术的迅速发展和计算机功能的提高,计算法以其方便灵活的特点成为PWM实现方法的主流。采用计算法实现PWM时,按照每个载波周期内调制波的取法,可以分为规则采样PWM和自然采样PWM。其中,采用规则采样法,计算简单,占用系统软件资源较少,因而应用比较广泛;但是由规则采样法计算出的PWM 波形,在系统载波频率较低时,输出精度差,并且在计算时需要通过查表确定计算结果,所以并不能保证其波形的对称性,谐波含量也会因为波形的不对称而增加。 对于调制类PWM,有三种方式:同步调制,异步调制,分段同步调制三种方式。同步调制虽然可以在调制波频率变化的所有范围内,载波与调制波的相位相同, PWM波形一直保持对称,输出谐波的低次谐波可以得到消除。但是在载波频率变化范围大时,电力

电子器件的开关频率变化范围大,在低频时,将给系统引入大量较低频率的谐波。异步调制的优点在于载波频率在调速过程中载波不变,高次谐波对系统的影响基本固定,可以弥补同步调制的缺点。但是异步调制无法在大部分频率点上都保证调制波与载波相位相对的固定,出现不对称波形,会给系统引入大量的低次谐波、偶次谐波和余弦项。分段同步调制可以综合以上两种方式的优点,但在波比切换时可能出现电压突变,甚至震荡。基于以上理论,本文提出一种新的PWM算法,可以在异步调制下,使PWM波形在T/2周期内始终保持关于T/4 周期的完全对称。

各种PWM控制方法的原理及优缺点

引言 采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,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。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。 PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法。 1相电压控制PWM 1.1等脉宽PWM法[1] VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种。它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路结构,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。 1.2随机PWM 在上世纪70年代开始至上世纪80年代初,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。其原理是随机改变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,各频率能量分布是均匀的),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弱。正因为如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率必须限制在较低频率的场合,随机PWM仍然有其特殊的价值;另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率,随机PWM技术正是提供了一个分析、解决这种问题的全新思路。 1.3SPWM法

PWM控制的基本原理

PWM控制的基本原理 PWM(Pulse Width Modulation)控制——脉冲宽度调制技术,通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。 PWM控制技术在逆变电路中应用最广,应用的逆变电路绝大部分是PWM型,PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。理论基础: 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近,仅在高频段略有差异。 图1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理: 分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节(R-L电路)上,如图2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。从波形可以看出,在i(t)的上升段,i(t)的形状也略有不同,但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄,各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲,则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出,各i(t)在低频段的特性将非常接近,仅在高频段有所不同。 图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波,正弦半波N等分,看成N个相连的脉冲序列,宽度相等,但幅值不等;用矩形脉冲代替,等幅,不等宽,中点重合,面积(冲量)相等,宽度按正弦规律变化。 SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。 图3 用PWM波代替正弦半波 要改变等效输出正弦波幅值,按同一比例改变各脉冲宽度即可。 PWM电流波:电流型逆变电路进行PWM控制,得到的就是PWM电流波。 PWM波形可等效的各种波形: 直流斩波电路:等效直流波形 SPWM波:等效正弦波形,还可以等效成其他所需波形,如等效所需非正弦交流波形等,其基本原理和SPWM控制相同,也基于等效面积原理。 随着电子技术的发展,出现了多种PWM技术,其中包括:相电压控制PWM、脉宽PWM 法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等,而本文介绍的是在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法。它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制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的占空比而达到控制充电电流的目的。 PWM技术的具体应用

PWM调速的C语言程序编写

PWM调速的C语言程序编写 关于PWM的原理在上一篇文章中已经说的很详细了,现在就细说一下pwm C语言程序的编写。 C语言中PWM的编写有这么几种方法;一、用普通的I/O口输出的PWM ,二、使用定时计数器编写,三、就是使用片内PWM了。 先说使用普通的I\O口编写PWM程序了。 使用I/O口输出PWM波形你必须首先明白PWM他的实质是:调制占空比,占空比就是波形中高电平的长度与整个波长的比值。我们写C语言的目的是写PWM波形的一个周期。在这个周期内高低电平的比值是可以改变的。这也就符合了PWM的原意脉宽调制。即高电平的宽度的调制。当然了PWM他也可用于改变频率,我们这里只先说他改变脉宽。 一旦我们的C语言程序写完那么他产生的PWM波形的频率就一定了。(也可写频率变化的PWM,难度有点大)一般我们控制使用1K到10K的PWM波进行控制。当然了你也可在要求不是很高的地方使用频率更低的PWM波。比如在飞思卡尔智能车比赛中我们学校使用的PWM波频率只有600HZ. 我们要改变一个PWM波周期内的高电平的宽度显然需要将一个PWM波的周期分成单片机可以控制的N个小的周期,N的取值越大你的调速等级越高,但产生的PWM频率就越低。我们下面以实现100级调速为例编写PWM程序。 先写出程序再慢慢给大家分析 void pwm (uchar x,uint y) //X 为占空比 Y为函数使用时间 { uint i,j,a,b; for(i=y;i>0;i--) //定时外函数 { for(j=7;j>0;j--) //定时内函数 { for(a=y;a>0;a--) //PWM波高电平宽度 { PORTA=0X01; }

PWM控制原理

1.1、PWM 原理与DSC 实现算法 1.1.1、PWM 原理 脉冲宽度调制(PWM ,Pulse Width Modulation )控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要的波形(含形状和幅值)。PWM 技术在逆变电路中应用最为广泛,对逆变电路的影响最为深刻,PWM 控制技术有赖于在逆变电路中的应用,才发展成熟,才确定了在电力电子技术中的重要地位。 在采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上,其效果基本相同。冲量是指窄脉冲的面积,效果基本相同是说环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅里叶变换分析,其低频段非常接近,仅在高频段略有差异。这种原理称之为面积等效原理,是PWM 控制技术的重要理论基础。 下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦波。 图1、SPWM 原理 把图1中的正弦波分成2N 等份,就可以把正弦波看成是由2N 个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等,都等于N ,但幅值不相等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替,使矩形脉冲和相应的正弦波部分的中心重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量)相等,就可以得到如图1所示的脉冲序列,这就是PWM 波形。根据面积等效原理,PWM 波形与正弦波是等效的。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形,也称SPWM (Sinusoidal PSM )波形。要改变等效输出正弦波的幅值

时,只要按照同一比例系数改变上述脉冲的宽度即可。 根据PWM控制的基本原理,如果给出逆变电路的正弦波输出频率、幅值和一个周期内的脉冲数,PWM波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制开关器件的通断,就可以得到需要的PWM波形。这种方法称之为计算法。与计算法对应的是调试法,即把希望输出的波形作为调制信号,把接受调试的信号作为载波,通过信号波的调制得到所希望的PWM波形。通常采用等腰三角形或锯齿波作为载波,其中等腰三角形应用最多。因为等腰三角形上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右对称,当它与任何一个平缓变化的调制信号相交时,如果在交点时刻对电力电子器件通断控制,就可以得到宽度正不语信号波幅值的脉冲,这正好符合PWM控制的要求。 1.1.2、数字化PWM实现方法 按照SPWM控制的基本原理,在正弦波与三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断,如图2(a)所示。这种生成SPWM波形的方法称为自然采样法。自然采样法是最基本的方法,所得到的SPWM波形很接近正弦波,但这种方法要求解复杂的超越方程,用微机控制技术是很难实现的,工程上很少采用。 a)自然采样法与规则采样法1 b)规则采样法2 c)TI公司DSC事件管理器PWM 图2、数字化PWM实现方法 规则采样法是一种应用广泛的工程实用方法,其效果接近自然采样法,但计算量要比自然采样法小很多。如图2(a)所示,在载波负峰值点(A点)计算需要的调制波幅值,计算确认与三角载波左右对称的交点(B点和C点),进而控制下一个开关周期的开关通断,定义为规则采样法1。 规则采样法也可以在三角载波的正峰值点计算调制波幅值,如图2(b)所示。在三角波正峰值处计算需要调制的调制波,进而根据载波幅值计算出控制开关导通的时间长度,其它时间为控制开关关断的时间长度,定义为规则采样法2。 TI公司24xx或28xx系列DSC内部集成了事件管理器,可以产生PWM波形。

说明PWM调速系统的工作原理

说明PWM调速系统的工作原理 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。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用于测量,通信,功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式,根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置,来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变,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。 脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,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PWM进行编码。 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。 许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如,Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器,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: * 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 * 在PWM控制寄存器中设置接通时间 * 设置PWM输出的方向,这个输出是一个通用I/O管脚 * 启动定时器 * 使能PWM控制器 PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换。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逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时,也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点,而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。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还原为模拟形式。 总之,PWM既经济、节约空间、抗噪性能强,是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。 几种PWM控制方法 采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,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.按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率. PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法. 1 .相电压控制PWM

PWM调速系统实现原理分析

PWM调速系统实现原理分析 【摘要】PWM调速系统是利用微处理器数字输出来对模拟电路进行控制的调速技术,这种调速方式能使电机工作条件发生变化时电源输出电压依然相对恒定,且调速带宽极大响应速度快,平滑调速能力强,成为电机自动调速系统的主流形式。本文就PWM调速系统实现原理进行了分析,对深入应用PWM调速系统有一定指导意义。 【关键词】PWM;直流调速;平滑调速;实现原理 1.引言 在现代工农业生产、军事应用、生活应用中,对电力拖动的自动化要求越来越高,需要大量控制元件组成电机自动控制系统,对电机工况进行自动智能调节。在早期,主要采用晶闸管进行电子驱动,后来发展出双向可控硅进行相位控制驱动,一直到上世纪80年代电机控制系统都由半控型功率器件主宰。在上世纪70年代中期,直流电机脉冲宽度调制(PWM)调速系统开始出现,初期主要应用于不可逆、小功率驱动之中,被应用于军事及空间技术等领域。近年来,随着微电子技术和晶体管制作技术的提升,PWM调速技术得到了高速发展,其应用领域迅速扩展至民用工业领域,其算法更为先进,调速可靠性和安全性也得到了极大的提升。 2.PWM调速系统工作原理 2.1 直流电机工作原理 直流电机是一种应用广泛的电能转换器,多数直流电机都利用电磁形成方向不变的转矩以进行连续旋转运动,其硬件结构包括定子、主磁极、电刷、转子、换向器几个部分。电流首先由电刷A流入,再经线圈,最后从电刷B流出,此时载流导体受到电磁力作用形成转矩使得转子转动。换向器则配合电刷对电流进行换向,以使每个磁极下的线圈中电流始终向一个方向,最终电机连续旋转。 2.2 直流电机调速原理 根据直流电机工作原理,直流电机的调速可以通过调节供电电压、改变电机主磁通、改变电枢回路电阻三种方法来实现。调节供电电压主要是在额定电压范围内降低电枢电压,使电机的额定转速下降,这种方法是恒转矩调速,这种方法需要大容量可调直流电源方可实现。改变电机主磁通的方法是一种通过减弱磁通进行调速的方法,这种方法为弱磁恒功率调速,能使电机在额定转速范围内上调,所需直流电源容量较小但响应速度较慢。改变电枢回路电阻则是在电机电枢回路上串连电阻,从而实现直流电机调速,这种调速方法实现容易但在调速电阻会消耗大量电能。目前在直流电机自动调速系统上,多采用调压调速的方式,或者与改变电机主磁通的方法配合使用。

直流电机PWM调速电路

《电子技术》课程设计报告 课题:直流电机PWM调速电路 班级电气工程1101学号1101205304 学生姓名xxx 专业电气信息类 系别电子与电气工程学院 指导老师电子技术课程设计指导小组 xxxxx 电子与电气工程学院 2012年5月 一、设计目的 a)培养理论联系实际的正确设计思想,训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 b)学习较复杂的电子系统设计的一般方法,了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力,由学生自行设计、自行制作和自行调试。 c)进行基本技术技能训练,如基本仪器仪表的使用,常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力,掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。 d)培养学生的创新能力。 二、设计任务与要求 1.设计电机驱动主回路,实现直流电机的正反向驱动; 2.设计PWM驱动信号发生电路; 3.设计电机转速显示电路; 4. 设计电机转速调节电路;可以按键或电位器调节电机转速; 5.安装调试; 6.撰写设计报告。

三、设计思想及设计原理 1.信号可以采用数字方法给定,也可以采用电位器给定。建议采用数字方法。 2.PWM信号可以采用三角波发生器和比较器产生,也可采用数字电路及可编程器件产生。建议采用数字方法。 3.正反转主回路可以采用双极型器件实现,也可以用MOS器件实现; 4.转速测量电路可以采用增量型光电编码器,也可采用自行制作的光电编码电路、霍尔传感器以及其它近似测速方法。建议采用光电编码器。 5.显用数字方法显示电机转速。采用光电编码等方法的脉冲测速方法时,可采用计数法测量电机转速;电机转速信号为模拟信号时,可采用数字表头显示转速。建议采用数字方法。 6.(提高部分)可以采用反馈控制技术对系统进一步完善。 四、单元电路设计 4.1 LM324组成的PWM直流电机产生电路 4.1.1 它主要由U1(LM324)和Q1组成 图4.1中,由U1a、U1d组成振荡器电路,提供频率约为400Hz的方波/三角形波。U1c产生6V的参考电压作为振荡器电路的虚拟地。这是为了振荡器电路能在单电源情况下也能工作而不需要用正负双电源。U1b这里接成比较器的形式,它的反相输入端(6脚)接入电阻R6、R7和VR1,用来提供比较器的参考电压。这个电压与U1d的输出端(14脚)的三角形波电压进行比较。当该波形电压高于U1b的6脚电压.U1b的7脚输出为高电平;反之,当该波形电压低于U1b的6脚电压,U1b的7脚输出为低电平。由此我们可知,改变U1b的6脚电位使其与输入三角形波电压进行比较。就可增加或减小输出方波的宽度,实现脉宽调制(PWM)。电阻R6、R7用于控制VR1的结束点,保证在调节VR1时可以实现输出为全开(全速或全亮)或全关(停转或全灭),其实际的阻值可能会根据实际电路不同有所改变。 图4.1中,Q1为N沟道场效应管,这里用作功率开关管(电流放大),来驱动负载部分。前面电路提供的不同宽度的方波信号通过栅极(G)来控制Q1的通断。LED1的亮度变化可以用来指示电路输出的脉冲宽度。C3可以改善电路输出波形和减轻电路的射频干扰(RFI)。D1是用来防止电机的反电动势损坏Q1。 当使用24v的电源电压时,图1电路通过U2将24V转换成12V供控制电路使用。而Q1可以直接在21v电源上,对于Q1来讲这与接在12v电源上没有什么区别。参考图1,改变J1、J2的接法可使电路工作在不同电源电压(12V或24V)下。当通过Q1的电流不超过1A时,Q1可不用散热器。但如果Q1工作时电流超过1A时,需加装散热器。如果需要更大的电流(大于3A),可采用IRFZ34N

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