PWM功率放大电路

电力电子技术课程设计报告题目PWM开关型功率放大器的设计专业电气工程及其自动化班级电气学号学生姓名指导教师2008 年春季学期一、总体设计1．主电路的选型（方案设计）经过对设计任务要求的总体分析，明确应该使用电力电子组合变流中的间接交流变流的思想进行设计，因为任务要求频率是可变的，故选择交直交变频电路（即VVVF电源）。

交直交变频电路有两种电路：电压型和电流型。

在逆变电路中均选用双极性调制方式。

方案一：采用电压型间接交流变流电路。

其中整流部分采用单相桥式全控整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。

电路原理图如下所示：方案二：采用电压型间接交流变流电路。

其中整流部分采用单相全桥整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。

电路原理图如下所示：方案三：采用电压型间接交流变流电路。

其中整流部分采用单相桥式PWM 整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。

电路原理图如下所示：分析：方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控制Ud的大小。

方案二中的整流电路是单相全桥整流电路，属于不可控型。

Ud大小不可变。

方案三采用双PWM电路。

整流电路和逆变电路的构成可以完全相同，交流电源通过交流电抗器和整流电路联接，通过对整流电路进行PWM控制，可以使输入电流为正弦波并且与电源电压同相位，因而输入功率因数为1，并且中间直流电路的电压可以调整。

但由于控制较复杂，成本也较高，实际应用还不多，故此处没有选用。

经过分析我选用了方案一。

其中控制部分采用双极性PWM波控制触发，从而控制负载电流和电压。

由于逆变部分采用电压型逆变电路，所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波，电压呈矩形波。

2. 总体实现框架二、主要参数及电路设计1. 主电路参数设计 由已知条件可得负载端的电流A i U P 5100500===, 电阻205100===i U R Ω。

PWM功率放大电路本系统采用双极性脉宽调制功率放大器,如图2-7所示。

其中VT1、VT2 为作开关用的大功率晶体管,工作在截止和饱和状态。

当电动机正转工作时, VT1 工作,VT2 不工作;反之当电动机反转工作时, VT2 工作而VT1 不工作。

VD1、VD2 为续流二极管,主要起到保护作用,避免VT1、VT2 被反向击穿。

U4 和U6 为光电耦合器,主要起隔离和抗干扰作用。

调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。

我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。

方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。

方案二：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有一定的误差。

但是基于不占用定时器资源，且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围，故采用方案二。

图2-7 PWM驱动电路原理图直流电动机的PWM调压调速原理对于直流电机而言，其转速表达式为：n=U-IR/Kφ式中 U—电枢端电压；I—电枢电流；R—电枢电路总电阻；φ—每级磁通量；K—电机结构参数（1）电机结构参数由(1)式可得，直流电动机的调速方法可以分为电枢回路串电阻的调速方法、调节励磁磁通的励磁控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法在上述三种方法中。

目前广泛应用的是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值f占空比1来控制电机的转速。

这种方法称为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)即PWM控制。

电动机电枢得到的电压波形如图1所示．电压平均值描述为Uav=t1/（t1+t2） Us=t1Us/T=αUs式中 t1—通电时间；T —周期；α—占空比，α= t1/T（2）由(2)式可知，当电源电压不变的情况下，电枢端电压Uav取决于占空比的大小．改变就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的。

pwm的工作原理
PWM（脉宽调制）是一种常用的电子控制技术，它通过控制信号的脉冲宽度来变化输出信号的平均功率。

PWM主要适用于需要精确控制电压、电流或者频率的应用。

其工作原理可以简单描述如下：
1. 信号发生器：PWM的工作原理首先需要一个信号发生器来产生一定频率的方波信号。

这个信号发生器可以是一个晶体振荡器或者其他的任意信号源。

2. 采样：信号发生器产生的方波信号需要经过一个采样电路来进行采样。

采样电路可以是一个比较器，它将方波信号与一个可调的参考电压进行比较。

3. 脉宽控制：比较器的输出信号将进一步通过一个脉宽控制电路进行处理。

脉宽控制电路通常是一个可调的计数器或者定时器。

它根据输入信号的脉冲宽度来控制计数器或者定时器的工作时间。

4. 输出：最后，脉宽控制电路的输出信号将被送入一个功率放大器，用来驱动需要控制的载体。

功率放大器的输出信号即为PWM的最终输出信号。

PWM的工作原理可以通过改变方波信号的脉冲宽度来控制输出信号的平均功率。

通常情况下，脉冲宽度与占空比成正比。

当脉冲宽度增大时，占空比也就增大，输出信号的平均功率也相应增大。

相反，当脉冲宽度减小时，占空比减小，输出信号
的平均功率也减小。

总的来说，PWM的工作原理是通过改变方波信号的脉冲宽度
来控制输出信号的平均功率。

这种控制方法的优点是节省能量、减小功率损耗，并且能够精确控制信号的特性。

在很多电子设备中，PWM被广泛应用于电机控制、光电调光、音频放大以
及电源管理等领域。

脉冲宽度调制型功率放大器（PWM Power Amplifier）是一种应用广泛的功率放大器，在许多领域都有着重要的作用。

它通过调节信号的脉冲宽度，来控制输出信号的功率。

在这篇文章中，我们将深入探讨脉冲宽度调制型功率放大器的原理，以及其在各个领域的应用。

1. 脉冲宽度调制型功率放大器的基本原理脉冲宽度调制型功率放大器是一种非线性功率放大器，其基本原理是通过控制输入信号的脉冲宽度，来控制输出信号的功率。

在PWM功率放大器中，输入信号通常是一个脉冲信号，其脉冲宽度的变化会直接影响输出信号的功率。

2. PWM功率放大器的工作过程在PWM功率放大器中，输入信号的脉冲宽度是通过开关管或其他调制器件来控制的。

当输入信号的脉冲宽度增大时，开关管的通态时间增加，输出信号的功率也随之增大。

反之，当输入信号的脉冲宽度减小时，输出信号的功率也减小。

通过控制脉冲宽度，可以灵活地调节输出信号的功率。

3. PWM功率放大器的优点和应用PWM功率放大器具有功率利用率高、输出波形质量好、成本低廉等优点，因此在工业控制、通信系统、音频放大器等领域都有着广泛的应用。

在工业控制中，PWM功率放大器常常用于驱动电机、控制照明等；在通信系统中，PWM功率放大器则常用于调制信号的功率放大；在音频放大器中，PWM功率放大器可以提供高保真度的音频输出。

4. 个人观点和结论在我看来，脉冲宽度调制型功率放大器作为一种非常重要的功率放大器类型，在现代技术应用中具有着不可替代的地位。

它不仅在工业控制、通信系统、音频放大器等领域发挥着重要作用，同时也通过其高功率利用率、优质的输出波形等特点，为现代技术的发展提供了强大的支持。

总结而言，脉冲宽度调制型功率放大器的原理是通过调节输入信号的脉冲宽度来控制输出信号的功率。

它在各个领域都有着广泛的应用，且具有诸多优点。

相信随着技术的不断进步，脉冲宽度调制型功率放大器将会在更多的领域发挥作用，为人类社会的进步做出更多的贡献。

PWM_工作原理分析PWM（Pulse Width Modulation）是一种电子技术，通过调节脉冲信号的占空比来控制电器设备的输出功率。

PWM的工作原理可以分为三个主要的步骤：输入信号的采样、脉冲信号的生成和输出信号的滤波。

首先，PWM的工作原理需要从输入信号的采样开始。

输入信号可以是任何变化的电压或电流信号，通常是模拟信号。

这个电压或电流信号经过模数转换器（ADC）进行采样，将连续变化的模拟信号转换成数字信号。

采样率将决定PWM输出的精度，采样率越高，输出信号越精确。

接下来，生成脉冲信号。

这个步骤主要由比较器和计数器组成。

比较器将输入信号与一个可调节的基准信号进行比较，根据两个信号的大小关系输出一个高或低电平。

计数器根据比较器输出的电平变化来决定计数的增减。

通过不断地增加计数值，当计数值大于等于设定值时，比较器输出高电平，否则输出低电平。

脉冲信号的频率由计数器的计数速度决定，计数速度越快，脉冲信号的频率越高。

脉冲信号的占空比由计数值与设定值之间的比例关系决定，当计数值小于设定值时，比较器输出低电平，计数值大于等于设定值时，比较器输出高电平。

占空比越高，输出信号的功率越大。

最后，将脉冲信号进行滤波输出。

由于脉冲信号的频率很高，需要通过滤波电路将其转换成模拟信号输出。

滤波电路一般使用低通滤波器，它能删除高频成分，使得输出信号更加平滑。

最后的输出信号可以通过放大器来放大，以控制电器设备的输出功率。

尽管PWM的工作原理看起来很复杂，但实际上可以通过微控制器或专用的PWM芯片来实现。

这些芯片具有内置的比较器和计数器，同时也提供其他功能如频率调节和占空比调节。

可以通过编程或连接外部电阻、电容等元件来调整PWM输出的参数。

PWM具有多种优点，如高效性、精确性和可调控性。

通过调整脉冲信号的占空比，可以灵活地控制电器设备的输出功率，适应不同的应用需求。

同时，PWM可以在数字电路和模拟电路之间进行灵活的转换，使得它在诸如电机控制、电源调节等领域有着广泛的应用。

功率放大器的分类及其参数功率放大器（简称：功放）（Power Amplifier）功率放大器，顾名思义，是将功率放大的放大器。

进入微弱的信号，如话筒、VCD、微波等等送到前置放大电路，放大成足以推动功率放大器信号幅度，最后后级功率放大电路推动喇叭或其它设备，它最大的功用，是当成输出级（Output Stage）使用。

从另一个角度来看，它是在做大信号的电流放大，以达到功率放大的目的。

从广义上来说功率放大器不局限于音频放大，很多场合都会用到它，如射频、微波、激光等等。

功率放大器的分类：1、纯甲类功率放大器纯甲类功率放大器又称为A类功率放大器（Class A），它是一种完全的线性放大形式的放大器。

在纯甲类功率放大器工作时，晶体管的正负通道不论有或没有信号都处于常开状态，这就意味着更多的功率消耗为热量。

纯甲类功率放大器在汽车音响的应用中比较少见，像意大利的Sinfoni高品质系列才有这类功率放大器。

这是因为纯甲类功率放大器的效率非常低，通常只有20-30%，音响发烧友们对它的声音表现津津乐道。

2、乙类功率放大器乙类功率放大器，也称为B类功率放大器（Class B），它也被称为线性放大器，但是它的工作原理与纯甲类功率放大器完全不同。

B类功放在工作时，晶体管的正负通道通常是处于关闭的状态除非有信号输入，也就是说，在正相的信号过来时只有正相通道工作，而负相通道关闭，两个通道绝不会同时工作，因此在没有信号的部分，完全没有功率损失。

但是在正负通道开启关闭的时候，常常会产生跨越失真，特别是在低电平的情况下，所以B 类功率放大器不是真正意义上的高保真功率放大器。

在实际的应用中，其实早期许多的汽车音响功放都是B类功放，因为它的效率比较高。

3、甲乙类功率放大器。

引言D 类放大器是一种具有极高工作效率的开关功率放大器，被放大的信号并非为直接输入信号，而是经采样变换为脉宽变化的开关信号，使功率开关管均处于开关状态。

理想状态下，功率开关管导通没有电压降，关断时没有电流流过，效率可达100%.但实际中，由于受器件限制（如开关速度、漏电流、导通电阻不为零等）和设计上的不完善，其实际效率通常可达到90% 以上，同线性放大器相比，具有较大的优势，目前已经在一些高档产品中得到应用并投放市场。

本文设计的D 类音频功率放大器主要基于以下三个方面考虑：保证高保真度、提高效率和减小体积。

1 D 类音频功放的系统设计本文所设计的D 类音频功率放大器的系统结构如图1 所示。

该放大器结构是基于双边自然采样技术方案实现的，在任一时刻输出所包含的信息量都是单边采样方案的两倍，通过双边自然采样还可以把输出音频信号中大量的失真成分移除到人耳所能感应到的音频带宽范围之外，达到去除D 类音频功率放大器输出端低通滤波器的目的。

图1 D 类音频功率放大器结构系统采用单电源供电，脉冲信号“out1”和“out2”的高低电平分别为VDD 和GND，输入放大级由运算放大器OTA 的闭环结构实现，误差放大器则由运算放大器OTA 与电容Cs 构成。

系统工作时，音频输入信号Vin 首先经过输入放大级后输出两路差分信号，再与反馈信号求和送到误差放大器中产生误差信号VE1、VE2，对三角波载波信号VT 进行调制，输出两路脉冲信号“out1”和“out2”以驱动扬声器发声。

系统包含两个反馈环路，第一个由R1、Rf1 和OTA 组成，用来设置输入放大级和整个D 类音频功率放大器的增益，第二个由R2、Rf2 和后端音频信号处理电路组成，用来减小系统的THD 指数。

在图1 中，对电容Cs 充放电的电流I1、I2 由Vout1、Vout2、Vin、R1、Rf1、R2 和Rf2 共同决定，其中电阻和电容必须具有良好的线性度和匹配性，以获得良好的闭环性能。

pwm运放恒流放电电路1.引言1.1 概述概述部分是文章的引言部分，主要介绍概要和重要性。

下面是一个可能的写作示例:在电子领域，PWM（脉宽调制）技术被广泛应用于电力控制、数字信号处理以及各种电子设备中。

而在某些特定的应用场景中，需要通过恒流放电电路来确保负载器件中电流的精确控制和稳定输出。

本文将详细论述PWM运放恒流放电电路的原理和设计要点。

首先，我们将介绍PWM运放恒流放电电路的基本原理。

该电路通过对PWM信号进行高频开关控制，实现对负载器件电流的精确控制。

同时，使用运放作为主控芯片，能够提供稳定的输出电压和电流。

通过合理的设计和调节，可以实现对负载器件的恒定电流放电，从而满足特定应用场景中的需求。

接下来，文章将详细探讨PWM运放恒流放电电路的设计要点。

针对该电路的设计，我们将讨论如何选择合适的器件和元件，如何确定合适的电路拓扑结构，以及如何进行参数的选取和优化。

此外，我们还将讨论电路中可能会遇到的问题和解决方法，以及设计过程中需要考虑的其他相关因素。

通过本文的阐述，读者将能够深入理解PWM运放恒流放电电路的工作原理和设计要点，为实际应用提供指导和参考。

此外，我们还将总结目前在该领域的研究情况，并对未来的研究方向进行展望，以期推动该领域的进一步发展和应用。

综上所述，本文将从原理和设计要点两个方面对PWM运放恒流放电电路进行详细论述。

通过阅读本文，读者将能够获得关于该电路的深入了解，并在实际应用中得到准确的控制和稳定的输出。

同时，我们也希望通过本文对未来研究方向的展望，能够启发更多人对该领域进行深入研究和探索。

1.2 文章结构本文主要介绍了PWM运放恒流放电电路的原理和设计要点。

文章共分为三个部分：引言、正文和结论。

在引言部分，我们首先对PWM运放恒流放电电路进行了概述，介绍了其在电子领域中的重要性和应用场景。

接着，我们对文章的结构进行了说明，指出了本文的主要内容和组织方式。

最后，我们明确了本文的目的，即通过深入探讨PWM运放恒流放电电路的原理和设计要点，为读者提供一份完整的参考资料。

01 什么是PWM脉冲宽度调制(PWM)，PWM全称Pulse Width Modulation，简称脉宽调制，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，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

PWM的频率：是指1秒钟内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数，也就是说一秒钟PWM有多少个周期。

单位：Hz表示方式：50Hz、100HzPWM的周期：T=1/f（周期=1/频率）50Hz=20ms 一个周期，如果频率为50Hz，也就是说一个周期是20ms，那么一秒钟就有50次PWM周期。

占空比：是一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例。

单位：%(0%-100%)表示方式：20%周期：一个脉冲信号的时间，1s内测周期次数等于频率。

脉宽时间：高电平时间。

上图中脉宽时间占总周期时间的比例，就是占空比。

比方说周期的时间是10ms，脉宽时间是8ms，那么低电平时间就是2ms，总的占空比 8/（8+2）=80%，这就是占空比为80%的脉冲信号。

而我们知道PWM就是脉冲宽度调制通过调节占空比，就可以调节脉冲宽度(脉宽时间)，而频率，就是单位时间内脉冲信号的次数。

以20Hz，占空比为80%举例，就是1秒钟之内输出了20次脉冲信号，每次的高电平时间为40ms。

我们换更详细点的图：上图中，周期为T，T1为高电平时间，T2为低电平时间，假设周期T为1s，那么频率就是1Hz，那么高电平时间0.5s，低电平时间0.5s，总的占空比就是0.5 /1 =50%。

02 PWM原理以单片机为例，我们知道，单片机的IO口输出的是数字信号，IO口只能输出高电平和低电平，假设高电平为5V，低电平则为0V，那么我们要输出不同的模拟电压，就要用到PWM，通过改变IO口输出的方波的占空比从而获得使用数字信号模拟成的模拟电压信号。

我们知道，电压是以一种连接1或断开0的重复脉冲序列被夹到模拟负载上去的（例如LED灯，直流电机等），连接即是直流供电输出，断开即是直流供电断开。