直流脉宽调制技术.

直流LED脉宽调制调光技术关键词：直流LED、调光、脉宽调制(PWM)摘要：本文主要介绍了直流电源LED的脉宽调制调光技术的原理与实现，并对其技术的优缺点进行了说明。

1、直流LED脉宽调制调光的原理LED是一个二极管，它可以实现快速开关。

它的开关速度可以高达微秒以上。

是任何发光器件所无法比拟的。

因此，只要把电源改成脉冲恒流源，用转变脉冲宽度的方法，就可以转变其亮度。

这种方法称为脉宽调制(PWM)调光法。

图1表示这种脉宽调制的波形。

假如脉冲的周期为tpwm,脉冲宽度为ton,那么其工作比D (或称为孔度比)就是ton/tpwmo转变恒流源脉冲的工作比就可以转变LED 的亮度。

D = 50% ∣D≡30% ID > 25%∣D≡12.5% ∣D*6.25% ∣图I.用转变脉冲宽度的方法来转变LED的亮度2、如何实现PWM调光详细实现PWM调光的方法如图2所示,就是在LED的负载中串入一个MOS 开关管，这串LED的阳极用一个恒流源供电。

然后用一个PWM信号加到MoS 管的栅极，以快速地开关这串LEDo从而实现调光。

也有不少恒流芯片本身就带一个PWM的接口，可以直接接受PWM信号，再输出掌握MOS开关管。

图2.用PWM信号快速通断LED串3、脉宽调制调光的优点1）不会产生任何色谱偏移。

由于LED始终工作在满幅度电流和O之间。

2）可以有极高的调光精确度。

由于脉冲波形完全可以掌握到很高的精度，所以很简单实现万分之一的精度。

3）可以和数字掌握技术相结合来进行掌握。

由于任何数字都可以很简单变换成为一个PWM信号。

4）即使在很大范围内调光，也不会发生闪耀现象。

由于不会转变恒流源的工作条件（升压比或降压比），更不行能发生过热等问题。

4、脉宽调制调光要留意的问题1）脉冲频率的选择由于LED是处于快速开关状态，假如工作频率很低，人眼就会感到闪耀。

为了充分采用人眼的视觉残留现象，它的工作频率应高于IOOHz,最好为200Hz。

脉宽调制进行调压的原理脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）是一种常见的调压技术，通过改变信号的脉冲宽度来实现对电压的调节。

它广泛应用于各种电子设备和电路中，如电源管理、驱动控制和通信系统等。

脉宽调制的原理是通过改变脉冲信号的高电平时间和低电平时间的比例来实现对电压的调节。

一般情况下，脉冲信号的周期是固定的，而脉冲宽度则可以根据需要进行调节。

当脉冲宽度较窄时，相当于输入的电压较低；而当脉冲宽度较宽时，相当于输入的电压较高。

具体实现脉宽调制的方法有很多种，其中一种常见的方法是使用比较器和计数器。

比较器用于比较一个可变的调节电压与一个固定的参考电压，根据比较结果产生一个脉冲信号。

计数器用于控制脉冲信号的周期，即脉冲的重复频率。

通过改变计数器的计数值，可以改变脉冲信号的周期，从而实现对电压的调节。

在脉宽调制中，调节电压通常由一个反馈电路提供。

反馈电路会根据输出电压与设定值之间的差异产生一个误差信号，并将该信号送入比较器进行比较。

比较器根据误差信号的大小来控制脉冲信号的脉宽。

当误差信号较大时，比较器会产生一个较宽的脉冲，从而使输入电压增加；当误差信号较小时，比较器会产生一个较窄的脉冲，从而使输入电压减小。

通过不断调节脉冲信号的脉宽，可以使输出电压逐渐趋向于设定值，从而实现对电压的调压。

脉宽调制具有精度高、响应速度快等优点，适用于对电压要求较高的应用场景。

例如，电源管理中的开关电源常使用脉宽调制技术进行电压调节，可以提供稳定的输出电压。

同时，脉宽调制还可以用于驱动控制，如直流电机的速度控制。

此外，脉宽调制还可以应用于通信系统中的数据传输，如红外遥控器和无线通信设备等。

尽管脉宽调制具有很多优点，但也存在一些局限性。

首先，脉宽调制对于载频信号的抗干扰能力较差，容易受到噪声和干扰的影响。

其次，脉宽调制会引入一定的谐波失真，可能会对电路的性能产生一定的影响。

此外，由于脉宽调制需要频繁地进行开关操作，因此会产生一定的开关损耗和功耗。

直流伺服电动机是一种广泛应用于工业控制系统中的电动机，其主要特点是控制精度高、速度范围广、响应速度快等。

而脉宽调制（PWM）技术是一种常用的电力控制技术，通过调整脉冲宽度来控制输出电压，被广泛应用于直流伺服电动机的速度和位置控制中。

本文将介绍直流伺服电动机脉宽调制的工作原理，包括脉宽调制原理、直流伺服电动机的工作原理、脉宽调制在直流伺服电动机中的应用等内容。

一、脉宽调制原理脉宽调制技术是一种通过调制脉冲信号的宽度来控制输出电压或电流的技术。

其基本原理是将输入信号与一个高频的载波信号进行调制，通过改变调制信号的脉冲宽度，来实现对输出信号的控制。

脉宽调制技术可以实现对输出信号的精确控制，并且具有简单、成本低廉、效率高等优点，因此被广泛应用于各种电力控制领域。

二、直流伺服电动机的工作原理直流伺服电动机是一种能够精确控制角度、速度和位置的电动机，其主要由电动机、编码器和控制器组成。

控制器通过不断地监测编码器反馈的位置信息，计算电机与期望位置之间的误差，并输出控制信号来调节电机的速度和位置，从而实现对电机的精确控制。

三、脉宽调制在直流伺服电动机中的应用脉宽调制技术被广泛应用于直流伺服电动机的速度和位置控制中，其工作原理如下：控制器根据输入的期望速度或位置信号，计算出电机的转速或角度误差，然后将误差信号传递给脉宽调制模块。

脉宽调制模块通过调整输出脉冲信号的宽度和周期，控制电机的转速和位置，从而实现对电机的精确控制。

四、脉宽调制在直流伺服电动机中的优势脉宽调制技术在直流伺服电动机中具有以下优势：1. 精确控制：脉宽调制技术可以实现对电机的精确控制，包括速度、角度和位置的精确控制。

2. 响应速度快：脉宽调制技术可以实现对电机的快速响应，提高了系统的动态性能。

3. 节能减排：脉宽调制技术可以实现能效优化，降低了能耗，减少了环境污染。

4. 成本低廉：脉宽调制技术成本低廉，便于大规模应用。

五、总结脉宽调制技术在直流伺服电动机中的应用，实现了对电机的精确控制和高效能运行。

PWM（脉宽调制）是一种控制信号的技术，通过调整信号的脉冲宽度来实现对电路或设备的驱动。

PWM驱动常被用于直流电机驱动、LED亮度调节、音频放大器等应用中。

PWM驱动的原理如下：
1. 基本概念：PWM信号由一个固定的周期和一个可变的脉冲宽度组成。

周期表示一个完整的PWM信号循环所持续的时间，脉冲宽度则表示脉冲信号的高电平持续的时间。

2. 控制信号生成：PWM信号是由一个控制器或微控制器生成的。

控制器通过计算或根据输入的模拟信号，生成具有相应脉冲宽度的PWM信号。

3. 周期和频率：PWM信号的周期是固定的时间间隔，在设计中可以根据需要进行选择。

频率是指PWM信号每秒钟循环的次数，是周期的倒数。

4. 脉冲宽度调节：脉冲宽度决定了PWM信号的占空比，即高电平和周期之间的比例关系。

脉冲宽度决定了驱动电路的输出电平和功率。

通过调节脉冲宽度的比例可以控制输出电路的平均电压或功率。

5. 低通滤波：PWM信号在驱动输出电路中，通常通过一对开关进行控制。

由于PWM信号的高频特性，开关的开关电流会产生高频噪声。

为了去除这些噪声，通常使用低通滤波器对PWM信号进行滤波，得到平滑的模拟输出。

通过改变PWM信号的脉冲宽度，可以控制输出电路的电平或功率，实现对电路或设备的精确驱动。

PWM驱动具有高效率、精度高、响应快和容易实现的优点，在诸多应用中被广泛应用。

直流脉宽调速系统脉宽调速系统的主电路采纳脉冲宽度调制（PWM）式变换器，脉宽调制式变换器是采纳脉冲宽度调制的一种斩波器。

直流斩波器节能效果显著，最初应用于直流电力机车，目前在中、小容量的调速系统中已得到广泛的应用。

与“晶闸管--直流电动机”系统相比，直流脉宽调速系统具有如下特点：1）采纳绝缘栅双极性晶体管(IGBT)、功率场效应管(P-MOSFET)、门极可关断晶闸管(GTO)、全控电力晶体管等电子器件，主电路简洁，所需功率元件少；且主电路工作在开关状态，损耗少、效率高。

2）开关频率高、电流连续、谐波成分低、电动机损耗小。

3）系统频带宽，快速性好、动态抗干扰力量强。

4）系统低速性能好、调速范围宽、稳态精度高。

直流脉宽调速系统的静、动态特性分析方法和晶闸管相位掌握的直流调速系统基本相同，区分仅在于主电路和脉宽调制掌握电路。

与前述晶闸管直流调速系统不同，直流脉宽调速系统的脉宽调制放大器常采纳电力晶体管（GTR）、功率场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极晶体管(IGBT)或功率集成芯片等器件替换晶闸管变流器，因而它具有功率元件比晶闸管直流调速系统少、线路简洁、系统功率因数好、脉宽调制频率高（达2kHz～3kHz）、系统反应快、电机低速运转平稳、调速范围宽等优点。

1. PWM直流不行逆调速系统图5-51为PWM直流不行逆调速系统原理图，图中ASR为转速调整器，ACR为电流调整器，GT为三角波发生器，GP为脉冲发生器，AOP为过电流爱护单元，BC为电流变换器，BV为速度变换器，其技术数据如表所示。

表PWM直流不行逆调速装置技术参数型号规格见各厂样本直流额定电压直流额定电流静差度调速范围适用电动机功率180V或220V10A、30A、60A≤+0.4%（最高速）1:500(测速发电机反馈)1kW～10kW 2. PWM直流可逆调速系统。

1 课题背景直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高等优点，因而直流电机调速系统在工业传动系统中的到广泛应用。

传统直流调速系统的触发器及调节器都由模拟电路实现，其缺点是：触发精度易受电网电压波动的影响；触发脉冲不对称度较大；调节器中的运算放大器，因网压和温度变化引起的漂移会产生运算误差，模拟器件老化也会引起运算误差，甚至使已经整定好的系统性能变差。

因而现代化的工业都陆续的采用了数字化的直流调速系统。

因为单片机具有小巧灵活、成本低、易于产品化、可靠性好、适应温度范围宽、易扩展、控制功能强等优点，所以在电气传动实时控制系统中受到重视和普遍应用。

利用单片机逻辑功能强和软件灵活的优点，不仅可使很多控制硬件软件化，便于参数的设定和调整，而且可以同时对系统工作中的各种信息数据进行诊断、检测和及时处理，加强了实时维护和提高了控制系统的可靠性。

它的发展趋势将是向大容量、高性能化、外围电路内装化等方面发展。

用单片机控制的GTR-PWM调速系统时一种新型的控制系统。

由于GTR(全控电力晶体管)是一种高频全控型器件,可方便的控制其通断,因此由它组成的调速系统除结构简单外,更具有开关频率高、主回路脉动成分小、低速运行性能好及调速系统中将有较大的发展和应用。

对于实时控制系统，由于信息量大、反应快、对实际生产系统影响大，因此能如何尽快地预报和判断系统故障，缩小故障率和维修时间，这是现场生产中的重要问题。

国外，在故障诊断领域中取得了令人满意的效果，并已经使用到工业产品生产中。

国内，故障自诊断研究工作正在发展中，受到各方面的关注并进行了开发性研究。

一个实时控制系统是否具有故障自诊断的能力，将成为衡量一个产品生命力的重要标志，也是控制设备智能化的关键内容之一。

本文就直流调速系统数字化及故障自诊断等方面进行了一些工作，希望对以后的工作和研究有一定的帮助。

2 脉宽调制(PWM)直流调速系统概述2.1 PWM控制技术的应用PWM是Pulse Width Modulation的缩写,即脉冲宽度调制,是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).调速可分为直流调速和交流调速。

一、PWM技术原理由于全控型电力半导体器件的出现，不仅使得逆变电路的结构大为简化，而且在控制策略上与晶闸管类的半控型器件相比，也有着根本的不同，由原来的相位控制技术改变为脉冲宽度控制技术，简称PwM技术。

PwM技术可以极其有效地进行谐波抑制，在频率、效率各方面有着明显的优点使逆变电路的技术性能与可靠性得到了明显的提高。

采用PwM方式构成的逆变器，其输人为固定不变的直流电压，可以通过PwM技术在同一逆变器中既实现调压又实现调频。

由于这种逆变器只有一个可控的功率级，简化了主回路和控制回路的结构，因而体积小、质量轻、可靠性高。

又因为集凋压、调频于一身，所以调节速度快、系统的动态响应好。

此外，采用PwM技术不仅能提供较好的逆变器输出电压和电流波形，而且提高了逆变器对交流电网的功率因数。

把每半个周期内，输出电压的波形分割成若干个脉冲，每个脉冲的宽度为每两个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比γ为此时，电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，也同样可以实现变频也变压的效果。

二、正弦波脉宽调制(sPwM）1．sPwM的概念工程实际中应用最多的是正弦PwM法(简称sPwM)，它是在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应每一等份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替，于是正弦波形所包围的面积可用这N个等幅(Vd)不等宽的矩形脉冲面积之和来等效。

各矩形脉冲的宽度自可由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定脉宽：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽。

度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。

若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可生成sPwM波形。

在工程应用中感兴趣的是基波，假定矩形脉冲的幅值Vd恒定，半周期内的脉冲数N也不变，通过理论分析可知，其基波的幅值V1m脉宽δi有线性关系在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。