PWM基本原理及其应用实例
PWM基本原理及其应用实例
2009-06-26 14:12:02| 分类： 嵌入式技术探索 | 标签： |字号大中小 订阅 ～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～
理论篇（一）原理介绍
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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
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。
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。
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。
、 PWM原理
2、调制器设计思想
3、具体实现设计
一、 PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）原理：
脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。图1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。
通过图1b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻t k时的语音信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs<
（1）
其中，x{t}是离散化的语音信号；Ts是采样周期； 是未调制宽度；m是调制指数。
然而，如果对矩形脉冲作如下近似：脉冲幅度为A，中心在t = k Ts处， 在相邻脉冲间变化缓慢，则脉冲宽度调制波xp(t)可以表示为：
（2）
其中， 。无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语音信号x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。当 时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。
二、 数字脉冲宽度调制器的实现：
实现数字脉冲宽度调制器的基本思想参看图2。
图中，在时钟脉冲的作用下，循环计数器的5位输出逐次增大。5位数字调制信号用一个寄存器来控制，不断于循环计数器的输出进行比较，当调制信号大于循环计数器的输出时，比较器输出高电平，否则输出低电平。循环计数器循环一个周期后，向寄存器发出一个使能信号EN，寄存器送入下一组数据。在每一个计数器计数周期，由于输入的调制信号的大小不同，比较器输出端输出的高电平个数不一样，因而产生出占空比不同的脉冲宽度调制波。
pwm降压原理
PWM降压原理
概述
PWM（Pulse Width Modulation）是一种常用的控制技术，通过对信号的脉宽进行调制，实现对电压或电流的调节。PWM降压原理就是利用PWM技术来降低输入电压的输出电压。本文将详细介绍PWM降压原理及其工作原理、特点和应用。
工作原理
PWM降压原理的核心是通过周期性改变开关器件（如MOS管）的导通时间，将输入电压转换为脉冲信号，然后通过滤波电路平滑输出。PWM降压电路通常由开关电源控制器、功率开关器件、滤波电路和反馈控制回路组成。
开关电源控制器负责产生PWM信号，并根据反馈信号调节占空比，控制输出电压的稳定性。功率开关器件用于实现开关动作，通常采用MOS管或IGBT。滤波电路通过电感和电容的组合，滤除PWM信号中的高频成分，得到平稳的输出电压。反馈控制回路用于监测输出电压，并将反馈信号与参考信号进行比较，通过控制开关器件的导通时间来调节输出电压。
特点
PWM降压原理具有以下几个特点：
1.高效性：由于PWM技术能够精确控制开关器件的导通时间，使得功率开关器件能够在较小的开关损耗下工作，提高了能量转换的效率。
2.稳定性：PWM降压电路通过反馈控制回路实时监测输出电压，根据反馈信号调节占空比，使得输出电压稳定在设定值附近。
3.可靠性：PWM降压电路采用开关器件进行开关动作，避免了传统线性降压电路中的功耗和热量问题，提高了电路的可靠性和稳定性。
4.灵活性：PWM降压电路具有较高的可调节范围，可以根据实际需求调节输出电压，适应不同的应用场景。
应用
PWM降压原理广泛应用于各种领域，包括电力电子、通信、工业自动化等。具体应用如下：
1.电力电子：PWM降压电路可以实现对直流电源的降压和稳压，常用于电力电子设备中。
2.通信：PWM降压电路可以用于通信设备的电源模块，实现对输入电压的降压和稳定输出。
3.工业自动化：PWM降压电路可以实现对工业设备的电源供应，满足不同工作电压要求。
pwm原理
脉冲宽度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。
脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。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，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振波开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置。
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。
模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为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区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。
