pwm开关型功率放大器

在数控机床的直流伺服系统中，速度调节主要通过改变电枢电压的大小来实现。

经常采用晶闸管相控整流调速或大功率晶体管脉宽调制调速两种方法，后者简称PWM，常见于中小功率系统，它采用脉冲宽度调制技术，其工作原理是：通过改变“接通脉冲”的宽度，使直流电机电枢上的电压的“占空比”改变，从而改变电枢电压的平均值，控制电机的转速。

PWM 调速系统具有以下特点：1．主电路简单，所用功率元件少，且工作于开关状态，因此电路的导通损耗小，装置效率比较高；2．开关频率高，可避开机床的共振区，工作平稳；3．采用功率较小的低惯量电机时，具有高的定位速度和精度；4．低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；5．系统频带宽，动态响应好，抗干扰能力强。

常见的PWM 驱动系统的主电路（功率放大器）结构有：H 型和T 型，下面介绍双极式H 型PWM 驱动的电路工作原理。

图1-2-2-1图1-2-2-1 中，VD1，VD2，VD3，VD4 为续流二极管，用来保护VT1，VT2，VT3，VT4 三极管，图中Ub1=Ub4=－Ub2=－Ub3。

当Ub1=Ub4 为正时，VT1 和VT4 导通，VT2 和VT3 截止，UAB 的电压=US；当Ub2=Ub3 为正时，VT1 和VT4 截止，但VT2 和VT3 不能立即导通，因为电机的反电势使AB 存在续流，续流流经VD3 和VD2，保护了四个三极管，若续流在这个过程没有得到很大衰减，而Ub1=Ub4 为正的阶段已经来临，则VT2 和VT3 没有导通的时候；若续流在这个过程得到很大衰减，则VT2 和VT3 导通，UAB 的电压=－US。

显然，Ub1=Ub4 为正的时间和Ub2=Ub3 为正的时间相同时，UAB 的平均值=0，电机动态静止；Ub1=Ub4 为正的时间长于Ub2=Ub3 为正的时间时，UAB 的平均值>0，电机正转UAB的值越大，转速越高；Ub1=Ub4 为正的时间短于Ub2=Ub3 为正的时间时，UAB 的平均值<0，电机反转，UAB 的值越小，转速越高。

马鞍波pwm调制的基本原理Pulse-width modulation (PWM) is a technique used in electronic devices to control the power supplied to a load. 马鞍波（PWM）是一种在电子设备中用来控制供给负载的电源的技术。

It is widely used in applications such as motor speed control, lamp dimming, and power amplifiers. 它广泛应用于电机速度控制、灯光调光和功率放大器等应用中。

The basic principle of PWM is to rapidly switch the power supply on and off at a fixed frequency, with the width of the on time varying to control the average power delivered to the load. PWM的基本原理是以固定频率快速地开关电源，开启时间的宽度变化来控制输送到负载的平均功率。

This allows for precise and efficient control of the power delivered to the load, making it a popular choice in many electronic and electrical systems. 这样可以精确和高效地控制输送到负载的功率，使得它成为许多电子和电气系统中的热门选择。

One of the key benefits of PWM is its ability to efficiently control the power delivered to a load while minimizing energy loss. PWM的一个关键优点是在最小化能量损失的同时高效地控制输送到负载的功率。

1 绪论随着时代科技的高速发展，大量的电子设备应运而生。

在现实生活中，绝大部分电子设备都离不开音频信号的处理，高效率音频放大器直接影响到了许多电子产品的质量。

传统的音频功放工作时，直接对模拟信号进行放大，工作期间必须工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，减小了功率器件的承受功率，但在较大功率情况下，仍然对功率器件构成极大威胁。

功率输出受到限制。

低失真，大功率，高效率是对功率放大器提出的普遍要求。

高效率功率音频功率放大器设计的关键是功率放大器放大电路的研究，提高功放的效率的根本途径是减小功放管的功耗。

方法之一是减小功放管的导通角，增大其在一个信号周期内的截止时间，从而减小管子所消耗的平均功率，高频大功率放大电路中，功放工作处于丙类（C类）状态。

方法之二是使功放管工作处于开关状态（即D类状态），此时管子仅在饱和导通时消耗功率，而且由于管压降很小，故无论电流大小，管子的瞬时功率都不大，因此管子的平均功耗也就不大，电路的效率必然提高，但是应当指出，当功放中的功放管工作在C类或D类状态时，集电极电流将严重失真，因此必须采取措施消除失真，如采用谐振功率放大电路，从而使负载获得基本不失真的信号功率[1]。

1.1设计高效率功率音频功率放大器的目的和意义音频领域数字化的浪潮以及人们对音频节能环保的要求，要求我们尽快研究开发高效、节能、数字化的音频功率放大器。

传统的音频功率放大器工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，仍然很难满足大功率输出；而且需要设计复杂的补偿电路和过流，过压，过热等保护电路。

这次音频功率放大器的设计为了达到高效率的设计，采用D类功率放大器，D 功放是基于脉冲宽度调制技术的开关放大器，包括脉冲宽度调制器，功率桥电路，低通滤波器。

这种类型的功放已经展示出了良好的性能，要想设计出并实现电源效率高于90%，THD低于0.01%，低电磁噪音的D类功率放大器，或者甚至包括能将高保真音质技术引入的D类的放大器[2]。

D类功放的设计原理D类功放，全称为“数字功率放大器”，是一种电子功率放大器的类型，它的设计原理基于数字信号的处理和模拟功率放大电路的协同工作。

相比于传统的A类、B类、AB类功放，D类功放具有更高的功率效率，更小的尺寸和重量，更好的线性度，以及更低的功率损耗。

下面将详细介绍D类功放的设计原理。

1.PWM调制原理D类功放的核心设计原理是采用脉宽调制（PWM）技术。

PWM是一种通过调整信号的脉冲宽度来控制平均输出功率的方法。

D类功放通过将原始的模拟音频信号转换为数字信号，并通过比较器产生一个与模拟信号频率相同的矩形波，然后根据输入音频信号的幅值调整矩形波的脉宽，最后通过滤波器将调制后的PWM信号转换为模拟音频信号输出。

2.数字信号处理D类功放的设计中需要进行数字信号处理。

首先，输入的模拟音频信号需要经过模数转换器（ADC）转换为数字信号，然后通过数字信号处理器（DSP）进行数字信号的滤波、均衡、增益控制等处理，最后再经过数字模数转换器（DAC）转换回模拟信号。

3.比较器比较器是D类功放中的一个关键组件，用于将模拟音频信号与产生的PWM矩形波进行比较。

比较器的作用是根据输入信号的幅值调整PWM信号的脉宽，从而控制输出功率。

比较器通常由操作放大器和参考电压产生器组成。

4.滤波器在PWM调制之后，需要通过滤波器将调制后的PWM信号转换为模拟音频信号输出。

滤波器的作用是去除PWM信号中的高频分量，保留音频信号的低频成分。

常见的滤波器类型包括低通滤波器和带通滤波器。

5.输出级D类功放的输出级通常采用开关管（如MOSFET）构成。

开关管的特点是具有较低的开通电阻和较高的关断电阻，从而实现更小的功率损耗和更高的功率效率。

输出级通常由多个开关管组成，根据功率需求可以并联或串联排列。

输出级的设计需要考虑电压和电流的控制，包括过电压和过电流的保护。

6.反馈控制为了提高D类功放的线性度和稳定性，通常需要采用反馈控制。

通过对输出信号与输入信号进行比较，调整PWM信号的脉宽和幅值，以使输出信号尽可能接近输入信号。

说明PWM控制的基本原理PWM（Pulse Width Modulation）是一种常见的控制技术，它通过改变信号的脉冲宽度来实现对电路的控制。

在电子设备中，PWM控制被广泛应用于调节电机速度、控制LED亮度、调节电源输出等方面。

本文将从PWM控制的基本原理、工作原理和应用进行详细介绍。

PWM控制的基本原理。

PWM控制的基本原理是通过改变信号的脉冲宽度来控制输出电压或电流的大小。

在PWM控制中，信号的周期是固定的，但脉冲的宽度可以根据需要进行调节。

通常情况下，脉冲宽度越宽，输出电压或电流就越大；脉冲宽度越窄，输出电压或电流就越小。

通过不断改变脉冲宽度，可以实现对电路的精确控制。

PWM控制的工作原理。

PWM控制的工作原理是通过不断地调节脉冲宽度来控制电路的输出。

当需要控制电路输出时，控制器会根据输入信号的大小和方向来生成相应的PWM信号。

PWM信号经过功率放大器放大后，就可以驱动电路输出。

通过改变PWM信号的脉冲宽度，可以实现对电路输出的精确控制。

PWM控制的应用。

PWM控制在各种电子设备中都有广泛的应用。

在电机控制中，PWM信号可以控制电机的转速和方向；在LED调光中，PWM信号可以控制LED的亮度；在电源调节中，PWM信号可以控制电源输出的稳定性。

除此之外，PWM控制还被应用于无线通信、数字电路、电源管理等领域。

总结。

通过本文的介绍，我们了解了PWM控制的基本原理、工作原理和应用。

PWM 控制通过改变信号的脉冲宽度来实现对电路的精确控制，在电子设备中有着广泛的应用。

希望本文能够帮助读者更好地理解PWM控制，并在实际应用中发挥作用。

几种PWM控制方法PWM（脉宽调制）是一种广泛应用于电子设备中的控制方法，通过控制信号的脉冲宽度来改变电路或设备的输出功率。

以下是几种常见的PWM 控制方法：1.定频PWM控制定频PWM控制是一种简单而常见的PWM控制方法，通过将固定频率的脉冲信号与一个可变的占空比相乘来实现控制。

脉冲的高电平时间代表设备处于工作状态的时间比例，而低电平时间代表设备处于停止状态的时间比例。

定频PWM控制可通过调整脉冲的占空比来改变输出功率，但频率固定不变。

2.双边PWM控制双边PWM控制是一种可调节频率和占空比的PWM控制方法。

与定频PWM不同的是，双边PWM控制可以根据需求调整脉冲的频率和占空比。

通过改变脉冲的频率和占空比，可以获得较高的精度和更灵活的控制效果。

3.单脉冲宽度调制（SPWM）单脉冲宽度调制是一种通过调整脉冲宽度的PWM控制方法。

与常规PWM不同的是，SPWM控制中只有一个脉冲被发送，其宽度和位置可以根据需求进行调整。

SPWM控制常用于逆变器和交流驱动器等高精度要求的应用，可以实现比其他PWM控制方法更精确的波形控制。

4.多级PWM控制多级PWM控制是一种在多个层次上进行PWM调制的控制方法。

通过将一系列的PWM信号级联起来，每个PWM信号的频率和占空比不同，可以实现更高精度和更复杂的波形控制。

多级PWM控制常用于高性能电机驱动器、中央处理器(CPU)和功率放大器等需要高精度信号处理的应用。

5.空间矢量调制（SVPWM）空间矢量调制是一种通过调整电压矢量的方向和大小来实现PWM控制的方法。

SVPWM通过控制电压矢量之间的切换来生成输出波形，可以实现较高的电压和电流控制精度。

空间矢量调制常用于三相逆变器、电子制动器和无刷直流电机等高功率应用中，可以实现高质量的输出波形。

6.滑模PWM控制滑模PWM控制是一种通过添加滑模调节器来实现PWM控制的方法。

滑模调节器可以通过反馈控制来实现系统的快速响应和鲁棒性，从而实现更好的控制效果。

脉宽调制控制电路学生姓名：胡真 学号：20085042054工业现场控制当中，经常要用到一些可变的直流电压，而一般的直流电源其值是固定不变的，为了得到可变的直流电压，我们一般采用脉宽调制控制电路，也就是我们通常所说的PWM 控制电路。

该电路是利用半导体功率晶体管或晶闸管等开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，控制电压脉冲的宽度或周期达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频的目的的一种变换电路，多用在开关稳压电源、不间断电源(UPS)以及交直流电机调速等控制电路中。

1. 脉宽调制控制电路的工作原理图1 PWM 控制电路原理基本的脉宽调制控制电路包括电压-脉宽变换器和开关式功率放大器两部分，如图1所示。

运算放大器N 工作在开环状态，实现把连续电压信号变成脉冲电压信号。

二极管VD 在V1关断时为感性负载RL 提供释放电感储能形成续流回路。

N 的反相端输入三个信号：一个是锯齿波或三角波调制信号up ，其频率是主电路所需的开关调制频率，一般为1~4kHz ；另一个是控制电压uk ，其极性与大U u 0 u cD小随时可变； 再一个是负偏置电压u0，其作用是在Uc ＝0时通过Rp 的调节使比较器的输出电压Ub 为宽度相等的正负方波。

当Uc>0时，锯齿波过零的时间提前，结果在输出端得到正半波比负半波窄的调制方波。

当Uc<0时，锯齿波过零的时间后移，结果在输出端得到正半波比负半波宽的调制方波。

图2 PWM 控制负载的波形图PWM 信号加到主控电路的开关管V 的基极时，负载RL 两端电压uL 的波形如图2所示。

显然，通过PWM 控制改变开关管在一个开关周期T 内的导通时间τ的长短，就可实现对RL 两端平均电压UL 大小的控制。

2. 典型脉宽调制电路2.1. 对脉宽调制器的基本要求（1）死区要小，调宽脉冲的前后沿的斜率要大，也就是比较器的灵敏度要足够高。

（2）在设计实际电路时，应使其简单、可靠，且不受外界干扰。