PWM的基本原理及介紹
2012年11月02日 10:44 來源:本站整理 作者:悠子 我要評論(0)
PWM(Pulse Width Modulation)控制——脈沖寬度調(diào)制技術(shù),通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值).PWM控制技術(shù)在逆變電路中應(yīng)用最廣,應(yīng)用的逆變電路絕大部分是PWM型,PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆 變電路中的應(yīng)用,才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。
1 PWM控制的基本原理
理論基礎(chǔ):
沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時,其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同,是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近,僅在高頻段略有差異。
圖1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖
面積等效原理:
分別將如圖1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)(R-L電路)上,如圖2a所示。其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形如圖2b所示。從波形可以看出,在i(t)的上升段,i(t)的形狀也略有不同,但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄,各i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖,則響應(yīng)i(t)也是周期性的。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出,各i(t)在低頻段的特性將非常接近,僅在高頻段有所不同。
圖2 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形
用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波,正弦半波N等分,看成N個相連的脈沖序列,寬度相等,但幅值不等;用矩形脈沖代替,等幅,不等寬,中點(diǎn)重合,面積(沖量)相等,寬度按正弦規(guī)律變化。SPWM波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形。
圖3 用PWM波代替正弦半波
要改變等效輸出正弦波幅值,按同一比例改變各脈沖寬度即可。 PWM電流波: 電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制,得到的就是PWM電流波。 PWM波形可等效的各種波形: 直流斬波電路:等效直流波形
SPWM波:等效正弦波形,還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,也基于等效面積原理。
模擬信號的值可以連續(xù)變化,其時間和幅度的分辨率都沒有限制。9V電池就是一種模擬器件,因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V,而是隨時間發(fā)生變化,并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類似,從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi),例如在{0V, 5V}這一集合中取值。
模擬電壓和電流可直接用來進(jìn)行控制,如對汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡單的模擬收音機(jī)中,音量旋鈕被連接到一個可變電阻。擰動旋鈕時,電阻值變大或變?。涣鹘?jīng)這個電阻的電流也隨之增加或減少,從而改變了驅(qū)動揚(yáng)聲器的電流值,使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣,模擬電路的輸出與輸入成線性比例。
盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單,但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是,模擬電路容易隨時間漂移,因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱,其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對噪聲很敏感,任何擾動或噪聲都肯定會改變電流值的大小。
通過以數(shù)字方式控制模擬電路,可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外,許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器,這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。
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