PWM簡介

　　脈沖寬度調制是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。

　　脈沖寬度調制是一種模擬控制方式，其根據相應載荷的變化來調制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實現晶體管或MOS管導通時間的改變，從而實現開關穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數字信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。

　　PWM控制技術以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點。由于當今科學技術的發(fā)展已經沒有了學科之間的界限，結合現代控制理論思想或實現無諧振波開關技術將會成為PWM控制技術發(fā)展的主要方向之一。其根據相應載荷的變化來調制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實現晶體管或MOS管導通時間的改變，從而實現開關穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數字信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。

　　脈寬調制分類

　　從調制脈沖的極性看，PWM又可分為單極性與雙極性控制模式兩種。

　　產生單極性PWM模式的基本原理如圖6.2所示。首先由同極性的三角波載波信號ut。與調制信號ur，比較（圖6.2（a）），產生單極性的PWM脈沖（圖6.2（b））；然后將單極性的PWM脈沖信號與圖6.2（c）所示的倒相信號UI相乘，從而得到正負半波對稱的PWM脈沖信號Ud，如圖6.2（d）所示。

　　雙極性PWM控制模式采用的是正負交變的雙極性三角載波ut與調制波ur，如圖6.3所示，可通過ut與ur，的比較直接得到雙極性的PWM脈沖，而不需要倒相電路。

　　PWM優(yōu)點

　　PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統信號都是數字形式的，無需進行數模轉換。讓信號保持為數字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或將邏輯0改變?yōu)檫壿?時，也才能對數字信號產生影響。

　　對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候將PWM用于通信的主要原因。從模擬信號轉向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當的RC或LC網絡可以濾除調制高頻方波并將信號還原為模擬形式。

　　總之，PWM既經濟、節(jié)約空間、抗噪性能強，是一種值得廣大工程師在許多設計應用中使用的有效技術。

　　PWM脈寬調制原理

　　脈寬調制技術是通過對逆變電路開關的通斷控制來實現對模擬電路的控制的。脈寬調制技術的輸出波形是一系列大小相等的脈沖，用于替代所需要的波形，以正弦波為例，也就是使這一系列脈沖的等值電壓為正弦波，并且輸出脈沖盡量平滑且具有較少的低次諧波。根據不同的需求，可以對各脈沖的寬度進行相應的調整，以改變輸出電壓或輸出頻率等值，進而達到對模擬電路的控制。

　　PWM同步調制簡介

　　同步調制一N等于常數，并在變頻時使載波和信號波保持同步

　　1.基本同步調制方式，fr變化時N不變，信號波一周期內輸出脈沖數固定

　　2.三相電路中公用一個三角波載波，且取N為3的整數倍，使三相輸出對稱

　　3.為使一相的PWM波正負半周鏡對稱，N應取奇數

　　4.fr很低時，fc也很低，由調制帶來的諧波不易濾除

　　5.fr，很高時，fc會過高，使開關器件難以承受

　　PWM同步調制優(yōu)缺點

　　在改變f的同時成正比地改變fc，使K保持不變，則稱為同步調制。

　　PWM采用同步調制的優(yōu)點是：可以保證輸出波 形的對稱性。對于三相系統，為保持三相之間對稱、互差120゜相位角，K應取3的整數倍；為保證雙極性調制時每相波形的正、負半波對稱，則該倍數應取奇數。由于波形的對稱性，不會出現偶次諧波問題。但是，受開關器件允許的開關頻率的限制，保持K值不變，在逆變器低頻運行時，K值會過小，導致諧波含量變大。 使電動機的諧波損耗增加，轉矩脈動相對加劇

　　PWM具體應用

　　PWM軟件法控制充電電流

　　該方法的基本思想就是利用單片機具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調整單片機的PWM控制寄存器來調整PWM的占空比，從而控制充電電流。該方法所要求的單片機必須具有ADC端口和PWM端口這兩個必須條件，另外ADC的位數盡量高，單片機的工作速度盡量快。在調整充電電流前，單片機先快速讀取充電電流的大小，然后把設定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調整PWM的占空比；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調整PWM的占空比。在軟件PWM的調整過程中要注意ADC的讀數偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理采用算術平均法等數字濾波技術。

　　PWM在推力調制中的應用

　　1962年，Nicklas等提出了脈沖調制理論，指出利用噴氣脈沖對航天器控制是簡單有效的控制方案，同時能使時間或能量達到最優(yōu)控制。

　　脈寬調制發(fā)動機控制方式是在每一個脈動周期內，通過改變閥門在開或關位置上停留的時間來改變流經閥門的氣體流量，從而改變總的推力效果，對于質量流率不變的系統，可以通過脈寬調制技術來獲得變推力的效果。

　　脈寬調制通常有兩種方法［15］：第一種為整體脈寬調制，對控制對象進行控制器設計，并根據控制要求的作用力大小，對整個系統模型進行動態(tài)的數學解算變換，得出固定力輸出應該持續(xù)作用的時間和開始作用時間；第二種為脈寬調制器，不考慮控制對象模型，而是根據輸入進行“動態(tài)衰減”性的累加，然后經過某種算法變換后，決定輸出所持續(xù)的時間。這種方式非常簡單，也能達到輸出作用近似相同。

　　脈寬調制控制技術結構簡單、易于實現、技術比較成熟，俄羅斯已經將其成功地應用于遠程火箭的角度穩(wěn)定系統控制中。但是當調制量為零時，正反向的控制作用相互抵消，控制效率明顯比變流率系統低。而且系統響應有一定的滯后，其開關的頻率必須遠大于KKV本身的固有頻率，否則不但起不到調制效果，甚至會發(fā)生災難性后果。

　　在LED中的應用

　　在LED控制中PWM作用于電源部分，脈寬調制的脈沖頻率通常大于100Hz，人眼就不會感到閃爍。