脈沖寬度調(diào)制71295

1、脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的

2、數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。PWM控制技術(shù)以其控制簡單靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式也是人們研究的熱點(diǎn).由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。一、脈沖寬度調(diào)制基本原理隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而

3、在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)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(shí)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

4、電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)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0V5V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(duì)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(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變小；流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)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

5、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(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)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(duì)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(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)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

6、器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。二、脈沖寬度調(diào)制具體過程脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被M法正是為了克服PAM法的這

7、個(gè)缺點(diǎn)發(fā)展而來的是PWM法中最為簡單的一種.它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PWM波通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化.相對(duì)于PAM法該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡化了電路結(jié)構(gòu)提高了輸入端的功率因數(shù)但同時(shí)也存在輸出電壓中除基波外還包含較大的諧波分量.4.1.2、隨機(jī)PWM在上世紀(jì)70年代開始至上世紀(jì)80年代初由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管載波頻率一般不超過5kHz電機(jī)

8、繞組的電磁噪音及諧波造成的振動(dòng)引起了人們的關(guān)注.為求得改善隨機(jī)PWM方法應(yīng)運(yùn)而生.其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲(在線性頻率坐標(biāo)系中各頻率能量分布是均勻的)盡管噪音的總分貝數(shù)未變但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱.正因?yàn)槿绱思词乖贗GBT已被廣泛應(yīng)用的今天對(duì)于載波頻率必須限制在較低頻率的場(chǎng)合隨機(jī)PWM仍然有其特殊的價(jià)值另一方面則說明了消除機(jī)械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率隨機(jī)PWM技術(shù)正是提

9、供了一個(gè)分析解決這種問題的全新思路.4.1.3、SPWM法SPWM(SinusoidalPWM)法是一種比較成熟的目前使用較廣泛的PWM法.前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論: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(shí)其效果基本相同.SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等通過改

10、變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值.該方法的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方案.4.1.3.1、等面積法該方案實(shí)際上就是SPWM法原理的直接闡釋用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波然后計(jì)算各脈沖的寬度和間隔并把這些數(shù)據(jù)存于微機(jī)中通過查表的方式生成PWM信號(hào)控制開關(guān)器件的通斷以達(dá)到預(yù)期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn)可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開關(guān)器件的通斷時(shí)刻其所得的的波形很接近正弦波但其存在計(jì)算繁瑣數(shù)據(jù)占用

11、內(nèi)存大不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn).4.1.3.2、硬件調(diào)制法硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào)把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波通過對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作為載波當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)所得到的就是SPWM波形.其實(shí)現(xiàn)方法簡單可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路用比較器來確定它們的交點(diǎn)在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制就可以生成SPWM波.但是這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜

12、難以實(shí)現(xiàn)精確的控制.4.1.3.3、軟件生成法由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易因此軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生.軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法其有兩種基本算法即自然采樣法和規(guī)則采樣法.4.1.3.3.1、自然采樣法[2]以正弦波為調(diào)制波等腰三角波為載波進(jìn)行比較在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷這就是自然采樣法.其優(yōu)點(diǎn)是所得SPWM波形最接近正弦波但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等