了解PWM

一、PWM概述

脈寬寬度調(diào)制式(PWM)電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過(guò)電壓反饋調(diào)整其占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

PWM（pulse-width modulation）就是脈沖寬度調(diào)制的英文縮寫，方波高電平時(shí)間跟周期的比例叫占空比，例如1秒高電平1秒低電平的PWM波占空比是50%。脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)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。脈寬調(diào)制(PWM)基本原理：對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。

二、PWM的實(shí)現(xiàn)

將正弦半波按調(diào)制周期等分為N等份，這些等分出來(lái)的波形可以看做寬度相等、幅值不等、脈沖頂部為曲線的脈沖，如圖1所示。將這些脈沖用相同數(shù)量的等幅不等寬的矩形脈沖代替，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積相等，這就得到下圖所示的波形。

等分正弦波等效成面積相同的脈沖信號(hào)

PWM波形

通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度可以實(shí)現(xiàn)各種所需的波形。以正弦波為例，如下圖所示，用開關(guān)來(lái)控制直流電的通斷，輸出占空比不同脈沖，按照按正弦的變化規(guī)律，通過(guò)控制開關(guān)通斷的時(shí)間，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，將等效面積合并起來(lái)就是我們需要的正弦波。

最簡(jiǎn)單的PWM實(shí)現(xiàn)過(guò)程

三、PWM的應(yīng)用

控制理論中有一個(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。PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，通常，我們可以通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)器件的通斷控制，輸出一系列占空比可調(diào)的脈沖，用以等效正弦波或其他所需要的波形。

電機(jī)就是典型的具有慣性的環(huán)節(jié)，PWM常用于等效可變的直流電（直流斬波電源）驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，也常用于等效的正弦交流電SPWM或SVPWM（逆變器、變頻器、變流器等）驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)。

之所以采用PWM、SPWM、SVPWM等手段去等效各種所需的波形，而不是直接產(chǎn)生需要的波形，是因?yàn)檫@些應(yīng)用往往需要輸出大功率電能，此時(shí)，采用開關(guān)技術(shù)可以大幅度提升電能的利用率，限于目前電力電子技術(shù)的特點(diǎn)，還不能直接輸出這些波形，而是輸出與之功效基本相當(dāng)?shù)腜WM波形。因此，也有將SPWM波形稱為“疑似正弦波”。

目前PWM技術(shù)廣泛應(yīng)用于用于直流斬波電路、逆變電路、整流電路中。