PWM、SPWM法、線電壓控制PWM控制方法
2025-1-16 11:23:20 點擊：
PWM(Pulse Width Modulation)控制技術就是對脈沖的寬度進行調制的技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效的獲得所需要的波形(含形狀和幅值)。面積等效原理是PWM技術的重要基礎理論。一種典型的PWM控制波形SPWM：脈沖的寬度按正弦規律變化。而和正弦波等效的PWM波形稱為SPWM波。脈寬調制(PWM，Pulse Width Modulation)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。 [1]PWM是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。
開關電源一般都采用脈沖寬度調制(PWM)技術，其特點是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高。然而，由于其開關器件工作在高頻通斷狀態，高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾(EMD)源，它產生的EMI信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數字設備，則設備產生的EMI信號會變得更加強烈和復雜。
PWM控制(脈沖寬度調制)的基本原理
控制方式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形，也就是在輸出波形的半個周期中產生多個脈沖，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，按一定的規則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。
脈沖寬度調制的簡介
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。
脈沖寬度調制的發展背景
隨著電子技術的發展，出現了多種脈沖寬度調制技術，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而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頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協調變化，可以通過調整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的。
脈沖寬度調制的特點
PWM的特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改變為邏輯0或將邏輯0改變為邏輯1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。
控制方法
等脈寬PWM法
等脈寬PWM法是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，通過改變其周期，達到調頻的效果，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協調變化。
隨機PWM
在20世紀70年代開始至20世紀80年代初，由于當時大功率晶體管主要為雙極性達林頓三極管，載波頻率一般不超過5kHz，電機繞組的電磁噪音及諧波造成的振動引起了人們的關注，為求得改善，隨機PWM方法應運而生。
SPWM法
SPWM法是一種比較成熟的，如今使用較廣泛的PWM法，前面提到的采樣控制理論中的一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同的。
線電壓控制PWM
前面所介紹的各種PWM控制方法用于三相逆變電路時，都是對三相輸出相電壓分別進行控制的，使其輸出接近正弦波，但是，對于像三相異步電動機這樣的三相無中線對稱負載，逆變器輸出不必追求相電壓接近正弦，而可著眼于使線電壓趨于正弦。
電流控制PWM
電流控制PWM的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號，把實際的電流波形作為反饋信號，通過兩者瞬時值的比較來決定各開關器件的通斷，使實際輸出隨指令信號的改變而改變。
應用領域
電信
在電信使用上，脈沖寬度調制是一種信號調制的形式，其脈沖波的寬度對應到另一個特定資料會在傳送端被編
碼，并于接收端解碼，不同長度的脈沖波將會每隔固定的時間后被傳遞。
能量的傳遞
脈沖寬度調制可以被用來控制對于一個載流子能量傳遞的多寡，而不會產生由阻抗所造成的線性能量傳遞損失，此方法所需要付出的代價是，載流子所流失的能量并非一個常數且是不連續的，載流子上傳遞的能量也不是連續的。
PWM控制的工作方式主要包括以下兩種：
恒頻調寬法：這種方法保持PWM信號的頻率不變，通過改變占空比來調節輸出電壓或電流的大小。這種方式簡單易行，適用于對輸出電壓或電流進行連續調節的場合。
調頻調寬法：這種方法同時改變PWM信號的頻率和占空比，以實現更精確的控制。在需要快速響應和精確調節的場合，調頻調寬法具有更好的性能。
PWM控制的應用領域
PWM控制技術在許多領域都有廣泛的應用，包括：
電機控制：PWM控制技術可以用于電機的速度控制、位置控制以及力矩控制等。通過對電機驅動電路進行PWM控制，可以實現對電機的精確控制，提高電機的運行效率和性能。
電源變換器：PWM控制技術可以用于電源變換器的設計中，實現對輸出電壓和電流的精確控制。這種技術廣泛應用于各種電源設備中，如UPS電源、開關電源等。
照明控制：在LED照明系統中，PWM控制技術可以用于調節LED的亮度。通過改變PWM信號的占空比，可以實現對LED亮度的連續調節，滿足不同場合的照明需求。
音頻處理：在音頻放大器中，PWM控制技術可以用于提高音頻信號的保真度和動態范圍。通過對音頻信號進行PWM調制和解調處理，可以消除音頻信號中的噪聲和失真，提高音質。
四、PWM控制的主要優勢
PWM控制技術具有以下優勢：
精確控制：PWM控制技術可以通過改變占空比實現對輸出電壓或電流的精確控制，具有高度的靈活性和準確性。
高效節能：PWM控制技術可以實現高效能量轉換，減少能量損耗和浪費。在電機控制、電源變換器等領域中，PWM控制技術可以顯著提高系統的運行效率和節能性能。
抗干擾性強：PWM控制技術采用數字信號進行控制，具有較強的抗干擾能力。在噪聲干擾較大的環境中，PWM控制技術可以保持穩定的性能表現。
易于實現：PWM控制技術可以通過微控制器等數字設備實現，具有易于實現和靈活配置的優點。這使得PWM控制技術在各種電子系統中得到了廣泛應用。
開關電源一般都采用脈沖寬度調制(PWM)技術，其特點是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高。然而，由于其開關器件工作在高頻通斷狀態，高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾(EMD)源，它產生的EMI信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數字設備，則設備產生的EMI信號會變得更加強烈和復雜。
PWM控制(脈沖寬度調制)的基本原理
控制方式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形，也就是在輸出波形的半個周期中產生多個脈沖，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，按一定的規則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。
脈沖寬度調制的簡介
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。
脈沖寬度調制的發展背景
隨著電子技術的發展，出現了多種脈沖寬度調制技術，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而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頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協調變化，可以通過調整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的。
脈沖寬度調制的特點
PWM的特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改變為邏輯0或將邏輯0改變為邏輯1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。
控制方法
等脈寬PWM法
等脈寬PWM法是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，通過改變其周期，達到調頻的效果，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協調變化。
隨機PWM
在20世紀70年代開始至20世紀80年代初，由于當時大功率晶體管主要為雙極性達林頓三極管，載波頻率一般不超過5kHz，電機繞組的電磁噪音及諧波造成的振動引起了人們的關注，為求得改善，隨機PWM方法應運而生。
SPWM法
SPWM法是一種比較成熟的，如今使用較廣泛的PWM法，前面提到的采樣控制理論中的一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同的。
線電壓控制PWM
前面所介紹的各種PWM控制方法用于三相逆變電路時，都是對三相輸出相電壓分別進行控制的，使其輸出接近正弦波，但是，對于像三相異步電動機這樣的三相無中線對稱負載，逆變器輸出不必追求相電壓接近正弦，而可著眼于使線電壓趨于正弦。
電流控制PWM
電流控制PWM的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號，把實際的電流波形作為反饋信號，通過兩者瞬時值的比較來決定各開關器件的通斷，使實際輸出隨指令信號的改變而改變。
應用領域
電信
在電信使用上，脈沖寬度調制是一種信號調制的形式，其脈沖波的寬度對應到另一個特定資料會在傳送端被編
碼，并于接收端解碼，不同長度的脈沖波將會每隔固定的時間后被傳遞。
能量的傳遞
脈沖寬度調制可以被用來控制對于一個載流子能量傳遞的多寡，而不會產生由阻抗所造成的線性能量傳遞損失，此方法所需要付出的代價是，載流子所流失的能量并非一個常數且是不連續的，載流子上傳遞的能量也不是連續的。
PWM控制的工作方式主要包括以下兩種：
恒頻調寬法：這種方法保持PWM信號的頻率不變，通過改變占空比來調節輸出電壓或電流的大小。這種方式簡單易行，適用于對輸出電壓或電流進行連續調節的場合。
調頻調寬法：這種方法同時改變PWM信號的頻率和占空比，以實現更精確的控制。在需要快速響應和精確調節的場合，調頻調寬法具有更好的性能。
PWM控制的應用領域
PWM控制技術在許多領域都有廣泛的應用，包括：
電機控制：PWM控制技術可以用于電機的速度控制、位置控制以及力矩控制等。通過對電機驅動電路進行PWM控制，可以實現對電機的精確控制，提高電機的運行效率和性能。
電源變換器：PWM控制技術可以用于電源變換器的設計中，實現對輸出電壓和電流的精確控制。這種技術廣泛應用于各種電源設備中，如UPS電源、開關電源等。
照明控制：在LED照明系統中，PWM控制技術可以用于調節LED的亮度。通過改變PWM信號的占空比，可以實現對LED亮度的連續調節，滿足不同場合的照明需求。
音頻處理：在音頻放大器中，PWM控制技術可以用于提高音頻信號的保真度和動態范圍。通過對音頻信號進行PWM調制和解調處理，可以消除音頻信號中的噪聲和失真，提高音質。
四、PWM控制的主要優勢
PWM控制技術具有以下優勢：
精確控制：PWM控制技術可以通過改變占空比實現對輸出電壓或電流的精確控制，具有高度的靈活性和準確性。
高效節能：PWM控制技術可以實現高效能量轉換，減少能量損耗和浪費。在電機控制、電源變換器等領域中，PWM控制技術可以顯著提高系統的運行效率和節能性能。
抗干擾性強：PWM控制技術采用數字信號進行控制，具有較強的抗干擾能力。在噪聲干擾較大的環境中，PWM控制技術可以保持穩定的性能表現。
易于實現：PWM控制技術可以通過微控制器等數字設備實現，具有易于實現和靈活配置的優點。這使得PWM控制技術在各種電子系統中得到了廣泛應用。
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