使用PWM得到精密的输出电压
PWM控制电路原理
PWM控制电路原理
PWM（Pulse Width Modulation）控制电路是一种通过改变矩
形波脉宽来控制电压或电流输出的技术。
它通过在一个周期内改变矩形波的高电平时间（即脉宽），从而改变电路输出的平均值。
PWM控制电路的原理基于以下几个要点：
1. 时钟信号：PWM控制电路需要一个时钟信号作为基准。
这
个时钟信号的频率决定了矩形波的周期。
2. 设定值（Set Point）：PWM控制电路的输入是一个设定值，即所期望的输出值。
例如，如果控制电路是用来控制电机的转速，设定值就是所期望的转速。
3. 反馈信号：PWM控制电路通过一个反馈信号来获取实际的
输出值。
例如，对于电机转速控制电路，可以使用一个速度传感器来获取实际转速。
4. 比较器：PWM控制电路会将设定值和反馈信号进行比较，
得到一个误差值。
比较器通常会产生一个高电平或低电平的输出，表示误差的方向。
5. 控制器：PWM控制电路的核心是一个控制器，它根据比较
器的输出来调整矩形波的脉宽。
控制器可以采用不同的算法，例如比例控制、积分控制和微分控制等。
6. 动作执行器：PWM控制电路的最终目的是通过改变输出的平均值来控制某个设备或系统。
动作执行器可以是一个开关，也可以是一个控制电压或电流的电路。
根据控制器的算法不同，PWM控制电路可以实现不同的控制效果，例如稳定输出、精确调节和快速响应等。
它在各个领域都有应用，包括电机控制、照明调光、数码电子和通信等。
直流电动机的PWM调压调速原理
直流电动机的PWM调压调速原理
直流电动机的PWM调压调速是指通过调节脉宽调制（PWM）信号的占空比，控制直流电动机的电压和转速。
其原理是利用数字信号的高低电平与时间的对应关系，通过高电平和低电平的时间比例来控制脉冲信号的平均值，从而实现对电动机的调压和调速。
具体来说，PWM调压调速主要包括以下几个步骤：
1.信号发生器：使用微控制器或其他信号发生器产生一个固定频率的方波信号，通常频率为几千赫兹到几十千赫兹。
这个信号称为PWM基准信号。
2.调制器：通过控制占空比，将PWM基准信号转换为调制后的PWM信号。
占空比是指高电平持续的时间与一个周期的比值。
例如，占空比为50%的PWM信号表示高电平和低电平持续时间相等。
调制器可以是硬件电路或者软件控制的。
3.电压调节：将调制后的PWM信号经过滤波器平滑输出，形成电压调节信号。
滤波器通常使用低通滤波器，将PWM信号的高频成分滤除，得到平均电压。
4.转速控制：通过调节占空比，改变PWM信号的高电平时间，从而改变直流电动机的平均电压。
占空比越大，输出电压就越高；占空比越小，输出电压就越低。
5.转速反馈：为了实现闭环控制，通常需要通过传感器获取直流电动机的转速，并将转速信息反馈给调速控制器。
调速控制器会根据反馈信号与设定的转速进行比较，调节占空比控制电动机的转速。
总结起来，PWM调压调速原理就是通过调节PWM信号的占空比控制直流电动机的电压和转速。
通过改变占空比，可以改变PWM信号的高电平时间，从而改变电动机的平均电压和转速。
同时，结合转速反馈，可以实现封闭环控制，使电动机的转速能够与设定值保持一致。
基于PWM的精密数控电源设计
基于PWM的精密数控电源设计发表时间：2018-11-02T17:19:29.560Z 来源：《知识-力量》2018年12月上作者：刘景文[导读] 设计以FPGA为控制核心的精密数控电源,通过硬件设计和参数计算，设计基于Verilog HDL相关程序，完成基于PWM的精密数控电源设计，通过调节PWM占空比实现输出电压的精密调节,调节精度达0.011V，具有一定的实用价值。
关键词：（天津滨海职业学院，天津塘沽 300451）摘要：设计以FPGA为控制核心的精密数控电源,通过硬件设计和参数计算，设计基于Verilog HDL相关程序，完成基于PWM的精密数控电源设计，通过调节PWM占空比实现输出电压的精密调节,调节精度达0.011V，具有一定的实用价值。
关键词：PWM；鼠标滚轮编码器；二阶RC滤波器一、引言做为电子领域常用的设备，直流稳压电源在教学、科研等领域广泛应用。
传统的多功能直流稳压电源功能简单、精度低且体积大、复杂度高。
精密数控电源精度高、输出电压调节方便已经替代传统电源，在教学、科研等领域广泛使用。
精密数控电源广泛以单片机为控制核心，通过控制D/A电路、经集成运放转换为数控电压，最后由三极管放大、RC网络滤波，最终得到稳定数控电压。
为单片机核心的精密数控电源，电路功能模块化，设计简单，结构紧凑，价格适中，性能卓越。
本文提出基于PWM的精密数控电源，以FPGA/CPLD为控制核心，通过控制PWM占空比，信号经RC滤波器滤波，转换为稳定数控电压，最后由三极管进行电流放大得到稳定数控电压。
本设计结构非常简单，价格便宜，调节精度高。
二、系统硬件设计与参数计算基于PWM的精密数控电源系统的硬件由输出电压调节、二阶RC滤波器、三极管电流放大、A/D电压采集、数码显示五部分组成。
采用altera公司的EPF10K10LC84为控制核心，使用40MHZ时钟频率，VCCIO电压取5V。
（一）、输出电压调节部分设计与参数选择输出电压调节部分采用鼠标滚轮编码器，鼠标滚轮编码器本质是两个开关，在旋转的过程中，两个开关依次闭合，编码器产生A、B两路脉冲。
使用PWM得到精密的输出电压
端 掷 向 常 闭端 （ ） Ｔ ４ 的 调 整 脚 与正 电 压 脚 ＮＣ ， Ｌ ３ １ 相 连 ， 输 出 电压 值 为 ２５ ｖ 。 当 Ｐ Ｍ 脉 冲 为 低 电平 ． Ｗ
纷 纷 推 出 了 新 型 的 高 速 单 片 机 。它 们 的 指 令 执 行 周 期 仅 是 原 来 的 １ ３ ，十 几 ， 并 在 单 片 机 中 集 成 了 ， ～ｌ Ｅ Ｐ ＯＭ 、 Ｄ ＥＲ Ｗ Ｔ、Ａ Ｄ 转 换 器 和 Ｄ／ 转 换 器 ， 大 大 Ｉ Ａ 地 提 高 了 单 片 机 的 性 能 ， 方 便 了 用 户 。然 而 ， 许 多 单 片 机 中 的 Ｄ／ 转 换 器 的 输 出 都 采 用 了 脉 宽 调 制 Ａ （ Ｗ Ｍ ） 的 形 式 。Ｐ Ｍ 十 分 适 用 于 开 关 电 源 、 可 Ｐ Ｗ 控 硅 等 器 件 的控 制 ， 也 可 使 用 于 Ｌ ＣＤ 亮 度 控 制 、音
（ 逻辑０ ）时 ，Ｕ１ Ｃ Ｍ端掷向常开端 （ Ｏ） Ｌ ３ 的 Ｏ Ｎ ，Ｔ ４ １
的 输 出 电压 经 过 Ｒ ２、Ｒ３ 分 压 后 送 到 调 整 脚 ， 此 时
输 出电压值等于【Ｒ ＋ ３ Ｒ 】 ２５Ｖ。本例中输 出 （ ２ Ｒ ）Ｉ３ × ． 电压 等于 ８ ｖ 。这样 ， 当 Ｕ１ Ｉ 脚 输入 Ｐ 的 Ｎ ＷＭ 信
± ６５ Ｖ 的 Ｐ Ｍ 脉 冲 输 出 。 ． Ｗ
然 而 ， 只需 使用 ２片廉价 的集成 电路 就 可 以把
幅度 不恒定 的 Ｐ Ｍ 输 出转换成 精密 的 Ｐ Ｍ 输 出 Ｗ Ｗ
电压 。
１ 电路 原 理
使 用 三 端 精 密 基 准 电 源 和 模 拟 开 关 得 到 电 压 精 密的 Ｐ ＷＭ 脉 冲 的 电路 原 理 如 图 １ 示 。Ｄ１ Ｔ ４ １ 所 为 Ｌ ３
pwm整流原理
pwm整流原理PWM（脉宽调制）整流原理脉宽调制（PWM）是一种常用的电子控制技术，它通过改变电信号的脉冲宽度来实现电能的调节和控制。
PWM整流技术在电力电子领域有着广泛的应用，特别是在直流电源、变频器、逆变器等电力电子设备中。
PWM整流原理是将交流电信号转换为直流电信号的一种方法。
其基本原理是利用开关管（如晶闸管或功率MOS管）控制电流的导通和截止，通过改变开关管的导通时间比例，来控制输出电压和电流的大小。
PWM整流技术的优点之一是能够实现高效的能量转换。
由于开关管在导通状态下具有较低的电压降，因此能够减少能量的损耗。
而且，通过改变开关管的导通时间比例，可以实现对输出电压和电流的精确控制，提高系统的稳定性和精度。
PWM整流技术的另一个优点是能够实现电能的变换和传递。
在PWM整流系统中，输入的交流电经过整流和滤波处理后，被转换为稳定的直流电。
这种直流电可以进一步用于驱动各种电力电子设备，实现电能的变换和传递。
在PWM整流系统中，脉宽调制信号的频率和占空比是两个重要的参数。
频率决定了开关管的开关速度，而占空比则决定了开关管导通和截止的时间比例。
通过合理选择这两个参数，可以实现输出电压和电流的精确控制。
在实际应用中，PWM整流技术通常需要配合控制器或微处理器来实现。
控制器通过对输入信号进行采样和处理，得到脉宽调制信号的频率和占空比，并控制开关管的导通和截止。
这样，就可以实现对输出电压和电流的精确控制。
需要注意的是，PWM整流技术在实际应用中还存在一些问题和挑战。
例如，开关管的导通和截止会产生较大的电压和电流冲击，需要合理设计电路和采取保护措施。
此外，PWM整流系统的稳定性和可靠性也需要进行充分的测试和验证。
PWM整流技术是一种实现电能调节和控制的重要方法。
通过改变开关管的导通和截止时间比例，可以实现对输出电压和电流的精确控制。
同时，PWM整流技术还具有高效能量转换和电能变换传递的优点。
然而，在实际应用中需要充分考虑电路设计和保护措施，以确保系统的稳定性和可靠性。
使用PWM得到精密的输出电压
使用PWM得到精密的输出电压作者：江南大学 朱 立近年来，许多单片机生产厂家，如Atmel、Analog Divices、Intel、Philips、Dallas、Maxim等等，纷纷推出了新型的高速单片机。
它们的指令执行周期仅是原来的1/3~1/十几，并在单片机中集成了EEPROM、WDT、A/D转换器和D/A转换器，大大地提高了单片机的性能，方便了用户。
然而，许多单片机中的D/A转换器的输出都采用了脉宽调制（PWM）的形式。
PWM十分适用于开关电源、可控硅等器件的控制，也可使用于LCD 亮度控制、音频输出等不需要输出精确电压的场合。
由于PWM没有基准电压，它的输出脉冲的幅度不是很恒定，这就限制了PWM的使用范围。
在要求输出精密控制电压的场合，如精密可调电压源、电机变频器等等，就无法使用PWM。
然而，只需使用2片廉价的集成电路就可以把幅度不恒定的PWM输出转换成精密的PWM输出电压。
1 电路原理使用三端精密基准电源和模拟开关得到电压精密的PWM脉冲的电路原理如图1所示。
D1为TL431三端基准电压集成电路，U1采用单刀双掷的模拟开关MAX4544；电阻R1、R2、R3根据具体的需要而定。
当然，也可以采用其它型号的集成电路。
当PWM脉冲为高电平（逻辑1）时，U1的COM端掷向常闭端（NC），TL431的调整脚与正电压脚相连，输出电压值为2.5 V。
当PWM脉冲为低电平（逻辑0）时，U1的COM端掷向常开端（NO），TL431的输出电压经过R2、R3 分压后送到调整脚，此时输出电压值等于[（R2+R3）/R3]×2.5 V。
本例中输出电压等于8 V。
这样，当U1的IN 脚输入PWM信号时，电路相应地输出高电平为8 V，低电平为 2.5 V的PWM脉冲，其振幅为8 V - 2.5 V = 5.5 V 。
如果需要输出低电平为零的PWM信号，则再加上1个差分放大器就可解决。
在对于精密度的要求不是很高的场合，可以采用更简单的方法。
pwm工作原理
pwm工作原理PWM工作原理。
PWM（Pulse Width Modulation）是一种常用的调制技术，它通过改变脉冲信号的宽度来实现对电路的控制。
在很多电子设备中，PWM被广泛应用于电机驱动、LED调光、电子变压器等领域。
本文将详细介绍PWM的工作原理及其在电路控制中的应用。
首先，我们来了解一下PWM的基本原理。
PWM信号由一个固定频率的周期性脉冲信号和一个可变占空比的脉冲宽度组成。
在一个周期内，脉冲信号的宽度不断变化，通过控制脉冲信号的高电平时间和低电平时间的比例，可以实现对电路的精确控制。
PWM信号的工作原理可以用一个简单的例子来解释，假设我们需要控制一个LED的亮度，我们可以通过改变PWM信号的占空比来实现。
当PWM信号的占空比较大时，LED会以较高的亮度发光；当PWM信号的占空比较小时，LED的亮度会减小。
这种通过改变脉冲信号宽度来控制电路的方法，就是PWM的基本工作原理。
在实际应用中，PWM信号的频率和占空比都是非常重要的参数。
频率决定了脉冲信号的周期，而占空比则决定了脉冲信号高电平时间与低电平时间的比例。
通过调节这两个参数，可以实现对电路的精确控制，从而满足不同的应用需求。
除了LED调光外，PWM还被广泛应用于电机控制中。
通过改变电机驱动器输入的PWM信号的占空比，可以实现对电机转速的精确控制。
这种控制方式不仅效率高，而且可以减小电机的能耗，提高系统的稳定性和响应速度。
此外，PWM还可以用于电子变压器的控制。
通过改变PWM信号的占空比，可以实现对电子变压器输出电压的精确调节。
这种控制方式在工业控制系统中得到了广泛应用，可以实现对电力系统的高效稳定控制。
总结一下，PWM是一种通过改变脉冲信号宽度来实现对电路的精确控制的调制技术。
它的工作原理简单而有效，被广泛应用于LED调光、电机控制、电子变压器等领域。
通过调节PWM信号的频率和占空比，可以实现对电路的精确控制，满足不同应用的需求。
pwm控制 恒流输出 算法
pwm控制恒流输出算法标题：PWM控制恒流输出算法引言：PWM（脉宽调制）是一种常用的电子控制技术，通过调节信号的高电平时间来控制输出电压或电流的大小。
恒流输出是一种在电子设备中常用的控制方式，能够保持输出电流的稳定性。
本文将介绍如何使用PWM控制实现恒流输出的算法。
一、PWM控制原理脉宽调制（PWM）是一种通过改变信号的占空比来实现电流或电压控制的技术。
在PWM控制中，周期性的方波信号的高电平时间（脉宽）和周期时间（周期）之间的比值被称为占空比。
通过调节占空比，可以控制输出电流的大小。
二、恒流输出原理恒流输出是一种通过控制电路中的电流来实现稳定输出的方式。
在恒流输出中，控制电路会根据负载的需求动态调节输出电流，使其保持恒定。
一般使用反馈控制的方法，通过感知输出电流，并与设定的目标值进行比较，从而调整PWM的占空比，以实现恒定的输出电流。
三、PWM控制恒流输出算法1. 初始化参数：设置目标恒流值、采样周期和PWM周期。
2. 读取反馈电流值。
3. 计算误差：将目标恒流值与反馈电流值之差作为误差。
4. 根据误差值调整PWM占空比：根据误差值的大小和方向，调整PWM的占空比，以逼近目标恒流值。
5. 等待下一个采样周期。
6. 重复步骤2至5，直到达到稳定的恒流输出。
四、PWM控制恒流输出算法的优势1. 稳定性：通过不断调整PWM占空比，恒流输出算法可以实现稳定的输出电流，适用于对电流稳定性要求较高的应用场景。
2. 灵活性：PWM控制恒流输出算法可以根据负载的需求动态调整输出电流，适用于不同负载的情况。
3. 精度：通过精确的反馈控制和PWM调节，可以实现较高的恒流输出精度。
五、应用场景1. LED照明：PWM控制恒流输出算法可以用于LED照明控制，实现稳定的亮度调节。
2. 电动机驱动：PWM控制恒流输出算法可以用于电动机驱动，实现恒定的电流输出，提高驱动效率和稳定性。
3. 电池充放电控制：PWM控制恒流输出算法可以用于电池的充放电控制，实现恒定的充电或放电电流，保护电池和延长使用寿命。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
使用PWM得到精密的输出电压
作者：江南大学 朱 立
近年来，许多单片机生产厂家，如Atmel、Analog Divices、Intel、Philips、Dallas、Maxim等等，纷纷推出了新型的高速单片机。
它们的指令执行周期仅是原来的1/3~1/十几，并在单片机中集成了EEPROM、WDT、A/D转换器和D/A转换器，大大地提高了单片机的性能，方便了用户。
然而，许多单片机中的D/A转换器的输出都采用了脉宽调制（PWM）的形式。
PWM十分适用于开关电源、可控硅等器件的控制，也可使用于LCD 亮度控制、音频输出等不需要输出精确电压的场合。
由于PWM没有基准电压，它的输出脉冲的幅度不是很恒定，这就限制了PWM的使用范围。
在要求输出精密控制电压的场合，如精密可调电压源、电机变频器等等，就无法使用PWM。
然而，只需使用2片廉价的集成电路就可以把幅度不恒定的PWM输出转换成精密的PWM输出电压。
1 电路原理
使用三端精密基准电源和模拟开关得到电压精密的PWM脉冲的电路原理如图1所示。
D1为TL431三端基准电压集成电路，U1采用单刀双掷的模拟开关MAX4544；电阻R1、R2、R3根据具体的需要而定。
当然，也可以采用其它型号的集成电路。
当PWM脉冲为
高电平（逻辑1）时，
U1的COM端掷向常
闭端（NC），TL431
的调整脚与正电压
脚相连，输出电压值
为2.5 V。
当PWM脉
冲为低电平（逻辑0）
时，U1的COM端掷
向常开端（NO），
TL431的输出电压经
过R2、R3 分压后送
到调整脚，此时输出
电压值等于
[（R2+R3）/R3]×2.5 V。
本例中输出电压等于8 V。
这样，当U1的IN 脚输入PWM信号时，电路相应地输出高电平为8 V，低电平为 2.5 V的PWM脉冲，其振幅为8 V - 2.5 V = 5.5 V 。
如果需要输出低电平为零的PWM信号，则再加上1个差分放大器就可解决。
在对于精密度的要求不是很高的场合，可以采用更简单的方法。
图2为使用精密稳压二极管对PWM脉冲进行稳压限幅的电路图。
在图2中，PWM信号经过高速运算放大器U1放大成为±12 V的输出电压，在经过R1的限流和D1的稳压后，得到±6.5 V 的PWM脉冲输出。
2 误差分析
图1中，只要基准电源选取恰当，基准电源本身的误差完全可以忽略。
除此之外，误差的来源主要有以下几个方面：
（1）模拟开关的导通电阻引起的误差
模拟开关导通时有一定的导通电阻。
TL431调整脚输入电流通过模拟开关时就会形成电压降，产生误差。
MAX4544的导通电阻为35 Ω，而TL431的调整脚输入电流则在4 μA以下。
由此而导致基准电压的误差小于140 μV，为2.5 V的 0.000 056，相当于二进制14位的精度。
（2）开关延迟时间引入的误差
开关延迟时间将会引起脉冲占空比的变化，从而导致PWM输出脉冲产生误差。
MAX4544的导通时间为30 ns，关断时间为25 ns。
计算可知，当PWM频率为10 kHz 时，由此产生的误差最大为0.0003，相当于12位的精度。
如果PWM的频率选得较低，则开关延迟时间的影响相应减小。
例如选取1 kHz时，引入误差为0.000 03，相当于15位的精度。
上述两项中真正影响输出电源精度的是这些参数随温度和时间的漂移。
由于这两项参数本身的绝对值非常小，可以推知它们的漂移更小。
从以上的分析可知，由于附加电路引入的误差完全能够满足PWM的精度需求。
图2电路中，引起误差的原因主要有3个方面：
（1）稳压二极管的动态电阻引入的误差
稳压二极管的动态电阻比较大，一般在几十Ω左右（工作电流5~10 mA时）；而运算放大器的驱动能力比较小，只能使稳压二极管工作在较小的工作电流下。
另外，稳压二极管小电流工作时的动态电阻更大，更容易引起电压变化。
（2）稳压二极管温度漂移引入的误差
2DW7（2DW230~236）内部结构可以认为是2个稳压二极管对接串联而成的。
其中一个二极管的正向电压降（具有负温度系数）对另一个稳压二极管的温度漂移（具有正温度系数）进行补偿，得到很低的温度系数。
然而，当2DW7反向应用时，其温度漂移就不能得到恰当的补偿，从而导致负脉冲部分的温度系数较高。
（3）运算放大器引入的误差
运算放大器的输入失调电压的漂移可直接导致脉冲振幅的误差；而转换速率（SR）过低，将导致脉冲方波波形的失真，继而引起电压的误差。
失调电压温度漂移低并且转换速率高的运算放大器的价格将会很高。
但是，对于8~10位的PWM而言，该电路已经能够满足要求。
对于要求更低的场合，可以用2个廉价的稳压二极管对接来代替2DW7。
3 应用实例
利用单片机的PWM输出，在图1的基础上增加RC滤波电路和1级运算放大器，得到0~10 V直流输出电压，作为变频器的控制信号，取得了良好的效果。
图3所示为使用PWM输出控制变频器的实例。