PWM功率放大电路
(完整word版)pwm开关型功率放大器
电力电子技术课程设计报告题目PWM开关型功率放大器的设计专业电气工程及其自动化班级电气学号学生姓名指导教师2008 年春季学期一、总体设计1．主电路的选型（方案设计）经过对设计任务要求的总体分析，明确应该使用电力电子组合变流中的间接交流变流的思想进行设计，因为任务要求频率是可变的，故选择交直交变频电路（即VVVF电源）。
交直交变频电路有两种电路：电压型和电流型。
在逆变电路中均选用双极性调制方式。
方案一：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相桥式全控整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：方案二：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相全桥整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：方案三：采用电压型间接交流变流电路。
其中整流部分采用单相桥式PWM 整流电路，逆变部分采用单相桥式PWM逆变电路，滤波部分为LC滤波，负载为阻感性。
电路原理图如下所示：分析：方案一中整流电路与逆变电路都采用全控型可以通过控制a角的大小来控制Ud的大小。
方案二中的整流电路是单相全桥整流电路，属于不可控型。
Ud大小不可变。
方案三采用双PWM电路。
整流电路和逆变电路的构成可以完全相同，交流电源通过交流电抗器和整流电路联接，通过对整流电路进行PWM控制，可以使输入电流为正弦波并且与电源电压同相位，因而输入功率因数为1，并且中间直流电路的电压可以调整。
但由于控制较复杂，成本也较高，实际应用还不多，故此处没有选用。
经过分析我选用了方案一。
其中控制部分采用双极性PWM波控制触发，从而控制负载电流和电压。
由于逆变部分采用电压型逆变电路，所以当选用电阻性负载时其电流大致呈正弦波，电压呈矩形波。
2. 总体实现框架二、主要参数及电路设计1. 主电路参数设计 由已知条件可得负载端的电流A i U P 5100500===, 电阻205100===i U R Ω。
PWM功率放大电路
P W M功率放大电路集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#PWM功率放大电路——卢浩天LC梦创电子制作工作室一、PWM功率放大原理PWM功放电路有单极性和双极性之分。
双极性指在一个PWM周期内，电机电枢电压正、负极性改变一次；单极性指PWM功放管工作时，有一个PWM信号端和一个方向控制端，在电机正转或反转时，仅有对应的一对功放管通电，而另一对功放管截止。
因此，电机电枢在正转或反转时，正、负极性是固定的，即是单极性的。
若忽略晶体管的管压降，可以认为PWM功率放大管的输出电平等于电源电压，即|U|=C U。
图1描绘了电枢的电压波形和电流波形。
在图AB中，T为PWM脉冲周期，T为正脉冲宽度，h T为负脉冲宽度。
电枢两端P的电流是一个脉动的连续电流，从图可看出，电枢两端的电流是一个脉动的连续电流，加快PWM的切换频率，电流的脉动就变小，结果近似于直流信号的效果，使电机均匀旋转。
同时，如果改变PWM的脉冲的宽度，电枢中的平均电流也将变化，电机的转速便将随之改变，这就是PWM调速的原理。
在图中，PWM脉冲频率决定了电枢电流的连续性，从而也决定了电机运行的平稳性。
如果脉冲频率切换频率选择不当，电机的低速性能有可能不理想，容易烧坏晶体管，而且由于电流不连续，电机有可能产生剧烈震荡，甚至出现啸叫现象，这些都是不允许的。
因此，在设计PWM功率放大器时，要慎重选择切换频率。
为了克服静摩擦，改善运行特性，切换频率应能使电机轴产生微振，即：式中，T K 为转矩系数，Φ=M T C K （M C 为电机电磁常数、Φ为励磁磁通），C U 为功放电源，A L 为电枢电感，S T 为电机静摩擦力矩。
另外，选择切换频率具体还应考虑以下几个方面：（1）微振的最大角位移应小于允许的位置误差。
在伺服系统中，假设要求位置误差小于δ，则要求切换频率满足下式：式中，J 为电机及负载的转动惯量。
（2）应尽量减小电机内产生的高频功耗。
说明PWM控制的基本原理
说明PWM控制的基本原理PWM（Pulse Width Modulation）是一种常见的控制技术，它通过改变信号的脉冲宽度来实现对电路的控制。
在电子设备中，PWM控制被广泛应用于调节电机速度、控制LED亮度、调节电源输出等方面。
本文将从PWM控制的基本原理、工作原理和应用进行详细介绍。
PWM控制的基本原理。
PWM控制的基本原理是通过改变信号的脉冲宽度来控制输出电压或电流的大小。
在PWM控制中，信号的周期是固定的，但脉冲的宽度可以根据需要进行调节。
通常情况下，脉冲宽度越宽，输出电压或电流就越大；脉冲宽度越窄，输出电压或电流就越小。
通过不断改变脉冲宽度，可以实现对电路的精确控制。
PWM控制的工作原理。
PWM控制的工作原理是通过不断地调节脉冲宽度来控制电路的输出。
当需要控制电路输出时，控制器会根据输入信号的大小和方向来生成相应的PWM信号。
PWM信号经过功率放大器放大后，就可以驱动电路输出。
通过改变PWM信号的脉冲宽度，可以实现对电路输出的精确控制。
PWM控制的应用。
PWM控制在各种电子设备中都有广泛的应用。
在电机控制中，PWM信号可以控制电机的转速和方向；在LED调光中，PWM信号可以控制LED的亮度；在电源调节中，PWM信号可以控制电源输出的稳定性。
除此之外，PWM控制还被应用于无线通信、数字电路、电源管理等领域。
总结。
通过本文的介绍，我们了解了PWM控制的基本原理、工作原理和应用。
PWM 控制通过改变信号的脉冲宽度来实现对电路的精确控制，在电子设备中有着广泛的应用。
希望本文能够帮助读者更好地理解PWM控制，并在实际应用中发挥作用。
PWM功率放大电路
PWM功率放大电路本系统采用双极性脉宽调制功率放大器,如图2-7所示。
其中VT1、VT2 为作开关用的大功率晶体管,工作在截止和饱和状态。
当电动机正转工作时, VT1 工作,VT2 不工作;反之当电动机反转工作时, VT2 工作而VT1 不工作。
VD1、VD2 为续流二极管,主要起到保护作用,避免VT1、VT2 被反向击穿。
U4 和U6 为光电耦合器,主要起隔离和抗干扰作用。
调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。
我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。
方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。
方案二：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有一定的误差。
但是基于不占用定时器资源，且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围，故采用方案二。
图2-7 PWM驱动电路原理图直流电动机的PWM调压调速原理对于直流电机而言，其转速表达式为：n=U-IR/Kφ式中 U—电枢端电压；I—电枢电流；R—电枢电路总电阻；φ—每级磁通量；K—电机结构参数（1）电机结构参数由(1)式可得，直流电动机的调速方法可以分为电枢回路串电阻的调速方法、调节励磁磁通的励磁控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法在上述三种方法中。
目前广泛应用的是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值f占空比1来控制电机的转速。
这种方法称为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)即PWM控制。
电动机电枢得到的电压波形如图1所示．电压平均值描述为Uav=t1/（t1+t2） Us=t1Us/T=αUs式中 t1—通电时间；T —周期；α—占空比，α= t1/T（2）由(2)式可知，当电源电压不变的情况下，电枢端电压Uav取决于占空比的大小．改变就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的。
pwm的工作原理
pwm的工作原理
PWM（脉宽调制）是一种常用的电子控制技术，它通过控制信号的脉冲宽度来变化输出信号的平均功率。
PWM主要适用于需要精确控制电压、电流或者频率的应用。
其工作原理可以简单描述如下：
1. 信号发生器：PWM的工作原理首先需要一个信号发生器来产生一定频率的方波信号。
这个信号发生器可以是一个晶体振荡器或者其他的任意信号源。
2. 采样：信号发生器产生的方波信号需要经过一个采样电路来进行采样。
采样电路可以是一个比较器，它将方波信号与一个可调的参考电压进行比较。
3. 脉宽控制：比较器的输出信号将进一步通过一个脉宽控制电路进行处理。
脉宽控制电路通常是一个可调的计数器或者定时器。
它根据输入信号的脉冲宽度来控制计数器或者定时器的工作时间。
4. 输出：最后，脉宽控制电路的输出信号将被送入一个功率放大器，用来驱动需要控制的载体。
功率放大器的输出信号即为PWM的最终输出信号。
PWM的工作原理可以通过改变方波信号的脉冲宽度来控制输出信号的平均功率。
通常情况下，脉冲宽度与占空比成正比。
当脉冲宽度增大时，占空比也就增大，输出信号的平均功率也相应增大。
相反，当脉冲宽度减小时，占空比减小，输出信号
的平均功率也减小。
总的来说，PWM的工作原理是通过改变方波信号的脉冲宽度
来控制输出信号的平均功率。
这种控制方法的优点是节省能量、减小功率损耗，并且能够精确控制信号的特性。
在很多电子设备中，PWM被广泛应用于电机控制、光电调光、音频放大以
及电源管理等领域。
pwm原理图
pwm原理图PWM原理图。
PWM（Pulse Width Modulation）是一种通过调节脉冲信号的占空比来实现模拟信号的一种调制技术。
在电子电路中，PWM技术被广泛应用于电源控制、电机驱动、LED调光等领域。
本文将介绍PWM 的原理图及其应用。
首先，我们来看PWM的原理图。
PWM信号由一个固定频率的周期性方波和一个可变占空比的调制信号组成。
在原理图中，周期性方波的周期称为PWM周期，而调制信号的占空比决定了输出信号的幅值。
通过不断改变调制信号的占空比，可以实现对输出信号的精确控制。
在PWM原理图中，通常会有一个比较器和一个计数器。
比较器用于比较调制信号和周期性方波，根据比较结果输出高电平或低电平的PWM信号。
计数器用于生成周期性方波，并且可以根据需要调节PWM周期。
通过比较器和计数器的配合，可以实现对PWM信号的精确调制。
除了基本的PWM原理图外，PWM技术还有一些衍生的应用。
比如，死区时间控制技术可以在PWM信号的切换过程中增加一个短暂的延迟时间，从而避免功率器件同时导通而产生瞬时短路。
另外，多路PWM技术可以实现多个PWM信号的同步控制，适用于多相电源控制和多电机驱动等场景。
在实际应用中，PWM技术可以实现对电源输出电压、电机转速、LED亮度等参数的精确控制。
例如，在电源控制中，通过调节PWM信号的占空比，可以实现对输出电压的调节；在电机驱动中，通过控制PWM信号的频率和占空比，可以实现对电机转速的精确控制；在LED调光中，通过改变PWM信号的占空比，可以实现对LED亮度的调节。
总的来说，PWM技术是一种非常重要的调制技术，它在电子电路中有着广泛的应用。
通过PWM原理图的介绍，我们可以更好地理解PWM技术的工作原理和应用场景。
希望本文对您有所帮助，谢谢阅读！。
PWM_工作原理分析
PWM_工作原理分析PWM（Pulse Width Modulation）是一种电子技术，通过调节脉冲信号的占空比来控制电器设备的输出功率。
PWM的工作原理可以分为三个主要的步骤：输入信号的采样、脉冲信号的生成和输出信号的滤波。
首先，PWM的工作原理需要从输入信号的采样开始。
输入信号可以是任何变化的电压或电流信号，通常是模拟信号。
这个电压或电流信号经过模数转换器（ADC）进行采样，将连续变化的模拟信号转换成数字信号。
采样率将决定PWM输出的精度，采样率越高，输出信号越精确。
接下来，生成脉冲信号。
这个步骤主要由比较器和计数器组成。
比较器将输入信号与一个可调节的基准信号进行比较，根据两个信号的大小关系输出一个高或低电平。
计数器根据比较器输出的电平变化来决定计数的增减。
通过不断地增加计数值，当计数值大于等于设定值时，比较器输出高电平，否则输出低电平。
脉冲信号的频率由计数器的计数速度决定，计数速度越快，脉冲信号的频率越高。
脉冲信号的占空比由计数值与设定值之间的比例关系决定，当计数值小于设定值时，比较器输出低电平，计数值大于等于设定值时，比较器输出高电平。
占空比越高，输出信号的功率越大。
最后，将脉冲信号进行滤波输出。
由于脉冲信号的频率很高，需要通过滤波电路将其转换成模拟信号输出。
滤波电路一般使用低通滤波器，它能删除高频成分，使得输出信号更加平滑。
最后的输出信号可以通过放大器来放大，以控制电器设备的输出功率。
尽管PWM的工作原理看起来很复杂，但实际上可以通过微控制器或专用的PWM芯片来实现。
这些芯片具有内置的比较器和计数器，同时也提供其他功能如频率调节和占空比调节。
可以通过编程或连接外部电阻、电容等元件来调整PWM输出的参数。
PWM具有多种优点，如高效性、精确性和可调控性。
通过调整脉冲信号的占空比，可以灵活地控制电器设备的输出功率，适应不同的应用需求。
同时，PWM可以在数字电路和模拟电路之间进行灵活的转换，使得它在诸如电机控制、电源调节等领域有着广泛的应用。
脉宽调制型(PWM)功率放大器
• 负载是直流电动机时，PWM功放输出 电压 U D u U U ρ = u K u o= a v= D i= i U i m
• 负载是直流电动机时，PWM功率放大器 等效为比例环节。
思考题 • 若PWM功率放大器的负载是纯电阻， 输出量是电功率或电阻产生的热量， 它还能起到调节和放大器的作用吗？ 为什么？
d i U EU E D D a i () t= ( I ) e u = R i+ L + EU =D a 0 A B aa a R R d t a a
U -E ia(t) : I0 D场能增加。
电 动 机 状 态 ： 0 << t t 1
TT 、 截 止 ，减 i ( t )小 。 2）t1< t <T 1 4 a ia : AB • 只有D2和D3正常导通。
R - at L a
• 电源吸收电能， 电流减小，磁场能减小。
3 说明 (1) 0<t<t1 (T< t <T+ t1)，T1、T4 正 向基极偏压，但UCE=-0.7V ，故不导通。 (2) 若无D1、D4 ， T2、T3 截止时将被击穿。
0 ,( it , I 0 , U E 。 3.轻载状态 T e m a)0 a v a v • 电流有正有负，上述两个状态中的四种 情况，在一个周期内 交替出现。
• 开关式功放的晶体管主要工作在 饱和与截止状态，晶体管起开关作用。 • 开关式功放以断续供电代替连续供电。 一般说，电机连续运转，需要连续供电。 • 用断续供应的方式，能满足对电能的 连续性的需要? • 实际当中，用断续供应的方式， 来满足对物质和能量的连续性的需要， 司空见惯。…
• 用断续供应的方式，代替连续供应， • 关 键 ： 要有储存的仓库。 • 断续供电方式满足对电能的连续要求， 关健是要有贮存能量的仓库。电机？ • 电机电感贮存磁场能，Li2/2 。 • 供电时利用电机电感贮存磁场能， • 断电时利用电机电感的磁场提供电流。 • 对电机，可以采用断续供电方式。
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PWM功率放大电路
——卢浩天
LC梦创电子制作工作室
一、PWM功率放大原理
PWM功放电路有单极性和双极性之分。
双极性指在一个PWM周期内，电机电枢电压正、负极性改变一次；单极性指PWM功放管工作时，有一个PWM信号端和一个方向控制端，在电机正转或反转时，仅有对应的一对功放管通电，而另一对功放管截止。
因此，电机电枢在正转或反转时，正、负极性是固定的，即是单极性的。
若忽略晶体管的管压降，可以认为PWM功率放大管的输出电平等于电源电压，即||=。
图1描绘了电枢的电压波形和电流波形。
在图中，为PWM UU T CAB脉冲周期，为正脉冲宽度，为负脉冲宽度。
电枢两端的电流是一个脉动的连TT hP续电流，从图可看出，电枢两端的电流是一个脉动的连续电流，加快PWM的切换频率，电流的脉动就变小，结果近似于直流信号的效果，使电机均匀旋转。
同时，如果改变PWM 的脉冲的宽度，电枢中的平均电流也将变化，电机的转速便将随之改变，这就是PWM调速的原理。
在图中，PWM脉冲频率决定了电枢电流的连续性，从而也决定了电机运行的平稳性。
如果脉冲频率切换频率选择不当，电机的低速性能有可能不理想，容易烧坏晶体管，而且由于电流不连续，电机有可能产生剧烈震荡，甚至出现啸叫现象，这些都是不允许的。
因此，在设
计PWM功率放大器时，要慎重选择切换频率。
为了克服静摩擦，改善运行特性，切换频率应能使电机轴产生微振，即：
式中，为转矩系数，（为电机电磁常数、为励磁磁通），U?KC?KC?CTMMT．为功放电源，为电枢电感，为电机静摩擦力矩。
TL SA另外，选择切换频率具体还应考虑以下几个方面：
（1）微振的最大角位移应小于允许的位置误差。
在伺服系统中，假设要求位置误差小于，则要求切换频率满足下式：?式中，为电机及负载的转动惯量。
J（2）应尽量减小电机内产生的高频功耗。
PWM 脉冲信号的谐波分量将引起电机内部的功耗，降低效率。
为此切换频率应足够高，使电机电枢感抗大大超过电枢内阻，即要求
式中，是电机电枢电阻。
R A（3）应当远远大于系统的固有频率，防止系统固有振荡。
实际设计时应综合考虑上述条件，在1000Hz至数万Hz的范围内选取PWM切换频率。
特别需要强调的是，由于伺服电机的电枢电感较小，如果频率不够高，交流分量过大，很容易烧毁功放管。
不过功放管的开关频率总有一个限度，对大功率功放管来说，开关频率越高，制造工艺难度越大，成本也越高。
因此，用户要根据自己的实际需要确定有关参数，使自己构建的功率放大器有较高的性能价格比。
二、标准的PWM功率放大器
图2举出了一个实际的标准双极性PWM功率放大器。
它是一个典型的H型功放，四个功放管分别采用NPN型达林顿管TIP122和PNP 型达林顿管TIP127。
PWM脉冲信号通过光电耦合器件4N35加到晶
体管的输入端。
4N35的作用是把控制电源与驱动电源隔离，以免驱动器电源不稳定影响整个控制系统；同时，4N35的输出端还提供功放管的基极驱动电流。
端为高电平时，功PWM2端变为低电平且PWM1系统的工作过程如下：当
放管Q2/Q3导通，Q1/Q4截止，电流从电机两侧的B点流向A点，此时电机正转；反之，反转。
二极管D1、D2、D3、D4是续流二极管，在晶体管切换时提供电流通路，并联在二极管两端的电阻和电容也起续流作用。
PWM1和PWM2是两路控制信号。
如果加上如图3所示的信号，则构成单极性功放电路。
PWM信号由8051单片机的定时器产生，由P1.0输出。
P1.1的高低电平代表电机的正反转。
四个功放管采用MOS管。
当电机要求正转时，单片机的P1.1输出高电平信号，该信号分为三路：第一路接与门Y1的输入端，使与门Y1的输出由PWM 决定，所以开关管Q1栅极受PWM控制；第二路直接与开关管Q4相连使Q4导通；第三路经非门连接到与门Y2的输入端，使与门Y2的输出为0，结果开关管Q2截止。
从非门输出的另一路信号与开关管Q3的栅极相连，其低电平信号也将使Q3截止。
类似地，电机要求反转时，单片机P1.1输出低电平信号，各功放管的导通与截止与电机正转时正好相反。
双极性PWM电路中，PWM1和PWM2两路控制信号通常不是严格对称的，造成切换过程中有一个小的时间延迟，如图4所示。
实际
上是功率管的开TT WW关时间，考虑时间延迟的目的是为了防止H桥
同侧的功放管在开关切换时短路。
三、集成PWM功率放大器
目前，针对中小功率的PWM功放电路已经有现成的集成分立器件
出售，由于所有的PWM功能集成在一块芯片上，使得这些集成分立器件可靠性高，性能好，使用方便。
对于初学者而言，调定功放电路元器件各种参数既麻烦又需要经验，然而集成PWM功放器件的出现，简化了问题。
下面以美国国家半导体公司的LMD18245为例来说一下。
LMD18245是采用DMOS工艺的H桥PWM集成功放电路芯片，
专供直流是该芯片的外形和引5封装。
图T-220个引脚，15电机或步进电机驱动，共有．
脚图。
电源电压范围为12—55V，额定电流3A，峰值电流6A。
图5：LMD18245外形和引脚
图6是LMD18245的内部结构图。
BRAKE和DIRECTION两个控制信号的组合决定芯片工作于单极性PWM还是双极性PWM。
表1
描述了这两种组合对应的DMOS管的导通情况。
在表1中，MONO 为电流监测信号，如不考虑它的影响，在BRAKE端加上PWM信号，在DIRECTION端加上一个固定电平，则LMD18245工作在单极性PWM方式；反之，如果在BRAKE端加上低电平，在DIRECTION
端加上PWM脉冲，则LMD18245工作在双极性平PWM方式。
从
图6的内部结构来看，该芯片内部带有电流反馈控制电路，为保证电
流反馈电路正常工作，必须在CS OUT端接一个电流取样电阻到地，该电阻值R决定了电??压比较器（COMPAPATOR）“-”端电压值。
该电压计算公式为：6?10V?R???250V??V。
电压比较器的“+”端电压的计算公式为：V?D V。
式中是参考电压，D是0—15的常数，由M1—M4决V?V?V DACREFDACREF?16定。
用户可以根据需要来设置M1—M4的大小，从而限制电机的电枢电流。
图6：LMD18245内部结构原理图
表1中MONO表示单稳态触发器的状态，若电机电枢超过用户设定值，MONO变为低电平；正常工作时，MONO为高电平。
DIRECTIBRAKE
导通开关管MONO
ON
S2 X X H 、S1S2 L H L
S3 S2H H L 、S1
L
L
L LS4 SHL 1
表。