PWM波形生成基础学习知识原理
pwm波形发生的原理
pwm波形发生的原理PWM波形发生的原理PWM波形是一种特殊的波形，其全称为Pulse Width Modulation（脉宽调制），是一种控制电子设备的方式。
它的原理是通过调节波形的占空比来实现对设备的控制。
PWM波形广泛应用于电子行业中的各种设备，如电机控制、照明灯光、电源管理等领域。
PWM波形的发生原理是利用计数器和比较器实现。
在PWM波形的发生中，计数器会根据系统时钟进行计数，当计数器的值和预设值相等时，比较器会发出一个高电平信号，从而控制输出端口的电平状态。
在PWM波形发生中，占空比是一个非常重要的参数。
占空比是指PWM波形中高电平所占的时间比例。
例如，50%的占空比表示高电平和低电平的时间各占一半。
占空比越大，输出电压的平均值也就越高，反之亦然。
在实际应用中，PWM波形常常用于调节电机的转速。
电机的转速与电压的大小成正比，因此可以通过PWM波形的占空比来控制电机的转速。
当PWM波形的占空比增大时，输出电压的平均值也会增大，从而提高电机的转速。
反之，当PWM波形的占空比减小时，输出电压的平均值也会减小，从而降低电机的转速。
除了控制电机的转速外，PWM波形还可以用于LED灯的调光。
LED灯的亮度与电流的大小成正比，因此可以通过PWM波形的占空比来控制LED灯的亮度。
当PWM波形的占空比增大时，输出电流的平均值也会增大，从而提高LED灯的亮度。
反之，当PWM波形的占空比减小时，输出电流的平均值也会减小，从而降低LED灯的亮度。
PWM波形的发生原理是通过计数器和比较器来实现对电子设备的控制。
占空比是PWM波形中一个重要的参数，可以用于控制电机的转速和LED灯的亮度等。
在实际应用中，PWM波形广泛应用于各种电子设备中，为电子行业的发展做出了重要贡献。
pwm波形发生的基本原理
pwm波形发生的基本原理PWM波形发生的基本原理PWM（脉宽调制）是一种用于生成脉冲波形的技术。
其基本原理是通过对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，这些脉冲可以代替正弦波或所需要的波形。
一、PWM控制的基本原理PWM控制的基本原理是通过控制逆变电路开关器件的通断，使得输出端得到一系列幅值相等的脉冲。
这些脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。
在PWM控制中，按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
这种调制方式使得PWM波形具有高精度、高稳定性和高可靠性。
二、PWM波形的生成PWM波形的生成通常需要以下几个步骤：1.产生参考信号：参考信号是一个与所需波形（如正弦波）相对应的信号。
这个信号可以是模拟信号或数字信号。
2.比较器：比较器用于比较参考信号和锯齿波信号。
当参考信号的值高于锯齿波信号时，比较器输出高电平；当参考信号的值低于锯齿波信号时，比较器输出低电平。
3.开关器件：根据比较器的输出，开关器件进行通断控制。
当比较器输出高电平时，开关器件导通；当比较器输出低电平时，开关器件断开。
4.滤波器：滤波器用于平滑PWM波形的输出，以减少谐波成分。
三、PWM波形的优点PWM波形具有以下优点：1.高精度：由于PWM波形的幅值相等，因此可以实现高精度的电压和频率控制。
2.高稳定性：PWM波形的输出不受温度、电压等环境因素的影响，因此具有高稳定性。
3.低噪声：由于PWM波形的脉冲宽度相等，因此具有较低的噪声。
4.易于数字化：PWM波形可以通过数字信号处理器（DSP）等数字器件实现，因此易于数字化。
四、PWM波形的应用PWM波形广泛应用于各种电子设备中，如电机控制、电源转换、音频放大等。
在电机控制中，PWM波形可以用于控制电机的速度和方向；在电源转换中，PWM波形可以用于实现高效的电能转换；在音频放大中，PWM波形可以用于产生高质量的音频信号。
第七章PWM原理与控制技术
o
uPWM
o
解决办法： ①采用梯形波作为调制波
o
t
uPWM
o
t
②采用鞍形波作为调制波
ur
ur
o
t
7.2.3 低次谐波消去法 低次谐波消去法的核心，是通过对 SPWM脉冲位置的合理安排，达到既能控制 输出电压基波的大小，又能有选择地消除逆 变器输出电压中某些低次谐波。 需联立求解的方程 。
脉冲宽度调制（PWM）： 把所变换的波形切割为宽度按要求变化 的一系列脉冲——脉冲宽度调制。 脉冲幅度调制（PAM)： 把所变换的波形切割为宽度恒定、高度 按要求变化的一系列脉冲——输出脉冲等宽 不等高（如斩控式交流调压）。 脉冲频率调制（PFM）： 把所变换的波形切割为脉冲宽度恒定、 频率变化的一系列脉冲——定宽调频控制。
当us﹤0时，两个升压斩波电路： VT4、VD2、VD3、LS和VT1、VD3、VD2、LS
PWM整流电路的运行状态
（1）uAB滞后us的相角为δ，is与us同相位， 电路工作于整流状态，且功率因数为1， 能量从交流侧向直流侧传输，这是PWM 变流电路的最基本的工作状态。
（2）uAB超前us的相角为δ，is与us的相位 正好相反，电路工作于有源逆变状 态，能量从直流侧向交流侧传输。
并联型有源电力滤波器
联型有源电力滤波器
统一电能质量调节器
7.10.3 PWM变流电路在风力发电系统中的 应用例 双馈异步风力发电系统
永磁同步低速直驱式风力发电系统
7.2 SPWM波形生成方法
7.2.1 等面积法——计算法 7.2.2 调制法 调制解调的概念： 调制：源于通信系统，把要传输的信号 附着在另一个信号（载体电波） 上，以利于传输。 解调：把已调制的信号还原为原来的信 号。
pwm波产生的原理
pwm波产生的原理一、引言脉冲宽度调制（PWM）是一种用于控制电子设备的方法，它通过改变信号的占空比来控制输出电压或电流。
PWM波产生的原理是基于时间间隔和占空比的变化来实现对输出信号的精确控制。
在本文中，我们将深入探讨PWM波产生的原理及其应用。
二、PWM波概述PWM波是一种周期性方波信号，其周期为T，占空比为Duty Cycle （DC）。
在一个完整的周期内，PWM波由两个状态组成：高电平和低电平。
高电平持续时间为TDuty Cycle*T，低电平持续时间为(1-Duty Cycle)*T。
三、产生PWM波的方法1.模拟方式模拟方式是最早也是最简单的产生PWM波形的方法。
这种方法使用一个可变电阻器和一个稳压器构成一个简单的反馈环路，通过调节可变电阻器来改变反馈电压从而改变输出信号占空比。
这种方法具有简单易行、成本低廉等优点，但存在精度不高、受环境干扰大等缺点。
2.数字方式数字方式是现代产生PWM波形最常用也最有效率的方法。
它使用微控制器或FPGA等数字电路来产生PWM波形，具有精度高、稳定性好、灵活性强等优点。
数字方式产生PWM波形的核心是计数器，通过计数器的计数值和设定值之间的比较来确定输出信号的占空比。
四、PWM波的应用1.电机控制PWM波可用于直流电机和交流电机的控制。
在直流电机中，PWM波可以改变电机绕组中通入电流的方向和大小，从而控制电机转速和方向。
在交流电机中，PWM波可以通过变频器将交流电源转换为直流电源，并通过调节占空比来改变输出频率和幅值。
2.LED调光LED灯具常常使用PWM波进行调光。
通过改变PWM波形信号的占空比，可以改变LED灯具输出光线强度，实现亮度调节。
3.音频放大器PWM波也可用于音频放大器中。
将音频信号与高频三角波进行比较后得到一个模拟信号，然后经过滤波后得到原始音频信号。
五、总结本文深入探讨了PWM波产生的原理及其应用。
从模拟方式到数字方式再到应用领域，我们了解到了PWM波的基本概念和产生方法，以及其在电机控制、LED调光和音频放大器等领域中的应用。
PWM波原理
PWM调速原理本文详细阐述pwm的原理：PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
1.PWM控制的基本原理理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
图1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
图3 用PWM波代替正弦半波要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
PWM电流波：电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。
PWM波形可等效的各种波形：直流斩波电路：等效直流波形SPWM波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。
2. PWM相关概念占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间与该PWM的时钟周期的时间之比如，一个PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，就是1000us，如果高电平出现的时间是200us，那么低电平的时间肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是说PWM的占空比就是1：5。
pwm波的原理
pwm波的原理小伙伴！今天咱们来唠唠一个超有趣的东西——PWM波。
你可别被这个名字吓着了，其实它就像一场电信号玩的奇妙魔法呢。
PWM全称是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）。
想象一下，电信号就像一群调皮的小精灵，在电路里跑来跑去。
PWM波呢，就是一种特殊的方式来指挥这些小精灵干活。
咱们先从简单的说起哈。
PWM波是一种方波信号，什么是方波呢？就像一个小盒子，一会儿高电平（就像小盒子装满了电能量），一会儿低电平（小盒子空了），这样高高低低交替着。
这个高电平和低电平交替的速度可快了，就像小鼓敲得特别快，快到你都感觉像是连续的一样。
那这个宽度是怎么回事呢？这就是PWM波最神奇的地方啦。
你看，这个高电平持续的时间和整个周期（就是高电平加上低电平的总时间）的比例是可以变的哦。
比如说，要是高电平持续的时间长一点，低电平的时间就短一点，这就像给小盒子装满电能量的时间长，空着的时间短。
这个比例就叫做占空比。
占空比这个小调皮鬼可重要了呢。
它就像是一个控制阀门，控制着平均电压。
你想啊，如果占空比是50%，那高电平和低电平的时间一样长，平均电压就正好在高电平和低电平的中间。
要是占空比是80%呢，高电平时间长，那平均电压就更接近高电平的值啦。
这就像你在一个有半瓶水和一瓶快满的水之间做选择，占空比大就像那瓶快满的水。
PWM波在好多地方都大显身手呢。
比如说在电机调速上。
电机就像一个小懒虫，你给它多少电，它就转多快。
那PWM波就像一个聪明的小管家，通过改变占空比，就可以控制给电机的平均电压，电机就乖乖地按照你想要的速度转起来啦。
就像你想让小风扇转得慢一点，就把PWM波的占空比调小一点，小风扇就像听话的小宠物，慢悠悠地转起来了。
还有在灯光调节上。
LED灯现在可流行了，PWM波也能在这儿耍耍酷。
你想让灯光暗一点，就把PWM波的占空比变小，灯光就像个听话的小天使，变得柔和起来。
要是你想让灯光亮瞎眼，就把占空比调大，哇，整个房间都被照得亮亮堂堂的。
PWM的工作基础学习知识原理
PWM的工作原理脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。
这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。
脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。
pwm的定义脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。
9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。
与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。
模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V, 5V}这一集合中取值。
模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。
在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。
拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。
与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。
尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。
其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。
能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。
模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。
pwm的工作原理
pwm的工作原理
PWM（脉宽调制）是一种普遍应用于控制电力设备的电子技术，
它可以改变电力设备的输出功率。
PWM的工作原理可以归结为三个步骤：一是周期内持续输出电压；二是通过改变输出电压的占空比来控制功率；三是以此控制设备所输出的功率。
首先，PWM在电路中可以通过一个正弦波信号来实现周期性的输出电压，正弦波信号的频率一般为50Hz或60Hz，即1秒钟可以产生50或60个脉冲。
在这个周期内，PWM输出一定的电压值，也就是持
续的输出电压。
第二步，通过改变输出电压的占空比来控制功率。
占空比是指在一个周期内，输出的电压的有效值占整个周期内的电压有效值的比例，也可以理解为脉冲信号的幅度占比，这个比例以百分比表示。
当占空比越高时，输出的功率就越大；当占空比越低时，输出的功率就越小，也就是控制功率的原理。
最后，通过改变占空比来控制设备的输出功率，以满足不同情况下的需求。
这种方法与变速器相似，因为变速器也可以改变转速来控制输出功率。
但PWM的精度要比变速器高，而且不会产生变速器常见的噪音，因此被广泛应用于各种控制系统中。
PWM技术在电力控制领域有着广泛的应用，它既可以用来控制电机，又可以用来控制其他电力设备，比如电动车、照明灯具、和电源等等。
其优异的性能受到了众多用户的青睐。
总之，PWM技术是一种可以在电路中实现周期性输出电压的电子技术，它可以通过调节占空比来控制电力设备的输出功率，它广泛应用于控制领域，并受到用户的一致好评。
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脉宽调制(Pulse-Width Modulation，PWM)技术在电力电子领域的应用极其广泛。
PWM模式是决定逆变器输出电压特性的根本。
性能优越的PWM模式可以使逆变器具有良好的输出特性。
由傅里叶分析可知，不对称波形会带来大量低次谐波、偶次谐波以及余弦项。
因此PWM脉冲波形的对称性对输出特性有很大影响。
PWM的实现方法一般有两种：比较法和计算法。
随着数字技术的迅速发展和计算机功能的提高，计算法以其方便灵活的特点成为PWM实现方法的主流。
采用计算法实现PWM时，按照每个载波周期内调制波的取法，可以分为规则采样PWM和自然采样PWM。
其中，采用规则采样法，计算简单，占用系统软件资源较少，因而应用比较广泛；但是由规则采样法计算出的PWM 波形，在系统载波频率较低时，输出精度差，并且在计算时需要通过查表确定计算结果，所以并不能保证其波形的对称性，谐波含量也会因为波形的不对称而增加。
对于调制类PWM，有三种方式：同步调制，异步调制，分段同步调制三种方式。
同步调制虽然可以在调制波频率变化的所有范围内，载波与调制波的相位相同， PWM波形一直保持对称，输出谐波的低次谐波可以得到消除。
但是在载波频率变化范围大时，电力
电子器件的开关频率变化范围大，在低频时，将给系统引入大量较低频率的谐波。
异步调制的优点在于载波频率在调速过程中载波不变，高次谐波对系统的影响基本固定，可以弥补同步调制的缺点。
但是异步调制无法在大部分频率点上都保证调制波与载波相位相对的固定，出现不对称波形，会给系统引入大量的低次谐波、偶次谐波和余弦项。
分段同步调制可以综合以上两种方式的优点，但在波比切换时可能出现电压突变，甚至震荡。
基于以上理论，本文提出一种新的PWM算法，可以在异步调制下，使PWM波形在T／2周期内始终保持关于T／4 周期的完全对称。
1 PWM算法原理
在用数字化控制技术产生PWM脉冲时，三角载波实际上是不存在的，完全由软件及硬件定时器代替，图1为三角载波的产生原理(Ttimer为定时器的值)用阶梯波代替模拟三角波。
PWM脉冲的产生机理为：定时器重复按照PWM周期进行计数。
比较寄存器用于保持调制值，比较寄存器中的值与定时器计数器的值相比较，当两个值匹配时， PWM输出就会跳变；当两个值产生二次匹配或者一个定时器的周期结束时，就会产生第二次输出跳变。
通过这种方式就会产生一个周期与比较寄存器值成比例的脉冲信号。
在比较单元中
重复完成计数、匹配输出的过程，产生PWM信号，如图2所示。
基于数字化控制技术产生PWM脉冲的这种特点，利用本文提出的算法，可以实现在任何频率下产生完全对称的PWM波形。
其原理为：根据三角载波频率及DSP 系统时钟频率确定定时器周期，利用数学计算方法，将形成载波的定时器周期等分，均分后所得到的数作为脉宽增量单元，随时间递增。
脉宽以脉宽增量为单元成比例地增加或减少。
三角载波由软件及硬件定时器形成，三角载波的频率由时钟频率及定时器的周期值决定。
根据需要可以选取一个定时器周期T1，以确定调频过程中的固定载波频率。
由于载波频率不变，故整个调频过程的载波比是变动的，可先设定在一个固定的输出
波频率f1下的载波比为n1，对所需的输出频率f(对应的周期为T)进行处理，如式(1)所示，x为f处理后的值。
图3所示为均分载波的原理图，将定时器的周期进行等分为n1／(4x)份，则每份的宽度叫可由式(2)确定：
f1/1=fx (1)
ω=4T1x/n1 (2)
式中：ω为脉宽增量的最小单元。
在确定了脉宽增量的最小单元值之后，以ω为增量单元，随时间递增，依次增大或减小占空比的值。
占空比的增大过程为：第一个装载占空比为ω，第二个装载占空比为2ω，第三个装载占空比为3ω，第y个装载占空比的值为yω，占空比的值以此规律依次增加。
式(3)为脉宽递增时占空比值DC更新规律的数学表达式。
式中K的值是为满足冲量定理所需的系数，将在后面做详细的计算和论述。
当输出脉冲达到最大宽度MAX(DC)时，a计数值也达到最大值MAX(a)，已完成T／4周期的脉冲输出。
此时，占空比从最大宽度依次减小，减小的规律为yω，(y-1)ω，直至ω0式(4)为脉宽递减时占空比值DC'更新规律的数学表达式。
其中，DC'的初始值为MAX(DC)，a'的初始值为MAX (a)。
由以上原理可以看出，PWM波形在T／2内关于T／4完全对称，图4所示为占空比更新的原理图。
由上述分析，载波频率在整个过程中是固定值，所以具备了异步调制的优点。
同时，脉宽是完全由形成载波的时钟数量、期望输出波的频率因素决定，而不是由查表得到，可以克
服异步调制时大多数情况下载波与调制波相位不同步的缺点。
此种算法综合了同步和异步调制的优点，避免了采用分段同步调制时需要考虑调频的问题。
PWM的基本依据是面积相等原理，即冲量(面积)相等不同形状的窄脉冲加到惯性环节上在保证波形对称的基础上，讨论该算法对冲量相等原则的实现。
以正弦调制为例，当调制波为正弦波时，根据面积相等原则，其正弦半波积分的面积等于脉冲相加之和，如式(5)所示。
，其作用效果基本相同。
根据占空比更新原理可以确定冲量面积，如式(6)所示。
根据以上公式，可准确计算输出波形面积，K值的选取可决定输出电压的幅值。
2 实验结果
为了验证提出的PWM算法的正确性和可行性，利用TI公司的TMS320F2812进行实验；系统采用30 MHz外部晶振，通用定时器时钟的频率由系统5倍频后，再6分频得到，为25 MHz。
该实验采用的载波频率为fz=1 kHz，定时器周期值T1=12 500。
输出频率f1=50 Hz时，载波比n1=20。
选择在定时器达到周期值时装载更新占空比的值，相当于在三角载波的波峰时装载。
实验结果见图5(UPWM为PWM脉冲幅值)：图5(a)为单极性调制时采用该算法得到的输出波形，它是50 Hz正弦波调制时正半周期的输出波形；图5(b)是43 Hz正弦波调制时正半周期的输出波形；图5(c)是50 Hz单极性调制时，正弦波PWM脉冲波形的能谱分析图；图5(d)是43 Hz单极性调制时正弦波PWM脉冲波形的能谱分析图。
3 结语
该算法是基于异步调制的优化PWM脉冲波形的一种算法，它对于提高系统输出质量有着重要的意义。
应用此算法已成功地实现在1～400 Hz之内调频，输出对T／4周期完全对称的波形，有效地降低了谐波，运行效果良好。