自动控制元件 PWM
PWM控制的基本原理及相关概念
PWM控制的基本原理及相关概念PWM（Pulse Width Modulation）即脉宽调制，是一种常用的控制技术，广泛应用于电力电子、自动控制和通信等领域。
它通过调整脉冲信号的脉宽来实现对电路、设备或系统的精确控制。
PWM控制的基本原理是利用高电平和低电平的脉冲信号的占空比（即高电平时间与周期时间的比值）来控制输出信号的幅度、频率和相位等参数。
脉冲信号的高电平部分被称为脉宽，低电平部分称为空闲时间，整个脉冲周期的时间为周期。
脉冲信号的频率是指单位时间内脉冲信号的周期数。
PWM控制可以通过改变脉冲信号的占空比来调节输出信号的平均值，从而实现对电路或设备的控制。
占空比越大，输出信号平均值越大，反之则越小。
通过周期性的高低电平的切换，PWM能够提供多种输出级别，具有高效、精确度高等优点。
在PWM控制中，常用的术语包括周期（T）、频率（F）、占空比（Duty Cycle）、调制周期（Modulation Period）等概念。
周期是指脉冲信号一个完整的周期所需要的时间，频率是指单位时间内脉冲信号的周期数。
占空比是指高电平时间与周期时间的比值，通常使用百分比表示。
调制周期是指脉冲信号的一个周期中所包含的波形个数。
例如，当频率为10kHz的PWM信号的调制周期为32，表示每个脉冲周期内有32个波形。
PWM控制的优点之一是其宽广范围的应用。
它可以控制电机的转速、大功率的电磁阀、LED的亮度、音频放大器的音量等。
PWM还可以实现数字-模拟转换（DAC）功能，将数字信号转换为模拟信号输出。
此外，PWM信号的幅度、频率和相位可以通过改变调制器的控制参数来实现，具有很高的灵活性。
PWM控制的实现方式有多种，常用的方法包括基于定时器的PWM控制、比较器型PWM控制、电流型PWM控制等。
其中，基于定时器的PWM控制是最常见的方法。
它通过定时器的计数和比较功能产生PWM信号，可以根据需求来设定周期、占空比等参数，从而实现对输出信号的控制。
四种pwm控制技术的原理
四种pwm控制技术的原理
PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种常用的数字控制技术，用于实现模拟信号的精确控制。
它通过改变信号的脉冲宽度来控制信号的平均电压或电流。
下面是四种常见的PWM控制技术及其原理：
1. 占空比控制：占空比是PWM信号高电平与周期之比。
通过改变占空比可以控制输出信号的平均电压或电流。
占空比越大，输出信号的平均电压或电流越大；占空比越小，输出信号的平均电压或电流越小。
这种方法简单易行，适用于许多应用场合。
2. 脉冲数改变：这种方法通过改变PWM信号每个周期中的脉冲数来控制输出信号的平均电压或电流。
脉冲数越多，输出信号的平均电压或电流越大；脉冲数越少，输出信号的平均电压或电流越小。
脉冲数改变时，周期保持不变。
这种方法常用于需要精确控制输出信号的平均电压或电流的应用。
3. 频率调制：这种方法通过改变PWM信号的频率来控制输出信号的平均电压或电流。
频率越高，输出信号的平均电压或电流越大；频率越低，输出信号的平均电压或电流越小。
输出的平均功率受频率的影响最小，可以实现高效的能量转换。
频率调制一般使用较高的固定占空比。
4. 相位移控制：这种方法通过改变PWM信号相位来控制输出信号的平均电压或电流。
相位移正比于输出信号的平均电压或电流。
相位移控制可以实现交流电源的电压或电流控制，广泛应用于电网有功功率控制和无功功率控制。
这四种PWM控制技术可以根据具体应用的需要选择合适的方式，以实现对输出信号的精确控制。
pwm控制器电路原理
PWM控制器电路原理详解什么是PWM控制器？PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）控制器是一种通过控制信号的脉宽来控制电路的开关状态的电子设备。
它可以将一个模拟信号转换为一个数字信号，并通过调整数字信号的脉宽来控制输出电路的平均电压或电流。
PWM控制器主要由一个比较器、一个计时器和一个输出驱动器组成。
比较器用于比较输入信号和计时器的计数值，计时器用于生成一个可调节的周期性信号，输出驱动器则根据比较器的结果来控制输出信号的状态。
PWM控制器的工作原理PWM控制器的工作原理基于脉宽调制技术，通过调整信号的脉宽来控制电路的输出。
其基本原理如下：1.计时器产生周期性信号：PWM控制器中的计时器会根据设定的参数，如频率和占空比，产生一个周期性的信号。
这个信号的周期决定了PWM信号的频率，而占空比则决定了PWM信号的高电平时间与周期时间的比例。
2.输入信号与计时器进行比较：PWM控制器会将输入信号与计时器的计数值进行比较。
计数值与设定的占空比相关，当计数值小于输入信号时，输出信号为高电平，否则为低电平。
3.输出驱动器控制输出信号：根据比较器的结果，输出驱动器会控制输出信号的状态。
当比较器判定输入信号大于计数值时，输出驱动器会将输出信号置为高电平；反之，输出信号则为低电平。
4.通过滤波器平滑输出信号：PWM输出信号通常需要通过一个低通滤波器进行平滑处理，以去除高频成分，得到平均电压或电流。
PWM控制器的优点和应用PWM控制器具有以下优点：1.高效性：PWM控制器通过对电路的开关状态进行调整，可以实现高效的能量转换。
由于开关状态只有两种，能量损耗较小，效率较高。
2.精确性：PWM控制器可以通过调整脉宽来精确地控制输出电路的平均电压或电流。
通过改变脉宽，可以实现对输出信号的精确控制。
3.灵活性：PWM控制器可以根据需要调整频率和占空比，以适应不同的应用场景。
频率可以控制输出信号的响应速度，占空比可以调整输出信号的幅值。
pwm控制器,PWM功能原理
pwm控制器,PWM功能原理
pwm 控制器，PWM 功能原理
脉宽调制（PWM）是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。
许多微控制器内都包含PWM 控制器。
pwm 控制器基本原理
PWM 控制基本原理依据：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相同。
PWM 控制原理，将波形分为6 等份，可由6 个方波等效替代。
脉宽调制的分类方法有多种，如单极性和双极性，同步式和异步式，矩形波调制和正弦波调制等。
单极性PWM 控制法指在半个周期内载波只在一个方向变换，所得PWM 波形也只在一个方向变化，而双极性PWM 控制法在半个周期内载波在两个方向变化，所得PWM 波形也在两个方向变化。
根据载波信号同调制信号是否保持同步，PWM 控制又可分为同步调制和异步调制。
矩形波脉宽调制的特点是输出脉宽列是等宽的，只能控制一定次数。
几种PWM控制方法
几种PWM控制方法PWM（脉宽调制）是一种广泛应用于电子设备中的控制方法，通过控制信号的脉冲宽度来改变电路或设备的输出功率。
以下是几种常见的PWM 控制方法：1.定频PWM控制定频PWM控制是一种简单而常见的PWM控制方法，通过将固定频率的脉冲信号与一个可变的占空比相乘来实现控制。
脉冲的高电平时间代表设备处于工作状态的时间比例，而低电平时间代表设备处于停止状态的时间比例。
定频PWM控制可通过调整脉冲的占空比来改变输出功率，但频率固定不变。
2.双边PWM控制双边PWM控制是一种可调节频率和占空比的PWM控制方法。
与定频PWM不同的是，双边PWM控制可以根据需求调整脉冲的频率和占空比。
通过改变脉冲的频率和占空比，可以获得较高的精度和更灵活的控制效果。
3.单脉冲宽度调制（SPWM）单脉冲宽度调制是一种通过调整脉冲宽度的PWM控制方法。
与常规PWM不同的是，SPWM控制中只有一个脉冲被发送，其宽度和位置可以根据需求进行调整。
SPWM控制常用于逆变器和交流驱动器等高精度要求的应用，可以实现比其他PWM控制方法更精确的波形控制。
4.多级PWM控制多级PWM控制是一种在多个层次上进行PWM调制的控制方法。
通过将一系列的PWM信号级联起来，每个PWM信号的频率和占空比不同，可以实现更高精度和更复杂的波形控制。
多级PWM控制常用于高性能电机驱动器、中央处理器(CPU)和功率放大器等需要高精度信号处理的应用。
5.空间矢量调制（SVPWM）空间矢量调制是一种通过调整电压矢量的方向和大小来实现PWM控制的方法。
SVPWM通过控制电压矢量之间的切换来生成输出波形，可以实现较高的电压和电流控制精度。
空间矢量调制常用于三相逆变器、电子制动器和无刷直流电机等高功率应用中，可以实现高质量的输出波形。
6.滑模PWM控制滑模PWM控制是一种通过添加滑模调节器来实现PWM控制的方法。
滑模调节器可以通过反馈控制来实现系统的快速响应和鲁棒性，从而实现更好的控制效果。
各种PWM控制方法的原理及优缺点
引言采样控制理论中有一个重要结论：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。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
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。
PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。
随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。
到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下8类方法。
1相电压控制PWM1.1等脉宽PWM法[1]VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。
等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。
它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，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。
相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。
1.2随机PWM在上世纪70年代开始至上世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。
为求得改善，随机PWM方法应运而生。
简述pwm控制技术原理
简述pwm控制技术原理
脉宽调制（PWM）是一种常用的电子控制技术，通过调节信号的占空比来控制输出信号的平均功率。
PWM控制技术常用于电力电子、自动控制、通信等领域。
PWM控制技术的原理如下：
1. 基本原理：PWM控制技术基于周期性的高电平（ON）和低电平（OFF）信号。
在一个固定的时间周期内，通过改变高电平和低电平信号的持续时间比例（即占空比），可以实现对输出信号的平均功率的调节。
2. 信号生成：PWM控制技术需要产生一个周期性的方波信号作为控制信号。
可以使用定时器或计数器来生成这个周期性的信号，根据设定的频率来确定每个周期的时间长度。
3. 调节占空比：在每个周期内，通过改变高电平信号的持续时间来调节占空比。
占空比定义为高电平信号的持续时间与一个周期的总时间之比。
例如，一个占空比为50%的PWM信号表示高电平和低电平信号的时间相等。
4. 输出控制：PWM信号经过一个滤波器，将高频的方波信号转换为模拟信号。
根据PWM 信号的占空比，滤波器输出的模拟信号的平均值相应地调节。
通过控制占空比，可以实现对输出信号的电压、电流或功率进行精确的控制。
PWM控制技术的优点包括高效性、精确性和可靠性。
由于输出信号是由开关器件的开关状态决定的，因此可以快速响应和调节输出信号。
PWM技术广泛应用于电机控制、LED调光、电源变换器等领域，以实现精确的控制和节能的效果。
单片机pwm控制的基本原理
单片机pwm控制的基本原理
PWM（脉宽调制）是一种解决电动机或者其它负载的有效控制方式，它主要使用的是变化角度来控制电源电压，以达到控制电机的目的。
PWM的工作原理是，它把一个给定的输入信号（通常是一定频率的脉冲）按照定义的关系，转换成另一个信号，该信号的脉冲宽度被调制成需要的比例，然后通过一定的电路驱动给定的负载，实现调整电源电压的目的。
在PWM控制电动机的控制系统中，PWM的作用是把一个给定的脉冲调制成不同的脉冲宽度，从而改变电机的转速，从而实现电机的调速。
PWM角度调制可以使电机转速即时地响应调节信号，从而实现电机的调速功能。
PWM控制的原理很简单，就是通过不断地调整脉冲的开始时间、脉冲宽度和脉冲信号的重复频率，以达到控制电机的目的。
调整参数时，PWM都会发出一个所谓的“脉冲信号”，这个信号可以改变电机的转速，从而改变电机的转矩和控制电机的运行方向，以及电机的加速度。
PWM的优点在于，它能够有效地控制负载，能够对电机的转矩和转速进行精确的控制，而且可以使电源电压变化到接近极限，达到节能的目的，此外，PWM控制的运行稳定耐久，不易受外界因素的影响。
然而，PWM的缺点也很明显，首先，PWM控制的运行噪声大；其次，PWM控制的效率较低；并且，PWM控制的精确度很低，不能满足
高精度调节的要求。
总之，单片机PWM控制是一种有效的控制方式，能有效地控制电动机的转矩和转速。
在单片机控制系统中，PWM控制是一种非常有用的技术。
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PWM的实现：定时比较法
定时比较法：无滞环比较器，相应设置一个固定的时钟 以固定采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，根 据偏差的极性来控制开关器件通断 在时钟信号到来的时刻，如 i < i* ，V1 通，V2 断，使 i 增 大； 如i > i*，V1断，V2通，使i减小 每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误 差减小 采用定时比较方式时，器件的最高开关频率为时钟频率 的1/2 和滞环比较方式相比，电流控制误差没有一定的环宽， 控制的精度低一些
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PWM的实现：改进的PWM方法
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PWM的实现：改进的PWM方法
梯形波调制方法的原理及波形 – 梯形波的形状用三角化率 =Ut/Uto描述，Ut为以横轴 为底时梯形波的高， Uto 为以横轴为底边把梯形两腰 延长后相交所形成的三角形的高
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PWM波形谐波分析
使用载波对正弦信号波调制，产生和载波有关的谐波分量 谐波频率和幅值是衡量PWM逆变电路性能的重要指标之一
PWM波形谐波分析
单相SPWM分析结果 不同a时,单相桥式PWM逆变电路输出电压频谱图 谐波角频率为
式 中 ， n=1,3,5,… 时 ， k=0,2,4, … ； n=2,4,6,… 时 ， k=1,3,5, … • PWM波中不含低次谐波，只含Wc及其附近的谐波以及 2Wc、3Wc等及其附近的谐波
PWM实现：三相桥式PWM
双极性PWM控制方式（三相桥逆变） – 三相的PWM控制公用三角波载波uc – 三相的调制信号urU、urV和urW依次相差120°
PWM实现：三相桥式PWM
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哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿rU>uc时，给V1导通信号，给V4关断信号，uUN’=Ud/2 – 当urU<uc时，给V4导通信号，给V1关断信号，uUN’=-Ud/2 – 当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是 VD1(VD4)导通 – uUN’、uVN ’和uWN’的PWM波形只有±Ud/2两种电平 – uUV 波形可由 uUN ’-uVN’得出，当1和6通时， uUV=Ud ，当3和4 通时，uUV=－Ud，当1和3或4和6通时，uUV=0 – 输出线电压PWM波由±Ud和0三种电平构成 – 负载相电压PWM波由(±2/3)Ud、(±1/3)Ud和0共5种电平
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PWM波形谐波分析
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三相SPWM分析结果 – 公用载波信号的情况 – 输出线电压中的谐波角频率为
式中，n=1,3,5, …时：k=3(2m－1)±1，m=1,2, …；
n=2,4,6, …时：
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PWM的实现：改进的PWM方法
PWM的实现：空间矢量PWM法
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PWM的实现：空间矢量PWM法
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PWM技术基本原理
面积等效原理的一个实例 下图电路输入为前一图所示的窄脉冲，a、b、c、d， 相应的电流响应为：
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PWM技术基本原理
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，可看成N个彼此相连的脉冲序列，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 – 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
梯形波调制的缺点：输出波形中含5次、7次等低次谐波
PWM的实现：改进的PWM方法
在相电压调制信号中叠加3次谐波，使之成为鞍形波，输出 相电压中也含3次谐波，且三相的三次谐波相位相同。合成 线电压时，3次谐波相互抵消，线电压为正弦波 鞍形波的基波分量幅值大
PWM的实现：改进的PWM方法
两相控制方式 （1）在1/3周期内器件不动作，开关损耗减少1/3 （2）最大输出线电压基波幅值为Ud，直流电压利用率提高 （3）输出线电压不含低次谐波，优于梯形波调制方式
PWM的实现：改进的PWM方法
-
=0时梯形波为矩形波， =1时梯形波为三角波
– 梯形波含低次谐波，PWM波含同样的低次谐波 – 低次谐波（不包括由载波引起的谐波）产生的波形畸 变率为d
= 0.4时，谐波含量也较少， d 约为3.6%，直流电 压利用率为1.03，综合效果较好
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PWM技术基本原理
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PWM技术基本原理
– PWM波形可等效的各种波形 直流斩波电路：直流波形；SPWM波：等效正弦波形 还可以等效成其它所需波形，如非正弦交流波形等， 其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理 PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的 PWM逆变电路几乎都是电压型电路。 PWM实现策略：计算法；调制法；滞环法； …….
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PWM实现：单相全桥电路
以单相桥式电压型逆变电路对PWM调制进行说明 工作时V1和V2, V3和V4通断互补
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PWM实现：单极性PWM
PWM实现：双极性PWM
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PWM的实现：改进的PWM方法
直流电压利用率 ——逆变电路输出交流电压基波最大幅值U1m 和直流电压Ud之比 提高直流电压利用率可提高逆变器的输出能力 减少器件的开关次数可以降低开关损耗 正弦波调制的三相PWM逆变电路，调制度 a 为1时，输出线电 压的基波幅值为0.866,即：直流电压利用率为0.866，实际 还更低（死区影响） 梯形波调制方法的思路 – 采用梯形波作为调制信号，可有效提高直流电压利用率 – 当梯形波幅值和三角波幅值相等时，梯形波所含的基波 分量幅值更大
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PWM的实现：规则采样法
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PWM的实现：三角波比较法
把指令电流i*U、i*V和i*W和实际输出电流iU、iV、iW进行比 较，求出偏差，通过放大器A放大后，再去和三角波进行比 较，产生PWM波形 开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器设计方便 为改善输出电压波形，三角波载波常用等腰三角波载波 和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的 谐波少
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PWM波形谐波分析
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三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较显著的 区别是载波角频率wc整数倍的谐波没有了，谐波中幅值较高 的是wc±2wr和2wc±wr SPWM波中谐波主要是角频率为wc、2wc及其附近的谐波，很容 易滤除 当调制信号波不是正弦波时，谐波由两部分组成：一部分是 对信号波本身进行谐波分析所得的结果，另一部分是由于信 号波对载波的调制而产生的谐波。后者的谐波分布情况和 SPWM波的谐波分析一致
目
录
1。PWM驱动基本原理
自动控制元件及线路 33
脉宽调制(PWM)技术1
2。功率管的开关特性 3。感性负载的开关控制特性 4。PWM开关控制下的微观特性
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PWM技术的应用 PWM（Pulse Width Modulation）控制—— 通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获 得所需要的特定波形（含形状和幅值） – 。直流斩波电路采用； – 。PWM控制技术在逆变电路中应用最广； – 。斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路采用； – 。整流电路采用。
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PWM实现方法：滞环法
参数对滞环PWM的影响 滞环环宽对跟踪性能的影响：环宽过宽时，开关频率低，跟 踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开 关损耗增大 电抗器L的作用：L大时，i的变化率小，跟踪慢； L小时，i的变化率大，开关频率过高
PWM的实现：三角波比较法
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PWM的实现：三角波比较法
PWM实现方法：滞环法
滞环比较PWM生成：
• 调制比ρ • 占空比 D • 单极性、双极性PWM的ρ、D关系 • PWM 驱动的输出电压
把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为 反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各开 关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化
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PWM技术基本原理
基本原理 – 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
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PWM实现：三相桥式PWM
防直通设定死区时间 – 同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通 而造成短路，留一小段上下臂都施加关断信号的死区 时间 – 死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定 – 死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏离正 弦波 每个功率开关反并续流二极管 – 以保证负载储能的泄放。