使用PWM得到精密的输出电压设计
直流电机PWM控制系统设计
0 前言在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用，无论在工业农业生产、交通运输、国防航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器，都在大量地使用着各式各样的电动机。
据资料统计，现在有的90%以上的动力源来自于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分。
随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电动机控制向更复杂的控制发展。
直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转,能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。
直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。
直流电机的数字控制是直流电动机控制的发展趋势，用单片机的数字控制的发展趋势,用单片机进行控制是实现电动机数字控制的最常用的手段。
由于电网相控变流器供电的直流电机调速系统能够引起电网波形畸变、降低电网功率因数，除此之外，该系统还有体积大、价格高、电压电流脉动频率低、有噪声等缺点。
而采用直流电动机的PWM调速控制系统可以克服电网相控调速系统的上述诸多缺点。
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果。
正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。
电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。
功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动控制方法能够得到实现，脉宽调制控制方法（PWM和SPWM）,变频技术在直流调速和交流调速中获得广泛的应用。
PWM滤波数模转换电路设计
PWM滤波数模转换电路设计基于LM358芯片的PWM滤波数模转换电路设计摘要：基于脉宽调制(PWM)波形的频谱理论分析，针对交流伺服电机实现速度闭环控制需要(±10)V模拟信号输入的要求，设计了一种基于PWM滤波的(±10)V模拟信号输出的电路。
通过对PWM信号整形隔离，再经过一个三阶滤波器滤波，偏置电路以及放大电路实现了最终的目的。
实践证明，该设计方案可以得到稳定、精确的模拟信号输出。
设计方案简单易行，性价比高，具有一定的通用性。
关键词：电路设计；PWM滤波；数模转换本研究在对PWM实现D/A转换理论进行分析的基础上，设计了一种输出为-10~+10V模拟信号的D/A转换电路，旨在为交流伺服电机提供更为稳定与精确的模拟信号。
1 PWM滤波的理论分析PWM是一种周期一定而占空比可以调制的方波信号，图1中是一种在实际电路中经常遇到的典型PWM波形。
该PWM的高低电平分别为VH和VL，理想的情况VL等于0，但实际一般不等于0。
图1 实际电路中典型的PWM波形本文假设PWM为理想情况，PWM的幅值为A，脉冲宽度为x(t)，则脉冲宽度调制波可以表示为：式中：假设脉冲中心在kTs处，T0为未调制宽度， m为调制指数；Tk为第k个矩形脉冲的宽度。
可以看出，脉冲宽度调制信号由x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。
当T0 - 1 - 2 电路设计根据前面分析可以设计出PWM滤波的信号处理方框图如图2，由单片机输出PWM波，通过整形隔离，然后通过有源滤波器及驱动放大得到模拟信号的输出。
图2 PWM滤波D /A转换器框图针对控制芯片输出的是0~5V的PWM信号，而一般交流伺服电机速度闭环控制需要外部提供(±10)V的模拟信号，所以在控制芯片和交流伺服控制卡之间要加一级D/A转换电路，其功能就是把0~5 V的PWM信号变为(-10)~(+10)V的模拟信号。
电路中主要器件采用的是LM358，其内部包括2个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
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。
PWM控制——精选推荐
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。
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
plcpwm脉冲输出程序设计
一、概述PLCPWM (Pulse Width Modulation) 脉冲输出程序是一种用于数字信号与脉冲信号转换的程序。
它在工业控制领域得到广泛应用，可以控制各种电磁阀、电机、灯光等设备，实现精密的调节和控制。
本文将对PLCPWM脉冲输出程序的设计进行详细介绍。
二、PLCPWM脉冲输出程序设计原理PLCPWM脉冲输出程序的设计原理是通过控制器对数字信号进行模拟处理，将其转换为一系列脉冲信号输出。
在PLC（可编程逻辑控制器）系统中，通常采用定时器或计数器实现脉冲输出程序的设计。
三、PLCPWM脉冲输出程序设计步骤1. 确定输出控制对象：首先需要确定要控制的对象，例如电机、阀门等设备。
2. 确定输出脉冲频率和占空比：根据控制对象的特性和控制需求，确定脉冲信号的频率和占空比。
频率和占空比的选择对于控制对象的运行效果有重要影响。
3. 编写PLCPWM脉冲输出程序：根据确定的频率和占空比，编写PLCPWM脉冲输出程序，并将其加载到PLC系统中。
4. 联调和调试：完成程序加载后，需要对输出效果进行联调和调试，确保输出脉冲信号符合设计要求。
四、PLCPWM脉冲输出程序设计实例以控制一个电机为例，进行PLCPWM脉冲输出程序的设计实例说明：1. 确定输出控制对象：电机2. 确定输出脉冲频率和占空比：假设电机的控制需求为100Hz的频率和50的占空比。
3. 编写PLCPWM脉冲输出程序：根据选定的频率和占空比，编写PLCPWM脉冲输出程序。
4. 联调和调试：加载程序到PLC系统中，进行联调和调试，观察电机的运行效果。
五、PLCPWM脉冲输出程序设计注意事项1. 频率和占空比的选择需根据控制对象的特性和控制需求来确定，需充分考虑控制对象的响应速度和稳定性。
2. 在编写PLCPWM脉冲输出程序时，需注意程序的逻辑正确性和稳定性，确保输出信号的准确性和稳定性。
3. 在联调和调试过程中，需要详细记录调试过程和结果，及时发现问题并进行调整。
驱动伺服电机的电路设计
驱动伺服电机的电路设计伺服电机是一种精密的电动执行器，通常用于需要高精度位置控制的应用中，如工业机器人、数控机床、航空航天设备等。
为了实现对伺服电机的精确控制，需要设计一个高性能的电路来驱动它。
在伺服电机的电路设计中，最常用的驱动方式是采用PWM（脉冲宽度调制）技术。
PWM技术通过控制电路输出的脉冲宽度来调节电机的转速和位置，从而实现对电机的精确控制。
一般来说，伺服电机的驱动电路包括功率放大器、滤波电路、反馈电路和控制电路等部分。
首先，功率放大器是伺服电机驱动电路的核心部分，它负责将控制信号转换为电机驱动信号，通常采用功率晶体管或功率MOSFET等器件来实现。
这些器件需要具有高速开关能力和较大的电流承受能力，以确保电机能够快速响应并具有足够的输出功率。
其次，滤波电路用于平滑输出信号，并去除电路中的高频噪声，以保证电机运行时的稳定性和精度。
另外，反馈电路是伺服电机驱动电路中至关重要的一部分，它负责接收电机位置和速度的反馈信号，并将其与控制信号进行比较，从而实现闭环控制。
常用的反馈传感器包括编码器、霍尔传感器等，通过这些传感器可以实时监测电机的运行状态，并及时调整控制信号，以实现对电机的精确控制。
最后，控制电路通常采用微控制器或数字信号处理器（DSP）来实现，它负责生成PWM信号，并根据反馈信号调整输出信号的占空比，以实现对电机的精确控制。
总的来说，驱动伺服电机的电路设计需要综合考虑功率放大器、滤波电路、反馈电路和控制电路等多个方面的因素，以确保电机能够稳定、精确地运行。
随着电子技术的不断发展，新型的驱动电路设计方案也在不断涌现，为伺服电机的应用带来了更多的可能性。
基于PWM的无级调光LED驱动电路设计共3篇
基于PWM的无级调光LED驱动电路设计共3篇基于PWM的无级调光LED驱动电路设计1无级调光LED驱动电路设计PWM调制是现代电子技术中广泛使用的一种技术，它通过调节与维持多种输出点之间的准确关系，使得电子器件能够控制电力用于对外输出。
在LED灯的驱动电路中，PWM调制技术同样得到了广泛的应用。
本文旨在介绍基于PWM技术的无级调光LED驱动电路的设计原理和具体实现方法。
1. PWM技术原理PWM技术是利用开关元件不断地开关，将直流电按照一定的占空比转换成为具有高频脉冲的电压信号，从而精准地控制输出的电力大小。
PWM技术可以实现模拟信号的数字化，进而通过数字控制进行输出。
这种技术的优势包括：（1）工作效率高：PWM驱动电路的输出信号是具有脉冲宽度和周期的高频脉冲信号，其输出的平均值可以由占空比决定，因此电力传输效率高。
（2）输出精度高：PWM技术可以便捷地实现数字控制输出，利用数字序列、计数器等实现精准控制。
（3）抗干扰能力好：PWM技术输出的是高频脉冲信号，因此能够减少对噪声等外部干扰的影响，保证输出效果。
由于PWM技术的优势，其在LED灯的驱动电路中得到了广泛的应用。
下面我们将介绍基于PWM技术的无级调光LED驱动电路的具体设计方法。
2. 无级调光LED驱动电路设计（1）PWM信号的产生与控制PWM信号的产生与控制是无级调光LED驱动电路的核心。
其原理是通过对PWM信号的频率和占空比进行控制，进而实现对LED的亮度进行精准控制。
该电路实现的具体步骤如下：步骤一：产生基础信号在无级调光LED驱动电路中，我们需要产生一种基础的PWM信号，以此作为后续控制的基础信号。
产生基础信号的主要步骤包括：通过555定时器或者微处理器产生基础信号；对产生的信号进行整形，使其成为占空比可调的方波。
步骤二：PWM信号的控制针对LED驱动电路的具体要求，我们需要实现对基础信号频率和占空比的控制。
具体的PWM信号控制方法如下：进入控制阶段后，对信号进行持续分频，并利用数字控制占空比输出。
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使用PWM得到精密的输出电压电路设计
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。