PWM有非常廣泛的應用,比如直流電機的無極調速,開關電源、逆變器等等。個人認為,要充分理解或掌握模擬電路、且有所突破,很有必要吃透這三個知識點:
PWM電感紋波
PWM是一種技術手段,PWM波是在這種技術手段控制下的脈沖波。
如圖1所示,這種比喻很形象也很恰當,希望對學習的朋友有所幫助與啟發。
圖1:形象的比喻
PWM全稱Pulse Width Modulation:脈沖寬度調制(簡稱脈寬調制,通俗的講就是調節脈沖的寬度),是電子電力應用中非常重要的一種控制技術,在理解TA之前我們先來了解幾個概念 。
脈沖波的基本信息如圖2所示:
圖2:脈沖波的基本信息
脈沖周期(T),單位是時間,比如納秒(ns)、微妙(μs)、毫秒(ms)等;
脈沖頻率(f),單位是赫茲(Hz)、千赫茲(kHz)等,與脈沖周期成倒數關系,f=1/T;
脈沖寬度(W),簡稱“脈寬”,是脈沖高電平持續的時間。單位是時間,比如納秒(ns)、微妙(μs)、毫秒(ms)等;
占空比(D),脈寬除以脈沖周期的值,百分數表示,比如50%。也常有小數或分數表示的,比如0.5或1/2。
以上之間的關系如圖3所列的公式:
圖3:公式
工程應用中的PWM波是幅值、周期(或頻率)不變,脈寬(或占空比)可調的脈沖波。接下來我們來認清該PWM波到底是什么,TA隱藏著什么思想?
如果我們想要控制一個直流電機的轉速,我們可以通過改變其兩端電壓即可;但是該種方法有很大的局限性,可調直流電源構造復雜、成本高昂,應用起來很不現實。
所以我們采用另外的控制方式:電壓源→驅動器→直流電機,電壓源提供直流電壓,不同的驅動器控制不同的直流電機,應用非常靈活。其中驅動器對電機的調速控制就是利用PWM。
可調直流電源控制與PWM控制都能調速,那么它們有什么相同之處呢?
如圖4~圖7,電機為某相同轉速時,紅色代表驅動器輸出幅值不變的PWM波,藍色代表可調直流電源輸出的電壓。兩者都是直接作用到負載。
圖4
圖5
圖6
圖7
由以上得知:
當PWM波的占空比越大時,所對應的直流電壓與PWM波的幅值越接近;反之與0V越接近;
周期的紅色PWM波脈寬下的矩形面積之和與藍色直流電壓的面積相等,即伏秒積相等:
兩端同時除以T,得到如下關系式:
例如當PWM波的幅值為24V,占空比為50%時,與直流電壓12V作用到電機上所產生的效果是一模一樣的,即速度相同;即24V×50%=12V。
另外,既然滿足這個關系,那PWM波的頻率是不是可以隨意了,答案當然不是,頻率太低會導致電機運轉不暢,振動大,噪音大;頻率太高會導致驅動器開關損耗較大,甚至有電機會嘯叫而不轉的情況。一般1k~30k的PWM頻率較為普遍,幾百Hz的也有,實際上還是根據電機功率在測試時確定合適的PWM頻率范圍為宜。
如圖8為實物測試,脈寬在變化,周期不變的PWM波,所加負載如圖9所示。
圖8:扭動旋鈕控制脈寬變化
如圖9為實物測試,有刷直流電機的PWM無極調速,其中LED是并聯在電機輸入端的,其亮弱反映電機速度的變化。
圖9:PWM控制電機調速
要點:
①PWM波其實就是一種脈寬可連續調節的矩形脈沖波;
②占空比其實就是描述脈寬與脈沖周期的比值,是量化值,便于分析研究,當我們用占空比來表達時,對脈寬就不那么關心了;
③占空比調節就是脈寬調節,表達不一樣,但本質是一樣的;
④PWM波滿足伏秒積計算:U紅(幅值) × 占空比 = U藍,作用效果與直流電壓一樣。
編輯:lyn
-
PWM
+關注
關注
114文章
5181瀏覽量
213810 -
電感
+關注
關注
54文章
6136瀏覽量
102300 -
紋波
+關注
關注
6文章
153瀏覽量
20697
原文標題:這樣理解PWM,想不懂都難?。。?/p>
文章出處:【微信號:WW_CGQJS,微信公眾號:傳感器技術】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
發布評論請先 登錄
相關推薦
評論