資料介紹
學過單片機的同學,對PWM應該不陌生,一般學習單片機的第二個例程就是用PWM技術調節占空比來控制LED亮度。然而PWM控制技術在逆變電路中應用最廣,正是有賴于其在逆變電路中的應用,才確定了它在電力電子技術中的重要地位。因此,本文將詳細闡述pwm的原理:PWM(PulseWidthModulation)控制——脈沖寬度調制技術,通過對一系列脈沖的寬度進行調制,來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。
PWM控制技術在逆變電路中應用最廣,應用的逆變電路絕大部分是PWM型,PWM控制技術正是有賴于在逆變電路中的應用,才確定了它在電力電子技術中的重要地位。
1、PWM控制的基本原理
理論基礎:
沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時,其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同,是指環節的輸出響應波形基本相同。低頻段非常接近,僅在高頻段略有差異。
圖1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖
面積等效原理:
分別將如圖1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環節(R-L電路)上,如圖2a所示。其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時的響應波形如圖2b所示。從波形可以看出,在i(t)的上升段,i(t)的形狀也略有不同,但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄,各i(t)響應波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖,則響應i(t)也是周期性的。用傅里葉級數分解后將可看出,各i(t)在低頻段的特性將非常接近,僅在高頻段有所不同。
圖2沖量相同的各種窄脈沖的響應波形
用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波,正弦半波N等分,看成N個相連的脈沖序列,寬度相等,但幅值不等;用矩形脈沖代替,等幅,不等寬,中點重合,面積(沖量)相等,寬度按正弦規律變化。
SPWM波形——脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形。
圖3用PWM波代替正弦半波
要改變等效輸出正弦波幅值,按同一比例改變各脈沖寬度即可。
PWM電流波:電流型逆變電路進行PWM控制,得到的就是PWM電流波。
PWM波形可等效的各種波形:
直流斬波電路:等效直流波形
SPWM波:等效正弦波形,還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,也基于等效面積原理。
2、PWM相關概念
占空比:就是輸出的PWM中,高電平保持的時間與該PWM的時鐘周期的時間之比
如,一個PWM的頻率是1000Hz,那么它的時鐘周期就是1ms,就是1000us,如果高電平出現的時間是200us,那么低電平的時間肯定是800us,那么占空比就是200:1000,也就是說PWM的占空比就是1:5。
分辨率也就是占空比最小能達到多少,如8位的PWM,理論的分辨率就是1:255(單斜率),16位的的PWM理論就是1:65535(單斜率)。
頻率就是這樣的,如16位的PWM,它的分辨率達到了1:65535,要達到這個分辨率,T/C就必須從0計數到65535才能達到,如果計數從0計到80之后又從0開始計到80.......,那么它的分辨率最小就是1:80了,但是,它也快了,也就是說PWM的輸出頻率高了。
雙斜率/單斜率
假設一個PWM從0計數到80,之后又從0計數到80.......這個就是單斜率。
假設一個PWM從0計數到80,之后是從80計數到0.......這個就是雙斜率。
可見,雙斜率的計數時間多了一倍,所以輸出的PWM頻率就慢了一半,但是分辨率卻是1:(80+80)=1:160,就是提高了一倍。
假設PWM是單斜率,設定最高計數是80,我們再設定一個比較值是10,那么T/C從0計數到10時(這時計數器還是一直往上計數,直到計數到設定值80),單片機就會根據你的設定,控制某個IO口在這個時候是輸出1還是輸出0還是端口取反,這樣,就是PWM的最基本的原理了。
(mbbeetchina)
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