脉冲宽度调制是一种模拟控制方式,根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置,来实现晶体管或MOS管导通时间的改变,从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定,是利用微处理器的数字信号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。

1.什么是脉冲宽度调制

脉冲宽度调制是一种模拟控制方式,根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置,来实现晶体管或MOS管导通时间的改变,从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定,是利用微处理器的数字信号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。

什么是脉冲宽度调制

2.脉冲宽度调制的基本原理

脉宽调制(PWM)基本原理:控制方式就是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但宽度不一致的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲,使各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。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。
例如,把正弦半波波形分成N等份,就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等,都等于 π/n ,但幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合,且使矩形脉冲和相应正弦部分面积(即冲量)相等,就得到一组脉冲序列,这就是PWM波形。可以看出,各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理,PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。
在PWM波形中,各脉冲的幅值是相等的,要改变等效输出正弦波的幅值时,只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可,因此在交-直-交变频器中,PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。
根据上述原理,在给出了正弦波频率,幅值和半个周期内的脉冲数后,PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断,就可以得到所需要的PWM波形。

脉冲宽度调制的基本原理

3.脉冲宽度调制的优点

PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时,也才能对数字信号产生影响。
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点,而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端,通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。总之,PWM既经济、节约空间、抗噪性能强,是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。

脉冲宽度调制的优点

4.脉冲宽度调制应用领域

1、伺服
脉冲宽度调制可以用于控制伺服机构。
2、电信
在电信使用上,脉冲宽度调制是一种信号调制的形式,其脉冲波的宽度对应到另一个特定资料会在传送端被编码,并于接收端解码。 不同长度的脉冲波(要传递的讯息本身)将会每隔固定的时间后被传递(载波的频率)。
3、能量的传递
脉冲宽度调制可以被用来控制对于一个载流子能量传递的多少,而不会产生由阻抗所造成的线性能量传递损失。此方法所需要付出的代价是,载流子所流失的能量并非一个常数且是不连续的(如降压式变换器),载流子上传递的能量也不是连续的。然而,由于载流子可能是具有高频电感性的,这时就必须要外加一个被动的电子滤波器,让这些脉冲波变为平滑且能复原平均的模拟波型,能量流入载流子才会是连续的。而从供应端流出的能量则不是连续的,因此大部分情况下需要额外的能量储存空间。

脉冲宽度调制应用领域