第4章PWM原理電機控制器件及DSP生成PWM編程課件.ppt

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1、PWM原理、電機控制器件3.1PWM概述脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定。PWM的優(yōu)點1.從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。2.對噪聲抵抗

2、能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。　　總之，PWM既經(jīng)濟、節(jié)約空間、抗噪性能強，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。采樣控制理論中有一個重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時,其效果基本相同.對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖,用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的規(guī)則

3、對各脈沖的寬度進行調(diào)制,既可改變逆變電路輸出電壓的大小,也可改變輸出頻率.分別將如圖所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（R-L電路）上，其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形如圖所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但下降段則幾乎完全相同SPWM波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM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(guī)律變化。要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比

4、例改變各脈沖寬度即可。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。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。三種不同的PWM信號:a是一個占空比為10%的PWM輸出;b是一個占空比為5

5、0%的PWM輸出;c是一個占空比為90%的PWM輸出;。PWM相關(guān)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；分辨率：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)頻率雙斜率/單斜率（連續(xù)增計數(shù)，連續(xù)增/減計數(shù)模式）PWM應(yīng)用電力電子通信電機控制電力電子應(yīng)用直流斬波電路：直流PWM電路；交流變流電路：斬控式交流調(diào)壓電路矩陣式變頻電路整流電路：PWM整流電路；PWM在電機控制中的應(yīng)用采用脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成極性可變、

6、大小可調(diào)的直流電壓，用以實現(xiàn)直流電動機電樞端電壓的平滑調(diào)節(jié)，構(gòu)成直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。PWM在電機控制中的應(yīng)用PWM是控制信號：頻率、脈寬攜帶控制信息DSP中PWM信號的產(chǎn)生驅(qū)動電路中PWM信號的放大PWM驅(qū)動裝置是利用大功率晶體管的開關(guān)特性來調(diào)制固定的直流電源，按一個固定的頻率來接通和斷開電樞電源，并改變電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，所以這種裝置又稱為開關(guān)驅(qū)動裝置。電機換向方法與相關(guān)電路設(shè)計繼電器控制開關(guān)，手動改變連線換向H橋電機換向M+——+注意：千萬不能將同一側(cè)的兩個電路同時接通，否則會在電源和地之間形成

7、短路。比如A和C或者B和D同時為1.三極管H橋電路如果三極管Q1和Q2同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極,短路電流將燒毀三極管。存在的問題及解決辦法為了以避免馬達的反電動勢的危害，需要在晶體管兩端接二極管，因為馬達線圈在電路開閉瞬間產(chǎn)生的反向電動勢通過會高過電源改進的H橋電路4個與門同一個“使能”導(dǎo)通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。2個非門通過提供一種方向輸入，可以保證任何時候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個三極管能導(dǎo)通。（與前面的示意圖一樣，圖示不是一個完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作

8、的。）使能控制和方向邏輯三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。如果DIR－L信號為0，DIR－R信號為1，并且使能信號是1，那么三極