脉宽调制和频率的关系
脉宽调制(PWM) 与脉冲频率调制(PFM)
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转换器效率和损耗
“损耗” = 任何从输入吸收而未传送至输出的能量
MOSFET • 开关损耗 • 栅极驱动损耗 • 传导损耗
无源组件 • L：绕组和磁芯损耗 • 阻性损耗 • 电容器 ESR 损耗
转换器 IC • 内部基准 • 振荡器电路 • 栅极驱动电路
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转换器效率和损耗
在轻负载时，无源组件和 FET 损耗显著下降 IC 内部电流受振荡器的支配 某个固定频率上，IC 工作电流不会随负载而减小
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滞环模式控制
FET 的接通和关断基于输出电压的检测
开关式 (Bang-Bang) 控制：输出电压始终恰好高于或低于理想设定点 比较器迟滞用于保持可预测的操作并避免开关“跳动”。
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脉冲跳跃 / 省电模式
在轻负载时，PWM 转换器能自动切换至一种“低功耗”模 式以最大限度地减少电池电流消耗 该模式有时被称为“PFM”– 但实际上是一个间歇式地接通 和关断的固定频率 (PWM) 转换器
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省电模式与强制 PWM 模式的对比
（在 10 至 30 mA 负载瞬变条件下）
可变频率 高纹波
节能模式
PWM模式
小纹波
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多种省电模式
快速 PFM：效率高于 PWM，但 低于轻 PFM (LPFM)。权衡折衷 如需在非常轻负载时实现最高的 效率，则采用“轻 PFM”模式 如需在轻负载和重负载之间频繁 切换，且具有上佳的瞬态响应， 则可使用“快速 PFM”模式 省电模式的选择由用户通过向转 换器发送 I2C 命令来完成
EMI 由快速 dv/dt 和 di/dt 引起 在高功率条件下采用固定频率 PWM 在省电模式中采用可变频率，总输出功率级别非常低。 EMI 可能不是问题 需要时可将转换器设定至“强制 PWM”模式
pwm调节电压原理
pwm调节电压原理
PWM调节电压原理是通过对电源的开关进行控制来调节输出电压的一种方法。
具体原理如下：
1. PWM（脉宽调制）信号产生：通过控制器（如微处理器、微控制器或专用PWM控制芯片）产生一个高频的、固定频率的方波信号。
方波信号的频率通常在几十kHz至几百kHz之间。
2. 脉宽调制：根据所需要的输出电压来调整方波信号中的脉冲宽度。
即通过改变高电平的持续时间，实现输出电压的调节。
脉冲宽度与输出电压的比例关系是可调的。
3. 控制开关：将脉宽调制后的信号输入到一个或多个开关管（如晶体管、MOS管、IGBT等）进行控制。
当脉冲信号为高电平时，开关管导通，相应地，输出电压也为高电平。
当脉冲信号为低电平时，开关管截止，输出电压为低电平。
通过改变开关管的导通比例，即脉冲信号的占空比，可以调整输出电压的大小。
4. 滤波：由于PWM信号是一个方波，其频率非常高，因此需要对其进行滤波处理，以去除高频成分。
通常采用电容滤波或电感滤波的方式，将方波信号转换为平滑的直流信号。
5. 输出电压调节：根据PWM信号的脉冲宽度和滤波后的输出信号，通过反馈控制系统实时监测输出电压并与设定值进行比
较，通过调节PWM信号的占空比，使输出电压逐步趋向于设定值。
PWM原理与结构
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. PWM脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。
而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。
这样，使调压和调频两个作用配合一致，且于中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。
由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使电网侧的功率因数大大改善。
利用PWM 逆变器能够抑制或消除低次谐波。
加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，输出波形可以非常接近正弦波。
PWM变频电路具有以下特点：1. 可以得到相当接近正弦波的输出电压2. 整流电路采用二极管，可获得接近1的功率因数3. 电路结构简单4. 通过对输出脉冲宽度的控制可改变输出电压，加快了变频过程的动态响应现在通用变频器基本都再用PWM控制方式，所以介绍一下PWM控制的原理PWM基本原理脉宽调制（PWM）。
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斜波谐波少。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
在采样控制理论中有一个重要的结论，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。
冲量既指窄脉冲的面积。
这里所说的效果基本相同。
是指该环节的输出响应波形基本相同。
如把各输出波形用傅里叶变换分析，则它们的低频段特性非常接近，仅在高频段略有差异。
根据上面理论我们就可以用不同宽度的矩形波来代替正弦波，通过对矩形波的控制来模拟输出不同频率的正弦波。
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∏／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。
电力电子技术中的谐振变换器频率调节方法
电力电子技术中的谐振变换器频率调节方法谐振变换器是电力电子技术中常见的一种电路结构，可用于将一种电源频率转换为另一种频率。
频率调节是谐振变换器的核心功能之一，本文将介绍几种在电力电子技术中常用的谐振变换器频率调节方法。
一、PWM调制法脉宽调制（PWM）是一种常用的频率调节方法。
在脉宽调制法中，通过改变输入信号的脉冲宽度，来改变谐振变换器的工作频率。
这种方法可以实现较宽的频率调节范围，并且具有较高的调节精度。
脉宽调制法常用于交流调节器中，例如变频器和逆变器等。
二、电容调节法电容调节法是一种简单且有效的频率调节方法。
在电容调节法中，通过改变电容元件的容值，来改变谐振变换器的谐振频率。
这种方法适用于较小范围的频率调节，并且具有较低的成本。
电容调节法常用于谐振逆变器中，可以实现对逆变器输出频率的调节。
三、电感调节法电感调节法是一种常见的频率调节方法。
在电感调节法中，通过改变电感元件的参数，例如电感值或磁芯材料，来改变谐振变换器的谐振频率。
这种方法适用于中等范围的频率调节，并且具有较高的调节精度。
电感调节法常用于谐振变换器中，例如谐振逆变器和谐振变频器等。
四、控制信号调节法控制信号调节法是一种灵活且精确的频率调节方法。
在控制信号调节法中，通过改变控制信号的频率和幅度，来改变谐振变换器的谐振频率。
这种方法适用于较大范围的频率调节，并且具有较高的调节精度。
控制信号调节法常用于数字控制的频率变换器中，例如数字信号处理器和微控制器等。
综上所述，电力电子技术中的谐振变换器频率调节方法有脉宽调制法、电容调节法、电感调节法和控制信号调节法等。
不同的方法适用于不同的频率范围和调节要求，可以根据实际需求选择合适的方法。
在实际应用中，还可以结合多种方法进行频率调节，以达到更好的调节效果和性能优化。
电力电子技术中的谐振变换器频率调节方法对于电力系统的运行和控制具有重要的意义，可以实现对电源频率的变换和调节，适应不同的电器设备和应用要求。
pwm脉宽调制原理
pwm脉宽调制原理
PWM脉宽调制原理
PWM，即脉宽调制（Pulse Width Modulation），是一种通过控制信号的脉冲宽度来实现模拟信号的技术。
在电子领域中，PWM技术被广泛应用于控制系统、变频调速、电源供应等方面。
PWM脉宽调制原理基本上可以概括为通过改变信号的占空比来控制输出信号的电压或功率。
在PWM脉宽调制中，信号的周期是固定的，而脉冲的宽度则根据控制信号的变化而改变。
通过控制脉冲的宽度，可以实现对输出信号的精确控制。
通常情况下，信号的占空比被定义为脉冲的宽度与周期的比值，通常以百分比表示。
PWM脉宽调制技术的原理可以简单地解释为：当信号的占空比增大时，输出信号的电压或功率也会随之增大；反之，当信号的占空比减小时，输出信号的电压或功率也会相应减小。
因此，通过改变信号的占空比，可以实现对输出信号的精确控制。
在实际应用中，PWM脉宽调制技术被广泛应用于电子设备中，如直流电机的调速控制、逆变器的控制、电源供应的调节等。
通过PWM 技术，可以实现对电子设备的精确控制，提高系统的稳定性和效率。
除了在电子设备中的应用外，PWM脉宽调制技术还被广泛应用于照明领域。
通过调节LED灯的PWM信号，可以实现对灯光的亮度和
颜色的精确控制，实现节能和环保的效果。
总的来说，PWM脉宽调制技术是一种非常有效的控制技术，可以广泛应用于电子设备、照明领域等各个领域。
通过控制信号的脉冲宽度，可以实现对输出信号的精确控制，提高系统的稳定性和效率。
PWM技术的不断发展和应用将为电子领域带来更多的创新和发展。
脉冲宽度调制
脉冲宽度调制脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）是一种用模拟方法来表达数字化级别所使用的传输手段。
它具有高灵敏度、耐用性强、信号品质Թռ等优点。
该传输会由脉宽调制信号编码而成，包括有：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）是一种改变信号脉冲的宽度，以控制电力输出的技术。
它通过改变周期性脉冲的脉冲宽度来指示输出的大小。
通常，是用模拟方法来表达数字化级别。
基本的PWM电路将通过一个脉冲信号通过一个电路来控制电压或电流的最大值。
它的原理是：通过以固定周期发送脉冲，并以不同宽度和幅度的脉冲，来控制输出信号的大小。
脉冲宽度调制信号是一个连续的高频脉冲所组成的、重复的模式，它和载波相对应（而不是直接对应）。
三、应用脉冲宽度调制技术在很多领域里有着广泛的应用，例如：1、电动和气动机器：PWM用于控制电动机和气动机器的速度，以及机器所受的力。
2、自动化系统：PWM技术用于控制不同设备的精度和计算功能，包括自动化控制系统（如处理器控制器系统）以及测量仪器系统。
3、信号检测：PWM技术用于检测不同电子信号的质量，以鉴别传送的信号是否正确。
4、通信系统：PWM技术用于多种通信系统，可用于高速数据传输或低信号传播等。
四、优势PWM技术具有一定的优势，如高灵敏度、耐用性强、信号品质Թռ、降低失真等优点。
它还能够减少电子设备的功耗，同时可以提高设备的效率和可靠性。
五、常见PWM调制技术1、恒定频率PWM：这种调制技术的特点是信号的频率是一定的，可以用固定的控制操作来在基础频率上增加或减少PWM脉冲的宽度。
2、变频率PWM：它的特点在于固定频率的变化，可以通过改变PWM脉冲的宽度来改变信号的频率，有效地提高噪声位数。
3、脉冲调制：Pulse Modulation方式用脉冲信号来表达不同频率，以更大的精度来控制电压和电流输出，以及提高系统的可靠性。
4、模拟调制： Analog modulation方式利用复杂的模拟技巧来模拟电力信号，从而达到调制的目的。
pwm整流原理
pwm整流原理PWM（脉宽调制）整流原理脉宽调制（PWM）是一种常用的电子控制技术，它通过改变电信号的脉冲宽度来实现电能的调节和控制。
PWM整流技术在电力电子领域有着广泛的应用，特别是在直流电源、变频器、逆变器等电力电子设备中。
PWM整流原理是将交流电信号转换为直流电信号的一种方法。
其基本原理是利用开关管（如晶闸管或功率MOS管）控制电流的导通和截止，通过改变开关管的导通时间比例，来控制输出电压和电流的大小。
PWM整流技术的优点之一是能够实现高效的能量转换。
由于开关管在导通状态下具有较低的电压降，因此能够减少能量的损耗。
而且，通过改变开关管的导通时间比例，可以实现对输出电压和电流的精确控制，提高系统的稳定性和精度。
PWM整流技术的另一个优点是能够实现电能的变换和传递。
在PWM整流系统中，输入的交流电经过整流和滤波处理后，被转换为稳定的直流电。
这种直流电可以进一步用于驱动各种电力电子设备，实现电能的变换和传递。
在PWM整流系统中，脉宽调制信号的频率和占空比是两个重要的参数。
频率决定了开关管的开关速度，而占空比则决定了开关管导通和截止的时间比例。
通过合理选择这两个参数，可以实现输出电压和电流的精确控制。
在实际应用中，PWM整流技术通常需要配合控制器或微处理器来实现。
控制器通过对输入信号进行采样和处理，得到脉宽调制信号的频率和占空比，并控制开关管的导通和截止。
这样，就可以实现对输出电压和电流的精确控制。
需要注意的是，PWM整流技术在实际应用中还存在一些问题和挑战。
例如，开关管的导通和截止会产生较大的电压和电流冲击，需要合理设计电路和采取保护措施。
此外，PWM整流系统的稳定性和可靠性也需要进行充分的测试和验证。
PWM整流技术是一种实现电能调节和控制的重要方法。
通过改变开关管的导通和截止时间比例，可以实现对输出电压和电流的精确控制。
同时，PWM整流技术还具有高效能量转换和电能变换传递的优点。
然而，在实际应用中需要充分考虑电路设计和保护措施，以确保系统的稳定性和可靠性。
脉冲宽度调制(PWM)技术原理
一、PWM技术原理由于全控型电力半导体器件的出现，不仅使得逆变电路的结构大为简化，而且在控制策略上与晶闸管类的半控型器件相比，也有着根本的不同，由原来的相位控制技术改变为脉冲宽度控制技术，简称PwM技术。
PwM技术可以极其有效地进行谐波抑制，在频率、效率各方面有着明显的优点使逆变电路的技术性能与可靠性得到了明显的提高。
采用PwM方式构成的逆变器，其输人为固定不变的直流电压，可以通过PwM技术在同一逆变器中既实现调压又实现调频。
由于这种逆变器只有一个可控的功率级，简化了主回路和控制回路的结构，因而体积小、质量轻、可靠性高。
又因为集凋压、调频于一身，所以调节速度快、系统的动态响应好。
此外，采用PwM技术不仅能提供较好的逆变器输出电压和电流波形，而且提高了逆变器对交流电网的功率因数。
把每半个周期内，输出电压的波形分割成若干个脉冲，每个脉冲的宽度为每两个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比γ为此时，电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，也同样可以实现变频也变压的效果。
二、正弦波脉宽调制(sPwM）1．sPwM的概念工程实际中应用最多的是正弦PwM法(简称sPwM)，它是在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应每一等份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替，于是正弦波形所包围的面积可用这N个等幅(Vd)不等宽的矩形脉冲面积之和来等效。
各矩形脉冲的宽度自可由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定脉宽：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽。
度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。
若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可生成sPwM波形。
在工程应用中感兴趣的是基波，假定矩形脉冲的幅值Vd恒定，半周期内的脉冲数N也不变，通过理论分析可知，其基波的幅值V1m脉宽δi有线性关系在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。
脉宽调制(PWM) 与脉冲频率调制(PFM)
概述
PWM 和 PFM 是两大类 DC-DC 转换器架构 每种类型的性能特征是不一样的
重负载和轻负载时的效率 负载调节 设计复杂性 EMI / 噪声考虑
集成型转换器解决方案可整合这两种操作模式以利 用它们各自的优势
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典型便携式电源应用实例
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滞环模式控制
FET 的接通和关断基于输出电压的检测
开关式 (Bang-Bang) 控制：输出电压始终恰好高于或低于理想设定点 比较器迟滞用于保持可预测的操作并避免开关“跳动”。
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脉冲跳跃 / 省电模式
在轻负载时，PWM 转换器能自动切换至一种“低功耗”模 式以最大限度地减少电池电流消耗 该模式有时被称为“PFM”– 但实际上是一个间歇式地接通 和关断的固定频率 (PWM) 转换器
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IC 的工作电流会影响轻负载效率
假如负载电流约为 1 mA，则 IC 的内部电流 在 4 mA 左右
• “最好情况”效率< 20%
如果负载电流约为 200 mA，则 IC 的内部电流 为 4 mA 左右
• “最好情况”效率 > 90%
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双模式降压转换器
在 PWM 模式中 IC 工作电流约为 3.5 mA 在省电模式中 IC 工 作电流约为 23 µA
• •
对于噪声 / 纹波的敏感度在很大程度上取决于应用 对于 LED 应用，可以采用不同类型的亮度控制方法
3
定义 – PWM 和 PFM
PWM 转换器 PFM 转换器 • PFM = 脉冲频率调制 • 采用了一个可变频率时钟 • PFM 转换器实例：“恒定导通时间” 或 “恒定关断时间”控制 DC-DC 转 换器。 • 有几种 PFM 变种，而且该术语用于 指后面讨论的其他操作模式…
脉冲宽度调制(PWM)和正弦波脉宽调制(SPWM)变频技术简介
变频技术之PWM调制技术与SPWM调制技术详解变频技术通过改变电力信号的频率来调节电动机、压缩机和其他电气设备的运行速度。
在实际应用中，变频器是变频技术的核心装置，而脉冲宽度调制（PWM）技术和正弦波脉宽调制（SPWM）技术是实现变频器控制的重要手段。
什么是PWM调制技术PWM调制技术通过控制脉冲信号的宽度，实现对输出电压的调节。
在变频技术中，PWM被广泛应用于变频器中，以控制电动机的速度和转矩输出。
通过改变脉冲信号的占空比（脉冲宽度与周期之比），可以实现对电动机的精确控制。
当需要增大输出电压时，增加脉冲信号的宽度；当需要减小输出电压时，减小脉冲信号的宽度。
这种方式使得电动机可以在不同负载条件下保持稳定的转速和扭矩输出。
同时，PWM调制技术还具有响应快、控制精度高、效率高等优点，被广泛应用于各种电力控制系统中。
PWM调制波形如图1所示：图1PWM调制波形PWM技术具有以下优点：高效性：由于PWM技术可以通过调整脉冲宽度来控制电机的输出电压和频率，因此可以实现电机在不同负载条件下的高效运行。
通过减小电机额定电压，PWM技术可以降低电机的功耗，提高整体效率。
精确控制：PWM技术具有响应速度快、控制精度高的特点。
通过微调脉冲宽度和周期，可以实现对电机转速和扭矩的精确调节，满足不同应用的需求。
减少机械冲击：PWM技术可以实现电机的软启动和软停止，减少了机械系统的冲击和磨损，延长了设备的使用寿命。
尽管PWM技术具有许多优点，但也存在一些局限性：谐波问题：PWM技术在产生脉冲信号时会引入谐波成分，可能对电力网络和其他设备造成干扰。
为了减少谐波，需要采取滤波和抑制措施，增加了系统的复杂性和成本。
开关损耗：PWM技术使用高频开关装置，开关的频繁操作会产生开关损耗。
这些损耗会转化为热能，需要适当的散热系统来冷却电路。
EMI干扰：由于高频开关操作，PWM技术可能会产生电磁干扰（EMI），对周围的电子设备和无线通信系统造成干扰。
简述直流伺服电动机脉宽调制的工作原理。
直流伺服电动机是一种常见的驱动设备，其工作原理中涉及到脉宽调制技术。
脉宽调制（PWM）是一种控制技术，通过控制开关器件的导通时间来调节电源的输出电压，从而实现对电动机的精确定位和速度控制。
1. PWM技术的基本原理脉宽调制技术是指通过改变开关器件（一般为晶闸管、场效应管等）的导通时间来改变电源输出的电压。
在PWM控制中，开关器件以一定的频率开关，每次开关的持续时间称为脉宽，而开关的频率称为调制频率。
通过改变脉宽和频率，可以实现对输出电压的精确控制。
2. 直流伺服电动机的PWM调制原理直流伺服电动机通常由电源模块、控制器和电动机三部分组成。
在PWM调制中，控制器通过对电源模块输出的脉冲信号进行调制，控制电动机的转速和方向。
3. PWM调制在直流伺服电动机中的应用在实际控制中，通过改变PWM信号的占空比（即脉宽与周期的比值），可以控制电动机的转速和输出扭矩。
当占空比增大时，输出电压也随之增大，电动机转速也随之增加。
反之，占空比减小，则输出电压减小，电机转速下降。
通过对PWM信号的调制，可以实现对电动机速度和扭矩的精确控制。
4. PWM调制的优势和应用相对于其他调制方式（如调幅、调频等），PWM调制具有响应速度快、精确度高、效率高等优点，因此在工业控制领域得到广泛应用。
在直流伺服系统中，PWM技术能够有效地实现对电动机的精准控制，提高系统的稳定性和可靠性。
总结：通过脉宽调制技术，直流伺服电动机能够实现精确的速度和扭矩控制，从而广泛应用于工业控制系统中。
深入理解和掌握PWM调制原理，对于工程师和技术人员来说具有重要意义，可以为工业自动化领域的发展提供有力支持。
脉宽调制（PWM）技术作为一种控制技术，已广泛应用于各种电力电子设备中，其中包括直流伺服电动机。
通过对脉宽和频率的调节，PWM技术能够实现对电动机的精确控制，使其在工业生产中发挥关键作用。
在直流伺服电动机中，PWM技术的应用十分重要。
电动机的速度和扭矩控制直接关系到工业自动化系统的性能与稳定性，而PWM技术正是实现这一控制的关键。
正弦波脉宽调制技术
正弦波脉宽调制技术一、正弦波脉宽调制1、正弦脉宽调制法（SPWM）：是将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。
其中每周基波（正弦调制波）与所含调制输出的脉冲总数之比即为载波比。
2、正弦脉宽调制原理（以单相为例）：以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。
矩形波的面积按正弦规率变化。
这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse width modulation，简称SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。
a)b)图6-3图1 SPWM调制原理等效原理：如图1所示，把正弦分成n 等分，每一区间的面积用与其相等的等幅不等宽的矩形面积代替，正弦的正负半周均如此处理。
3、SPWM控制方式：SPWM控制技术有单极性控制和双极性控制两种方式。
如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。
如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也在正负之间变化，叫作双极性控制方式。
4、正弦脉宽调制的特点是脉宽调制是以逆变器的功率器件的快速而有规律的开关，形成一系列有规则的矩形方波，以和期望的控制电压等效。
其特点是基波分量大，2N-1次以下谐波得到有效的拟制，输出电流接近正弦波。
二、交流电动机动态数学模型：1、交流电机数学模型的性质：(1)、多变量，强耦合(如图2)输入变量：电压（或电流），频率输出变量: 转速、磁通（2）、有两个变量的乘积项。
电子基础知识-PWM
01 什么是PWM脉冲宽度调制(PWM)，PWM全称Pulse Width Modulation，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来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。
PWM的频率：是指1秒钟内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数，也就是说一秒钟PWM有多少个周期。
单位：Hz表示方式：50Hz、100HzPWM的周期：T=1/f（周期=1/频率）50Hz=20ms 一个周期，如果频率为50Hz，也就是说一个周期是20ms，那么一秒钟就有50次PWM周期。
占空比：是一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例。
单位：%(0%-100%)表示方式：20%周期：一个脉冲信号的时间，1s内测周期次数等于频率。
脉宽时间：高电平时间。
上图中脉宽时间占总周期时间的比例，就是占空比。
比方说周期的时间是10ms，脉宽时间是8ms，那么低电平时间就是2ms，总的占空比 8/（8+2）=80%，这就是占空比为80%的脉冲信号。
而我们知道PWM就是脉冲宽度调制通过调节占空比，就可以调节脉冲宽度(脉宽时间)，而频率，就是单位时间内脉冲信号的次数。
以20Hz，占空比为80%举例，就是1秒钟之内输出了20次脉冲信号，每次的高电平时间为40ms。
我们换更详细点的图：上图中，周期为T，T1为高电平时间，T2为低电平时间，假设周期T为1s，那么频率就是1Hz，那么高电平时间0.5s，低电平时间0.5s，总的占空比就是0.5 /1 =50%。
02 PWM原理以单片机为例，我们知道，单片机的IO口输出的是数字信号，IO口只能输出高电平和低电平，假设高电平为5V，低电平则为0V，那么我们要输出不同的模拟电压，就要用到PWM，通过改变IO口输出的方波的占空比从而获得使用数字信号模拟成的模拟电压信号。
我们知道，电压是以一种连接1或断开0的重复脉冲序列被夹到模拟负载上去的（例如LED灯，直流电机等），连接即是直流供电输出，断开即是直流供电断开。
pwm 的调制频率
pwm 的调制频率
PWM（脉冲宽度调制）的调制频率是指每秒钟产生的脉冲个数。
调制频率通常以赫兹（Hz）作为单位表示。
在PWM控制中，调制频率越高，脉冲周期越短，输出的模拟信号越平滑。
在实际应用中，PWM调制频率的选择要根据具体的需求和应用场景进行确定。
一般情况下，常见的PWM调制频率可以选择在几十kHz 到几百kHz之间。
调制频率的选择需要考虑以下几个因素：
1. 输出信号的带宽要求：如果需要较高的输出带宽，调制频率应该选择较高。
2. 控制对象的特性：不同的设备或系统对PWM调制频率的响应有所差异，需要根据具体设备的特点来选择合适的频率。
3. 效率要求：较高的调制频率通常会带来较高的开关损耗，因此需要在效率和输出质量之间进行权衡。
4. 噪声干扰：较高的调制频率可能会引入更多的干扰信号，需要根据实际噪声环境进行选择。
总之，选择PWM调制频率时需要综合考虑以上因素，并根据具体需求和实际情况进行合理选择。
谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)
谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)谈谈PFM(脉冲频率调制)与PWM(脉冲宽度调制)做电源设计的应该都知道PWM 和PFM 这两个概念开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(PWM)；(2)脉冲频率调制(PFM)；(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)．PWM：（pulse width modulation）脉冲宽度调制脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。
这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。
脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
PFM：（Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。
由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FMPWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM是利用脉冲的有无控制输出.其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片，如UCl842／2842／3842、TDAl6846、TL494、SGl525／2525／3525等；PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式，具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等；PWM-PFM 兼有PWM和PFM的优点。
DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压，通过变化开关次数进行控制，从而得到与设定电压相同的输出电压。
PFM控制时，当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关，在下降到设定电压前，DC/DC变换器不会进行任何操作。
但如果输出电压下降到设定电压以下，DC/DC变换器会再次开始开关，使输出电压达到设定电压。
正弦波脉宽调制技术
一、正弦波脉宽调制1、正弦脉宽调制法（SPWM ）：是将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。
其中每周基波（正弦调制波）与所含调制输出的脉冲总数之比即为载波比。
2、正弦脉宽调制原理（以单相为例）：以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave ），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave ），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。
矩形波的面积按正弦规率变化。
这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse width modulation ，简称SPWM ），这种序列的矩形波称作SPWM 波。
等效原理：如图1所示，把正弦分成 n 等分，每一区间的面积用与其相等的等幅不等宽的矩形面积代替，正弦的正负半周均如此处理。
3、SPWM 控制方式：SPWM 控制技术有单极性控制和双极性控制两种方式。
如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得的SPWM 波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。
如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM 波也在正负之间变化，叫作双极性控制方式。
4、正弦脉宽调制的特点是脉宽调制是以逆变器的功率器件的快速而有规律的开关，形成一系列有规则的矩形方波，以和期望的控制电压等效。
其特点是基波分量大，2N-1次以下谐波得到有效的拟制，输出电流接近正弦波。
二、交流电动机动态数学模型：1、交流电机数学模型的性质：(1)、多变量，强耦合(如图2)输入变量：电压（或电流），频率输出变量: 转速、磁通（2）、有两个变量的乘积项。
pwm整流器等效数学方程
pwm整流器等效数学方程PWM（Pulse Width Modulation）是脉宽调制技术，通过控制信号的脉冲宽度来调节输出电压或电流的平均值。
PWM整流器是一种常用的电子器件，可以将交流电转换为直流电。
PWM整流器的基本原理是通过开关器件，如晶体管或MOSFET，以高频脉冲的形式控制电流的传导时间。
这些开关器件在导通状态下，允许电流流过，而在非导通状态下，阻止电流流动。
通过改变脉冲的宽度和频率，可以调节输出电压的大小。
脉宽调制技术的数学方程主要涉及脉冲宽度和频率的关系，以及输出电压与输入电压的转换。
1. 脉冲宽度与占空比：脉冲宽度即脉冲的持续时间，通常用占空比（Duty Cycle）来表示。
占空比定义为脉冲宽度与周期的比值。
占空比可以通过以下公式计算：占空比（D）= (脉冲宽度（T_on）/ 脉冲周期（T）) x 100%2. 脉冲频率与周期：脉冲频率表示单位时间内脉冲的个数。
周期（T）表示一个完整脉冲的时间。
频率与周期之间的关系为：频率（f）= 1 / 周期（T）3. 输出电压平均值计算：输出电压的平均值主要取决于脉冲宽度和周期。
平均输出电压（Vout_average）= 输入电压（Vin） x 占空比（Duty Cycle）4. 输出电流计算：输出电流的平均值也可以通过脉冲宽度和周期计算得到。
平均输出电流（Iout_average）= 输入电流（Iin） x 占空比（Duty Cycle）5. 效率计算：PWM整流器的效率是指输出功率与输入功率之间的比值。
效率（η）= 输出功率 / 输入功率上述方程给出了PWM整流器的数学计算基础。
通过调整占空比、周期和输入电压，可以实现对输出电压和电流的精确控制。
通过这些方程，工程师可以进行PWM整流器的设计、分析和优化。
需要注意的是，实际的PWM整流器设计还涉及到一些非线性因素，如开关器件的失效电压和开关损耗等，这些因素需要进一步的考虑和优化，以提高整流器的效率和可靠性。
脉宽调制和频率的关系
脉冲宽度调制脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。
它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。
一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，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。
脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。
电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。
通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。
只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。
许多微控制器内部都包含有PWM控制器。
例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。
占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。
执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作：* 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期* 在PWM控制寄存器中设置接通时间* 设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚* 启动定时器* 使能PWM控制器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。
光子的脉宽
光子的脉宽光子的脉宽是指光子在时间上的持续长度，是光脉冲的一个重要参数。
在光通信、光谱分析、激光技术等领域中，光子的脉宽对于信号的传输、处理和测量起着至关重要的作用。
光子的脉宽与光的频率息息相关。
根据光的频率与波长之间的关系，我们知道波长越短，频率越高。
当光波的频率很高时，光子的脉宽通常较短。
这是因为高频率的光波由更多的周期组成，一个周期时间短，因此光子的脉宽也相应较短。
光子的脉宽与光源的特性有关。
光源可以是连续光源或脉冲光源。
连续光源发出的光是连续的，没有明显的脉冲特征，因此光子的脉宽较长。
而脉冲光源发出的光则是间断的脉冲，每个脉冲的持续时间就是光子的脉宽。
在激光器中，可以通过调节激光脉冲的宽度来控制光子的脉宽。
光子的脉宽也与光的传播介质和传播距离有关。
在光纤通信中，光信号通过光纤的传输会受到衰减和色散的影响，从而导致光子的脉宽发生变化。
特别是当光信号传播距离较长时，光子的脉宽会因为色散效应而增大。
因此，在设计光纤通信系统时，需要考虑光子的脉宽对信号传输质量的影响，并采取相应的补偿措施。
光子的脉宽还与光的调制方式有关。
光的调制是指通过改变光的某些属性来携带信息。
常见的光调制方式有强度调制、相位调制和频率调制。
不同的调制方式会导致光子的脉宽发生变化。
例如，在相位调制中，光信号的相位会随着调制信号的变化而改变，从而使光子的脉宽发生变化。
因此，在设计光通信系统时，需要选择合适的调制方式，以满足对光子脉宽的要求。
总结起来，光子的脉宽是光脉冲时间长度的度量，与光的频率、光源特性、传播介质和传播距离以及光的调制方式等因素密切相关。
在不同的应用领域中，光子的脉宽对于信号的传输、处理和测量起着重要的作用。
因此，对于光子脉宽的研究和控制具有重要的意义。
通过深入理解光子脉宽的影响因素，我们可以更好地应用光子技术，推动光通信、光谱分析和激光技术等领域的发展。
频率脉宽占空比关系
频率脉宽占空比关系在现代电子技术中，频率脉宽占空比是一个非常重要的概念。
它们在电路设计、通信系统、自动控制等领域都有广泛的应用。
频率是指信号在单位时间内重复的次数，通常以赫兹（Hz）为单位。
而脉宽占空比则是指脉冲信号中高电平持续时间与一个完整周期时间的比值。
频率和脉宽占空比之间存在着紧密的关系。
在一个周期内，频率决定了信号重复的次数，而脉宽占空比则决定了信号高电平和低电平的时间分配。
这两个因素的变化会直接影响到信号的特性和应用。
频率的变化会对信号的传输和处理产生重要影响。
在通信系统中，高频率的信号能够传输更多的信息，但同时也要求更高的传输带宽。
而低频率的信号虽然传输带宽要求较低，但信息传输速度会受到限制。
在自动控制系统中，频率的选择与被控对象的特性相关，不同的频率会产生不同的控制效果。
因此，在设计电路或者选择通信频段时，需要根据具体应用需求来确定合适的频率。
脉宽占空比的变化会对信号的稳定性和精度产生重要影响。
在数字电路中，脉宽占空比的改变可以用来表示不同的逻辑状态。
例如，在计算机中，高电平通常表示逻辑1，低电平表示逻辑0。
通过合理地控制脉宽占空比，可以实现数据的传输和处理。
在模拟电路中，脉宽占空比的变化可以用来控制输出信号的幅度和波形。
通过调整脉宽占空比，可以实现电压的调节和波形的变换。
频率和脉宽占空比还可以相互影响，共同决定信号的特性。
例如，在调制解调中，将信息信号调制到载波上时，需要选择合适的调制频率和脉宽占空比，以保证信息的传输和恢复。
在PWM（脉宽调制）控制中，通过改变脉宽占空比来控制输出信号的平均电压，从而实现对电机速度、亮度等参数的控制。
频率和脉宽占空比是电子技术中非常重要的概念，它们决定了信号的特性和应用。
在电路设计和通信系统中，合理地选择和控制频率和脉宽占空比，能够实现信号的传输、处理和控制。
因此，对于电子工程师和相关从业人员来说，熟练掌握频率和脉宽占空比的关系，具有重要的实际意义。
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脉冲宽度调制脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。
它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。
一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，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。
脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。
电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。
通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。
只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。
许多微控制器内部都包含有PWM控制器。
例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。
占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。
执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作：* 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期* 在PWM控制寄存器中设置接通时间* 设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚* 启动定时器* 使能PWM控制器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。
几种PWM控制方法采样控制理论中有一个重要结论: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.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
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. PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法.1 .相电压控制PWM1.1 等脉宽PWM法[1] VVVF(Variable V oltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压.等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种.它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化.相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路结构,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量.1.2 随机PWM 在上世纪70年代开始至上世纪80年代初,由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管,载波频率一般不超过5kHz,电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注.为求得改善,随机PWM方法应运而生.其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中,各频率能量分布是均匀的),尽管噪音的总分贝数未变,但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱.正因为如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率必须限制在较低频率的场合,随机PWM仍然有其特殊的价值;另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率,随机PWM技术正是提供了一个分析,解决这种问题的全新思路.1.3 SPWM法SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论: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.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.该方法的实现有以下几种方案.1.3.1 等面积法(计算法) 该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释,用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点.1.3.2 硬件调制法硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。
通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形.其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波.但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制.1.3.3 软件生成法由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易,因此,软件生成法也就应运而生.软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法,其有两种基本算法,即自然采样法和规则采样法.1.3.3.1 自然采样法[2] 以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法.其优点是所得SPWM波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个超越方程,计算繁琐,难以实时控制.1.3.3.2 规则采样法[3] 规则采样法是一种应用较广的工程实用方法,一般采用三角波作为载波.其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SPWM法.当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样.当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称,这种方法称为非对称规则采样. 规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦.其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小. 以上两种方法均只适用于同步调制方式中.1.3.4 低次谐波消去法[2] 低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法.其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开,表示为u(ωt)=ansinnωt,首先确定基波分量a1的值,再令两个不同的an=0,就可以建立三个方程,联立求解得a1,a2及a3,这样就可以消去两个频率的谐波. 该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波,但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大,而且同样存在计算复杂的缺点.该方法同样只适用于同步调制方式中.1.4 梯形波与三角波比较法[2] 前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的,从而忽视了直流电压的利用率,如SPWM法,其直流电压利用率仅为86.6%.因此,为了提高直流电压利用率,提出了一种新的方法--梯形波与三角波比较法.该方法是采用梯形波作为调制信号,三角波为载波,且使两波幅值相等,以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制. 由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时,其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值,从而可以有效地提高直流电压利用率.但由于梯形波本身含有低次谐波,所以输出波形中含有5次,7次等低次谐波.2 .线电压控制PWM 前面所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时,都是对三相输出相电压分别进行控制的,使其输出接近正弦波,但是,对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载,逆变器输出不必追求相电压接近正弦,而可着眼于使线电压趋于正弦.因此,提出了线电压控制PWM,主要有以下两种方法. 2.1 马鞍形波与三角波比较法马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入PWM方式(HIPWM),其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波,调制信号便呈现出马鞍形,而且幅值明显降低,于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下,可以使基波幅值超过三角波幅值,提高了直流电压利用率.在三相无中线系统中,由于三次谐波电流无通路,所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波[4]. 除了可以注入三次谐波以外,还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他波形,这些信号都不会影响线电压.这是因为,经过PWM调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波,但在合成线电压时,各相电压中的这些谐波将互相抵消,从而使线电压仍为正弦波. 2.2 单元脉宽调制法[5] 因为,三相对称线电压有Uuv+Uvw+Uwu=0的关系,所以,某一线电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和.现在把一个周期等分为6个区间,每区间60°,对于某一线电压例如Uuv,半个周期两边60°区间用Uuv本身表示,中间60°区间用-(Uvw+Uwu)表示,当将Uvw和Uwu作同样处理时,就可以得到三相线电压波形只有半周内两边60°区间的两种波形形状,并且有正有负.把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号,载波仍用三角波,并把各区间的曲线用直线近似(实践表明,这样做引起的误差不大,完全可行),就可以得到线电压的脉冲波形,该波形是完全对称,且规律性很强,负半周是正半周相应脉冲列的反相,因此,只要半个周期两边60°区间的脉冲列一经确定,线电压的调制脉冲波形就唯一地确定了.这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号,但由于已知三相线电压的脉冲工作模式,就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了. 该方法不仅能抑制较多的低次谐波,还可减小开关损耗和加宽线性控制区,同时还能带来用微机控制的方便,但该方法只适用于异步电动机,应用范围较小.3 .电流控制PWM 电流控制PWM的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号,把实际的电流波形作为反馈信号,通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断,使实际输出随指令信号的改变而改变.其实现方案主要有以下3种. 3.1 滞环比较法[4] 这是一种带反馈的PWM控制方式,即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器,得出相应桥臂开关器件的开关状态,使得实际电流跟踪给定电流的变化.该方法的优点是电路简单,动态性能好,输出电压不含特定频率的谐波分量.其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音,和其他方法相比,在同一开关频率下输出电流中所含的谐波较多. 3.2 三角波比较法[2] 该方法与SPWM法中的三角波比较方式不同,这里是把指令电流与实际输出电流进行比较,求出偏差电流,通过放大器放大后再和三角波进行比较,产生PWM波.此时开关频率一定,因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点.但是,这种方式电流响应不如滞环比较法快. 3.3 预测电流控制法[6] 预测电流控制是在每个调节周期开始时,根据实际电流误差,负载参数及其它负载变量,来预测电流误差矢量趋势,因此,下一个调节周期由PWM产生的电压矢量必将减小所预测的误差.该方法的优点是,若给调节器除误差外更多的信息,则可获得比较快速,准确的响应.目前,这类调节器的局限性是响应速度及过程模型系数参数的准确性.4 .空间电压矢量控制PWM [7] 空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法.它以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关,形成PWM波形.此法从电动机的角度出发,把逆变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通). 具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式.磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量,若采样时间足够小,可合成任意电压矢量.此法输出电压比正弦波调制时提高15%,谐波电流有效值之和接近最小.磁通闭环式引入磁通反馈,控制磁通的大小和变化的速度.在比较估算磁通和给定磁通后,根据误差决定产生下一个电压矢量,形成PWM波形.这种方法克服了磁通开环法的不足,解决了电机低速时,定子电阻影响大的问题,减小了电机的脉动和噪音.但由于未引入转矩的调节,系统性能没有得到根本性的改善.5 .矢量控制PWM[8] 矢量控制也称磁场定向控制,其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia,Ib及Ic,通过三相/二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿对直流电动机的控制方法,实现对交流电动机的控制.其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制.通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制. 但是,由于转子磁链难以准确观测,以及矢量变换的复杂性,使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果,这是矢量控制技术在实践上的不足.此外.它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制,在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器,这显然给许多应用场合带来不便.6 .直接转矩控制PWM[8] 1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论(Direct Torque Control简称DTC).直接转矩控制与矢量控制不同,它不是通过控制电流,磁链等量来间接控制转矩,而是把转矩直接作为被控量来控制,它也不需要解耦电机模型,而是在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值,然后,经磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行最佳控制,从而在很大程度上解决了上述矢量控制的不足,能方便地实现无速度传感器化,有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度,并以新颖的控制思想,简洁明了的系统结构,优良的动静态性能得到了迅速发展. 但直接转矩控制也存在缺点,如逆变器开关频率的提高有限制. 7. 非线性控制PWM 单周控制法[7]又称积分复位控制(Integration Reset Control,简称IRC),是一种新型非线性控制技术,其基本思想是控制开关占空比,在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例.该技术同时具有调制和控制的双重性,通过复位开关,积分器,触发电路,比较器达到跟踪指令信号的目的.单周控制器由控制器,比较器,积分器及时钟组成,其中控制器可以是RS触发器,其控制原理如图1所示.图中K可以是任何物理开关,也可是其它可转化为开关变量形式的抽象信号. 单周控制在控制电路中不需要误差综合,它能在一个周期内自动消除稳态,瞬态误差,使前一周期的误差不会带到下一周期.虽然硬件电路较复杂,但其克服了传统的PWM控制方法的不足,适用于各种脉宽调制软开关逆变器,具有反应快,开关频率恒定,鲁棒性强等优点,此外,单周控制还能优化系统响应,减小畸变和抑制电源干扰,是一种很有前途的控制方法.8 .谐振软开关PWM 传统的PWM逆变电路中,电力电子开关器件硬开关的工作方式,大的开关电压电流应力以及高的du/dt和di/dt限制了开关器件工作频率的提高,而高频化是电力电子主要发展趋势之一,它能使变换器体积减小,重量减轻,成本下降,性能提高,特别当开关频率在18kHz以上时,噪声将已超过人类听觉范围,使无噪声传动系统成为可能. 谐振软开关PWM的基本思想是在常规PWM变换器拓扑的基础上,附加一个谐振网络,谐振网络一般由谐振电感,谐振电容和功率开关组成.开关转换时,谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程,谐振过程极短,基本不影响PWM技术的实现.从而既保持了PWM技术的特点,又实现了软开关技术.但由于谐振网络在电路中的存在必然会产生谐振损耗,并使电路受固有问题的影响,从而限制了该方法的应用.总结PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点.由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一. 相关应用领域: PWM控制结束主要应用在电力电子技术行业,具体讲,包括风力发电、电机调速、直流供电等领域，由于其四象限变流的特点，可以反馈再生制动的能量，对于目前国家提出的节能减排具有积极意义。