电力电子第6章 脉宽调(PWM)技术
PWM脉冲宽度调制分析
PWM脉冲宽度调制分析PWM（Pulse Width Modulation）是一种用来调节模拟信号的数字技术。
通过改变脉冲的宽度，可以实现对信号的调节和控制。
PWM技术在很多领域都有广泛的应用，比如电力电子、通信技术、控制系统等。
PWM脉冲宽度调制的基本原理是通过调整脉冲信号的高电平时间和低电平时间来控制输出功率。
在周期T内，将一个周期中的高电平时间占空比定义为Duty Cycle，通常用百分比表示，即D=(Thigh/T)*100%。
通过改变Duty Cycle的大小，可以改变输出信号的幅度，从而实现对模拟信号的调节和控制。
PWM技术的优点是输出信号幅度可调，抗干扰能力强，而且实现简单、成本低廉。
因此，PWM技术在很多领域都有广泛的应用。
比如，在电力电子领域，PWM技术广泛应用于直流电源变换器、交流变频器、逆变器等电力电子设备中，用来实现对电力信号的控制和调节。
在通信技术领域，PWM技术可以用来实现数字调制，比如在脉冲编码调制（PCM）和数字调制解调器（DMD）中都可以使用PWM技术。
在控制系统领域，PWM技术可以用来实现数字控制和解码，比如在数字控制器和逻辑控制系统中都可以使用PWM技术。
在电力电子领域，PWM技术主要应用于直流电源变换器（DC-DC Converter）、交流变频器（AC-DC Converter）、逆变器（Inverter）等电力电子设备中。
这些设备主要用于电力转换和控制，实现对电力信号的调节和控制。
其中，逆变器是PWM技术应用最广泛的一种电力电子设备，主要用来将直流电源转换为交流电源，实现对交流电源的调节和控制。
在逆变器中，PWM技术被广泛应用于输出端的控制。
逆变器的输出端通常是由一组功率晶体管组成的全桥逆变器电路。
通过改变这些功率晶体管的导通与关断，可以实现对输出交流电源的调节和控制。
而PWM技术则可以通过改变脉冲信号的高低电平时间比，控制功率晶体管的导通与关断，从而实现对输出电源的调节和控制。
PWM（PulseWidthModulation）控制技术
PWM（PulseWidthModulation）控制技术脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)控制技术1、背景随着电力电子技术的发展，整流器、逆变器电力变换装置已广泛应用于电力、交通、冶金、化工、航天等各个领域。
而电力电子装置多数通过整流器与电力网接口，因此提高功率因数、消除和抑制谐波就成为电力电子领域研究的重大课题。
脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)控制技术以其控制简单灵活、动态响应好、成本低以及谐波影响小等优点，成为电力电子技术应用最广泛的控制方式，是人们研究的热点。
2、PWM技术的基本原理2.1面积（伏秒积）等效原理面积（伏秒积）等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上时，其效果基本相同。
2.2PWM控制的基本思想2PWM控制的基本思想就是用幅值相同、宽度不等的脉冲波来等效目的波形（多为正弦波）。
2.3单极性调制与双极性调制对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
3、PWM技术的分类随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：脉宽PWM法、随机PWM、SPWM 法、空间矢量PWM等等，而目前应用最广泛的就是正线电压PWM（SWPM）和空间矢量PWM （SVPWM）。
3.1、等脉宽PWM法VVVF(Variable Voltage 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。
PWM控制电路
6.2 PWM逆变电路及其控制方法
目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM 技术
逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用 场合 PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两 种，目前实用的PWM逆变电路几乎都是电 压型电路
6.2.1 计算法和调制法
计算法
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算PWM波 各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断， 就可得到所需PWM波形
当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号
如 io>0，V1和V4通，如 io<0，VD1和VD4通， uo=Ud
6.2.1 计算法和调制法
当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号
如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud 单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制
VD1 V3 VD4 V V6
VD3 V5 VD6 W V2
VD5 N VD2
N'
Ud 2
+
C
V4
urU urV urW uc
调制 电路
图6-7 三相桥式PWM型逆变电路
图6-7
6.2.1 计算法和调制法
U相的控制规律
当urU>uc时，给V1导通信号，给V4关断信号，uUN’=Ud/2 当urU<uc时，给V4导通信号，给V1关断信号，uUN’=-Ud/2 当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能 是VD1(VD4)导通 uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形只有±Ud/2两种电平 uUV波形可由uUN’-uVN’得出，当1和6通时，uUV=Ud，当3 和4通时，uUV=－Ud，当1和3或4和6通时，uUV=0 输出线电压PWM波由±Ud和0三种电平构成 负载相电压PWM波由(±2/3)Ud 、(±1/3)Ud 和0共5种电 平组成
脉冲宽度调制(PWM)技术
脉冲宽度调制(PWM)技术在电力电子变流器控制系统中，对于控制电路的要求往往是除能够控制负载的加电与断电外，还应该能够控制加载到负载上的电压高低及功率大小。
在大功率电力电子电路中，控制加载至负载上电压及功率的实用方法就是脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)。
1. 面积等效原理在控制理论中，有一个重要的原理，即冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量(冲量)作用在具有惯性的环节上时，只要这些变量对时间的积分相等，其作用的效果将基本相同。
这里所说的效果基本相同是指惯性环节的输出响应波形基本相同。
例如，下图1示出的三个窄脉冲电压波形分别为矩形波、三角波和正弦波，但这二个窄脉冲电压对时间的积分相等，或者说它们的面积相等。
当这三个窄脉冲分别作用在只有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。
因此，冲量等效原理也可以称为面积等效原理。
从数学角度进行分析，对上图1所示的三个窄脉冲电压波形进行傅里叶变换，则其低频段的特性非常相近，仅在高频段有所不同，而高频段对于具有惯性负载的电路影响非常小。
由此进一步证明了面积等效原理的正确性。
2. 脉冲宽度调制技术依据面积等效原理，在电路中可以利用低端电源开关或高端电源开关，以一定频率的导通和截止连续切换，使电源电压U i以一系列等幅脉冲(或称为矩形波)的形式加载到负载上，加载在负载上的电源电压Uo波形如图2所示。
图2所示的矩形波的电压平均值：此式表明在一个脉冲周期内，电压的平均值与脉冲的占空比是成正比的，于是，可以通过改变脉冲的占空比来调整加载到负载上的电压大小。
当占空比小时，加载到负载上的平均电压就低，即加载到负载上的功率小；而占空比大时，加载到负载上的平均电压就高，加载到负载上的功率大。
这种通过等幅脉冲调节负载平均电压及功率的方法称为脉冲宽度调制，也称为斩波控制。
采用脉冲宽度调制方式为负载供电，由于供电电压是脉动的，势必会产生出各种谐波。
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。
第6章PWM技术
由电机学，三相对称正 弦供电时: 总向量恒幅恒速旋转 (电)角速度：w 2f s 代表空间正弦分布且圆 转磁场，u s、es、is 是引用量
26
• 三相交流的空间向量
n=0:15;x=2*pi*n/16;a=2*pi/3;
v=cos(x)+cos(x+a)*exp(j*a) +cos(x-a)*exp(-j*a); plot(v)
16
除计算法和调制法外，还有 空间向量法 跟踪控制方法
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6.2.2 异步调制和同步调制
载波比N = fc / fo----模拟uo一个周波的脉冲数 1） 异步调制----fc不变， N随fo变 载波与调制波不同步 N常≠整数 对称性差。 当fo较低时，N大------低频性能好。
当fo增高时，N小------高频差
u
ω1
u2Tc
32
空间矢量磁链控制 SVPWM
其它区域也有相应控制规则
SVPWM用电压向量u控制Ψ 沿折线围线,并走走停停逼近圆 开关频率越高,线元usTc越短 Ψ圆越准
33
空间矢量磁链控制 SVPWM
三电平逆变器 电压向量us更多 按ΔΨ=Ψ* - Ψ --用最佳us控制 Ψ圆更准
34
SVPWM波形特点
31
空间矢量磁链控制 SVPWM
--仿闭环控制算法 控制方程ΔΨs “=” usTc 按Ψ转向超前90度建u参考轴 u2 用u轴前后电压向量控制Ψ 例如图 矢量 作用 应用条件 u1 u1 正转增幅 Ψ滞后欠幅 u2 正转减幅 滞后超幅 u7,8 停转等待 超前 Ψ 例:Ψ滞后欠幅,用u1 u1Tc Ψ滞后超幅,用u2 Ψ超前,用u7,8 注”相邻原则”:u1u8; u2u7;可减少开关动作
脉宽调制pwm的原理与应用
脉宽调制（PWM）的原理与应用1. 脉宽调制（PWM）概述脉宽调制（PWM）是一种常用的调制技术，用于控制电子设备中的信号的占空比。
在PWM技术中，周期固定，而信号的脉宽可以根据需要调整。
这种技术可以模拟连续信号，并用于各种应用，如电机控制、光控制和通信系统等。
2. 脉宽调制（PWM）的工作原理脉宽调制（PWM）的工作原理基于占空比的调节来控制输出信号的平均功率。
PWM信号由两个元素组成：周期和脉宽。
周期是信号的总时间长度，脉宽表示信号在一个周期内处于高电平状态的时间长度。
通常情况下，PWM信号的周期是固定的，决定了信号的重复频率。
脉宽则是可调节的，可以通过改变脉宽来控制输出信号的占空比。
占空比是高电平存在的时间与一个周期的比例。
脉宽调制的基本原理是，在一个周期内改变信号的脉宽，来控制输出信号的平均功率。
当脉宽较小的时候，平均功率较低；当脉宽较大的时候，平均功率较高。
3. 脉宽调制（PWM）在电机控制中的应用脉宽调制（PWM）在电机控制中被广泛应用。
通过改变PWM信号的脉宽，可以调整电机的转速和扭矩输出。
3.1 电机转速控制脉宽调制（PWM）可以实现电机的转速控制。
通过改变PWM信号的脉宽，可以改变电机的输入电压，从而控制电机的转速。
较大的脉宽将产生较高的平均电压，从而使电机转速增加；较小的脉宽将产生较低的平均电压，从而使电机转速减小。
3.2 电机扭矩控制脉宽调制（PWM）还可以实现电机的扭矩控制。
通过改变PWM信号的脉宽，可以改变电机的平均电流，从而控制电机的输出扭矩。
较大的脉宽将产生较高的平均电流，从而使电机输出扭矩增加；较小的脉宽将产生较低的平均电流，从而使电机输出扭矩减小。
4. 脉宽调制（PWM）在光控制中的应用脉宽调制（PWM）在光控制中也有广泛的应用。
通过改变PWM信号的脉宽，可以控制LED灯的亮度。
4.1 LED亮度控制LED灯的亮度可以通过改变PWM信号的脉宽来控制。
较大的脉宽将使LED灯处于高亮度状态，而较小的脉宽将使LED灯处于低亮度状态。
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。
电力电子技术【王兆安第五版】第6章PWM控制补充技术PPT课件
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法
引言 6.4.1 180o导通模式下的逆变器电压空间矢量 6.4.2 三相对称交流量空间矢量定义 6.4.3 电机磁链空间矢量与电压矢量的关系 6.4.4 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场 6.4.5 电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制 小结 本节习题
6.4 电压空间矢量脉宽调制方法• 引言
如果定义电压空间矢量 U s 为：
为何有此 定义？
U s2 3(U U NU V Nej2 3U W Nej4 3)
则根据前述六拍阶梯波工作模式下的6种工作状态， 可以分别推导得出6个电压空间矢量： Us1, Us2, Us3, Us4, Us5和Us6； Us7和Us8幅值为零，称为零电压矢量，简称零矢量
☺如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，
按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应 该更好。这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，接下来 的讨论将表明，磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间 矢量得到的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM， Space Vector PWM）控制”。这是一种在80年代提出， 现在得到广泛应用的三相逆变器PWM控制方法。
开关状态表
序号
开关状态
1 VT6 VT1 VT2
2
VT1 VT2 VT3
2
VT2 VT3 VT4
4
VT3 VT4 VT5
5
VT4 VT5 VT6
6
VT5 VT6 VT1
7
VT2 VT4 VT6
8
VT1 VT3 VT5
开关代码 100 110 010 011 001 101 000 111
开关代码：表示三相桥臂输出状态； 1—上管导通，下管关断，桥臂输出高电平 0—下管导通，上管关断，桥臂输出低电平
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。
第六章 脉宽调(PWM)技术 电力电子技术ppt
2.调制法
u uc H
O
uo D
O
希望输出的波形作调制信号，把接受调制的 信号作为载波，通过调制得到所期望的 ur PWM波
通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波
t
等腰三角波应用最多，其任一点水平宽度和 高度成线性关系且左右对称
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2.调制法
把希望输出的波形作为调制信号，把接受调制的 信号作为载波，通过信号波得调制得到所期望的 PWM波形
等腰三角波 或锯齿波
等腰三角波上任一点的水平宽 度和高度成线性关系，且左右 对称，当它与任何一个平缓变 化的调制信号波相交时，如在 交点时刻对电路中开关器件的 通断进行控制，就可得到宽度 正比于信号波幅值的脉冲
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6.1 PWM控制的基本思想
1.重要理论基础——面积等效原理
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。
冲量
窄脉冲的面积
效果基本相同
环节的输出响应波形基本相同
f (t)
f (t)
f (t)
f (t)
d (t)
O
tO
tO
tO
t
a)矩形脉冲
b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数
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6.2 PWM逆变电路及其控制方法
一. 计算法和调制法 二. 异步调制和同步调制 三. 规则采样法 四. PWM逆变电路得谐波分析 五. 提高直流电压利用和减少开关次数 六. PWM逆变电路的多重化
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一. 计算法和调制法
1.计算法
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计 算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路 开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。 本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位 变化时，结果都要变化。
PWM脉冲宽度调制分析
PWM脉冲宽度调制分析PWM（脉冲宽度调制）是一种常见的调制方式，广泛应用于电力电子、通信和自动控制等领域。
本文将从定义、原理、应用、优缺点以及未来发展等方面进行PWM脉冲宽度调制的分析。
首先，PWM是一种通过调整脉冲的宽度来实现信号调制的技术。
具体而言，PWM技术就是将模拟信号转换为脉冲信号，通过改变脉冲的宽度来达到对模拟信号的调制。
PWM信号的周期是固定的，而脉冲宽度根据模拟信号的幅度大小进行调节。
脉冲宽度越宽，表示模拟信号越大；脉冲宽度越窄，表示模拟信号越小。
PWM信号可以看作是一个平均电平不变、宽度可变的脉冲序列。
PWM技术的原理主要有两种：基于电压的PWM和基于电流的PWM。
基于电压的PWM通过改变脉冲电压的高低来改变脉冲宽度；而基于电流的PWM则通过改变脉冲电流的大小来改变脉冲宽度。
无论是基于电压还是电流的PWM，调制的实质都是在固定周期内改变脉冲的占空比，从而实现对模拟信号的调节。
PWM技术在许多领域有重要的应用。
在电力电子中，PWM技术可用于变频调速、电力传输和能量转换等方面。
例如，通过PWM技术可以实现交流电变直流电的转换，以及交流电的变频调速。
在通信领域，PWM技术可用于信号调制、数字通信和无线通信等方面。
在自动控制方面，PWM技术可以用于电机控制、温度控制以及光照控制等方面。
但是，PWM技术也有一些缺点。
首先，PWM技术对高频电磁干扰敏感，容易受到噪声干扰。
其次，PWM技术需要较高的采样频率和精度，以保证PWM信号的稳定性和精确性。
此外，PWM技术还需要借助滤波电路进行信号的恢复和重构，增加了硬件的复杂性和成本。
未来，随着电子技术的发展，PWM技术仍然具有广阔的发展空间。
一方面，对于PWM技术的研究可以进一步提高其稳定性和精确性，缩小PWM信号与模拟信号的差距。
另一方面，PWM技术可以与其他调制技术相结合，实现更加复杂的信号处理和调制。
此外，PWM技术在新能源领域的应用也越来越重要，例如太阳能和风能的转换和调节。
电力电子技术中的PWM调制技术详解
电力电子技术中的PWM调制技术详解在现代工业领域中，电力电子技术扮演着至关重要的角色。
PWM （脉宽调制）技术作为电力电子技术的核心之一，已经广泛应用于各种电源和驱动系统中。
本文将深入探讨PWM调制技术的原理、应用和优势。
1. PWM调制技术的原理PWM调制技术是通过改变脉冲宽度的方式来控制电路输出的一种方法。
其基本原理是将模拟信号转换为脉冲信号，通过调整脉冲的宽度来控制输出电压或电流的大小。
PWM信号的脉冲宽度与所需输出信号的幅值成正比。
在PWM调制技术中，常用的脉冲产生方法包括比较器法、计数器法和改进型PWM等。
其中，比较器法是最常用的一种方法。
该方法通过一个比较器将输入信号与一定频率、恒定幅度的三角波进行比较，从而产生脉冲宽度调制的信号。
2. PWM调制技术的应用PWM调制技术已经广泛应用于各种电力电子设备和系统中。
以下是几个常见的应用领域：2.1 变频调速系统PWM调制技术在变频调速系统中起到了关键作用。
通过调整PWM 信号的脉冲宽度，可以实现对电机转矩和转速的精确控制。
这种技术的应用使得电机的运行更加稳定、高效，并且节省能源。
2.2 电力逆变器电力逆变器是将直流电能转换为交流电能的设备，广泛应用于太阳能发电、风能发电等领域。
PWM调制技术能够有效地控制逆变器的输出波形质量，提高逆变器的效率和稳定性。
2.3 电源管理系统在电源管理系统中，PWM调制技术能够实现电源的高效转换和稳定输出。
通过精确控制PWM信号的脉冲宽度，可以实现电源的输出电压的调节和稳定，以满足不同电器设备的需求。
3. PWM调制技术的优势PWM调制技术相比传统的模拟控制方法具有以下优势：3.1 高精度控制PWM调制技术能够精确调节输出信号的幅度，通过调整脉冲宽度来实现高精度控制。
这种精准性在很多需要精确控制的领域非常重要，比如电机调速系统和逆变器控制系统。
3.2 高效能转换由于PWM调制技术只有两种状态（高电平和低电平），因此能量损耗相对较小，能够实现高效率的能量转换。
PWM技术
发生PWM信号的具体步骤
❖ 第一步：通过电阻R和电容C设定开关周期Ts（开 关频率f＝1/Ts）；
❖ 第二步：通过振荡器产生载波，即图1中的锯齿波/ 三角波；
❖ 第三步：根据需要产生一个控制信号即调制波，然 后，载波和调制波的值通过比较器进行比较；
❖ 第四步：比较器比较的结果产生PWM信号。
❖ 电阻R和电容C配置oscillator产生锯齿波/三角波的 频率，一般来说都有一个计算公式或者通过图标来 查询。比如UC3875，这一款芯片就是采用图表的 方式告诉怎样配置齿波/三角波的频率，如图2所示。
图2 电阻R和电容C与锯齿波/三角波频率的关系图
2、数字电路产生PWM
数字电路产生PWM信号的原理与模拟电路一样，不同的 是，数字电路产生PWM信号是通过寄存器的设置来实现的。 数字电路产生PWM信号的原理如图3所示。
Period Register Set Ts Ts
Value of Timer Register
❖ 第三步：根据需要产生一个控制信号即调制波，即 星号*表示的值，用此值装载比较寄存器（Compare Register），然后，Timer Register和Compare Register的值进行比较，比较的结果送往PWM发生 电路。如图4所示；
❖ 第四步：PWM发生电路根据比较的结果产生PWM 信号。
（二）PWM信号发生原理
❖ 1、模拟电路产生PWM； ❖ 2、数字电路产生PWM。
1、模拟电路产生PWM
模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没 有限制。模拟电路产生PWM信号的一般原理如图1所示。
Ts 载波
Vs
oscillator
Vc 调制波
R
C
脉宽调(PWM)技术
O
u
> ωt
冲量相等，中点重合 宽度按正弦规律变化
ωt
O
u
u
SPWM波
O
ωt
O
> ωt
6.1 PWM控制的基本思想
对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形
Ud O -U d
wt
正弦波还可等效为下图中的PWM波，在实际应用中更为广泛。
U
d
等幅PWM波
O
-
wt
U
d
U
o
ωt
不等幅PWM波
6.2 PWM逆变电路及其控制方法
Uo
wt
uo
负 周 半
uo的基波分量
wt
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断
ur正半周，V1保持通，V2保持断。 当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud 。 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0 。 ur负半周，请同学们自己分析。
O -U d
单极性PWM控制方式波形
6.2.1 计算法和调制法
分析以双极性SPWM波形为准。 同步调制可看成异步调制的特殊情况，只分析异步调制 方式。 分析方法
以载波周期为基础，再利用贝塞尔函数推导出PWM波 的傅里叶级数表达式。
尽管分析过程复杂，但结论简单而直观。
6.2.4 PWM逆变电路的谐波分析
谐波分析小结 三相和单相比较，共同点是都不含低次谐波，一个较显著
6.2.6 PWM逆变电路的多重化
PWM多重化逆变电路，一般目的：提高等效开关频率、减少开关损耗、 减少和载波有关的谐波分量 PWM逆变电路多重化联结方式有变压器方式和电抗器方式
利用电抗器联接的二重PWM逆变电路（图6-20，图 6-21)
什么是电力电子中的脉冲宽度调制技术？
什么是电力电子中的脉冲宽度调制技术？在我们的日常生活中，电无处不在，从点亮灯光到驱动各种电子设备，电力的应用无所不及。
而在电力电子领域，有一种重要的技术——脉冲宽度调制技术（Pulse Width Modulation，简称 PWM），它在电力转换和控制中发挥着关键作用。
那么，到底什么是脉冲宽度调制技术呢？让我们来逐步揭开它神秘的面纱。
简单来说，脉冲宽度调制技术是一种通过改变脉冲的宽度来控制输出电压或电流平均值的方法。
想象一下，我们有一个电源，它能够提供恒定的电压，就像是一个稳定的水流。
而通过 PWM 技术，我们可以将这个稳定的水流“切割”成一系列快速开启和关闭的小水流，通过控制这些小水流开启的时间长短，也就是脉冲的宽度，来实现对整体水流平均流量的控制。
在电力电子电路中，PWM 技术通常是通过一个控制器来实现的。
这个控制器会产生一系列具有固定周期的脉冲信号，但每个脉冲的宽度是可以变化的。
例如，如果我们想要得到一个较低的平均电压，控制器就会产生宽度较窄的脉冲；反之，如果需要较高的平均电压，就产生宽度较宽的脉冲。
为什么要使用脉冲宽度调制技术呢？这是因为它具有很多显著的优点。
首先，PWM 技术能够实现高效的能量转换。
在许多电力应用中，如电机驱动、电源转换等，效率是至关重要的。
通过精确地控制脉冲宽度，我们可以使电力电子器件在导通和截止之间快速切换，从而减少能量的损耗，提高整个系统的效率。
其次，PWM 技术具有良好的动态响应性能。
这意味着它能够快速地适应负载的变化，及时调整输出电压或电流，保证系统的稳定运行。
比如说，在电机调速的应用中，当电机的负载突然增加时，PWM 控制器可以迅速增加脉冲宽度，提供更大的电流，以保持电机的转速稳定。
再者，PWM 技术还可以实现对电压和电流的精确控制。
这对于一些对电源质量要求较高的设备，如精密仪器、通信设备等，是非常重要的。
通过微调脉冲宽度，我们可以将输出电压或电流控制在非常精确的范围内。
PWM技术分析与介绍
PWM技术分析与介绍PWM技术，即脉宽调制技术（Pulse Width Modulation），是一种在数字电路中常用的调制技术。
通过控制电平信号的脉冲宽度，可以实现模拟信号的数字化调制，达到控制信号的目的。
PWM技术广泛应用于电力电子、通信系统、汽车电子、航空航天等领域，在现代电子技术中占据着重要地位。
1.PWM技术原理在PWM技术中，通常有两种控制方式：基于定时器的PWM控制和基于比较器的PWM控制。
基于定时器的PWM控制是通过设置定时器的计数值和比较值来生成PWM信号的脉冲宽度，而基于比较器的PWM控制是通过将输入信号与基准信号进行比较来调节脉冲宽度。
2.PWM技术优点1)高效率：PWM技术可以以高效率地将数字信号转换成模拟信号，提高电路的效率和性能。
2)稳定性好：PWM信号的输出电平稳定，不受环境影响，能够稳定输出所需的信号。
3)精度高：PWM技术能够实现微小的信号调节，精度高，能够满足各种精密要求。
4)简单实现：PWM技术在数字电路中实施简单，硬件成本低，易于实现自动化控制。
3.PWM技术应用1)电力电子：PWM技术在交流调直流变换、逆变器控制、电机控制等方面得到广泛应用，提高了电力电子设备的效率和性能。
2)通信系统：PWM技术在通信系统中用于数字信号的调制和解调，增强了信号传输的稳定性和可靠性。
3)汽车电子：PWM技术被广泛应用于汽车电子控制系统中，如发动机控制单元、变速器控制单元等，提高了汽车性能和燃油经济性。
4)航空航天：PWM技术在飞机、卫星等航空航天领域中用于电子设备的控制和数据传输，提高了飞行器的性能和可靠性。
总的来说，PWM技术是一种高效、稳定、精密的调制技术，在现代电子技术中有着重要的应用价值。
随着数字化技术的不断发展，PWM技术将在更多的领域展现出其强大的能力，为现代化生活提供更加便利和高效的解决方案。
电力电子技术中的PWM调制技术是什么
电力电子技术中的PWM调制技术是什么在电力电子技术领域中，脉宽调制（PWM）技术是一种常用的调节电压或电流的方法。
PWM技术通过改变电压或电流的占空比（即高电平与总周期的比值）来实现对输出的调整。
本文将介绍PWM调制技术的基本原理及其应用。
一、PWM调制技术的基本原理PWM调制技术的基本原理是通过调节信号的脉冲宽度来控制输出电压或电流的大小。
PWM信号通常由一个固定频率的基准信号和一个可变宽度的调制信号叠加而成。
根据调制信号的宽度，可以将基准信号分为高电平和低电平两部分，从而实现对输出信号的控制。
PWM调制技术的原理可以通过以下公式来表示：V_avg = (D/T) * V_ref其中，V_avg表示输出电压（或电流）的平均值，D表示调制信号的脉冲宽度，T表示基准信号的周期，V_ref表示基准电压（或电流）。
通过调整调制信号的占空比D/T，可以实现对输出信号的精确控制。
当D/T=0时，输出信号的平均值为0；当D/T=1时，输出信号的平均值等于基准信号的幅值。
通过改变D/T的值，可以在这两个极限之间调节输出信号的大小。
二、PWM调制技术的应用1. 电力转换器在电力转换器中广泛应用PWM调制技术。
通过PWM技术，可以精确控制电力转换器的输出波形，以满足不同的需求。
例如，在直流-交流变换器（DC-AC）中，PWM技术可以用来实现对输出交流电压的频率和幅值的调节。
在交流-直流变换器（AC-DC）中，PWM技术可以用于实现对输出直流电压的稳定控制。
2. 变频驱动器PWM调制技术也被广泛应用于变频驱动器中。
变频驱动器通过调节电机的频率和电压，实现对电机转速的控制。
PWM技术可以精确地控制电机供电的电压和频率，从而实现对电机转速的调节。
这种调制方法可以提高电机的效率和响应速度。
3. LED调光在LED照明领域，PWM调制技术被用于实现LED的调光。
通过改变PWM信号的占空比，可以控制LED的亮度。
由于LED的亮度与电流的关系是非线性的，PWM调制技术可以提供更精确的亮度控制，而且可以降低功耗。
第六章脉宽调(PWM)技术n资料
ωt
2020年11月11日星期三
6.1 PWM控制的基本思想
PWM波可等效的各种波形
直流斩波电路
直流波形
SPWM波
正弦波形
等效成其他所需波形，如:
20V
0V
-20V 0s
5ms
10ms
所需波形
电气工程学院
Electrical Engineering Institute of NEDU
15ms
20ms
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第六章 PWM控制技术
PWM思想源于通信技术，全控型器件的发 展使PWM控制获得技术支持。 PWM技术应用广泛，它使电力电子装置的 性能大大提高。 PWM技术有赖于在逆变电路中的成功应用， 在电力电子技术中地位重要。
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2020年11月11日星期三
6.1 PWM控制的基本思想
1.重要理论基础——面积等效原理
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上，其 效果基本相同。
冲量
窄脉冲的面积
效果基本相同
环节的输出响应波形基本相同
f (t)
具体的实例说明
a）
b)
图6-2 冲量相等的各 种窄脉冲的响应波形
u (t)－电压窄脉冲，是电 路的输入 。 i (t)－输出电流，是电路 的响应电。气工程学院
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2020年11月11日星期三
6.1 PWM控制的基本思想
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O
u UN'
Ud
2
O
?
Ud 2
u VN'
Ud
2O
?
Ud 2
u WN'
Ud
2
O
u UV Ud
O -Ud u UN
O
?t ?t ?t ?t
?t
2Ud
Ud
3
3
?t
图6-8 三相桥式PWM逆变电路波形
死区时间的长短主要由开关器 件的关断时间决定。
工作时V1和V2通断互补， V3和V4通断也互补。
以uo正半周为例，V1通， V2断，V3和V4交替通断。
负载电流比电压滞后，在 电压正半周，电流有一段 区间为正，一段区间为负。
负载电流为正的区间，V1 和V4导通时，uo等于Ud 。
图6－4 单相桥式PWM逆变电路
6-14
6.2.1 计算法和调制法
图6－4 单相桥式PWM逆变电路
6-15
6.2.1 计算法和调制法
3）单极性PWM控制方式（单相桥逆变）
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
ur正半周，V1保持通，
V2保持断。
u
uc ur
当 ur>uc 时 使 V4 通 ，
V3断，uo=Ud 。
O
wt
当 ur<uc 时 使 V4 断 ，
V3通，uo=0 。
uo
uof uo
Ud
O
wt
-Ud
图6-6 双极性PWM控制方式波形
6-17
u
uc
ur6.2.1
计算法和调制法
u
ur uc
O
wt O
wt
uo
uo
Ud
uof
uo
u of
uo
Ud
O
wt O
wt
-Ud
-Ud
图6-5 单极性PWM控制方式波形 图6-5 双极性PWM控制方式波形
对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单 极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断 控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别。
两种电平。
同样在调制信号ur和载波信号uc的交点时刻 u 控制器件的通断。
ur uc
ur正负半周，对各开关器件的控制规律相同。O
wt
当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给 V2和V3关断信号。 如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和 VD4通， uo=Ud 。 当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给 V1和V4关断信号。 如io<0，V2和V3通，如io>0，VD2和 VD3通，uo=-Ud 。
冲量
窄脉冲的面积
效果基本相同
环节的输出响应波形基本相同
f (t)
f (t)
f (t)
f (t)
d (t)
O
tO
tO
tO
t
a)矩形脉冲
b)三角形脉冲 c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数
图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
6-4
6.1 PWM控制的基本思想
具体的实例说明 “面积等效原理”
a）
b) 图6-2 冲量相等的各 种窄脉冲的响应波形
为
an
4
p
U a1
d
02
sin
nwtdwt
a2 ( U d sin nwt)dwt
a1
2
U a3 d a2 2
sin nwtdwt
p
2
(
Ud
a3
2
sin nwt)dwt
2U d
np
式中n=1,3,5,…
(1 2 cos na1
uo
2 cos na 2
2 cos na3 )
Ud
6-12
6.2.1 计算法和调制法
1）计算法
根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计 算PWM波各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路 开关器件的通断，就可得到所需PWM波形。 本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位 变化时，结果都要变化。
6-13
6.2.1 计算法和调制法
2）调制法
结合IGBT单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明
• 第3、4章已涉及到PWM控制，第3章直流斩波电路 采用的就PWM技术；第4章的4.1斩控式调压电路和 4.4矩阵式变频电路都涉及到了。
6-2
第六章 PWM控制技术• 引言
• PWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实 现PWM控制变得十分容易。
• PWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大 提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的 地位。
2）调制法
VV4D关3续断流时，，u负o=载0 电流通过V1和 负V从uo4载V=仍UD电导d1和。流通V为，D负i4o流为的过负区，，间仍实，有际V上1和io VV4D关1续断流V3，开u通o=后0。，io从V3和 uo总可得到Ud和零两种电平。
u持得o断-负U，半d和V周零3，和两让V种4V交电2保替平持通。通断，，Vuo1保可
2）PWM电流波
电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM 电流波。
PWM波可等效的各种波形
直流斩波电路
直流波形
SPWM波
正弦波形
等效成其他所需波形，如:
20V
0V -20V
0s
5ms
10ms
15ms
20ms
25ms
30ms
所需波形 等效的PWM波
6-10
6.2 PWM逆变电路及其控制方法
Ud
O -Ud
wt
6-8
6.1 PWM控制的基本思想
等幅PWM波
不等幅PWM波
输入电源是恒定直流
第3章的直流斩波电路 6.2节的PWM逆变电路 6.4节的PWM整流电路
输入电源是交流或不是 恒定的直流
4.1节的斩控式交流调压电路 4.4节的矩阵式变频电路
Ud
U
O
wt o
ωt
- Ud
6-9
6.1 PWM控制的基本思想
ur负半周，请同学们自
uo
uo
Ud
uof
己分析。Owt源自表示uo的基波分量-Ud
图6-5 单极性PWM控制方式波形
6-16
6.2.1 计算法和调制法
3）双极性PWM控制方式（单相桥逆变）
在ur和uc的交点时刻控制IGBT的通断。
在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，
所得PWM波也有正有负，其幅值只有±Ud
u(wt) u(p wt)
(6-2)
同时满足式（6-1）、（6-2）的波形称为四分之一周
期对称波形，用傅里叶级数表示为
u(wt) an sin nwt
式中，an为
n1,3,5,
an
4
p
p
2 u(wt)sin nwtdwt
0
(6-3)
6-23
6.2.1 计算法和调制法
图6-9，能独立控制a1、a 2和a 3共3个时刻。该波形的an
当fr较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产 生的不利影响都较小
当fr增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不 对称的影响就变大
6-27
2） 同6步.2调.制2 异步调制和同步调制
——载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时
?t
当给uVr4U关>u断c时信，号给，Vu1U导N’=通U信d/2号。， 当给uVr1U关<u断c时信，号给，Vu4U导N’=通-U信d/号2。， 当给V1(V4)加导通信号时，可 能VD是1(VV1D(V4)4导)导通通。，也可能是 uUN’、uVN’和uWN’的PWM波形 只有±Ud/2两种电平。 uUV波形可由uUN’-uVN’得出， 当1和6通时，uUV=Ud，当3和4 通时，uUV=－Ud，当1和3或4 和6通时，uUV=0。
• PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的成功应用，才确 定了它在电力电子技术中的重要地位。现在使用的各种逆 变电路都采用了PWM技术，因此，本章和第5章（逆变电 路）相结合，才能使我们对逆变电路有完整地认识。
6-3
6.1 PWM控制的基本思想
1）重要理论基础——面积等效原理
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。
应改变。
6-25
6.2.1 计算法和调制法
一般在输出电压半周期内，器件通、断各k次，考虑到 PWM波四分之一周期对称，k个开关时刻可控，除用一
个自由度控制基波幅值外，可消去k－1个频率的特定谐
波。 k的取值越大，开关时刻的计算越复杂。 除计算法和调制法外，还有跟踪控制方法，在6.3节介绍。
6-26
u (t)－电压窄脉冲， 是电路的输入 。 i (t)－输出电流，是 电路的响应。
6-5
6.1 PWM控制的基本思 想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
u
SPWM波 u
O
ω>t
O
ω> t
u
O
ω>t
6-6
6.1 PWM控制的基本思想
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
uu
SPWM波 u
6.2.2 异步调制和同步调制
载波比
载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr
根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，
PWM调制方式分为异步调制和同步调制。
1） 异步调制