数字脉宽调制器的设计
PWM基本原理及其应用实例
PWM基本原理及其应用实例PWM基本原理及其应用实例2009-06-26 14:12:02| 分类：嵌入式技术探索| 标签：|字号大中小订阅～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～理论篇（一）原理介绍～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
1 PWM控制的基本原理理论基础：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。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
面积等效原理：分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L 电路）上，如图2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
图3 用PWM波代替正弦半波要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
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。
epwm实验报告DSP
epwm实验报告DSPEPWM实验报告引言：EPWM（Enhanced Pulse Width Modulation）是一种增强型脉宽调制技术，广泛应用于数字信号处理（DSP）领域。
本实验报告将介绍EPWM的原理、应用以及实验结果。
一、EPWM原理1.1 脉宽调制技术脉宽调制技术是一种通过改变信号的脉冲宽度来实现信号调制的方法。
EPWM作为一种增强型的脉宽调制技术，可以更加精确地控制脉冲宽度，提高系统的稳定性和性能。
1.2 EPWM的工作原理EPWM通过将一个周期性的高频脉冲信号与一个低频调制信号进行比较，从而实现对输出信号的调制。
EPWM的关键在于调制信号的产生和脉冲信号的比较。
二、EPWM的应用2.1 电力电子领域EPWM广泛应用于电力电子领域，例如交流电调制、直流电调制等。
EPWM可以控制电力器件的开关时间，实现对电力系统的精确控制，提高系统的效率和稳定性。
2.2 无线通信领域EPWM也被广泛应用于无线通信领域，例如无线电调制、射频调制等。
EPWM可以调制无线信号的频率和幅度，实现对通信系统的灵活控制，提高通信质量和传输速率。
三、EPWM实验3.1 实验目的本实验旨在通过搭建EPWM系统，验证EPWM的工作原理，并观察其在不同应用场景下的性能表现。
3.2 实验步骤首先，搭建EPWM系统，包括脉冲信号发生器、调制信号发生器和比较器。
然后，将脉冲信号和调制信号输入比较器，观察输出信号的波形和频谱。
最后，改变调制信号的频率和幅度，观察输出信号的变化。
3.3 实验结果在实验中，我们观察到当调制信号的频率增加时，输出信号的脉冲宽度减小；当调制信号的幅度增加时，输出信号的脉冲宽度增加。
这验证了EPWM的工作原理。
四、EPWM的优缺点4.1 优点EPWM具有精确控制脉冲宽度的能力，可以实现高精度的信号调制。
同时，EPWM的应用范围广泛，可以满足不同领域的需求。
4.2 缺点EPWM的实现需要较复杂的电路和算法，对系统设计和调试的要求较高。
7 SPWM脉宽调制控制系统设计(李培培)
附件6毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：SPWM脉宽调制控制系统设计系部：专业：学号：学生：指导教师（含职称）：专业负责人：1．设计（论文）的主要任务及目标脉宽控制技术（PWM）是非常重要的电力电子控制技术，对提高电力电子装置的性能，促进电力电子技术的发展有着巨大的推动作用。
其中，正弦脉宽调制技术（SPWM）是应用最广泛的PWM 技术。
本设计要求了解SPWM数字化自然采样信号发生的基本原理，数字化自然采样法是通过A/D转换器采样得到数字化的正弦波，然后与FPGA内部产生的数字化三角载波通过数字化比较器得到。
设计的主要内容是采用数字化自然采样法设计出载波频率为10kHz，调制波频率1-60Hz可调的SPWM方波信号，SPWM脉宽占空比0%-100%可调，即调制度0-1可调。
本设计是基于FPGA硬件平台开发SPWM数字化自然采样信号发生的过程，所有电路模拟的具体设计是使用VHDL语言与原理图结合进行描述，可编程芯片选用EP1C6Q240C8，并在QUARTUSⅡ开发软件下完成编译、综合、布局布线和仿真，最后通过下载实验，并在示波器上显示出SPWM波形。
其中，可根据要求调节信号发生器的开关频率及其幅值，实现占空比可调的SPWM波。
2．设计（论文）的基本要求和内容1）掌握正弦脉宽控制技术（SPWM）的原理及应用；2）给出实现SPWM的组成框图；3）了解FPGA芯片EP1C6Q240C8的结构特点，掌握VHDL语言和Quartus II软件的使用；5）在Quartus 环境下进行SPWM脉宽调制控制系统各功能模块的VHDL设计6)完成系统的顶层设计,仿真、编译、下载，进行硬件测试。
3）3．主要参考文献4．进度安排设计（论文）各阶段名称起止日期12345注：一式4份，系部、指导教师各1份、学生2份：[毕业设计（论文）]及答辩评分表各一份。
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
2
典型便携式电源应用实例
5
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”。
6
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
9
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%
10
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…
d类功放的原理及电路设计
d类功放的原理及电路设计
D类功放是一种数字功放，采用全数字化的技术来放大音频信号。
它的工作原理是将输入的模拟音频信号转换为数字信号，然后利用PWM（脉宽调制）技术将数字信号转换为高频的数字脉冲信号，接着利用低通滤波器将高频信号滤除，得到放大后的模拟音频信号。
D类功放的电路设计包含以下主要组成部分：
1. 输入级：负责将模拟音频信号输入功放电路，通常采用差分输入，以提高抗干扰能力和动态范围。
2. ADC（模数转换器）：将输入的模拟音频信号转换为数字信号。
通常采用高速的Σ-Δ调制器，将音频信号转换为高速脉冲流。
3. PWM（脉宽调制器）：接收ADC输出的数字信号，并将其转换为一系列高频的数字脉冲信号。
脉宽的宽度根据输入信号的幅度来调节。
4. 输出级：将PWM输出的高频脉冲信号进行滤波处理，恢复为模拟音频信号。
一般采用低通滤波器，滤除高频信号，保留放大后的音频信号。
5. 功率放大器：将输出级的模拟音频信号放大到足够的电平，以驱动扬声器。
D类功放相比于传统的A类、B类功放具有高效率、低热量、小尺寸等优势，适用于各种音频放大应用，如音响系统、汽车音响、无线通信等。
D类音频功放设计
D类音频功放设计D类音频功放是一种数字化放大技术，其设计基于PWM（脉宽调制）模块。
它以高效能的方式将模拟音频信号转化为数字形式，并通过快速切换音频信号的输出级来近似模拟音频信号。
这种设计异于传统的A类、B 类和AB类功放设计，在功率效率上有着显著的优势。
D类音频功放由输入级、PWM模块、滤波器以及输出级组成。
输入级主要负责将输入的音频信号转化为数字表示形式。
这可以通过使用采样器和模数转换器（ADC）来实现。
ADC将输入音频信号转换为离散的数位形式，通过采样和量化的过程实现。
然后，进一步的数字处理可以应用于信号，以改善音频质量。
PWM模块接收数字信号，并将其转换为脉冲宽度。
脉宽调制技术可以通过改变电平的脉冲宽度来近似模拟输入信号。
PWM模块根据输入信号的幅度，产生相应脉冲宽度调制的输出信号。
滤波器用于平滑输出信号，以去除PWM调制过程中产生的高频噪音。
通常采用低通滤波器用于过滤高频成分。
滤波器必须具有足够的带宽，以确保在不损失音频质量的情况下滤除尽可能多的高频噪音。
最后，输出级通过将PWM信号转换为模拟信号，从而得到放大后的音频信号。
它可以使用滤波器和放大器来实现这一转换。
滤波器用于去除PWM信号中的高频噪音，而放大器用于将信号放大到适当的水平。
在D类音频功放设计中，需要考虑以下几个关键因素：1.输出功率：根据设计需求，选择合适的输出功率。
这涉及到放大器的电源，散热系统等设计。
2.音质：在设计中要考虑到音频质量的损失问题。
在PWM调制过程中，可能会产生失真和噪音。
因此，需要仔细选择PWM调制方法和滤波器设计，以减少音频质量损失。
3.功率效率：D类功放以其高效能而闻名。
设计中需要考虑如何提高功率效率，降低功耗和热量产生。
4.保护电路：由于D类功放通常用于高功率应用，因此需要考虑到保护电路的设计。
这可以包括过热保护、过电压保护和过流保护等。
5.PCB设计：确保电路布局合理，减少干扰和噪音。
同时，需要考虑散热和电源线等布线问题。
三相电流型Z源逆变器数字逻辑脉宽调制
三相 Ｚ源 Ｖ Ｓ逆 变 器 Ｅ 调 制 图 Ｉ 见
３ ， 图 中三 个 正 弦参 数 ｛ Ｖ ， 。用 ）在 Ｖ ， ｂＶ ｝
来 决 定 有 效 工 作 状 态 的 间 隔 ． 个 直 线 两
参 数 用来 在零 状 态 ． 个载 波周 期 的头 半
尾 插 人 两 个 直 通 状 态 。该 调 制 方 法 还 是
以用来 提高交 流侧 负载 的 电压 ．因此 ｚ
源 网络 可 以提 高 电压 型 逆 变 器 的 输 出
电压 ． 而 弥补 了 电压 型逆 变器 降压 的 从 特质 。 同样 ． 同于传 统 的 电流 源逆 变 器 不
需 要 上 下 桥 臂 同 时 导 通 才 可 以 通 过 直 流 电 流 Ｉｅ 电 流 型 Ｚ源 逆 变 器 多 了一 ｄ．
逆 变器的 Ｚ源概 念 ． 就是 Ｚ源 电流 型逆 变 器。文章 用不 同的调 制方 法对 电压型逆 变 器进 行调 制 ， 而推 也 进
设 计 出 合 适 的 逻 辑 开 关 方 程 ． 制 电 流 源 型 Ｚ 源 逆 变 器 。 可 以 用 Ｄ Ｐ和 一 个 可 编 程 逻 辑 器 件 实现 。 控 Ｓ 关 键 字 ： 源 ； 流 型 逆 变 器 ； 字 逻 辑 ； 宽调 制 Ｚ 电 数 脉 中 图 分 类 号 ：Ｎ Ｔ７ 文献标 识码 ： Ａ
Ｚ源 型 逆 变器 的工 作 原 理
Ｚ源 网 络 是 由独 立 的 电 感 Ｌ ．２和 １Ｌ
个开 路 状态 ． 在所 有 电力 开关 管都 关 断
又 不 破 坏 电 感 电 流 的 情 况 下 ． 过 直 流 流 侧 的 电 流 Ｉｅ电 流 源 Ｚ源 逆 变 器 的 开 路 ｄ．
图 ４ ． 要六条 参数 线来 分别 控制 逆变 ）需 器 的六个 开 关管 ． 参数 线 的数学 表 达式
脉冲宽度调制
脉冲宽度调制————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ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,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。
目录1简介2背景介绍3基本原理4谐波频谱5具体过程6优点7控制方法8应用领域９具体应用１简介脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其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。
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。
2背景介绍随着电子技术的发展,出现了多种PＷM技术，其中包括：相电压控制ＰWM、脉宽ＰＷM法、随机ＰＷM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法,它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，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。
可以通过调整PＷM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。
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。
9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。
与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。
模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{０V，５V}这一集合中取值。
电力电子技术中的PWM变换器设计与应用
电力电子技术中的PWM变换器设计与应用电力电子技术作为一门重要的学科，近年来在能源转换和电力控制领域发挥着越来越重要的作用。
其中，PWM（脉宽调制）变换器作为一种常见的电力电子装置，具有广泛的应用范围。
本文将就PWM变换器的设计原理以及在电力电子技术中的应用进行探讨。
一、PWM变换器的设计原理PWM变换器是指能够将一个高频脉冲信号转换为模拟电压或电流信号的电路。
其设计原理基于脉宽调制技术，通过调节脉冲信号的高电平时间与低电平时间之比，来实现对输出信号的精确控制。
PWM变换器通常由一个比较器、一个参考信号源和一个可变的调制信号源组成。
在PWM变换器的设计过程中，首先需要确定输出信号的频率和波形要求。
然后选择适当的比较器和参考信号源。
比较器用来比较参考信号与可变调制信号的大小，输出高电平或低电平。
参考信号源则决定了脉冲信号的频率和基准。
最后，根据输出信号的要求选择适当的滤波器进行处理，以消除脉冲信号中的高频成分，得到所需的模拟电压或电流信号。
二、PWM变换器在电力电子技术中的应用1. 无线电频率调制解调器：PWM变换器可以将低频音频信号转换为高频调制信号，用于无线电频率调制解调器中。
例如，在调幅广播系统中，通过PWM变换器将音频信号转换为高频调制信号，从而实现广播信号的传输。
2. 数字电源控制器：PWM变换器在数字电源控制器中广泛应用。
数字电源控制器是一种通过数字信号控制输出电压或电流的器件，通过PWM变换器可以实现输出信号的精确调节。
例如，可将输入电压进行适当的处理，得到符合要求的输出电压，以供给数字设备的正常工作。
3. 交流电机驱动：PWM变换器在交流电机驱动系统中被广泛应用。
通过PWM变换器可以将直流电源转换为交流电源，并对其进行控制。
这种交流电机驱动系统不仅能提高电机的控制精度，还能降低能量损耗和噪声，提高系统的效率。
4. 可逆变换器：PWM变换器在可逆变换器中扮演着重要的角色。
可逆变换器是指将直流电能转换为交流电能，或将交流电能转换为直流电能的装置。
全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计 [附图+中英文翻译]
![全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计 [附图+中英文翻译]](https://img.taocdn.com/s3/m/8a2bccc6aa00b52acfc7cae3.png)
XXXXXXXX大学本科生毕业设计姓名：XXX 学号：XXXX学院：信息与电气工程学院专业：电气工程与自动化设计题目：全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计专题：指导教师：XXXX 职称：XXXXXXXX年6月XXXXXXXX大学毕业设计任务书学院信息与电气工程学院专业年级电气02—3 学生姓名曹言敬任务下达日期：XXXX年2月20日毕业设计日期：XXXX 年 2 月20日至XXXX 年6月20日毕业设计题目：全数字控制的桥式可逆直流脉宽调速系统设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1、直流电机的参数为15KW，电枢电压440V，电枢电流39.5A，励磁电压90V，励磁电流7A，转速为1510转/分。
2、制定主电路方案并进行选型设计计算。
3、用PROTEL设计全数字控制系统的电路原理图及PCB图。
4、编制控制软件。
5、基于MATLAB对桥式可逆直流脉宽调速系统进行仿真研究。
6、翻译与论文相关的电气自动化方面专业外文资料约5000字。
7、用OFFICE—WORD打印论文。
院长签字：指导教师签字：XXXXXXXX大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日XXXXXXXX大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日XXXXXXXX大学毕业设计答辩及综合成绩摘要直流脉宽调速系统，是采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成的脉宽调制变换器——直流电动机调速系统，简称直流PWM调速系统。
数字电路LM555
数字电路:LM555的宽动态脉宽调制器电路图宽动态脉宽调制器主要由集成定时器及积分电路组成。
由于采用了运算放大器，因而温度稳定性好、线性动态范围宽，其输出最窄脉冲为2μs、最宽脉冲为6ms，宽、窄脉冲之比可达300：1。
随着调制输进信号的变化，输出的脉冲宽度亦会发生相应的改变，从而产生脉冲调宽的效果，同时还可输出一个锯齿波电压信号。
如图为宽动态脉宽调制器的具体电路。
当触发脉冲加在ICl时基集成电路LM555的2脚时，其7脚输出为低电平，使场效应管VTl截止。
此时IC2集成运放LF356的输出为一线性上升斜波电压，并加至ICl的6脚。
当该点电压升高至与ICl的5脚输进的调制电压相等时，场效应管VTl导通，运放IC2复位，时基集成电路ICl封闭，同时ICl的3脚输出调制脉冲。
运放IC2的起始电压为 2.1V。
数控脉冲宽度调制信号发生器
数控脉冲宽度调制信号发生器摘要：脉冲宽度调制(PWM),简称脉宽调制，是利用微处理器等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、通信到功率控制于变换的许多领域中。
在本设计中设计了一种输出频率高、结构简单、控制方便的数控脉冲宽度调制信号发生器，脉冲的占空比及周期由两个8位的预置输入A、B确定。
核心器件采用Altera公司的CPLD芯片，大大缩减了电路的体积，提高了电路的稳定性，产生的PWM能达到较高的频率。
信号发生器输出脉冲的占空比及周期可通过拔码开关方便地改变。
关键词：脉冲宽度调制，信号发生器，CPLDAbstract: the pulse width modulation (PWM), hereinafter referred to as the pulse width modulation is the use of microprocessors etc to the digital output to the analog circuit to control a very effective technology, widely used in measuring, from communication to power control to transform in many areas. In this design design A kind of high frequency output, simple structure, convenient control numerical control pulse width modulation signal generator, the pulse of empty ratio and cycle by two of the eight preset input of A and B sure. The core device using Altera company CPLD chip, greatly curtailed the volume of the circuit, improve the stability of the circuit, and the resulting PWM can achieve higher frequency. The output pulse signal generator of empty ratio and cycle can be pulled through code switch convenient to change.Keywords: pulse width modulation, signal generator, CPLD目录1、简介 (2)1.1 EDA简介 (2)1.2 Verilog HDL简介 (2)1.3 QuartusII简介 (2)2、总体方案设计 (5)2.1设计内容 (5)2.2设计方案比较 (5)2.3方案论证 (6)2.4方案选择 (7)3、单元模块设计 (8)3.1有源晶振电路 (8)3.2 供电电路 (9)3.3 PS配置电路 (10)3.4 八位计数器输入电路 (11)3.5 D触发器电路 (11)4、特殊器件的介绍 (12)4.1 CPLD器件介绍 (12)4.2 FPGA器件介绍 (12)4.3 EP1K30TC144器件介绍 (13)5、最小系统原理图 (14)6、软件实现 (15)6.1软件设计 (15)6.2思考题扩展 (17)7、系统仿真及调试 (19)7.1仿真 (19)7.2 调试 (20)8、总结 (22)8.1设计小结 (22)8.2设计收获 (22)8.3设计改进 (22)8.4 致谢 (22)9 、参考文献 (23)1.1 EDA简介EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。
PWM基本原理及其应用实例
PWM基本原理及其应用实例PWM基本原理及其应用实例2009-06-26 14:12:02| 分类：嵌入式技术探索| 标签：|字号大中小订阅～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～理论篇（一）原理介绍～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
1 PWM控制的基本原理理论基础：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。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
面积等效原理：分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L 电路）上，如图2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
图3 用PWM波代替正弦半波要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
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。
脉宽调制型(pwm)功率放大器课件
在调试和优化过程中，应不断尝试不同的方法和参数， 以找到最佳的配置。
常见问题与解决方案
波形失真
输出波形可能出现谐波失真或非线性失真。
稳定性问题
放大器可能出现不稳定或振荡现象。
常见问题与解决方案
• 效率不高：在某些情况下，放大 器的效率可能较低，导致热量积 累。
常见问题与解决方案
01
解决方案
数字控制技术
将数字信号处理和控制算法应用于PWM功率放大器，提高其性能 和稳定性。
应用领域拓展与市场前景
5G通信
随着5G通信技术的普及，PWM功率放大器在基站和终端设备中的 应用将进一步增加。
电动汽车与充电设施
电动汽车市场的快速发展将带动PWM功率放大器在车载充电机和 充电设施中的应用。
工业自动化
智能化与自动化
未来PWM功率放大器将更加智能化和自动化，具备自适 应调节、远程控制和故障诊断等功能。
安全与可靠性
随着应用领域的拓展，PWM功率放大器的安全性和可靠 性问题将更加突出，需要加强相关研究和测试。
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效率与失真度分析
总结词
效率与失真度是评价PWM功率放大器性能的重要参 数，它们分别反映了功率放大器的能量利用效率和信 号质量。
详细描述
效率是指功率放大器输出功率与输入功率的比值，反 映了能量利用的效率。高效率的PWM功率放大器能 够减少能源浪费和散热问题，提高整体性能。失真度 是指输出信号与输入信号在波形上的差异程度，包括 谐波失真和交叉调制失真等。失真度越低，信号质量 越好，能够更好地还原原始信号的特征。在PWM功 率放大器的设计中，需要综合考虑效率与失真度的要 求，通过优化调制波的参数和选择合适的电路拓扑结 构来实现最佳的性能表现。
NE555PWM脉宽调制电路分析与实验
NE555PWM脉宽调制电路PWM称之为脉冲宽度调制信号，利用脉冲的宽度来调整亮度，也可用来控制DC马达。
PWM脉冲宽度调制信号的基本频率至少约400HZ-10KHZ，当调整LED的明或暗时，这个基本的频率不可变动，而是改变这个频率上方波的宽度，宽度越宽则越亮、宽度越窄则越暗。
PWM是控制LED的点亮时间，而不是改变输出的电压来控制亮度。
图1-5 PWM脉宽调制图片以下为PWM工作原理:reset接脚被连接到+V，因此它对电路没有作用。
当电路通电时，Pin 2 (触发点)接脚是低电位，因为电容器C1开始放电。
这开始振荡器的周期，造成第3接脚到高电位。
当第3接脚到高电位时，电容器C1开始通过R1和对二极管D2充电。
当在C1的电压到达+V的2/3时启动接脚6，造成输出接脚(Pin3)跟放电接脚(Pin7)成低电位。
当第3接脚到低电位，电容器C1起动通过R1和D1的放电。
当在C1的电压下跌到+V的1/3以下，输出接脚(Pin3)和放电接脚(Pin7)接脚到高电位并使电路周期重复。
Pin 5并没有被外在电压作输入使用，因此它与0.01uF电容器相接。
电容器C1通过R1及二极管，二极管一边为放电一边为充电。
充电和放电电阻总和是相同的，因此输出信号的周期是恒定的。
工作区间仅随R1做变化。
PWM信号的整体频率在这电路上取决于R1和C1的数值。
公式：频率(Hz)= 1.44/(R1 * C1)利用555定时器实现宽范围脉宽调制器(PWM)脉宽调制器(PWM)常常用在开关电源(稳压)中,要使开关电源稳压范围宽(即输入电压范围大)，可利用555定时器构成宽范围PWM。
仅需把一个二极管和电位计添加到异步模式运转的555定时器上，就产生了一个带有可调效率系数为1%到99%的脉宽调制器(图1)。
它的应用包括高功率开关驱动的电动机速度控制。
图1：在555定时器电路中增加一个二极管和电位计可构成一个宽范围PWM。
/TD>这个电路的输出可以驱动MOSFET去控制通过电动机的电流，达到平滑控制电动机速度9 0%左右。
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数字脉宽调制器摘要交流电压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。
因此本文所设计的数字脉宽调制器实现的就是单相交流调压功能。
本文主要介绍了数字脉宽调制器的组成电路以及主要运用的集成芯片、电子器件，尤其是电力电子器件IGBT的使用。
该设计通过比较器对参照电压的数字量和计数器的输出进行比较，再利用比较结果来控制IGBT的驱动电路进而控制IGBT 的导通和关断，来实现脉宽调制。
本设计单纯使用硬件电路，原理简单，容易实现。
关键词：IGBT驱动电路计数器比较器Digital Pulse Width ModulatorAbstractAC voltage control circuit is widely used in lighting (such as dimming control of lamps and lighting) and the soft start induction motors, but also for induction motor speed control. Therefore in this paper the design of digital pulse width modulator is the realization of single-phase AC voltage regulator function.In this paper, the digital pulse width modulator circuit and the main use of the composition of the integrated chips, electronic devices, especially power electronic devices IGBT use. The design of the device by comparing the number of reference voltage and to compare the output of counter, and then use the results of the comparison to control IGBT to control the drive circuit IGBT and the turn-off to achieve the pulse-width modulation. The simple use of hardware circuit design, the principle of simple, easy to achieve.Keywords: IGBT; driver circuit; comparator; counter目录1引言 (1)2数字脉宽调制器的主电路 (2)2.1自关断电子器件（IGBT） (2)3控制电路的设计 (5)3.1脉宽调制电路 (5)3.1.1参考电压产生电路 (5)3.1.2计数电路 (5)3.1.3 A/D转换器 (7)3.1.4用555定时器接成的多谐振荡器 (10)3.1.5数值比较 (15)3.1.6锁存电路 (16)3.2直流稳压电源 (17)3.3（IGBT）驱动电路 (20)3.3.1IGBT对驱动电路的要求 (20)3.3.2IGBT的变压器隔离驱动 (21)3.3.3 IGBT的直接驱动 (22)3.3.4IGBT的光耦隔离驱动 (23)3.3.5IGBT的集成模块驱动 (23)3.4同步电路 (25)3.4.1单相整流电路 (25)3.4.2光电耦合器 (31)3.4.3变压电路 (33)3.4.4计数清零 (37)4结论 (39)谢辞 (40)参考文献 (41)附录 (42)外文资料 (43)中文翻译 (45)1 引言许多应用需要脉宽调制(PWM)电路，如：电压调节器、功率控制、风扇速度控制等。
本文所设计的脉宽调制器用于单相交流调压[7]。
脉宽调制器的实现有很多途径和方法，可以用单片机、模拟电路和数字电路等来实现。
每一种实现方法都有它的可取之处。
单片机通过软、硬件结合，操作简单，易于实现。
模拟电路和数字电路实现起来原理简单，易于理解。
数字电路较之模拟电路抗干扰能力强，因此本设计通过单纯的硬件电路来实现脉宽调制器。
设计的数字脉宽调制器通过调节负载两端电压的大小从而改变负载的某些参数，负载如果为电机，通过脉宽调制则可以改变其转速。
2 数字脉宽调制器的主电路2.1自关断电子器件（IGBT ）1. 绝缘栅双极晶体管（IGBT ）概述GTR 和GTO 是双极型电流驱动器件，由于具有电导调制效应，所以其通流能力很强，但开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。
而电力MOSFET 是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。
将这两类器件相互取长补短适当结合而成的复合器件，通常称为Bi-MOS 器件。
绝缘栅双极晶体管综合了GTR 和MOSFET 的优点，因而具有良好的特性。
因此，自其1986年开始投入市场，就迅速扩展了其应用领域，目前已取代了原来GTR 和一部分电力MOSFET 的市场，成为中小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO 的地位。
2. IGBT 的结构和工作原理IGBT 也是三端器件，具有栅极G 、集电极C 和发射极E 。
图2-1给出了一种由N 沟道VDMOSFET 与双极型晶体管组合而成的IGBT 的基本结构的简化等效电路，可以看出这是用双极型晶体管与MOSFET 组成的达林顿结构，相当于一个由MOSFET 驱动的厚基区PNP 晶体管。
图中R N 为晶体管基区内的调制电阻。
因此，IGBT 的驱动原理与电力MOSFET 基本相同，它是一种场控器件。
其开通和关断是由栅极和发射极间的电压u GE 决定的，当u GE 为正且大于开启电压U GE(th)时，MOSFET 内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而使IGBT 导通。
由于前面提到的电导调制效应，使得电阻R N 减小，这样高耐压的IGBT 也具有很小的通态压降。
当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET 内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT 关断。
图2-1 IGBT 的简化等效电路以上所述PNP 晶体管与N 沟道MOSFET 组合而成的IGBT 称为N 沟道IGBT ，记为N-IGBT ，其电气图形符号如图2-2所示。
相应的还有P 沟道IGBT ，记为P-IGBT 。
CG图2-2 IGBT 的电气图形符号3. IGBT 的基本特性1) 静态特性图2-3a 所示为IGBT 的转移特性，它描述的是集电极电流I C 与栅射电压U GE 之间的关系，与电力MOSFET 的转移特性类似。
开启电压U GE(TH)是IGBT 能实现电导调制而导通的最低栅射电压。
U GE(TH)随温度升高而略有下降，温度每升高1摄氏度，其值下降5mV 左右。
在±25摄氏度时，U GE(TH)的值一般为2~6V 。
图2-3b 所示为IGBT 的输出特性，也称伏安特性，它描述的是以栅射电压为参考变量时，集电极电流I C 与集射极间电压U CE 之间的关系。
此特性与GTR 的输出特性相似，不同的是参考变量，IGBT 为栅射电压U GE ,而GTR 为基极电流I B 。
IGBT 的输出特性也分为三个区域；正向阻断区、有源区和饱和区。
这分别与GTR 的截止区、放大区和饱和区相对应。
此外，当u CE <0时，IGBT 为反向阻断工作状态。
在电力电子电路中，IGBT 工作在开关状态，因而是在正向阻断区和饱和区之间来回转换。
a 转移特性b 输出特性图2-3 IGBT 的转移特性和输出特性2) 动态特性IGBT 的开通过程与电力MOSFET 的开通过程很相似，这是因为IGBT 在开通过程中大部分时间是作为MOSFET 来运行的。
从驱动电压u GE 的前沿上升至其幅值的10%的时刻，到集电极电流i C 上升至其幅值的10%的时刻止，这段时间为开通延迟时间t d(on)。
而i C 从10%I CM 上升至90% I CM 所需时间为电流上升时间t r 。
同样，开通时间t on 为开通延迟时间与电流上升时间之和。
开通时，集射电压u CE 的下降过程分为t fv1和t fv2两段。
前者为IGBT 中MOSFET 单独工作的电压下降过程；后者为Urm 反向阻断区0Ufm UceUge(th)Uge 增加有源区Ic 饱和区正向阻断区0Uge(th)Uge Ic CGEMOSFET和PNP晶体管同时工作的电压下降过程。
由于u CE下降时IGBT中MOSFET 的栅漏电容增加，而且IGBT中的PNP晶体管由放大状态转入饱和状态也需要一个过程，因此t fv2段电压下降过程变缓。
只有在t fv2段结束时，IGBT才完全进入饱和状态。
IGBT关断时，从驱动电压u GE的脉冲后沿下降到其幅值的90%的时刻起，到集电极电流下降至90% I CM止，这段时间为关断延迟时间t d(off)；集电极电流从90% I CM下降至10% I CM的这段时间为电流下降时间。
二者之和为关断时间t off。
电流下降时间可以分为t fi1和t fi2两段。
其中t fi1对应IGBT内部的MOSFET的关断过程，这段时间集电极电流i C下降较快；t fi2对应IGBT的内部的PNP晶体管的关断过程，这段时间内MOSFET已经关断，IGBT又无反向电压，所以N基区的少子复合缓慢，造成i C下降较慢。
由于此时集射电压已经建立，因此较长的电流下降时间会产生较大的关断损耗。
为解决这一问题，可以与GTR一样通过减轻饱和程度来缩短电流下降时间，不过同样也需要与通态压降折衷。
可以看出，IGBT中双极型PNP晶体管的存在，虽然带来了电导调制效应的好处，但也引入了少子储存现象，因而IGBT的开关速度要低于电力MOSFET。
此外，IGBT的击穿电压、通态压降和关断时间也是需要折衷的参数。
高压器件的N基区必须有足够宽度和较高电阻率，这会引起通态压降的增大和关断时间的延长。
4. IGBT的主要参数除了前面提到的各参数之外，IGBT的主要参数还包括：1) 最大集射极间电压U CES这是由器件内部的PNP晶体管所能承受的击穿电压所确定的。
2) 最大集电极电流包括额定直流电流I C和1ms脉宽最大电流I CP。
3) 最大集电极功耗P CM在正常工作温度下允许的最大耗散功率。
IGBT的特性和参数特点可以总结如下：1) IGBT开关速度高，开关损耗小。