PWM調速原理

ID:73735 · 發表于 2015-2-19 00:50

本文詳細闡述pwm的原理： PWM（Pulse Width Modulation）控制——脈沖寬度調制技術，通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。
PWM控制技術在逆變電路中應用最廣，應用的逆變電路絕大部分是PWM型，PWM控制技術正是有賴于在逆變電路中的應用，才確定了它在電力電子技術中的重要地位。
1.PWM控制的基本原理
理論基礎：
　　沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環節的輸出響應波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。

　圖1　形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖

面積等效原理：
　分別將如圖1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環節（R-L電路）上，如圖2a所示。其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時的響應波形如圖2b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，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)響應波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應i(t)也是周期性的。用傅里葉級數分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。

圖2 沖量相同的各種窄脈沖的響應波形

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，寬度按正弦規律變化。
SPWM波形——脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形。

圖3 用PWM波代替正弦半波

要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。
　　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。
　　PWM波形可等效的各種波形：
　　直流斬波電路：等效直流波形
　　SPWM波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面積原理。
2. PWM相關概念
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
如，一個PWM的頻率是1000Hz，那么它的時鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現的時間是200us，那么低電平的時間肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是說PWM的占空比就是1：5。
分辨率也就是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)。
頻率就是這樣的，如16位的PWM，它的分辨率達到了1：65535，要達到這個分辨率，T/C就必須從0計數到65535才能達到，如果計數從0計到80之后又從0開始計到80.......，那么它的分辨率最小就是1：80了，但是，它也快了，也就是說PWM的輸出頻率高了。
雙斜率 / 單斜率
假設一個PWM從0計數到80，之后又從0計數到80....... 這個就是單斜率。
假設一個PWM從0計數到80，之后是從80計數到0....... 這個就是雙斜率。
可見，雙斜率的計數時間多了一倍，所以輸出的PWM頻率就慢了一半，但是分辨率卻是1：(80+80) ＝1：160，就是提高了一倍。

假設PWM是單斜率，設定最高計數是80，我們再設定一個比較值是10，那么T/C從0計數到10時(這時計數器還是一直往上計數，直到計數到設定值 80)，單片機就會根據你的設定，控制某個IO口在這個時候是輸出1還是輸出0還是端口取反，這樣，就是PWM的最基本的原理了。

ID:73735 · 發表于 2015-2-19 00:51

pwm原理和特點

PWM的參數
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
如，一個PWM的頻率是1000Hz，那么它的時鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現的時間是200us，那么低電平的時間肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是說PWM的占空比就是1：5。
分辨率也就是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)。
頻率就是這樣的，如16位的PWM，它的分辨率達到了1：65535，要達到這個分辨率，T/C就必須從0計數到65535才能達到，如果計數從0計到80之后又從0開始計到80.......，那么它的分辨率最小就是1：80了，但是，它也快了，也就是說PWM的輸出頻率高了。
雙斜率 / 單斜率
假設一個PWM從0計數到80，之后又從0計數到80....... 這個就是單斜率。
假設一個PWM從0計數到80，之后是從80計數到0....... 這個就是雙斜率。
可見，雙斜率的計數時間多了一倍，所以輸出的PWM頻率就慢了一半，但是分辨率卻是1：(80+80) ＝1：160，就是提高了一倍。
假設PWM是單斜率，設定最高計數是80，我們再設定一個比較值是10，那么T/C從0計數到10時(這時計數器還是一直往上計數，直到計數到設定值80)，單片機就會根據你的設定，控制某個IO口在這個時候是輸出1還是輸出0還是端口取反，這樣，就是PWM的最基本的原理了。

PWM（Pulse Width Modulation）控制——脈沖寬度調制技術，通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。
　　PWM控制技術在逆變電路中應用最廣，應用的逆變電路絕大部分是PWM型，PWM控制技術正是有賴于在逆　變電路中的應用，才確定了它在電力電子技術中的重要地位。
　1 PWM控制的基本原理
　理論基礎：
　　　沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環節的輸出響應波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。

　　　　　圖1　形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖
面積等效原理：
　　分別將如圖1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環節（R-L電路）上，如圖2a所示。其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時的響應波形如圖2b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，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)響應波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應i(t)也是周期性的。用傅里葉級數分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。

　　　　　　　　圖2 沖量相同的各種窄脈沖的響應波形
　　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，寬度按正弦規律變化。
SPWM波形——脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形。

　　　　　　　圖3 用PWM波代替正弦半波
　　要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。
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。
PWM波形可等效的各種波形：
直流斬波電路：等效直流波形
SPWM波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面積原理。

ID:73872 · 發表于 2015-3-20 22:02

好東西，謝謝分享

ID:185661 · 發表于 2017-4-19 09:07

謝謝分享

ID:191024 · 發表于 2017-4-23 20:22

厲害！大神膜拜

ID:182821 · 發表于 2017-4-28 11:36

學習啦！！！！！

ID:193271 · 發表于 2017-4-28 14:19

感謝分享

ID:152917 · 發表于 2017-5-3 12:17

x好東西，謝謝樓主

ID:259500 · 發表于 2017-12-17 09:59

thank you very much

ID:262605 · 發表于 2017-12-17 14:38

感謝分享，謝謝謝謝

ID:231046 · 發表于 2017-12-18 17:03

講的好，很簡單明了，謝謝分享

ID:1029096 · 發表于 2022-5-25 08:22

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