PWM原理
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脈寬調制是一種模擬控制方脈沖寬度調制,利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術,廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。PWM就是脈沖寬度調制,也就是占空比可變的脈沖波形。該技術以該結論為理論基礎,對半導體開關器件的導通和關斷進行控制,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。按一定的規則對各脈沖的寬度進行調制,既可改變逆變電路輸出電壓的大小,也可改變輸出頻率。
PWM工作原理 脈沖寬度調制波通常由一列占空比不同的矩形脈沖構成,其占空比與信號的瞬時采樣值成比例。下圖所示為脈沖寬度調制系統的原理框圖和波形圖。該系統有一個比較器和一個周期為Ts的鋸齒波發生器組成。語音信號如果大于鋸齒波信號,比較器輸出正常數A,否則輸出0。因此,從圖中可以看出,比較器輸出一列下降沿調制的脈沖寬度調制波。
通過圖1b的分析可以看出,生成的矩形脈沖的寬度取決于脈沖下降沿時刻tk時的語音信號幅度值。因而,采樣值之間的時間間隔是非均勻的。在系統的輸入端插入一個采樣保持電路可以得到均勻的采樣信號,但是對于實際中tk-kTs<<Ts的情況,均勻采樣和非均勻采樣差異非常小。
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。
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。 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。
PWM專有名詞 1) 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。 2) 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)。 3) 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。 4) 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。
總結
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