第4章PWM原理电机控制器件及DSP生成PWM编程课件.ppt

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1、PWM原理、电机控制器件3.1PWM概述脉冲宽度调制（PWM）是英文“PulseWidthModulation”的缩写，简称脉宽调制。广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。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。PWM的优点1.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。2.对噪声抵抗

2、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。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.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

3、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.分别将如图所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但下降段则几乎完全相同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。要改变等效输出正弦波幅值，按同一比

4、例改变各脉冲宽度即可。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。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。三种不同的PWM信号:a是一个占空比为10%的PWM输出;b是一个占空比为5

5、0%的PWM输出;c是一个占空比为90%的PWM输出;。PWM相关概念占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间与该PWM的时钟周期的时间之比；分辨率：占空比最小能达到多少，如8位的PWM，理论的分辨率就是1：255(单斜率)，16位的的PWM理论就是1：65535(单斜率)频率双斜率/单斜率（连续增计数，连续增/减计数模式）PWM应用电力电子通信电机控制电力电子应用直流斩波电路：直流PWM电路；交流变流电路：斩控式交流调压电路矩阵式变频电路整流电路：PWM整流电路；PWM在电机控制中的应用采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电压调制成极性可变、

6、大小可调的直流电压，用以实现直流电动机电枢端电压的平滑调节，构成直流脉宽调速系统。PWM在电机控制中的应用PWM是控制信号：频率、脉宽携带控制信息DSP中PWM信号的产生驱动电路中PWM信号的放大PWM驱动装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开电枢电源，并改变电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，所以这种装置又称为开关驱动装置。电机换向方法与相关电路设计继电器控制开关，手动改变连线换向H桥电机换向M+——+注意：千万不能将同一侧的两个电路同时接通，否则会在电源和地之间形成

7、短路。比如A和C或者B和D同时为1.三极管H桥电路如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极,短路电流将烧毁三极管。存在的问题及解决办法为了以避免马达的反电动势的危害，需要在晶体管两端接二极管，因为马达线圈在电路开闭瞬间产生的反向电动势通过会高过电源改进的H桥电路4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。2个非门通过提供一种方向输入，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。（与前面的示意图一样，图示不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作

8、的。）使能控制和方向逻辑三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果DIR－L信号为0，DIR－R信号为1，并且使能信号是1，那么三极