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PWM(Pulse-width modulation)脉冲宽度调制

PWM(Pulse-width modulation)是脉冲宽度调制

  • 脉冲宽度调制是一种模拟信号电平数字编码方法。脉冲宽度调制PWM是通过将有效的电信号分散成离散形式从而来降低电信号所传递的平均功率的一种方式。所以根据面积等效法则,可以通过对改变脉冲的时间宽度,来等效的获得所需要合成的相应幅值和频率的波形,实现模拟电路的数字化控制。

PWM控制的重要理论依据

  • 在采样控制理论中有一个重要结论:冲量(脉冲的面积)相等而形状不同窄脉冲,分别加在具有惯性环节的输入端,其输出响应波形基本相同,也就是说,尽管脉冲形状不同,但只要脉冲面积相等,其作用的效果基本相同。
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  • PWM就是在合适的信号频率下,通过一个周期里改变占空比的方式来改变输出的有效电压。

脉冲波的基本信息如下
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等效电压值的计算

我们知道,电压是以一种连接为1或断开为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。如右下图。
电机为某相同转速时,红色代表驱动器输出幅值不变的PWM波,蓝色代表可调直流电源输出的电压。两者都是直接作用到负载。
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根据伏秒平衡
U红(幅值) × ton = U蓝 × T
U蓝= U红(幅值)x占空比

例如当PWM波的幅值为24V,占空比为50%时,与直流电压12V作用到电机上所产生的效果是一模一样的,即速度相同;即24V×50%=12V

“效果”和占空比成正比,与频率无关。如下图,调节PWM波可以定频调宽或者定宽调频。
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如何生成PWM

  • 将正弦波作为输入信号之一,使用比较器能够轻松生成
    PWM信号。PWM波的高电平的具体大小取决于上拉电源,因为比较器输出端是OC输出,需要上拉电阻才可以输出高电平。
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  • 比较器使用两个输入信号所生成的 PWM输出波形 (红线): 正弦波 (黑 线) 和输入信号 (灰线)。0.5 VDC 输入信号是电压基准,通过与正弦波比较生成 PWM 波形。使用 0.5 VDC 稳态基准电压, 可生成 50% 占空比的 PWM 波形。
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    如果基准电压降至 0.25 VDC, 那么将生成更高占空比的 PWM波形
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