第6章 脉宽调制(PWM)技术

第6章脉宽调制（PWM）技术

填空题：

1.PWM控制就是对脉冲的________进行调制的技术；直流斩波电路得到的PWM波是________，SPWM波得到的是________。

2.PWM逆变电路也可分为________和________两种，实际应用的几乎都是

________电路，得到PWM波形的方法一般有两种，即________和________，实际中主要采用________。

3.PWM波形只在单个极性范围内变化的控制方式称________控制方式，三相桥式PWM型逆变电路采用________控制方式。

4.根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式可分为

________和________。一般为综合两种方法的优点，在低频输出时采用________方法，在高频输出时采用________方法。

5.在正弦波和三角波的自然交点时刻控制开关器件的通断，这种生成SPWM 波形的方法称________，实际应用中，采用________来代替上述方法，在计算量大大减小的情况下得到的效果接近真值。

6.正弦波调制的三相PWM逆变电路，在调制度a为最大值1时，直流电压利用率为________，采用________波作为调制信号，可以有效地提高直流电压利用率，但是会为电路引入________。

7.PWM逆变电路多重化联结方式有________和________，二重化后，谐波地最低频率在________ c附近。

8.跟踪控制法有________方式、________方式和________方式三种方式；三种方式中，高次谐波含量较多的是________方式，用于对谐波和噪声要求严格的场合的是________方式。

9.PWM整流电路可分为________和________两大类，目前研究和应用较多的是________PWM整流电路。

10.PWM整流电路的控制方法有________和________，基于系统的静态模型设计、动态性能较差的是________，电流响应速度快、系统鲁棒性好的是

________。

简答题：

11.试说明PWM控制的基本原理。

12.设题图6-12中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。

13.单极性和双极性PWM调制有什么区别？三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压(输出端相对于直流电源中点的电压)和线电压SPWM波形各有几种电平？

14.试简单比较PWM控制中的计算法和调制法的特点。

15.试简述线电压控制的定义、目的和两相控制方式的优点。

16.简述PWM逆变电路多重化的目的。

17.简述PWM跟踪控制技术中的三角波比较方式的特点。

18.特定谐波消去法的基本原理是什么？设半个信号波周期内有10个开关时刻（不含0和 时刻）可以控制，可以消去的谐波有几种？

19.什么是异步调制？什么是同步调制？两者各有何特点？分段同步调制有什么优点？

20.什么是SPWM波形的规则化采样法？和自然采样法比规则采样法有什么优点？

21.单相和三相SPWM波形中，所含主要谐波频率为多少？

22.如何提高PWM逆变电路的直流电压利用率？

23.什么是电流跟踪型PWM变流电路？采用滞环比较方式的电流跟踪型变流器有何特点？

24.什么是PWM整流电路？它和相控整流电路的工作原理和性能有何不同？

25.在PWM整流电路中，什么是间接电流控制？什么是直接电流控制？

正弦脉宽调制(SPWM)变频器

引言 随着电力电子技术的飞速发展，正弦脉宽调制（SPWM）变频器也得到了大力的发展，在各个领域内得到了广泛的应用。SPWM 变频器主要应用于中小容量，高性能的交流调速系统中，这种新型的变频器具有如下的优点： (1)输出电压的幅值和频率均在逆变器内控制和调节，可以方便的实现压频比恒定控制或低频时幅值电压的补偿等功能，系统的动态性能较好; (2)功率变化只在逆变器内完成，逆变器可由二极管整流供电，电网的功率因数较高； (3)由SPWM逆变器供电的异步电机的电流波形接近正弦波，谐波分量较少，矩阵脉动小，改善了电动机的运行性能。 鉴于正弦脉宽（SPWM）变频器的上述优点，以及在实际电气传动系统中，不同设备对电源的不同需求。本文采用了新型功率器件IGBT和8031AH单片机控制系统，设计了一种新型的单相桥式SPWM变频电源。该变频电源采用恒压频比控制，即U/F为常数，能使主频率在0 ～ 100Hz内可调，且将软件设计和硬件设计结合起来，减少了硬件电路的不必要的成本，又使软件编程不至于繁锁。 本设计由我和张建忠同学合作完成，我主要作硬件原理设计参数计算与软件编程、调试等工作，具体内容在本论文中有详述。而有关硬件绘图、电路仿真及电路介绍等内容可参阅张建忠同学的毕业论文。 由于设计者的能力有限，在设计过程中得到了常宝林老师的悉心教导和大力协助，才将本设计顺利的完成。在此，向指导老师并支持过我们的各位老师表示衷心的感谢。

目录 第一章脉宽调制（PWM）逆变器 一、脉宽调制技术（PWM）及其分类…………………….. 二、正弦脉宽调制技术……………………………………… 三、同步调制和异步调制…………………………………… 四、SPWM波形的软件生成……………………………… 第二章单相桥式正弦脉宽调制（SPWM）变频电源硬件设计…… 一、设计方案及总体框图………………………………….. 二、电路原理与参数计算………………………………….. §1.主电路…………………………………………………… §2.驱动电路…………………………………………………§3. 吸收电路………………………………………………….. §4.保护电路………………………………………………….§5. 控制及接口电路…………………………………………. 第三章软件设计……………………………………………….一．对称规则采样法………………………………………….二．地址分配………………………………………………….三．程序设计…………………………………………………..四．程序调试与仿真…………………………………………五．程序清单…………………………………………………… 结束语……………………………………………………………….

脉宽调制(PWM)技术在电力电子电路的应用

摘要 【摘要】脉冲调制（PWM）技术最早起源于通信技术的调制、解调的思想，并将这种思想推广到测量、电力电子领域。随着全控型器件的发展与微处理器的出现，PWM技术已经变成为了电力电子领域中的重要技术，特别是在斩波电路、逆变电路。本文主要研究了PWM技术的理论基础（面积等效原理）及其控制原理;分析了在PWM控制下降压斩波电路的工作情况，并用matlab建模；分析了在180°方波控制与SPWM控制两种方法下三相桥式逆变电路的工作状态，对比两种方法的优劣，并考虑了加入死区时间对SPWM的影响。结合异步电机变频调速的相关原理，对SPWM技术控制下的逆变电路进行变化，通过控制输出电压的变化来实现变频调速。选择具体的电路，根据理论分析计算相关的参数。使用Matlab软件进行搭建仿真电路，将仿真得到的数据、波形与理论分析相互分析对照，总结其特点。 【关键词】PWM；DC–DC；DC-AC；MATLAB仿真 I

Abstract 【ABSTRACT】Pulse modulation (PWM) technology originated in the communication technology modulation, demodulation of the idea, and this idea extended to the field of measurement, power electronics. With the development of full-controlled devices with the advent of microprocessors, PWM technology has become an important technology in the field of power electronics, especially in chopping circuits, inverting circuits. This paper mainly studies the theoretical basis of the PWM technology (area equivalent principle) and its control principle. The work of the step-down chopper circuit under PWM control is analyzed and modeled by matlab. The analysis of the 180 ° square wave control and SPWM Control the working state of the three-phase bridge inverter circuit under the two methods, compare the advantages and disadvantages of the two methods, and consider the influence of adding dead time to SPWM. Combined with the principle of asynchronous motor frequency control, SPWM technology under the control of the inverter circuit changes, by controlling the output voltage changes to achieve frequency control. Select the specific circuit, according to the theoretical analysis of the relevant parameters. Using Matlab software to build simulation circuit, the simulation of the data, waveform and theoretical analysis of each other analysis, summed up its characteristics. 【KEYWORDS】PWM ;DC –DC ;DC-AC ; MATLAB simulation

脉宽调制(PWM)集成电路SG3525原理及应用

麻省理工大学 集成电路应用课程论文 论文题目：脉宽调制（PWM）集成电路SG3525 原理及应用 学院、系：电信学院电气系 专业班级：电气11 学生姓名：葉晓龍 任课教师：*** 2014 年 6 月8日

脉宽调制（PWM）集成电路SG3525的工作原理及应用 摘要：随着电能变换技术的发展，功率MOSFET在开关变换器中开始广泛使用，为此美国硅通用半导体公司（Silicon General）推出SG3525。SG3525是用于驱动N沟道功率MOSFET。其产品一推出就受到广泛好评。SG3525系列PWM控制器分军品、工业品、民品三个等级。下面就SG3525的工作原理、管脚排列、主要特点以及应用领域等进行介绍。 关键词：PWM控制器MOSFET SG3525 开关变换器 一、概述 SG3525是电流控制型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。 二、管教排列及定义 SG3525芯片引脚排列如下图所示： 引脚的功能及含义如下： 引脚1：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9）相连，可构成跟随器。 引脚2：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信

号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（引脚9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。 引脚3：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。 引脚4：振荡器输出端。 引脚5：振荡器定时电容接入端。 引脚6：振荡器定时电阻接入端。 引脚7：振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻，构成放电回路。 引脚8：软启动电容接入端。该端通常接一只5 的软启动电容。 引脚9：PWM比较器补偿信号输入端。在该端与引脚2之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 引脚10：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。 引脚11：输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。 引脚12：信号地。 引脚13：输出级偏置电压接入端。 引脚14：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。 引脚15：偏置电源接入端。 引脚16：基准电源输出端。该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。 三、主要特点及应用领域 主要特点 （1）外围电路简单，使用方便 （2）保护功能齐全 （3）软启动特性 （4）死区可调 应用领域 （1）开关电源电路 （2）随动系统直流电机调速电路

PWM功能原理

PWM功能原理 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，PWM 码是一种脉宽调制码，它的组成为9MS 高电平和4MS 低电平引导脉冲，16 位系统识别码，8 位数据正码和8 位数据反码。我要解的就数据码。一个PWM 码的0是由一个0.58ms的低电平和一个0.58ms的高电平组成，1 是由一个0.58ms 的低电平地和一个1.58ms 的高电平组成。 首先通过延时来丢开引导码，然后通过解码丢掉16 位系统识别码，最后解系统正码和反码。解开后将正码取反看是否与反码相同，如果相同，即解开保存其值。解码0 或1是这样的。在低电平的时候等待，直到为高了后，用一个0.882ms 的延时去量，量完后，如果为低了,证明前面是一个0.58ms 低电平和一个0.58ms 高电平地组成，即保存一个0.如果为高，则证明是由一个0.58ms 低电平地和一个1.58ms 高电平组成，即保存一个1 .为1则再调一个延时，让它延到低电平。等待到高电平后重复上述过程解码。遥控器解码程序介绍：通过上述的解码原理，利用单片机的中断口来测PWM码的宽度，通过本实验仪配备的遥控，单片机解码在数码管上显示。实际应用例如：红外遥控。 PWM脉宽调制，是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。而输出频率的变化可通过改变此脉冲的调制周期来实现。这样，使调压和调频两个作用配合一致，且于中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。由于输出等幅脉冲只需恒定直流电源供电，可用不可控整流器取代相控整流器，使电网侧的功率因数大大改善。利用PWM逆变器能够抑制或消除低次谐波。加上使用自关断器件，开关频率大幅度提高，输出波形可以非常接近正弦波。 PWM变频电路具有以下特点： 1. 可以得到相当接近正弦波的输出电压 2. 整流电路采用二极管，可获得接近1的功率因数 3. 电路结构简单 4. 通过对输出脉冲宽度的控制可改变输出电压，加快了变频过程的动态响应 现在通用变频器基本都再用PWM控制方式，所以介绍一下PWM控制的原理 PWM基本原理 脉宽调制（PWM）。控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的

[gbk] 实验七 单相正弦波脉宽调制( [gbk] SPWM)逆变电路实验

实验七单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验 一、实验目的 (1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。 (2)熟悉ICL8038的功能。 (3)掌握SPWM波产生的基理。 (4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。实验电路由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。 (1)主电路部分: AC/DC (整流) DC/AC (逆变) 图4-1 主电路结构原理图 如图4-1所示, 交直流变换部分（AC/DC）为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）；逆变部分（DC/AC）由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。输出经LC低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出。 本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。 (2)驱动电路: 如图4-2（以其中一路为例）所示，采用IGBT管专用驱动芯片M57962L，其输入端接控制电路产生的SPWM信号，其输出可用以直接驱动IGBT管。其特点如下： ①采用快速型的光藕实现电气隔离。 ②具有过流保护功能，通过检测IGBT管的饱和压降来判断IGBT是否过流,过流时IGBT 管CE结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），使4013的输出Q端呈现低电平，送控制电路，

起到了封锁保护作用。 图4-2 驱动电路结构原理图 图4-3保护电路结构原理图 (3)控制电路: 图4-4 控制电路结构框图 TLP521 SPWM1

PWM波形生成基础学习知识原理

脉宽调制(Pulse-Width Modulation，PWM)技术在电力电子领域的应用极其广泛。PWM模式是决定逆变器输出电压特性的根本。性能优越的PWM模式可以使逆变器具有良好的输出特性。由傅里叶分析可知，不对称波形会带来大量低次谐波、偶次谐波以及余弦项。因此PWM脉冲波形的对称性对输出特性有很大影响。 PWM的实现方法一般有两种：比较法和计算法。随着数字技术的迅速发展和计算机功能的提高，计算法以其方便灵活的特点成为PWM实现方法的主流。采用计算法实现PWM时，按照每个载波周期内调制波的取法，可以分为规则采样PWM和自然采样PWM。其中，采用规则采样法，计算简单，占用系统软件资源较少，因而应用比较广泛；但是由规则采样法计算出的PWM 波形，在系统载波频率较低时，输出精度差，并且在计算时需要通过查表确定计算结果，所以并不能保证其波形的对称性，谐波含量也会因为波形的不对称而增加。 对于调制类PWM，有三种方式：同步调制，异步调制，分段同步调制三种方式。同步调制虽然可以在调制波频率变化的所有范围内，载波与调制波的相位相同， PWM波形一直保持对称，输出谐波的低次谐波可以得到消除。但是在载波频率变化范围大时，电力

电子器件的开关频率变化范围大，在低频时，将给系统引入大量较低频率的谐波。异步调制的优点在于载波频率在调速过程中载波不变，高次谐波对系统的影响基本固定，可以弥补同步调制的缺点。但是异步调制无法在大部分频率点上都保证调制波与载波相位相对的固定，出现不对称波形，会给系统引入大量的低次谐波、偶次谐波和余弦项。分段同步调制可以综合以上两种方式的优点，但在波比切换时可能出现电压突变，甚至震荡。基于以上理论，本文提出一种新的PWM算法，可以在异步调制下，使PWM波形在T／2周期内始终保持关于T／4 周期的完全对称。 1 PWM算法原理 在用数字化控制技术产生PWM脉冲时，三角载波实际上是不存在的，完全由软件及硬件定时器代替，图1为三角载波的产生原理(Ttimer为定时器的值)用阶梯波代替模拟三角波。PWM脉冲的产生机理为：定时器重复按照PWM周期进行计数。比较寄存器用于保持调制值，比较寄存器中的值与定时器计数器的值相比较，当两个值匹配时， PWM输出就会跳变；当两个值产生二次匹配或者一个定时器的周期结束时，就会产生第二次输出跳变。通过这种方式就会产生一个周期与比较寄存器值成比例的脉冲信号。在比较单元中

脉宽调制控制电路

脉宽调制控制电路 学生姓名：胡真 学号：20085042054 工业现场控制当中，经常要用到一些可变的直流电压，而一般的直流电源其值是固定不变的，为了得到可变的直流电压，我们一般采用脉宽调制控制电路，也就是我们通常所说的PWM 控制电路。该电路是利用半导体功率晶体管或晶闸管等开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，控制电压脉冲的宽度或周期达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频的目的的一种变换电路，多用在开关稳压电源、不间断电源(UPS)以及交直流电机调速等控制电路中。 1. 脉宽调制控制电路的工作原理 图1 PWM 控制电路原理 基本的脉宽调制控制电路包括电压-脉宽变换器和开关式功率放大器两部分，如图1所示。运算放大器N 工作在开环状态，实现把连续电压信号变成脉冲电压信号。二极管VD 在V1关断时为感性负载RL 提供释放电感储能形成续流回路。N 的反相端输入三个信号：一个是锯齿波或三角波调制信号up ，其频率是主电路所需的开关调制频率，一般为1~4kHz ；另一个是控制电压uk ，其极性与大 U u 0 u c D

小随时可变； 再一个是负偏置电压u0，其作用是在Uc ＝0时通过Rp 的调节使比较器的输出电压Ub 为宽度相等的正负方波。当Uc>0时，锯齿波过零的时间提前，结果在输出端得到正半波比负半波窄的调制方波。当Uc<0时，锯齿波过零的时间后移，结果在输出端得到正半波比负半波宽的调制方波。 图2 PWM 控制负载的波形图 PWM 信号加到主控电路的开关管V 的基极时，负载RL 两端电压uL 的波形如图2所示。显然，通过PWM 控制改变开关管在一个开关周期T 内的导通时间τ的长短，就可实现对RL 两端平均电压UL 大小的控制。 2. 典型脉宽调制电路 2.1. 对脉宽调制器的基本要求 （1）死区要小，调宽脉冲的前后沿的斜率要大，也就是比较器的灵敏度要足够高。 （2）在设计实际电路时，应使其简单、可靠，且不受外界干扰。 （3）考虑与功率转换电路的耦合问题。 t t 2T 2T T T T +τ T +τ τ τ O O u u U U E E

第二节 正弦波脉宽调制SPWM控制法

第二节正弦波脉宽调制SPWM控制法 1．2．1 正弦波脉宽调制SPWM 逆变器结构 典型的交流-直流－交流逆变器的结构如图2-1-3所示。 图2-1-3：变压变频器主电路结构图 图2-1-3中，单相交流或三相交流供电经非控全波整流，变成单极性直流电压；该直流电压经有源或无源功率因素校正电路PFC（Power Factor Correct）得到直流母线电压 Udc，某些情况下功率因素校正电路可以省略。逆变器的核心电路是由六个功率开关器件Q1-Q6构成的三相逆变桥，每个桥有上下两个桥臂；上桥臂上端接直流母线电压正端（DC+），下桥臂下端接直流母线参考端（DC-）；对于交流异步电机的驱动，为防止直通，上、下桥臂通常设置为互补工作方式：上桥臂导通时，下桥臂截止；下桥臂导通时，上桥臂截止。三桥臂中间输出接至负载：三相感应电机的UVW输入端。 功率开关器件Q1-Q6可以是晶闸管GTO，双极性功率晶体管BJT，金属氧化膜功率场效应管MOSFET，绝缘栅型双极性功率晶体管IGBT。 IGBT具有开关速度快、承载电流大、耐压高、管耗小等特点，在电源逆变器中得到最为广泛的应用。 对于感性负载（电机），为了保护IGBT，常需加续流二极管D1-D6，用以在开关管关断时形成电流回路。IGBT通常已与续流二极管封装在一起。 电容C用于能量缓冲，可保持直流母线电压Udc相对稳定。

为了在电机的UVW端线上输入三相平衡的交流电，通常做法是依一定规则用PWM信号PWM1L-PWM3H去控制逆变器的六个开关管的开关状态。 所谓的正弦波SPWM（Sinusoidally PWM）技术，就是用正弦波去调制PWM信号的脉宽，即：功率管的输出为一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，其宽度依正弦波规律变化；对交流输出波形的幅度对称性及相位要求不是非常苛刻的应用来说，PWM信号的频率通常保持不变。这种控制策略也叫异步控制法，即载波信号的频率独立于调制波频率。见图2-1-4。 SPWM也叫SWPWM（Sinusoidally Weighted PWM）。 图2-1-4 SPWM波形 图中：Udc --直溜母线电压； Um -- 正弦波基波的峰值，一般情况下，随t2比例变化； T，通常为一固定值； t1 -- PWM信号的周期 pwm t2 --正弦波基波的周期。 SPWM控制法的实现 SPWM控制法实现起来相对较为简单。 先产生一个在时间与幅度上都离散的单位正弦序列，也叫正弦表，90°，180°，360°皆可，并存储在程序空间里。这部分工作可借助于其他工具来完成，如Office Excel。 正弦表的角度分辨率由实际应用确定；对于一个完整的电周期（360°）， 1024个点能满足大部分应用的需求。正弦波生成时，有效样本点越多，电压电流谐波越小，效果越好。

脉宽调制(PWM)的基本原理及其应用实例

脉宽调制(PWM)的基本原理及其应用实例 脉宽调制(PWM)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。 模拟电路 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。 模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。 尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。 数字控制 通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。 简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。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。 图1显示了三种不同的PWM信号。图1a是一个占空比为10%的PWM输出，即在信号周期中，10％的时间通，其余90％的时间断。图1b和图1c显示的分别是占空比为50%和90%的PWM 输出。这三种PWM输出编码的分别是强度为满度值的10%、50%和90%的三种不同模拟信号值。例如，假设供电电源为9V，占空比为10%，则对应的是一个幅度为0.9V的模拟信号。 图2是一个可以使用PWM进行驱动的简单电路。图中使用9V电池来给一个白炽灯泡供电。如果将连接电池和灯泡的开关闭合50ms，灯泡在这段时间中将得到9V供电。如果在下一个50ms中将开关断开，灯泡得到的供电将为0V。如果在1秒钟内将此过程重复10次，灯泡将会点亮并象连接到了一个4.5V电池(9V的50%)上一样。这种情况下，占空比为50%，调制频率为10Hz。 大多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz。设想一下如果灯泡先接通5秒再断开5秒，然后再接通、再断开……。占空比仍然是50%，但灯泡在头5秒钟内将点亮，在下一个5秒钟内将熄灭。要让灯泡取得4.5V电压的供电效果，通断循环周期与负载对开关状态变化的响应时间相比必须足够短。要想取得调光灯(但保持点亮)的效果，必须提高调制频率。在其他PWM应用场合也有同样的要求。通常调制频率为1kHz到200kHz之间。

正弦脉宽调制(SPWM)波的基本要素

正弦脉宽调制波的基本要素 正弦脉宽调制（SPWM ）波的基本要素 摘要：本文以电工学正弦理论为基础；以经典的自然采样法为依托；以电子变流技术为研究对象，全面阐述了SPWM 波的基本特征与个性，旨在为实验及测试提供规范的参照基准并回归于应用数学。 关键词：正弦波；载波比；等幅调制；频带；相位差；渐变斜角调制。 1 前言 电源应用的变革确立了脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ）即PWM 技术的重要地位，并且赋予了电子变流技术强大的生命力，产品几乎涵盖了所有的开关电源、斩波器及电流变换器等领域。始于1975年推广应用正弦脉宽调制（Sinusoidal PWM 简称SPWM ）以来，经多年研究发展的历程，正弦逆变技术也渐趋成熟而服务于广泛的交流应用场合，涉及民用、商用、军用及科研四大板块，人们也真实的感受到系统性能的改善、能源转换效率的提高和电磁污染的减少或净化，也为应用的持续发展奠定了坚实的基础，并且越来越多的与其他科学领域相互关联、相互交叉和相互渗透，继而应用系统逐渐朝高性能、高效率、大功率、高频化和智能化的方向发展，同时随着工程发展的日益需求，对逆变系统提出了更高的要求。 2 生成SPWM 波的基理 由于正弦交流量是典型的模拟量，传统发电机难以完成高频交流电流输出，而功率半导体器件于模拟状态工作时产生的动态损耗剧增，于是，用开关量取代模拟量成为必由之路，并归结为脉冲电路的运行过程，从而构成了运动控制系统中的功率变换器或电源引擎。 典型的H 桥逆变电路很容易理解（图1a ）， (a) 负 载 (b)(c ) 图1 对角联动的两个开关器件和与之对应的另一组对角桥臂同时实施交替的开关作业时，建立运行后，流经负载的电流即为交流电流（图1b ），考虑到功率器件关断时的滞后特性避免造成短路，通常都做成（图1c ）的波形结构。显然开关器件输出的是方波（矩形波）交流电流。 在交流应用场合，多数负载要求输入的是正弦波电流。 电工学认为，周期性的非正弦交流量是直流、正弦波和余弦波等分量的集合，或者是非正弦波也可以分解为相位差和频率不同的正弦波以及直流分量。 不良波形或失真严重的正弦交流量必然产生大量的低次、高次及分数谐波，丰富的谐波分量与基波叠加的情景使得正负峰值几乎同时发生，换向突变时急剧的运动状态将对负载造成冲击并导致负载特性的不稳定或漂移，又加重了滤波器件的负担，损耗也随之增大，非但降低了电网的功率因数，还对周边设备造成不良影响。 在高频化和大功率电力变换场合，装置内部急剧的电流变化，不但使器件承受很大电磁应力，并向装置周围空间辐射有害电磁波污染环境，这种电磁干扰（Electro Magnetic Interference 简称EMI ）还会引发周围设备的误动作及造成电能计量紊乱。抑制谐波和EMI 的防御仍为重要课题或技术指标。

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。这也应用于灯光的控制，灯光的强度可得以有效控制。 另一个应用是在开关式电源。PWM调整允许一个可变的输出电压。可通过555定时器(5个引脚)VC终端的反馈来调节电压。一个超过调节阈值限制的输出电压将提前结束基于周期

PWM控制技术

主要内容：PWM 控制的基本原理、控制方式与 PWM 波形的生成方法，PW 逆 变电路的谐波分析，PW 整流电路。 重点：PWM 控制的基本原理、控制方式与PWM 波形的生成方法。 难点：PWM 波形的生成方法，PWM e 变电路的谐波分析。 基本要求：掌握PW 控制的基本原理、控制方式与 PW 波形的生成方法，了 解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型 PWM K 变电路，了解PWM6流电路。 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)。第 章已涉及这方面内 容 : 第 3 章：直流斩波电路采用，第 4 章有两处： 节斩控式交流调压电路， 式变频电路。 本章内容 PWMI 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 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用， 重要 地位。 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍 PW 控制技术，也介绍PWM S 流电路 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。 图 6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理： 分别将如图 6-1 所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节( R-L 电路)上，如图 6-2a 所示。其输出电流 i(t) 对不同窄脉冲时的响应波形如图 6-2b 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。 3、4 节矩阵 PWI 型, 才确定了它在电力电子技术中的

PWM的工作原理

PＷM得工作原理 脉宽调制PWM就是开关型稳压电源中得术语。这就是按稳压得控制方式分类得，除了PWM型,还有PFM型与ＰＷM、ＰFＭ混合型。脉宽宽度调制式（ＰWM）开关型稳压电路就是在控制电路输出频率不变得情况下，通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压得目得。 随着电子技术得发展，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得脉宽PＷM法，它就是把每一脉冲宽度均相等得脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列得周期可以调频,改变脉冲得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得周期、ＰＷM 得占空比而达到控制充电电流得目得。 pwm得定义 脉宽调制(PＷＭ）就是利用微处理器得数字输出来对模拟电路进行控制得一种非常有效得技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换得许多领域中. 模拟信号得值可以连续变化，其时间与幅度得分辨率都没有限制.9V电池就就是一种模拟器件，因为它得输出电压并不精确地等于９Ｖ,而就是随时间发生变化,并可取任何实数值。与此类似,从电池吸

收得电流也不限定在一组可能得取值范围之内。模拟信号与数字信号得区别在于后者得取值通常只能属于预先确定得可能取值集合之内，例如在｛０V,5V}这一集合中取值. 模拟电压与电流可直接用来进行控制,如对汽车收音机得音量进行控制。在简单得模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时,电阻值变大或变小;流经这个电阻得电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器得电流值,使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路得输出与输入成线性比例. 尽管模拟控制瞧起来可能直观而简单,但它并不总就是非常经济或可行得。其中一点就就是,模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题得精密模拟电路可能非常庞大、笨重（如老式得家庭立体声设备）与昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流得乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值得大小。 通过以数字方式控制模拟电路,可以大幅度降低系统得成本与功耗.此外，许多微控制器与DＳＰ已经在芯片上包含了ＰＷＭ控制器，这使数字控制得实现变得更加容易了。 pwm得工作原理 脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同得矩形脉冲构成，其占空比与信号得瞬时采样值成比例.图１所示为脉冲宽度调制系统得原理

正弦脉宽调制(SPWM)控制

正弦脉宽调制（SPWM）控制（转载） 为了使变压变频器输出交流电压的波形近似为正弦波，使电动机的输出转矩平稳，从而获得优秀的工作性能，现代通用变压变频器中的逆变器都是由全控型电力电子开关器件构成，采用脉宽调制(pulse width modulation, 简称pwm ) 控制的，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才采用晶闸管变频器。应用最早而且作为pwm 控制基础的是正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation, 简称spwm)。 图3-1 与正弦波等效的等宽不等幅矩形脉冲波序列 3.1 正弦脉宽调制原理 一个连续函数是可以用无限多个离散函数逼近或替代的，因而可以设想用多个不同幅值的矩形脉冲波来替代正弦波，如图3-1所示。图中，在一个正弦半波上分割出多个等宽不等幅的波形(假设分出的波形数目n=12)，如果每一个矩形波的面积都与相应时间段内正弦波的面积相等，则这一系列矩形波的合成面积就等于正弦波的面积，也即有等效的作用。为了提高等效的精度，矩形波的个数越多越好，显然，矩形波的数目受到开关器件允许开关频率的限制。 在通用变频器采用的交-直-交变频装置中，前级整流器是不可控的，给逆变器供电的是直流电源，其幅值恒定。从这点出发，设想把上述一系列等宽不等幅的矩形波用一系列等幅不等宽的矩形脉冲波来替代(见图3-2)，只要每个脉冲波的面积都相等，也应该能实现与正弦波等效的功能，称作正弦脉宽调制(spwm)波形。例如，把正弦半波分作n等分(在图3-2中，n=9)，把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合，这样就形成spwm波形。同样，正弦波的负半周也

脉冲宽度调制(PWM)技术

脉冲宽度调制(PWM)技术 在电力电子变流器控制系统中，对于控制电路的要求往往是除能够控制负载的加电与断电外，还应该能够控制加载到负载上的电压高低及功率大小。在大功率电力电子电路中，控制加载至负载上电压及功率的实用方法就是脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)。 1. 面积等效原理 在控制理论中，有一个重要的原理，即冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量(冲量)作用在具有惯性的环节上时，只要这些变量对时间的积分相等，其作用的效果将基本相同。这里所说的效果基本相同是指惯性环节的输出响应波形基本相同。例如，下图1示出的三个窄脉冲电压波形分别为矩形波、三角波和正弦波，但这二个窄脉冲电压对时间的积分相等，或者说它们的面积相等。当这三个窄脉冲分别作用在只有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。因此，冲量等效原理也可以称为面积等效原理。 从数学角度进行分析，对上图1所示的三个窄脉冲电压波形进行傅里叶变换，则其低频段的特性非常相近，仅在高频段有所不同，而高频段对于具有惯性负载的电路影响非常小。由此进一步证明了面积等效原理的正确性。 2. 脉冲宽度调制技术

依据面积等效原理，在电路中可以利用低端电源开关或高端电源开关，以一定频率的导通和截止连续切换，使电源电压U i以一系列等幅脉冲(或称为矩形波)的形式加载到负载上，加载在负载上的电源电压Uo波形如图2所示。 图2所示的矩形波的电压平均值： 此式表明在一个脉冲周期内，电压的平均值与脉冲的占空比是成正比的，于是，可以通过改变脉冲的占空比来调整加载到负载上的电压大小。当占空比小时，加载到负载上的平均电压就低，即加载到负载上的功率小；而占空比大时，加载到负载上的平均电压就高，加载到负载上的功率大。这种通过等幅脉冲调节负载平均电压及功率的方法称为脉冲宽度调制，也称为斩波控制。 采用脉冲宽度调制方式为负载供电，由于供电电压是脉动的，势必会产生出各种谐波。为了明确脉冲宽度调制技术对负载产生的影响，且考虑此分析结果便于以后章节引用，可将图2所示的等幅脉冲序列描述为 式中，G(t)为开关函数，其波形如图3所示。 在此式中，第一项DUi是等幅脉冲序列的直流成分，也即输出电压的平均值。可见，输出电

6单相正弦波脉宽调制(SPWM)逆变电路实验报告

实验报告 课程名称：现代电力电子技术 实验项目：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路验实验时间： 实验班级： 总份数： 指导教师：朱鹰屏 自动化学院电力电子实验室 二〇〇年月日

广东技术师范学院实验报告 学院：自动化学院专业：电气工程及其自 动化 班级：成绩： 姓名：学号：组别：组员： 实验地点：电力电子实验室实验日期：指导教师签名： 实验（六）项目名称：单相正弦波脉宽调制（SPWM）逆变电路实验1.实验目的和要求 (1)熟悉单相交直交变频电路原理及电路组成。 (2)熟悉ICL8038的功能。 (3)掌握SPWM波产生的基理。 (4)分析交直交变频电路在不同负载时的工作情况和波形，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 2.实验原理 采用SPWM正弦波脉宽调制，通过改变调制频率，实现交直交变频的目的。实验电路由三部分组成：即主电路, 驱动电路和控制电路。 主电路部分:

AC/DC (整流) DC/AC (逆变) 图4-1 主电路结构原理图 如图4-1所示, 交直流变换部分（AC/DC ）为不可控整流电路（由实验挂箱DJK09提供）；逆变部分（DC/AC ）由四只IGBT 管组成单相桥式逆变电路，采用双极性调制方式。输出经LC 低通滤波器，滤除高次谐波，得到频率可调的正弦波（基波）交流输出 。 本实验设计的负载为电阻性或电阻电感性负载，在满足一定条件下,可接电阻启动式单相鼠笼式异步电动机。 (2)驱动电路: 如图4-2（以其中一路为例）所示，采用IGBT 管专用驱动芯片M57962L ，其输入端接控制电路产生的SPWM 信号，其输出可用以直接驱动IGBT 管。其特点如下： ①采用快速型的光藕实现电气隔离。 ②具有过流保护功能，通过检测IGBT 管的饱和压降来判断IGBT 是否过流,过流时IGBT 管CE 结之间的饱和压降升到某一定值，使8脚输出低电平，在光藕TLP521的输出端OC1呈现高电平，经过流保护电路（见图4-3），使4013的输出Q 端呈现低电平，送控制电路， 起到了封锁保护作用。 图4-2 驱动电路结构原理图 TLP521SPWM1

脉宽调制电路

脉宽调制电路 通电后IC的7脚由电阻分压产生8.25V的直流电压，刚通电时6脚电位低于7脚，比较器(LM339)1脚输出高电位，R3的正反馈作用，使得比较器迅速饱和，随着时间的推移，电容逐渐充电，6脚的电位逐渐升高，当高于7脚的电位时(8.25V)，比较器突然翻转，1脚输出低电位，同样正反馈的作用使得该过程更强烈，此时电容通过R4和二极管D1向LM339的1脚放电。当电容上的电压低于IC7脚的电压(这时可能不是8.25V了，因为1脚的低电位会影响到7脚电压)时，电路再次翻转，重复前面的过程，从而在电容两端形成了8000Hz 的锯齿波电压。该锯齿波电压直接施加于比较器的4脚，又和控制电压进行比较，当电容两端电压高于控制电压时，比较器输出低电位，低于控制电压时输出高电位，相当于把锯齿的上半部分切掉了，因此控制电压越高，锯齿切掉的越少，输出的脉宽就越宽。稳压二极管在这里起削波的作用，实现脉出的整形。这个电路设计的非常经典，是非常好的脉宽调制电路。

图1中，由U1a、U1d组成振荡器电路，提供频率约为400Hz的方波/三角形波。U1c产生6V的参考电压作为振荡器电路的虚拟地。这是为了振荡器电路能在单电源情况下也能工作而不需要用正负双 电源。U1b这里接成比较器的形式，它的反相输入端(6脚)接入电阻R6、R7和VR1，用来提供比较器的参考电压。这个电压与U1d的输出端(14脚)的三角形波电压进行比较。当该波形电压高于U1b的6脚电压．U1b的7脚输出为高电平；反之，当该波形电压低于U1b的6脚电压，U1b的7脚输出为低电平。由此我们可知，改变U1b的6脚

电位使其与输入三角形波电压进行比较。就可增加或减小输出方波的宽度，实现脉宽调制(PWM)。电阻R6、R7用于控制VR1的结束点，保证在调节VR1时可以实现输出为全开(全速或全亮)或全关(停转或全灭)，其实际的阻值可能会根据实际电路不同有所改变。 图1中，Q1为N沟道场效应管，这里用作功率开关管(电流放大)，来驱动负载部分。前面电路提供的不同宽度的方波信号通过栅极(G)来控制Q1的通断。LED1的亮度变化可以用来指示电路输出的脉冲宽度。C3可以改善电路输出波形和减轻电路的射频干扰(RFI)。D1是用来防止电机的反电动势损坏Q1。 当使用24v的电源电压时，图1电路通过U2将24V转换成12V供控制电路使用。而Q1可以直接在21v电源上，对于Q1来讲这与接在12v电源上没有什么区别。参考图1，改变J1、J2的接法可使电路工作在不同电源电压(12V或24V)下。当通过Q1的电流不超过1A时，Q 1可不用散热器。但如果Q1工作时电流超过1A时，需加装散热器。如果需要更大的电流（大于3A），可采用IRFZ34N等替换Q1。