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最強(qiáng)干貨!一文帶你了解PWM技術(shù)

fcsde-sh ? 來源:未知 ? 2023-08-11 19:45 ? 次閱讀
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PWM有著非常廣泛的應(yīng)用,比如直流電機(jī)的無極調(diào)速,開關(guān)電源、逆變器等等,個(gè)人認(rèn)為,要充分理解或掌握模擬電路、且有所突破,很有必要吃透這三個(gè)知識(shí)點(diǎn):

  • PWM

  • 電感

  • 紋波

PWM是一種技術(shù)手段,PWM波是在這種技術(shù)手段控制下的脈沖波,如果你不理解是把握不住PWM波的!如下圖所示,這種比喻很形象也很恰當(dāng),希望對(duì)學(xué)習(xí)的朋友有所幫助與啟發(fā)。

949feb22-383b-11ee-9e74-dac502259ad0.jpg

PWM全稱Pulse Width Modulation:脈沖寬度調(diào)制(簡稱脈寬調(diào)制,通俗的講就是調(diào)節(jié)脈沖的寬度),是電子電力應(yīng)用中非常重要的一種控制技術(shù),在理解TA之前我們先來了解幾個(gè)概念 。脈沖波的基本信息如下圖所示:94c0acb8-383b-11ee-9e74-dac502259ad0.png
  • 脈沖周期T:單位是時(shí)間,比如納秒ns、微妙μs、毫秒ms等;

  • 脈沖頻率f:單位是赫茲Hz、千赫茲kHz等,與脈沖周期成倒數(shù)關(guān)系,即f=1/T;

  • 脈沖寬度W:簡稱脈寬,是脈沖高電平持續(xù)的時(shí)間,單位是時(shí)間,比如納秒ns、微妙μs、毫秒ms等;

  • 占空比D:脈寬除以脈沖周期得到的值,百分?jǐn)?shù)表示,比如50%,也常有小數(shù)或分?jǐn)?shù)表示的,比如0.5或1/2。

以上之間的關(guān)系如下圖所列的公式:94d315d8-383b-11ee-9e74-dac502259ad0.png工程應(yīng)用中的PWM波是幅值、周期(或頻率)不變,脈寬(或占空比)可調(diào)的脈沖波,接下來我們來認(rèn)清該P(yáng)WM波到底是什么,TA隱藏著什么思想?當(dāng)我們想要控制一個(gè)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速,我們可以通過改變其兩端電壓即可,但是該種方法有很大的局限性,可調(diào)直流電源構(gòu)造復(fù)雜、成本高昂,應(yīng)用起來很不現(xiàn)實(shí)。所以我們采用另外的控制方式:電壓源→驅(qū)動(dòng)器→直流電機(jī),電壓源提供直流電壓,不同的驅(qū)動(dòng)器控制不同的直流電機(jī),應(yīng)用非常靈活,其中驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制就是利用PWM。可調(diào)直流電源控制與PWM控制都是能調(diào)速的,那么它們有什么相同之處呢?如下圖,電機(jī)為某相同轉(zhuǎn)速時(shí),紅色代表驅(qū)動(dòng)器輸出幅值不變的PWM波,藍(lán)色代表可調(diào)直流電源輸出的電壓,兩者都是直接作用到負(fù)載。94fb8e32-383b-11ee-9e74-dac502259ad0.png950d5a04-383b-11ee-9e74-dac502259ad0.png950d5a04-383b-11ee-9e74-dac502259ad0.png9521e550-383b-11ee-9e74-dac502259ad0.png由以上得知:當(dāng)PWM波的占空比越大時(shí),所對(duì)應(yīng)的直流電壓與PWM波的幅值越接近;反之與0V越接近。周期的紅色PWM波脈寬下的矩形面積之和與藍(lán)色直流電壓的面積相等,即伏秒積相等:U紅(幅值) × ton = U藍(lán) × T兩端同時(shí)除以T,得到如下關(guān)系式:U紅(幅值) × 占空比 = U藍(lán)例如當(dāng)PWM波的幅值為24V,占空比為50%時(shí),與直流電壓12V作用到電機(jī)上所產(chǎn)生的效果是一模一樣的,即速度相同,即24V×50%=12V。另外,既然滿足這個(gè)關(guān)系,那PWM波的頻率是不是可以隨意了,答案當(dāng)然不是,頻率太低會(huì)導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不暢,振動(dòng)大,噪音大;頻率太高會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器開關(guān)損耗較大,甚至有電機(jī)會(huì)嘯叫而不轉(zhuǎn)的情況。一般1k~30k的PWM頻率較為普遍,幾百Hz的也有,實(shí)際上還是根據(jù)電機(jī)功率在測試時(shí)確定合適的PWM頻率范圍為宜。如下圖為實(shí)物測試,脈寬在變化,周期不變的PWM波。95360ed6-383b-11ee-9e74-dac502259ad0.gif所加負(fù)載如下圖,為PWM控制電機(jī)調(diào)速實(shí)物測試,有刷直流電機(jī)的PWM無極調(diào)速,其中LED是并聯(lián)在電機(jī)輸入端的,其亮弱反映電機(jī)速度的變化。954af076-383b-11ee-9e74-dac502259ad0.gif要點(diǎn):
  • PWM波其實(shí)就是一種脈寬可連續(xù)調(diào)節(jié)的矩形脈沖波;

  • 占空比其實(shí)就是描述脈寬與脈沖周期的比值,是量化值,便于分析研究,當(dāng)我們用占空比來表達(dá)時(shí),對(duì)脈寬就不那么關(guān)心了;

  • 占空比調(diào)節(jié)就是脈寬調(diào)節(jié),表達(dá)不一樣,但本質(zhì)是一樣的;

  • PWM波滿足伏秒積計(jì)算:U紅(幅值) × 占空比 = U藍(lán),作用效果與直流電壓一樣。

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