PWM控制技术在变频调速系统中应用综述
微电机
2009年第42卷第1期
中图分类号:T M32 文献标志码:A 文章编号:100126848(2008)1220070204
P WM 控制技术在变频调速系统中应用综述
郭春平,王 奔,李 泰,黄北军,鲍 鹏,黄崇鑫
(西南交通大学电气工程学院,成都 610031)
摘 要:综述了P WM 控制技术在变频调速系统中常用的控制方式,并对这些控制方式的基本原理和基本算法进行了阐述,指出了它们的优缺点。关键词:脉冲宽度调制;变压变频;综述;电动机控制
Survey on P ulse W i d th an d its Appl i ca t i on s i n V a r i a ble Frequency Syste m G UO Chun 2ping,WA N G Ben,L I Ta i,HU ANG B ei 2jun,BAO Peng,HU ANG Chong 2xin (School of Elec trical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China )Abstra ct:This paper p r e sented a survey of the c ommon contr ol modes of the pulse width modula tion in variable frequency system s,and expound the basic rationals and algorithm s of these contr ol modes,ac 2cordingly indicated their m erits and its shortcom ings .
Key W or ds:Pulse width modulation;VVVF;Survey;Mot or contr ol
收稿日期221 相电压控制型P WM 控制
111 等脉宽P WM
交流电动机变压变频(VV VF)装置在早期是采用脉冲幅值调制(pulse a mplitude modulation,P A M)控制技术来实现的。变压可以通过可控整流器实现,也可以通过不可控整流器加P WM 斩波器方式来实现,而变频则通过逆变器来实现。变压与变频是分开控制的
[1]
。这是PA M 调制方式的一个不足。
等脉宽P WM 法正是为了克服PA M 法的这个缺点发展而来的,是P WM 法中最为简单的一种。它是把每个脉冲的宽度均用脉宽相等的脉冲列作为P WM 信号,通过协调脉冲列的周期和宽度以实现变压变频的目的。相对于P A M 法,该方法的优点在于简化电路结构,提高输入端的功率因数,但同时,在输出电压中除存在基波外,还含有大量的谐波分量。为了克服这个缺点,人们根据采样控制理论,提出了正弦脉宽调制(Sinus oidal P WM,SP WM )控制技术。112 正弦脉宽调制
SP WM 法是一种比较成熟的、使用较为广泛的P WM 法。SP WM 法就是以采样控制理论作为基础,由于期望逆变器的输出电压是正弦波,所以可以将正弦波按一个周期分作N 等分,然后把每一等
分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与该面积相等的等高矩形脉冲来等效,矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。应用采样定理得知:这样所得的N 个等幅而不等宽的矩形脉冲序列所组成的波形就与正弦波形等效。
从理论上讲,这一系列矩形脉冲宽度可以严格地用计算的方法求得,作为控制逆变器中各开关器件通断的依据,但常用的办法是引用通信技术中“调制”概念,以所期望的正弦波作为调制波,而被它调制的信号称为载波。在SP WM 中常用等腰三角波作为载波,当它与一个频率相对较低正弦波相交时,在交点时刻,控制开关器件的通断,即可得到一组等幅而脉冲宽度正比于该正弦波的矩形脉冲,如图1所示。图中实线是正弦调制信号,虚线是对称三角载波信号
。
图 S WM 波形的生成方法
:20070924
1P
P WM 控制技术在变频调速系统中应用综述 郭春平,等
近几年来,对SP WM 控制方式研究较多,提出的方法也很多。这些方法大多是围绕为了实现某项指标而展开的,其中比较有意义的,在变频调速系统逆变器中应用较多的方法,主要有以下三类[4]:
方法一:自然采样法
以正弦波为调制波、等腰三角波为载波,将它们的瞬时值大小进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制逆变器的通断,这是自然采样法的
基本思想,如图2(a )所示。其优点是所得的SP WM 波形最接近正弦波。但由于三角波与正弦波交点有随意性,脉冲中心在一个周期内不等距,从而致使脉宽时间表达式是一个超越方程,造成计算繁琐、难以实现实时控制。为了解决自然采样方法的不足,人们提出了工程上常用的规则采样法。
方法二:规则采样法
规则采样法是一种应用较广的工程方法,一般采用三角波作为载波。其原理是采用三角波对正弦调制波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻来控制开关器件的通断,从而实现SP WM 法,如图2(b )所示。当三角波只在其顶点或底点位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的。这种方法就是所谓的SP WM 对称规则采样法
。
图2 SP W M 波形的自然采样法和规则采样法
方法三:特定谐波消除法
特定谐波消除法(selective ha r monic eli m inati on P WM,S HEP WM )是以消除P WM 波形中某些特定的谐波为目的的方法。对逆变器输出电压波形按傅氏级数展开为(双极性调制方式):
u (ωt )=
∑∞
k =1
U
k m
s in (k
ω1t )(1)
式中,U k m 为第k 次谐波的幅值;U k m
=
1
π
∫
2π(
ω)(ω)(ω)。逆变器由于采用双极性调制,因此根据逆变
器输出电压波形在1/4周期处有纵轴对称特点,即
u (
ωt )=u (π-ωt ),U k m 可以做相应的简化,再根据需要,消除指定谐波,取相应谐波的幅值为零,即U k m =0,就可以建立消除特定谐波的方程组,求解该方程组则可以得到所要求的各脉冲波开关时刻。当然为了消除更高次谐波,就得求解更多的方程。
该方法虽然可以较好地消除所指定的谐波分量,但是对没有指定消除的谐波,无法做到消除和抑制,而且计算的工作量也比较大,一般采用离线的迭代计算方法求出不同输出频率下各个开关角的数值解,放入微机内存中,待控制时,以便取用。
2 线电压控制型P WM 控制
线电压控制型P WM 控制也称为谐波注入P W M (Ha r monic I njecti on P WM,H I P WM )法、马鞍形波和三角载波比较法。前面所介绍的各种P WM 控制方法用于三相逆变电路时,都是对三相输出相电压分别进行控制,使其输出接近正弦波,但是对于三相异步电动机这类三相负载,利用三相电路相电压三次谐波在线电压中被抵消这个原理
[5]
,提出了H I P WM 法,使逆变器输出不必追求相电压接近于正弦,而在于使线电压趋于正弦。H I P WM 原理是在正弦波中加入一定比例的三
次谐波,使调制信号呈现马鞍形,幅值明显降低,于是提高了P WM 调制度,相应地提高了直流电压利用率
[427]
。在三相无中线系统中,由于三次谐波
电流无通路,所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波。
除了可以注入三次谐波以外,还可以注入3倍频于正弦基波的其它分量。这些分量都不会影响逆变器输出线电压。这是因为,经过P WM 调制后
逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波,但在合成线电压时,各相电压中的这些谐波将互相抵消,从而使线电压仍为正弦波,不受所注入谐波分量的影响。实际上H I P WM 法是SP WM 法的改进。
3 电流跟踪型P WM 控制
电流控制P WM 的基本思想是把期望逆变器输出的电流波形作为参考信号,把实际的电流波形作为反馈信号,通过比较这两个信号的瞬时值来决定逆变器的通断,使实际输出跟随指令信号的变化。其实现方法主要有以下3种0
u t sin k 1t d t :
微电机
2009年第42卷第1期
方法一:滞环比较法
这是一种带反馈的P WM 控制方式,即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器,得出逆变器的开关驱动信号,使得实际电流跟踪给定电流的变化。该方法的优点是电路结构简单,容易实现,动态性能也比较好。其缺点是逆变器开关频率不固定造成较为严重的噪音;和其他方法相比,在同一开关频率下输出电流所含的谐波分量较多。
方法二:载波比较法
该方法也称为瞬时值反馈控制法
[10]
,与112
节的SP WM 法中的三角载波比较方式不同,如图3所示。这里是将指令电流与实际输出电流进行比较,求出电流偏差,电流偏差通过放大器放大后再与三角载波比较,产生P WM 波,因而实现固定的逆变器开关频率,克服了滞环比较法带来逆变器开关频率不固定的缺点。但是,这种控制方式由于加入了放大器环节,所以电流动态响应不如滞环比较法快
。
图3 载波比较法
方法三:预测电流控制法
预测电流控制是在每个采样周期开始时,根据实际电流误差和负载参数变量等因素,来预测未来电压矢量变化趋势,因此,下一个采样周期由P WM 产生的预测电压矢量必将起到减小误差的作用。该方法的优点是,若对调制器给出除误差外较多的信息,则可获得更为准确的响应。这类调制器的局限性是动态响应速度一般比较慢。
4 空间电压矢量型P WM 控制
空间电压矢量型P WM 控制(space voltage vec 2tor P WM,S VP WM )也叫磁通轨迹P WM 法。作为一种优化P WM 控制较新的方法。其将逆变器和电机作为一个整体来考虑,着眼于使电机的磁通矢量轨迹逼近圆,以减少转矩脉动,改善电机运行性能。与112节的SP WM 相比,不但逆变器输出谐波含量低,而且直流电压利用率在所有常用的P WM 控制方法中也是最高的。S VP WM 调制度可以超过1
[8]
,同时可以实现逆变器变压变频同时实
现,在线实现也较为方便,近几年在逆变器WM 控制中得到广泛的应用。
一般,任何一种脉宽调制技术均可归结为:在SP WM 调制波中注入一定形式的三次谐波分量与三角载波进行比较,再通过规则采样而得到。当然三次谐波的具体形式要根据具体所期望的逆变器控制目标来选择[9],比如在逆变器低开关损耗情况下,如何选用三次谐波分量。S VP WM 和SP WM 不是两种孤立的调制方法,它们之间有着内在的本质联系,即S VP WM 有其对应的SP WM 形式,反过来讲,一些性能优越的SP WM 也可以找到与之对应的S VP WM 算法。这是S VP WM 法和
SP WM 法之间的内在联系。如图4所示
。
图4 S VP WM 和SP WM 在一个采样周期各相开关时刻
在正常P WM 调制情况下,假定逆变器输入参
考向量位于逆变器第一扇区内,即位于[0,π
3]区
间,由S VP W M 波形图4(a)可得:
T a =T 07+T 1+T 2T b =T 07+T 2T c =T 07
T s =T 07+T 00+T 1+T 2
(2)
其中,T 00、T 07和T 1、T 2分别为两电平逆变器零电压矢量作用时间和与逆变器输入参考电压矢量相邻的两个非零电压矢量的作用时间。
在三角波波谷时刻(N T s +T s /2)进行采样(N 为非负整数),由相似三角形几何性质可得:
T a,b,c T s
=
u 33
a,b,c +015U d
U d
(3)
将式(2)代入式(3),再进行适当变换,可得三相调制波为:
u 33
a,b,c =u 3
a,b,c +u 3
z
u 3
z =-ku 3
a -(1-k )u 3
c +(2k -1)
(4)
式中,u 3
a,b,c 为加入前的三相正弦调制波;u 3
z 为相调制波中注入的三次谐波分量。注入三次谐波分量后的三相调制波为33
,,,∈[,],为常数。
P u a b c k 01
P WM控制技术在变频调速系统中应用综述 郭春平,等
在逆变器整个连续工作过程中,三次谐波分量可以取为:
u3z=-k max(u3a,b,c)-(1-k)m in(u3a,b,c)+(2k-1)(5)可见,SP WM与S VP WM之间有着本质的内在联系。
随着生产对交流调速系统控制性能、容量、绿色化等要求的逐渐提高,近几年关于S V P WM以及S V P WM与SP WM之间本质联系的研究,从二电平到多电平都取得了丰硕的理论研究成果[4217〗。关于逆变器拓扑结构的研究,成果也颇为丰富[18222]。
SP WM在硬件电路上实现也较为方便,而S VP WM较适合于数字化控制系统的实现,具体选用哪种P WM控制方案,视具体情况而定。不过随着以微处理器为核心的数字化控制系统的发展, S VP WM应是未来首选的逆变器P WM控制方案。
5 软开关型P WM控制
逆变器传统的P WM控制,是在硬开关方式下工作。随着逆变器向高频化、大功率方向的发展,这使逆变器内部电压或电流发生剧变,不但使器件本身承受很大的电压或电流应力、幅值跃变以及较大的器件开关损耗,而且在输入、输出引线及周围空间产生高频电磁噪声,引发电磁干扰问题,对周围电气设备的正常工作产生干扰,引起设备的误动作[23]。
20世纪80年代中期美国威斯康星大学Divan 教授提出谐振直流环逆变器概念,可使逆变器在零电压或零电流下工作,即工作在所谓的“软开关”状态下,从而使逆变器采用传统P WM控制方式存在的问题得到了很好的解决。具有软开关功能的逆变器,国内外都在积极地进行研究与开发,现阶段也取得了不少的研究成果。
在交流系统中,软开关型P WM控制可分为两类:控制型软P WM控制和谐振型软P WM控制[24]。
控制型软P WM控制是指在不改变硬开关P WM变换主电路拓扑结构的前提下,仅依靠控制的方式以实现软P WM开关的技术,是一种很有应用前景的技术,具有实现简单和工作可靠的特点。
谐振型软开关P WM的基本思想是在常规P WM逆变器拓扑结构的基础上,附加一个谐振网络。谐振网络一般由谐振电感、谐振电容和功率开关组成。开关转换时,谐振网络工作使逆变器在开关点上实现软开关过程,谐振过程极短,基本不影响WM技术的实现,从而既保留了WM 自身的特点,又实现了软开关技术。但是由于谐振网络在逆变电路中的存在必然会产生谐振损耗等问题的存在,从而在一定程度上也限制了该方法的应用推广。
6 结束语
本文综述了近十几年来在变频调速系统中常用的P WM控制方式,同时对其中的SP WM方式和S VP W M方式做了较为详细地论述。随着微电子技术、计算机控制技术等技术的发展,以及P WM控制模式的改进与优化研究,逆变器P WM控制必将带来变频调速领域的又一次革新。
参考文献
[1] 吴守箴,臧英杰.电气传动的脉宽调制控制技术[M].北
京:机械工业出版社,2004.
[2] 沈本荫.现代交流传动及其控制系统[M].北京:中国铁道
出版社,1997.
[3] 黄冠斌,孙敏,杨传谱,等.电路基础(第二版)[M].武
汉:华中理工大学出版社,1993.
[4] Si dney R.Bowes,Yen2S h i n Lai.The R elati on s hi p Bet w een S pace2
Vect o rModulati on and R egular2s a mp l ed P W M[J].IEEE Tr ans ac2
ti ons on industri al el ectron i cs,1997,44(5):6702678.
[5] Keli ang Zhou,D anwei Wang.Relati onshi p B et ween Space2vect or
Modulati on and Th ree2phas e Carri er2bas ed P WM:A C omp rehen2
sive Analysis[J].IEEE Transaction s on industri al el ectr on i cs,
2002,49(1):1862195.
[6] 熊健,康勇,张凯,等.电压空间矢量调制与常规SP WM的
比较研究[J].电力电子技术,1999,1:25228.
[7] 程善美,姜向龙,孙文焕,等.空间矢量P W M逆变器的仿
真[J].微电机,2002,35(4):30233.
[8] 康勇,黄艺云,张青,等.采用瞬时值反馈及谐波注入的
UPS逆变器分析[J].华中理工大学学报,1994,22(10):
73275.
[9] 张永昌,赵争鸣,张海涛,等.三电平变频调速系统S VP2
WM和SHEP WM混合调制方法的研究[J].中国电机工程学
报,2007,27(16):72277.
[10] 吴洪洋,何湘宁.多电平载波P WM法与S VP WM法之间的
本质联系及其应用[J].中国电机工程学报,2002,22(5):
10215.
[11] 宋强,刘文华,陈远华.多电平逆变器载波调制与空间矢
量调制的等效关系[J].电力系统自动化,2004,28(19):
36241.
[12] 薄保中,刘卫国.种新型的多电平逆变器空间电压矢量控
制方法[J].电力系统自动化,2005,29(4):45248. [13] 胡磊,何湘宁,邓焰.多电平逆变器空间矢量脉宽调制的
简化算法[J].电力电子技术,2005,39(5):12214. [14] Joe Hyeong Se o,Chang Ho Cho i,Dong Seok Hyun.A Ne w Si m2
plifi ed S pace2vect or P W M Method for Three2level Invert ers[J].
I T,,6()5525
(下转第5页)
P P EEE rans acti ons on Po wer el ectron i cs200114:449.
8
开关磁阻电机发电控制系统仿真研究 顾明磊,等
图13和图14分别是卸载、加载时的发电波
形。图13为5Ω的负载电阻在011s 突增到7Ω,即发电功率由103618W 减小到740169W 。图14为5Ω的负载电阻在011s 突减到3Ω,即发电功率由103618W 增大到1728W 。负载电阻突增瞬间,发电电压突变到7411V;负载电阻突减瞬间,发电电压突变到6712V ,同样,输出电压也能够在0105s 左右的时间内重新达到目标电压。这也就是说,在输出功率变化的情况下,输出电压有着相当好的稳定性。负载电阻突增时,发电电压纹波幅值为0178V ,负载电阻突减时,发电电压纹波幅值为0165V
。
由仿真结果可以看出,开关磁阻电机发电系统体现出调节特性好、响应速度快、超调小、电压纹波小、鲁棒性强的优点,具有良好的稳态和动态发电性能。
参考文献
[1] 詹琼华.开关磁阻电机[M ].武汉:华中理工大学出版
社,1992.
[2] 王宏华.开关型磁阻电动机调速控制技术[M ].北京:机械
工业出版社,1995.
[3] La wrens on P J ,Ste p hens on J M.Vari able 2s p eed S witched R el uc 2
t ance Mot o rs .I EEE Proc .,1980,127(4,Pt .B):2532265.[4] David A.T o rrey .S wit ched R eluctance Generat ors and Their C ontrol
[J ].IEEE Tran .On I nd .El ect r on .,2002,49(1):3214.作者简介:顾明磊(1983-),男,硕士研究生,研究方向为电力电子与电力传动。
王双红(1966-),男,博士生,副教授,研究方向为电力电子与电力传动,电动汽车等。
孙剑波(1976-),男,博士生,讲师,研究方向为开关磁阻电机驱动系统,电力电子与电力传动等。
詹琼华(1938-),女,博导,教授,研究方向为开关磁阻电机及新型特种电机系统等。
(上接第73页)
[15] 钟彦儒,高永军,曾光.采用空间电压矢量P WM 方法三电
平逆变研究[J ].电力电子技术,2000,(1):10213.
[16] 刘志晖,张青,陈坚.一种新颖的三相SP WM 技术[J ].电
力电子技术,1997,(2):125.
[17] 陈颖,张俊洪.
S P WM 逆变电源的谐波分析以抑制策略
[J ].船舶技术,2005,(1):28230.
[18] 贾贵玺,周迪,张方.改进型P WM 调制多电平逆变器研究
[R ].
Proceedings of the EPS A 2004:32235.
[19] 周京华,张琳,沈传文.多电平逆变器通用组合拓扑结构
及调制策略的研究[J ].电气传动,2005,35(10):25230.
[20] 彭方正,钱照明,罗吉盖斯,等.现代多电平逆变器拓扑
[J ].交流技术与电力牵引,2006,
(5):6211.
[21] 韩思亮.基于直流变换器的逆变器拓扑和滑模控制技术研
究[D ].2005.
[22] 薄保中,刘卫国,罗兵,等.多电平逆变器P W M 控制方法
的研究[J ].电气传动,2005,35(2):41-45.
[23] 李华德.电力拖动控制系统(运动控制系统)[M ].北京:
电子工业出版社,2006.
[24] 林渭勋.现代电力电子电路[M ].浙江:浙江大学出版
社,2006.
作者简介:郭春平(1980-),男,河南鹤壁人,硕士研究生,研究方向为电机非线性自适应变结构控制与逆变器P WM 控制及其
DSP 数字化实现。
王 奔(1960-),男,湖南衡阳人,教授,博士后,研究方向为非线性变结构控制、电能质量及补偿技术、机电系统控制。
PWM控制原理要点
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，PWM逆变电路的谐波分析，PWM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逆变电路的谐波分析。 基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM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逆变电路，了解PWM整流电路。 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3、4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：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。 本章内容 PWM控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型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路 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
PWM控制技术论文
PWM控制技术论文 西安科技大学 电气与控制工程学院 电气工程及其自动化1401班 赵蕾 1406060102 2016年6月12日 PWM控制技术
赵蕾 （电气与控制工程学院电气1401班 1406060102） 简介： PWM（Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需的波形（含形状和幅值）。通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛的应用于电动机的调速和阀门控制，比如电动车电机调速就是使用这种方式。 脉宽调制（PWM，Pulse Width Modulation）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。 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。 关键词：PWM；电力；计算机 关于PWM技术 基本原理： 采样控制理论中有一个重要的理论：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。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输入波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频略有差异。（面积等效原理）这是PWM控制技术的重要基础理论。 特点： 开关电源一般都采用脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点是频率高、效率高、功率密度高、可靠性高。然而，由于其开关器件工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程本身就是一电磁骚扰（EMD）源，它产生的EMI信号有很宽的频率范围，又有一定的幅度。若把这种电源直接用于数字设备，则设备产生的EMI信号会变得更加强烈和复杂。 优点： PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，在进行数模转换。可将噪声影响降到最低。 对噪声抵抗能力的增强是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。 由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点。由此在交流传动及至其它能量变换系统中得到广泛应用。PWM控制技术大致可以分为三类： ● 正弦PWM（包括电压、电流或磁通的正弦为目标的各种PWM方案，多重PWM也应归于此类）。 正弦PWM已为人们所熟知。旨在改善输出电压、电流波形、降低电源系统谐波的多重PWM 技术在大功率变频器中有其独特的优势。
PWM控制直流电机(重要资料)
PWM调速原理 PWM的原理： 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）。 PWM控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型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 1.PWM控制的基本原理 (1)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。 (2)面积等效原理： 分别将如图1所示 电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图a所示。其输出电流I(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图b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。
图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 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。 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。 图3 用PWM波代替正弦半波 要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。 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。 PWM波形可等效的各种波形： 直流斩波电路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形，还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，也基于等效面积原理。 2. 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 如，一个PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，就是1000us，如果高电平出现的时间是200us，那么低电平的时间肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是说PWM的占空比就是1：5。
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技术实现方法综述
p w m技术实现方法综 述 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
PWM技术实现方法综述 摘要：总结了PWM技术问世至今各种主要的实现方法，叙述了它们的基本工作原理，并分析了它们各自的优缺点。 关键词：PWM；空间矢量；直接转矩控制；非线性作者：李旭谢运祥 引言 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。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，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。 PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下8类方法。 1 相电压控制PWM PWM技术实现方法综述 1.1 等脉宽PWM法[1] VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM（Pulse Amplitude Modulation）控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而
PWM控制的基本原理
PWM控制的基本原理 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）。 PWM控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型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。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1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图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。 图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 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。 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。 图3 用PWM波代替正弦半波 要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。 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。 PWM波形可等效的各种波形： 直流斩波电路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形，还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，也基于等效面积原理。 随着电子技术的发展，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，而本文介绍的是在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法。它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的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的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。 PWM技术的具体应用
PWM 技术综述【文献综述】
毕业论文文献综述 电子信息工程 PWM 技术综述 摘要：本课题主要介绍了基于FPGA的 PWM对于LED灯的设计方法和流程。脉宽调制（Pulse Width Modulation，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，广泛应用于测量、通信领域[1]。对模拟信号电平进行数字编码的时候只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码，且实践表明本课题所提出的用PWM控制LED灯的方案是合理、有效的。 关键字：PWM；FPGA；脉宽调制；数字编码 1、PWM的概述 PWM是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，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，PWM具体的波形图如图1所示。 图1 PWM波形图 PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点.由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论 思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。 对噪声抵抗能力的增强是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。对于控制LED灯，PWM可以更加的精确，对于调节灯的明暗灰度，可以更加的容易控制。 2、PWM的原理 随着电子技术的发展，出现了多种PWM的调制方法：其中最具代表性的就是数字脉冲调制和模拟脉冲调制。其中数字脉冲调制主要是依靠时钟信号的输入同时用计数器的计数。然后把信号传
PWM控制技术实现方法综述
PWM控制技术实现方法综述 引言 采样控制理论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脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWMPWM控制技术就是以该结论为理论基础，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。 PWM控制PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM 控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下8类方法。 1 相电压控制PWM 1.1 等脉宽PWM法［1］ VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）装置在早期是采用PAM（Pulse Amplitude Modulation）控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的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。相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。 1.2 随机PWM 在上世纪70年代开始至上世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声（在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的），尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。正因为如此，即使在IGBT已被广泛应用的今天，对于载波频率必须限制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值；另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，随机PWM技术正是提供了一个分析、解决这种问题的全新思路。 1.3 SPWM法 SPWM（Sinusoidal PWM）法是一种比较成熟的、目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：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。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。该方法的实现有以下几种方案。 1.3.1 等面积法 该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生
各种PWM控制方法的原理及优缺点
引言 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。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，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。 PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下8类方法。 1相电压控制PWM 1.1等脉宽PWM法[1] VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的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。相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。 1.2随机PWM 在上世纪70年代开始至上世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的)，尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。正因为如此，即使在IGBT已被广泛应用的今天，对于载波频率必须限制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值；另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，随机PWM技术正是提供了一个分析、解决这种问题的全新思路。 1.3SPWM法
STM8S003F3通过PWM波实现三基色呼吸灯
STM8S003F3通过PWM波实现三基色呼吸灯 前段时间使用STM8S003F3实现了一个三基色灯的各种效果，故写一篇文章作 为一个记录。 1 综述 我们知道，要是的LED灯亮直接通电即可。而要改变灯的亮度，我们有两种方法：改变电流和PWM调光。 我们首先想到的就是改变它的驱动电流，因为LED的亮度是几乎和它的电流直接成正比关系。然而用调正向电流的方法来调节亮度会产生一个问题：在调亮度的同时也会改变它的光谱和色温，这样就会会产生色偏。因为目前白光LED都是用蓝光LED加黄色荧光粉而产生，当正向电流减小时，蓝光LED亮度增加而黄色荧光粉的厚度并没有按比例减薄，从而使其光谱的主波长增长。这个问题对于一般的照明是没有问题的，因为色温的变化量毕竟不是很大。但是对电源来说当电流过小时会产生闪烁，除非电源的恒流范围很宽，完全可以从0到最大。这样才没有问题。简而言之，电流调光有色温变化和电源电流过小产生闪烁的问题。曾经做过一个项目，用于某设备上需要非常非常平稳的调光，显然电流调光是无法实现。同时像本文介绍的三基色调光有颜色要求的显然也不行。因此我们使用PWM调光。 既然PWM调光可以避免上面的两个问题，为什么不直接都用PWM调光呢？因为我们毕竟是做产品，要考虑成本问题。使用PWM调光至少需要一颗能支持PWM的芯片（当然还有外围电路，但是电流调光也是有电路的。我们也应该知道PWM信号也可以由脉冲发生器提供），另外它需要编写程序。所以只有在需要的场合才使用PWM调光（使用PWM调光需要注意的问题是频率不能太低或者太高，推荐150-400Hz之间。）。PWM的优点如下：
● PWM调光就不会产生色偏，因为它总是工作在0或者最大两种状态。 ● PWM的占空比很好控制，而且精度高 ●对电源没有影响，因为不会改变电源的工作条件，只是给电源开或者关。 2 PWM波调光的原理 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的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换及LED照明等许多领域中。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。 2.1 占空比（Duty Cycle or Duty Ratio） 首先我们需要了解占空比，占空比的解释可以归纳为如下几种： ●在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.25。 ●在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。 ●在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。 通俗一点讲就是电路释放能量的有效时间与总释放时间的比。 2.2 调光比
pwm控制原理
1.PWM的技术背景 随着CPU技术的发展，更多的晶体管和更高的主频，以及纳米级的工艺，都造成了CPU功率的飙升。尤其是第一个走进90纳米的Intel。更高的功率，就需要更好的散热设备。Intel为了对付prescott核心，开始从多方面加强散热，比如38度机箱比如BTX，比如 9CM风扇的主流应用，其中PWM技术，是最重要的技术之一。 Intel对散热器的评定标准非常严格，其最恶劣的环境条件在普通应用中很难出现。如果采用定转速风扇，在用户普通应用中，风扇的噪音根本让人无法忍受。传统的温控风扇是利用风扇轴承附近的测温探头侦测风扇的进风口温度，从而对风扇的转速进行调节。这种温控虽然解决了一定的问题，但是存在着精度粗糙，而且温控的转速只能做到高速低速两极变速。 PWM是脉宽调制电路的简称，它本身并不是一个新技术，在工业控制，单片机上早已经广泛的应用。而Intel将他和主板的CPU温度侦测相结合，将其应用于散热器风扇的转速精确控制上，取得了良好的效果。 2.PWM智能温控风扇的功能特点 首先，PWM风扇调节风扇转速是直接从CPU获取温度信息，在风扇上无任何测温装置。根据不同的CPU温度，温控风扇会有不同的转速调节与之对应，并且风扇的转速变化可以做到四级五级，甚至更多，基本上是无极变速的感觉。由于是脉宽信号的实时调节，风扇转速的变化非常灵敏，转速和CPU温度的变化几乎是同步的。 第二，PWM风扇在计算机待机的时候，可以保持在一个非常低的转速上。例如原包的Intel风扇，在待机时候，CPU温度在四五十度以下，其转速仅为一千多转，大大降低了运转的噪音。而设计的最高转速，四千多转，只有在CPU温度接近极限温度即65-67度时候，才会出现。相比传统的温控风扇有着更大的转速控制范围，更好的解决了噪音和性能的问题。
PWM技术的现状、发展和技术难题
PWM技术的现状、发展和技术难题 随着电压型逆变器在高性能电力电子装置，如交流传动、不间断电源和有源滤波器的应用越来越广泛，PWM控制技术作为这些系统的共用及核心技术，引起人们的高度重视，并得到深入研究。所谓PWM技术就是利用半导体器件的开通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，来实现频率、电压控制和消除谐波的一门技术。自关断器件的发展为PWM技术铺平了道路，目前几乎所有的变频调速装置采用这一技术。PWM技术用于变频器的控制，可以明显改善变频器的输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小转矩脉动，同时还简化了逆变器的结构，加快了调节速度，提高了系统的动态响应性能。 PWM技术除了用于逆变器的控制，还用于整流器的控制，PWM 整流器现在已开发成功，利用它可以实现输入电流正弦和电网功率因数为1。人们称PWM整流器是对电网无污染的“绿色”变流器。 目前已经提出并得到应用的PWM控制方案就不下数十种。尤其是微处理器应用于PWM技术数字化以后，花样更是不断翻新，从最初追求电压波形的正弦，到电流波形的正弦，再到磁通的正弦，从效率最优，转矩脉动最少，再到消除噪音等，PWM控制技术的发展经历了一个不断创新和不断完善的过程。目前仍有新的方案不断提出，这说明该项技术的研究方兴未艾。不少方法已趋成熟，有许多在实际中得到应用。 PWM控制技术一般可分为三大类，即正弦PWM、优化PWM及随
机PWM。从实现方法上来看，大致有模拟式和数字式两种实现方式。从控制特性来看主要可分为两种：开环式（电压或磁通控制型）和闭环式（电流或磁通控制型）。 随着计算机技术的不断进步，数字化PWM已逐步取代模拟式PWM，成为电力电子装置共用的核心技术。交流电机调速性能的不断提高在很大程度上是由于PWM技术的不断进步。目前广泛应用的是在规则采样PWM的基础上发展起来的准优化PWM法，即三次谐波叠加法和电压空间矢量PWM法，这两种方法具有计算简单、实时控制容易的特点。PWM控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型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其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，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。 PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点.由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。随着电子技术的发展，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
PWM控制原理
电力电子技术教案 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，PWM 逆变电路的谐波分析，PWM 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 逆变电路的谐波分析。 基本要求：掌握PWM 控制的基本原理、控制方式与PWM 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 逆变电路，了解PWM 整流电路。 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3、4 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： 4.1 节斩控式交流调压电路， 4.4 节矩阵式变频电路。 本章内容 PWM 控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 型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM 控制技术，也介绍PWM 整流电路 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
几种PWM控制方法
脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。它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，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式，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。 脉冲宽度调制（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。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，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。 许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作： * 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 * 在PWM控制寄存器中设置接通时间 * 设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚 * 启动定时器 * 使能PWM控制器 PWM的一个优点是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。 对噪声抵抗能力的增强是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。 几种PWM控制方法 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.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,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. PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法.
PWM基本原理
脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，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。PWM就是脉冲宽度调制，也就是占空比可变的脉冲波形. PWM控制技术就是以该结论为理论基础，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 基本原理 随着电子技术的发展，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的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的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的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。 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。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。 具体过程 脉冲宽度调制（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。 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，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。 许多微控制器内部都包含有PWM控制器。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作：
pwm 文献综述
攀枝花学院 Panzhihua University 本科毕业设计（论文） 文献综述 院（系）：电气信息工程学院 专业：电气工程与自动化 班级：2011级1班 学生姓名：刘强学号: 201110502035 2014年12 月25 日
本科生毕业设计（论文）文献综述评价表毕业设计（论文）题目PWM调光LED灯的设计综述名称PWM调光LED灯设计文献综述评阅教师姓名职称 评价项目优良合 格 不合 格 综述结构01 文献综述结构完整、符合格式规范 综述内容02 能准确如实地阐述参考文献作者的论点和实验 结果 03 文字通顺、精练、可读性和实用性强 04 反映题目所在知识领域内的新动态、新趋势、 新水平、新原理、新技术等 参考文献05 中、英文参考文献的类型和数量符合规定要求，格式符合规范 06 围绕所选毕业设计（论文）题目搜集文献 成绩 综合评语： 评阅教师（签字）： 年月日
文献综述： PWM调光LED灯的设计 1 前言 随着能源危机的加剧，高效的照明技术得到人们的广泛关注。LED以其高效率、低能耗、低电压驱动、使用寿命长等优点，被越来越多的应用在各种照明场合，在可预见的将来可能完全取代传统的白炽灯、荧光灯照明，给照明产业带来革命性的变化。LED与白炽灯相比有一个显著的不同点，LED的发光亮度与正向流通的电流大小基本上成正比例关系。根据这一特点，通过光传感器可以检测出LED所处环境的光照强度，并转化为清晰明了的数字量，再采用一定的控制技术，依据实际情况改变流经LED负载的平均电流，在不同条件下都能创造出适合人们工作、学习、生活的光照环境。这样不仅营造出具有恒定亮度的舒适环境，而且能够充分利用自然照明，大大节约能源。因此，对LED调光技术的研究显得格外重要。 1.1 LED驱动电路和调光技术的发展与特点 根据LED特有的电压电流特性，现在LED照明基本采用恒流驱动方式。为了更好地发挥LED照明节能的优点，在LED驱动器中加入调光功能是大势所趋。通常，LED驱动器的调光方式有3种：可控硅调光、模拟调光、PWM调光。每种调光方式都有其优点及局限性。PWM调光通过设置周期，改变输出的占空比来控制流经LED负载的电流平均值，但是开关电路PWM的频率必须足够的高，使得人眼无法分辨出LED灯的亮灭，在视觉感受上认为LED是持续发光的。其输出电流只有两种状态：最大额定工作电流和零电流。模拟调光是通过改变输出电流的幅值来实现调光功能，PWM调光可以保证LED的色温恒定，驱动器的效率较高，并且能够进行精确控制，但其缺点是需要MCU控制器。模拟调光相对PWM调光电路简单、容易实现，但会使LED色温发生变化，同时效率低、输出电流精度不易调节、调光范围有限。可控硅调光是通过调节电源的输出功率来实现调光功能，可控硅调光是利用现有的可控硅调光器，通过改变可控硅的导通角，调节输出功率来实现调光，其优点是不用改变原有日光灯调光设备。但是缺点更严重：可控硅调光会严重降低驱动器效率及功率因数,同时也会使LED产生闪烁。相比之下，PWM 调光LED的性能更具有优势，更加符合使用者对照明系统节能、舒适的要求。 1.1.1 PWM调光LED的优点 LED最重要的特点是节能。如果根据LED需要驱动电路控制的特点，加入调光技术部分，充分利用自然光照，这样不仅能创造使人体感觉舒适的亮度的环境，
介绍几种PWM控制方法
介绍几种PWM控制方法 控制方法 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.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,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. PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前 为止主要有以下8类方法. 1 相电压控制PWM 1.1 等脉宽PWM法[1] VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压.等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种.它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的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.相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路结构,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量. 1.2 随机PWM 在上世纪70年代开始至上世纪80年代初,由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管,载波频率一般不超过 5kHz,电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注.为求得改善,随机PWM方法应运而生.其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中,各频率能量分布是均匀的),尽管噪音的总分贝数未变,但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱.正因为如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率必须限制在较低频率的场合,随机PWM仍然有其特殊的价值;另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率,随机PWM技术正是提供了一个分析,解决这种问题的全新思路. 1.3 SPWM法 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的,目前使用较广泛的PWM法.前面提到的采样控制理论中的一个重要结论: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.SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值.该方法的实现有以下几种方案. 1.3.1 等面积法 该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释,用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的.由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点. 1.3.2 硬件调制法 硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的PWM波形.通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到