PWM 技术介绍，哪种 PWM 技术最适合您的电机控制应用？

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。

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，再进行数模转换。可将噪声影响降到最低(可以跟电脑一样)。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。

PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。

那么，哪种 PWM 技术最适合您的电机控制应用?如果您没有猜到，这是一个有点棘手的问题。这有点像问“哪种冰淇淋口味最好”，因为每个人都知道答案显然是“巧克力片”。PWM 的口味没有冰淇淋那么多，但它们的种类可能比您想象的要多。哪一个最适合您的应用程序显然取决于您的应用程序。因此，让我们花一些时间阅读接下来的几篇博客，了解不同的 PWM 拓扑及其优缺点，以努力选择适合您的。

对于那些更有经验的电机控制工程师，请在我为这个主题做准备时放纵一下。如果不首先了解电机中的能量传输是如何发生的，就不可能对不同的 PWM 技术进行有意义的讨论。在研究能量传递时，我们通常参考如下所示的二维速度-扭矩图，其中速度是 x 轴，扭矩是 y 轴。

如果将速度乘以扭矩，就会得到功率。所以上图中的面积对应的是功率。蓝色区域是电机功率为正的区域(即电机正在将电能转换为机械能)。但图中的红色区域表示电机功率为负的区域(即电机正在将机械能转换为电能)。如果您不小心，这就是您可能会遇到问题的地方。如果电机正在产生电能，则需要为该电能提供一些地方。如果您的应用是一辆滑下山坡的电动汽车，则可以通过给电池充电来充分利用产生的电能。但是如果你有一个需要突然停止负载的电力驱动器，

某些 PWM 拓扑会固有地阻止能量再生回到您的电源中。事实上，有些只允许电机在一个方向上旋转并在同一方向上产生扭矩。如您所料，这些驱动器称为单象限驱动器在象限 1 或象限 3 中驱动和运行。这种驱动器的典型示例如下所示，其中 PWM 信号应用于单个晶体管。这些类型的电机驱动器在成本至关重要的应用中很常见，例如玩具、电动婴儿秋千等。电机只能在一个方向上旋转并在同一方向上产生扭矩。如果您尝试通过降低占空比来使电机减速(即产生负制动扭矩)，则电机只会缓慢地滑行。这是因为这种配置无法在电机中产生负电流。旋转负载中的所有动能最终都会在负载摩擦中以热量的形式耗散，并且没有任何动能会转换回电能。

然而，如果你想让电机前进和后退，你需要提供一种方法来驱动电机电流在负方向。您可以使用单独的负电源来实现这一点，但这通常成本过高。一种更常见的方法是将电机置于“H 桥”中，如下所示。现在您有四个晶体管，每个晶体管都可以独立打开和关闭。这允许一些相当有趣的可能性，因为我们现在有一个能够在所有四个象限中运行的配置。如何相对于彼此切换晶体管将决定电机将在哪个功率象限中运行。

在我们的下一篇文章中，我们将研究如何使用上述 H 桥配置来创建单极二象限驱动器。