PWM控制的基本原理 PWM控制的工作方式

PWM(Pulse Width Modulation)，即脉冲宽度调制，是一种广泛应用于电子控制领域的调制技术。它通过改变脉冲信号的占空比(即高电平持续时间与整个周期时间的比值)来控制模拟电路的输出。PWM控制技术在现代电子系统中扮演着至关重要的角色，特别是在需要精确控制电压、电流和功率的场合。本文将从PWM控制的基本原理、工作方式、应用领域以及优势等方面进行详细阐述。

一、PWM控制的基本原理

PWM控制的基本原理可以概括为：通过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，用这些脉冲来代替所需要的波形(如正弦波)。也就是说，在输出波形的半个周期中，通过产生多个脉冲，并使各脉冲的等值电压与所需波形相对应，从而实现对输出电量的精确控制。

具体来说，PWM控制通过以下步骤实现：

确定控制信号的频率：PWM信号的频率决定了控制电路的响应速度和输出精度。一般来说，PWM信号的频率越高，控制电路对输出的控制就越精确，但也会增加系统的复杂性和成本。因此，在实际应用中需要根据具体需求选择合适的PWM信号频率。

确定控制信号的占空比：占空比是指PWM信号中高电平的时间占整个周期的比例。占空比决定了输出电路的平均功率。通过改变占空比，可以实现对输出电路的平均功率的精确控制。

生成PWM信号：根据确定的频率和占空比，利用PWM控制器(如555定时器、微控制器等)生成PWM信号。这些信号将作为控制信号，用于控制逆变电路开关器件的通断。

控制逆变电路开关器件：根据生成的PWM信号，控制逆变电路开关器件的通断。当PWM信号为高电平时，开关器件导通;当PWM信号为低电平时，开关器件关断。通过控制开关器件的通断，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲。

滤波处理：为了得到更平滑的输出波形，通常需要对PWM信号进行滤波处理。通过选择合适的滤波器(如低通滤波器)，可以将PWM信号中的高频成分滤除，从而得到更接近所需波形的输出。

二、PWM控制的工作方式

PWM控制的工作方式主要包括以下两种：

恒频调宽法：这种方法保持PWM信号的频率不变，通过改变占空比来调节输出电压或电流的大小。这种方式简单易行，适用于对输出电压或电流进行连续调节的场合。

调频调宽法：这种方法同时改变PWM信号的频率和占空比，以实现更精确的控制。在需要快速响应和精确调节的场合，调频调宽法具有更好的性能。

三、PWM控制的应用领域

PWM控制技术在许多领域都有广泛的应用，包括：

电机控制：PWM控制技术可以用于电机的速度控制、位置控制以及力矩控制等。通过对电机驱动电路进行PWM控制，可以实现对电机的精确控制，提高电机的运行效率和性能。

电源变换器：PWM控制技术可以用于电源变换器的设计中，实现对输出电压和电流的精确控制。这种技术广泛应用于各种电源设备中，如UPS电源、开关电源等。

照明控制：在LED照明系统中，PWM控制技术可以用于调节LED的亮度。通过改变PWM信号的占空比，可以实现对LED亮度的连续调节，满足不同场合的照明需求。

音频处理：在音频放大器中，PWM控制技术可以用于提高音频信号的保真度和动态范围。通过对音频信号进行PWM调制和解调处理，可以消除音频信号中的噪声和失真，提高音质。

四、PWM控制的主要优势

PWM控制技术具有以下优势：

精确控制：PWM控制技术可以通过改变占空比实现对输出电压或电流的精确控制，具有高度的灵活性和准确性。

高效节能：PWM控制技术可以实现高效能量转换，减少能量损耗和浪费。在电机控制、电源变换器等领域中，PWM控制技术可以显著提高系统的运行效率和节能性能。

抗干扰性强：PWM控制技术采用数字信号进行控制，具有较强的抗干扰能力。在噪声干扰较大的环境中，PWM控制技术可以保持稳定的性能表现。

易于实现：PWM控制技术可以通过微控制器等数字设备实现，具有易于实现和灵活配置的优点。这使得PWM控制技术在各种电子系统中得到了广泛应用。

1.PWM软件法控制充电电流

该方法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电流。该方法所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这两个必须条件，另外ADC的位数尽量高，单片机的工作速度尽量快。在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比;若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。在软件PWM的调整过程中要注意ADC的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰，合理采用算术平均法等数字滤波技术。

2.PWM在推力调制中的应用

1962年，Nicklas等提出了脉冲调制理论，指出利用喷气脉冲对航天器控制是简单有效的控制方案，同时能使时间或能量达到最优控制。

脉宽调制发动机控制方式是在每一个脉动周期内，通过改变阀门在开或关位置上停留的时间来改变流经阀门的气体流量，从而改变总的推力效果，对于质量流率不变的系统，可以通过脉宽调制技术来获得变推力的效果。

脉宽调制通常有两种方法：第一种为整体脉宽调制，对控制对象进行控制器设计，并根据控制要求的作用力大小，对整个系统模型进行动态的数学解算变换，得出固定力输出应该持续作用的时间和开始作用时间;第二种为脉宽调制器，不考虑控制对象模型，而是根据输入进行“动态衰减”性的累加，然后经过某种算法变换后，决定输出所持续的时间。这种方式非常简单，也能达到输出作用近似相同。

脉宽调制控制技术结构简单、易于实现、技术比较成熟，俄罗斯已经将其成功地应用于远程火箭的角度稳定系统控制中。但是当调制量为零时，正反向的控制作用相互抵消，控制效率明显比变流率系统低。而且系统响应有一定的滞后，其开关的频率必须远大于KKV本身的固有频率，否则不但起不到调制效果，甚至会发生灾难性后果。