电流模式PWM的工作原理‌及关键步骤

电流模式PWM的工作原理‌主要包括以下几个关键步骤：

‌调制信号‌：PWM控制器接收一个模拟信号(如电压或电流)，这个信号代表了所需的输出水平‌1。

‌比较器‌：控制器内部的比较器将这个模拟信号与一个固定的或可调的参考信号进行比较‌1。

‌开关动作‌：根据比较结果，控制器的输出端(通常是晶体管)会快速地在高电平和低电平之间切换‌1。

‌滤波‌：负载(如电机)上的快速开关动作会产生高频噪声，因此通常需要一个低通滤波器来平滑输出，使得负载接收到的是平滑的电压或电流‌1。

‌电流模式PWM与电压模式PWM的区别‌在于：

‌反馈机制‌：电流模式PWM通过检测流经电感的电流来调节占空比，而电压模式PWM则是通过检测电容上的电压来调节占空比‌2。

‌稳定性‌：电流模式PWM通常具有更好的稳定性和响应速度，适合高速开关应用，而电压模式PWM在稳定性上稍逊一筹，但在某些情况下更为简单‌2。

‌应用场景‌：

‌电机控制‌：通过PWM信号控制电机的转速和扭矩，广泛应用于各种电机驱动系统中‌3。

‌电源管理‌：用于调节电压输出，实现高效的能量转换和管理‌3。

‌LED调光‌：通过改变LED灯的占空比来调节亮度，实现节能和舒适的光照效果‌4。

首先，将正弦半波均等分割成N个相连的宽度相等幅值不同的脉冲。然后，用N个等幅不等宽的矩形脉冲对其进行代替，矩形脉冲的中点与相应正弦波脉冲的中点重合，且两者面积(冲量)相等。

这样，即可获得与正弦半波等效的一系列PWM波形——SPWM波形，SPWM波形的脉冲宽度按正弦规律变化。

除了正弦波外，PWM技术还可对直流以及非正弦交流等波形进行等效，其基本原理与SPWM控制相同，都是基于面积等效原理。

二、PWM技术应用

PWM斩波电路与PWM逆变电路是PWM技术的最典型的两种电路应用。

目前，实际应用的逆变电路中绝大部分是PWM型，而在直流电动机调速中PWM斩波电路得到了广泛应用。此外，基于PWM技术的斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路在交流-交流变换领域中均有应用。

1、直流斩波电路

常用的直流斩波电路有：Buck电路、Boost电路、Buck-Boost电路、Cuk斩波电路以及Sepic斩波电路等。

当器件处于导通状态时，电源向负载供电，并给电容充电，二极管电压VD=Vin;当器件处于关断状态时，电容给负载供电，二极管电压近似为0。

若周期性的给开关器件开通与关断信号，输出电压波形如右图所示。电源在导通时间ton内被接通，在关断时间T- ton内被截断，因此也称为斩波。

可见，直流斩波电路可以通过调节开关器件的开通与关断时间，从而调节输出电压平均值，获得所需的直流电压波形。

2、PWM逆变电路

常用的PWM逆变电路控制方法有计算法与调制法两种。其中，计算法过程繁琐且当输出正弦波形变化时需要重新进行计算，因此常用调制法进行PWM逆变电路控制。

下面对单相桥式逆变电路的SPWM调制过程以及三相桥式逆变电路的SVPWM调制过程进行讲解。

▍单相桥式逆变电路

将期望的输出信号作为调制信号，采用等腰三角波或锯齿波作为载波信号，以两种信号的交点控制开关器件的通断，将得到一系列宽度正比于信号波幅值的PWM脉冲。

在电 流 模 式PWM IC内部集成斜坡补偿电路要比理论分析复杂得多，因为在不同应用情况下，(5)式中的m2和D也会不同，所以很难对所有可能的情况作最好的补偿。由( 5)式 可 以看出，开关电源稳定工作时占空比D和电感电流下降沿斜率m2越大，那么它所需的斜坡补偿的量也就越大。在连续工作模式中，D和m2都是由电路结构决定的。而在不连续工作模式中，D是随负载变化的量，m2是

由电路结构决定的。根据这个原理可以设计一个补偿量随占空比增大而增大，并且能够适合一定范围的m的斜坡补偿电路，如图6。其中V二是较稳定的电压，约为2.3V,V05C是PWM内部振荡器输出的锯齿波，最小值和最大值分别为。.6V和1.7V, V-是功率管的栅极控制信号，I是斜坡补偿电流，输出到电流采样电阻(如图1中的R3)的正端，从而在采样电阻上叠加了一个电压降，达到斜坡补

偿的目的钳 位二 极 管DI、D2，分压电阻网络RI,R 2.R 3和R4共同决定了QS, Q6和、Q7的开启点当一个时钟周期开始时，V*由低变高，Ql管导通，同时VOSC从最小值开始以一定的斜率上升Q4、Q5, Q6和Q7先后开启，这四个晶体管集电极电流的总和被由Q2, Q3, R9. R10构成的比例电流镜镜像后输出到I.,设 NP N晶 体管的开启阂值为VTn,D l和D2的正向导通压降都为VI), Ql的C-E结压降近似为零，则通过两个二极管的电流为

因此Q4, Q5. Q6. Q7的开启点分别为

Q2 go的集电极电流为上述四个晶体管的集电极电流总和：

因为 Q 4 ,Q 5,Q 6和Q7是先后开启的，所以补偿电流在时间轴上的斜率dl_}dt将随着V05C的增大而增大，即斜坡补偿的量随占空比增大而增大功率 管 的 导通时间结束时，V，由高变低，Ql关断，1.1随即降为零(51。这样可以减少不必要的系统功耗。考虑 不 同 应用情况下m:的变化范围，计算(5)式就可以确定m随D变化的曲线，再根据电流放大器IA的增益和振荡器锯齿波斜率计算可得各元件的尺寸。图 7 是 在选取了元件尺寸后计算机仿真波形。