PWM有著非常廣泛的應用,比如直流電機的無極調速,開關電源、逆變器等等,個人認為,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知識點:
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PWM
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電感
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紋波


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脈沖周期T:單位是時間,比如納秒ns、微妙μs、毫秒ms等;
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脈沖頻率f:單位是赫茲Hz、千赫茲kHz等,與脈沖周期成倒數關系,即f=1/T;
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脈沖寬度W:簡稱脈寬,是脈沖高電平持續的時間,單位是時間,比如納秒ns、微妙μs、毫秒ms等;
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占空比D:脈寬除以脈沖周期得到的值,百分數表示,比如50%,也常有小數或分數表示的,比如0.5或1/2。
工程應用中的PWM波是幅值、周期(或頻率)不變,脈寬(或占空比)可調的脈沖波,接下來我們來認清該PWM波到底是什么,TA隱藏著什么思想?當我們想要控制一個直流電機的轉速,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,可調直流電源構造復雜、成本高昂,應用起來很不現實。所以我們采用另外的控制方式:電壓源→驅動器→直流電機,電壓源提供直流電壓,不同的驅動器控制不同的直流電機,應用非常靈活,其中驅動器對電機的調速控制就是利用PWM。可調直流電源控制與PWM控制都是能調速的,那么它們有什么相同之處呢?如下圖,電機為某相同轉速時,紅色代表驅動器輸出幅值不變的PWM波,藍色代表可調直流電源輸出的電壓,兩者都是直接作用到負載。


由以上得知:當PWM波的占空比越大時,所對應的直流電壓與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色直流電壓的面積相等,即伏秒積相等:U紅(幅值) × ton = U藍 × T兩端同時除以T,得到如下關系式:U紅(幅值) × 占空比 = U藍例如當PWM波的幅值為24V,占空比為50%時,與直流電壓12V作用到電機上所產生的效果是一模一樣的,即速度相同,即24V×50%=12V。另外,既然滿足這個關系,那PWM波的頻率是不是可以隨意了,答案當然不是,頻率太低會導致電機運轉不暢,振動大,噪音大;頻率太高會導致驅動器開關損耗較大,甚至有電機會嘯叫而不轉的情況。一般1k~30k的PWM頻率較為普遍,幾百Hz的也有,實際上還是根據電機功率在測試時確定合適的PWM頻率范圍為宜。如下圖為實物測試,脈寬在變化,周期不變的PWM波。
所加負載如下圖,為PWM控制電機調速實物測試,有刷直流電機的PWM無極調速,其中LED是并聯在電機輸入端的,其亮弱反映電機速度的變化。
要點:-
PWM波其實就是一種脈寬可連續調節的矩形脈沖波;
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占空比其實就是描述脈寬與脈沖周期的比值,是量化值,便于分析研究,當我們用占空比來表達時,對脈寬就不那么關心了;
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占空比調節就是脈寬調節,表達不一樣,但本質是一樣的;
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PWM波滿足伏秒積計算:U紅(幅值) × 占空比 = U藍,作用效果與直流電壓一樣。
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