什么是pwm?pwm优点、原理、应用全解析

pwm在现代电子器件中使用较多，pwm作为控制技术之一，实现了自身价值。为增进大家对pwm的了解，本文将对pwm、pwm原理、pwm优点等内容予以介绍。

一、PWM简介

脉冲宽度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。

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基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。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信号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波开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。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信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

二、PWM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，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。

三、PWM脉宽调制原理

脉宽调制技术是通过对逆变电路开关的通断控制来实现对模拟电路的控制的。脉宽调制技术的输出波形是一系列大小相等的脉冲，用于替代所需要的波形，以正弦波为例，也就是使这一系列脉冲的等值电压为正弦波，并且输出脉冲尽量平滑且具有较少的低次谐波。根据不同的需求，可以对各脉冲的宽度进行相应的调整，以改变输出电压或输出频率等值，进而达到对模拟电路的控制。

四、PWM同步调制简介

同步调制一N等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步

1.基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定

2.三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称

3.为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数

4.fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除

5.fr，很高时，fc会过高，使开关器件难以承受

五、PWM同步调制优缺点

在改变f的同时成正比地改变fc，使K保持不变，则称为同步调制。

PWM采用同步调制的优点是：可以保证输出波 形的对称性。对于三相系统，为保持三相之间对称、互差120゜相位角，K应取3的整数倍;为保证双极性调制时每相波形的正、负半波对称，则该倍数应取奇数。由于波形的对称性，不会出现偶次谐波问题。但是，受开关器件允许的开关频率的限制，保持K值不变，在逆变器低频运行时，K值会过小，导致谐波含量变大。 使电动机的谐波损耗增加，转矩脉动相对加剧

六、PWM具体应用

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。