PWM的全称是脉宽调制(Pulse-width modulo),是一种通过将有效电信号分散成离散形式来降低电信号传输的平均功率的方式;
PWM是一种模拟控制方法,根据相应负载的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置,以实现开关稳压电源的输出晶体管或晶体管导通时间的变化。这种方法可以使电源在工作条件变化时输出电压保持恒定。脉宽调制(PWM) 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过使用高分辨率计数器,方波的占空比被调制以编码特定模拟信号的电平。 PWM 信号仍然是数字信号,因为在任何给定时刻,全直流电源要么完全存在(ON),要么完全不存在(OFF)。电压或电流源以重复的开或关脉冲序列施加到模拟负载上。
当它打开时,就是直流电源加到负载上的时候,当它关闭时,就是当电源断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM 进行编码。
采样控制理论中有一个重要的结论:当将冲量相等但形状不同的窄脉冲应用于具有惯性的环节时,其效果基本相同。 PWM控制技术正是以此结论为理论基础来控制半导体开关器件的导通和导通。控制关断,使输出端获得一系列幅值相等但宽度不等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他需要的波形。因此,根据面积等效定律,通过改变脉冲的时间宽度就可以等效地得到需要合成的相应幅度和频率的波形。
按照一定的规则调制每个脉冲的宽度,不仅可以改变逆变电路的输出电压,还可以改变输出频率。 PWM控制的基本原理很早就被提出,但由于电力电子器件发展水平的限制,在20世纪80年代之前无法实现。直到20世纪80年代,随着全控电力电子装置的出现和迅速发展,PWM控制技术才得到真正的应用。
PWM实现的原理是比较锯齿波/三角波(载波)需要合成的波形(调制波),然后确定PWM所需输出的极性,通常为ON或OFF,因为它一般作用于开关元件。在设备上;如下图所示;
用Siumlink模拟一下
将振荡器输出的锯齿波与参考值进行比较,即可输出PWM波形;
50% 占空比
1、最大锯齿波(图中橙色波形)为10,然后希望输出平均为5的波形(图1中红色水平直线);
2、然后通过比较,当锯齿波小于5时; PWM输出为低电平,表示OFF;
3、锯齿波大于5时,PWM输出高电平,ON;
参考STM32中的PWM配置,根据载波波形的形状,假设三角波的最大值为10,那么它的变化过程可能有以下两种情况:
1、完整的循环包括先增加、后减少两个过程:增加、增加、减少、减少。这也称为中心对齐PWM;
2、完整的循环只有一个增量过程:增加,增加;
脉搏波的中心将固定在时间窗口的中心,脉搏波的两侧可以移动,从而延长或压缩波的宽度,如下图所示;
中心对齐PWM 模式
这是另一种输出
电流控制PWM的基本思想是用期望的输出电流波形作为指令信号,以实际电流波形作为反馈信号。每个开关器件的通断是通过比较两者的瞬时值来确定的,从而使实际输出随指令信号而变化。并改变。
空间电压矢量控制脉宽调制(SVPWM)也称为磁通正弦脉宽调制方法。它基于三相波形的整体生成效果,旨在逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹。它利用逆变器不同开关模式产生的实际磁通量来近似参考环形磁通量。比较结果决定逆变器的切换,形成PWM波形。该方法从电机角度出发,将逆变器和电机视为一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通) 。具体方法分为磁通开环式和磁通闭环式。磁通开环方法使用两个非零矢量和一个零矢量来合成等效电压矢量。如果采样时间足够小,则可以合成任意电压矢量。
矢量控制也称为磁场定向控制。其原理是通过三相/两相变换,将三相坐标系中异步电机的定子电流la、Ib、Ic转换为两相静止坐标系中的交流电流la1。和Ib1,再根据转子磁场进行方向旋转变换,相当于同步旋转坐标系中的直流电流Im1 和It1(Im1 相当于直流电机的励磁电流;It1 相当于电枢电流与扭矩成正比),然后模仿直流电机的控制方法,实现交流电机的控制。本质是将交流电机等同于直流电机,独立控制速度和磁场两个分量。通过控制转子磁链,分解定子电流以获得扭矩。磁场和磁场两个分量通过坐标变换,实现正交或解耦控制。但由于转子磁链难以准确观测以及矢量变换的复杂性,实际控制效果往往难以达到理论分析的效果。这是矢量控制技术的实际缺点。此外。必须直接或间接获取转子磁链的空间位置才能实现定子电流解耦控制。在该矢量控制系统中,需要配置转子位置或速度传感器。这就是为什么有这么多知道位置的传感器。