PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）

 PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。

脉宽调制为数字控制电路建立了一种与模拟信号控制等同的简易方法。

脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。图1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。

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 通过图1b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻tk时的语音信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs<<Ts的情况，均匀采样和非均匀采样差异非常小。

用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。

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要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
SPWM波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。

PWM-脉宽调制.是利用输出不同脉宽,改变信号占空比来控制对象的一项技术,在环路控制领域应用非常广泛.

简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

二   正弦波脉宽调制(sPwM）
1．sPwM的概念
工程实际中应用最多的是正弦PwM法(简称sPwM)，它是在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应局部波形下的面积，如图5—2所示。

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  sPwM方式的控制方法可分为多种。从实现的途径可分为硬件电路与软件编程两种类型；而从工作原理上则可按调制脉冲的极性关系和控制波与载波间的频率关系来分类。按调制脉冲极性关系可分为单极性sPwM和双极性sPwM两种。

例如，将一个正弦波的正半周划分为N等份(图中N=12)，每一等份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替，于是正弦波形所包围的面积可用这N个等幅(Vd)不等宽的矩形脉冲面积之和来等效。各矩形脉冲的宽度自可由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定脉宽：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽。度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可生成sPwM波形。在工程应用中感兴趣的是基波，假定矩形脉冲的幅值Vd恒定，半
周期内的脉冲数N也不变，通过理论分析可知，其基波的幅值V1m脉宽δi有线性关系，如下式所示    -
  
该式说明，逆变器输出基波电压幅值随调制脉冲的宽度而变化，只要采取措施(利用控制信号去调节脉宽)，即可调节基波幅值。半周期内的脉冲数N越多，谐波抑制效果越显著，但Ⅳ值将受到换流电路中为减少额外损耗和保证安全换流所允许的最大换流速率以及最小脉宽、最小间隙的限制。
    在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图5 3所示；这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。
    sPwM方式的控制方法可分为多种。从实现的途径可分为硬件电路与软件编程两种类型；而从工作原理上则可按调制脉冲的极性关系和控制波与载波间的频率关系来分类。按调制脉冲极性关系可分为单极性sPwM和双极性sPwM两种。

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2、单极性sPwM法
所谓单极性控制是指在输出波形  的半个周期内，逆变器同一桥臂中的两个开关元件只有一个处于不断切换  的开关状态，另一个则始终处于关断状态。因此，输出波形在任何半周期内始终为一个极性，单极性控制方式的SPwM波形如图5—4所示，载波信号uT采用单极性等腰三角形波，控制信号uc为正弦波形，利用倒相信号ux来处理两者间的配合关系。当uc＞uT时，元件开通；当uc、

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  3．双极性sPwM法
  双极性控制则是指在输出波形的半周期内，逆变器同一桥臂中的两只元件均处于开关状态，但它们之间的关系是互补的，即通断状态彼此是相反交替的。这样输出波形在任何半周期内都会出现正、负极性电压交替的情况，故称之为双极性控制，其波形示意图如图5—5所示。与单极性控制方式相比，载波和控制波都变成了有正、负半周的交流方式，其输出矩形波也是任意半周中均出现正负交替的情况。

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4．sPwM渡生成方法
  正弦脉宽调制波(sPwM)的生成方法可分为硬件电路与软件编程两种方式。
  (1)三角波法。前已述及，生成sPwM波形要求按正弦规律控制脉冲列的脉宽。其原理是，将等腰三角形载波与正弦控制波通过比较器进行比较，则在比较器输出端就形成了sPwM波。可见，生成sPWM波的电路必须由三部分组成：三角波发生器、正弦波发生器和比较器，其框图及波形示意如图5—6所示。

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由图中的波形可以看出，若等腰三角载波的频率是正弦波频率的N倍时，N称为载波比，则正弦波形在一个周期内被划分为N等分，并对应着N个宽度不等的矩形脉冲。当Ⅳ足够大时(例如N＞20)，这一串矩形脉冲序列的面积将非常接近正弦波形的面积。各矩形脉冲的宽度是可近似
用下式表示
式中，Vcm为正弦控制波幅值；VTm为三角载波的幅值。
    这种生成SPWM形的方法称为三角波调制法。可以用模拟电路、数字电路或者两者的混合电路来实现。   
    (2)smWM波的软件生成方法。由硬件电路生成sPwM波的方法往往电路复杂，控制精度难以保证。微型计算机技术的发展和普及，特别是其高集成度和优异的计算功能，可以方便地对变频器进行直接数字控制，从而获得调节灵活、稳定可靠、性能优越的控制效果，因而得到普遍应用。
    采用微机通过软件编程的方法来生成sPwM波，其原理仍然是基于正弦控制波和三角载波相交以确定开关通断时刻。随着采样方式的不同，实现的途径也是多种多样的。所谓采样，就是决定PWM波前后沿出现的时刻，即脉冲宽度与间隔时间，这些时间在正弦波的不同波段是不同的，并且随着正弦波幅值的变化而变化。用软件生成PwM波一般有两种方法；查表法和计算法。查表法，即离线由通用计算机算出对应的脉宽数据，写入EPROM，再由微机通过查表和加减运算得到脉宽
和间隔时间。计算法，根据理论推导出脉宽函数表达式，由微机进行实时在线计算以获得相应的脉宽和间隔时间。一般来说，前者将占用大量内存，而后者则需要大量运算时间；实用中多数是采用两者结合的方法，既可避免全部在线计算造成的计算量过大、精度受影响的缺点，又使系统因有在线计算而具有相当的灵活性。
    还可采用大规模专用集成芯片生成SPWM波。这样，可大大减化电路结构，提高可靠性，降低成本。目前，生成SPWM波的大规模专用集成芯片有HEF4752、SLE4520  MA818等。

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