原创 PWM的基本概念

 2011-5-26 20:58  2504 4 4 分类: 模拟

　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）。
　　PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
　1 PWM控制的基本原理
　理论基础：
　　　冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。

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　　　　　图1　形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
面积等效原理：
　　分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。

　　　　　　　　图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
　　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。

　　　　　　　图3 用PWM波代替正弦半波
　　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。
PWM电流波：电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。
PWM波形可等效的各种波形：
直流斩波电路：等效直流波形
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。

什么叫一阶惯性？

一阶对象(或惯性环节)

　　First order object (or nonperiodical link) 对象即过程通道。当过程参数随时间变化可以用一阶微分方程描述其动态模型时，这个过程通道称为一阶对象，或称为一阶惯性环节、一阶滞后环节、非周期环节。

_{<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" /><?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />} (12—1)

式中 T——对象的时间常数，它仅与过程设备结构密切有关；

　　 y(t)——对象对扰动x(t)作用的输出响应，它是时间t的函数；

　　 ——过程参数变化的速率；

　　 x(t)——输入扰动，通常是阶跃函数1(t)；

　　 K—常数系数。

　　一阶对象有两个主要特征常数，即时间常数T和静态放大倍数K。

　　时间常数T的物理意义是：当对象受到某种干扰后，被调参数保持初始的变化速度达到新的稳态值K的63．2％时所需的时间。时间常数愈大，对象受干扰后，被调参数到达新稳态值愈慢。

　　时间常数体现了过程设备的惯性，或称为容量滞后。

　　一阶对象通道的时间常数T，其值是阻力系数与容量系数的乘积。

　　不同过程对象的容量系数可用下式计算。

　　液体储罐：　　(12—2)

　　换热设备：　　(12—3)