原创 PWM的实现

一、PWM概述

脉宽宽度调制式(PWM)电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。

PWM（pulse-width modulation）就是脉冲宽度调制的英文缩写，方波高电平时间跟周期的比例叫占空比，例如1秒高电平1秒低电平的PWM波占空比是50%。脉宽调制(PWM)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。脉宽调制(PWM)基本原理：对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

二、PWM的实现

将正弦半波按调制周期等分为N等份，这些等分出来的波形可以看做宽度相等、幅值不等、脉冲顶部为曲线的脉冲，如图1所示。将这些脉冲用相同数量的等幅不等宽的矩形脉冲代替，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积相等，这就得到下图所示的波形。

等分正弦波等效成面积相同的脉冲信号

PWM波形

通过调节脉冲宽度可以实现各种所需的波形。以正弦波为例，如下图所示，用开关来控制直流电的通断，输出占空比不同脉冲，按照按正弦的变化规律，通过控制开关通断的时间，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，将等效面积合并起来就是我们需要的正弦波。

最简单的PWM实现过程

三、PWM的应用

控制理论中有一个重要结论：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。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，通常，我们可以通过对半导体开关器件的通断控制，输出一系列占空比可调的脉冲，用以等效正弦波或其他所需要的波形。

电机就是典型的具有惯性的环节，PWM常用于等效可变的直流电（直流斩波电源）驱动直流电机，也常用于等效的正弦交流电SPWM或SVPWM（逆变器、变频器、变流器等）驱动交流电机。

之所以采用PWM、SPWM、SVPWM等手段去等效各种所需的波形，而不是直接产生需要的波形，是因为这些应用往往需要输出大功率电能，此时，采用开关技术可以大幅度提升电能的利用率，限于目前电力电子技术的特点，还不能直接输出这些波形，而是输出与之功效基本相当的PWM波形。因此，也有将SPWM波形称为“疑似正弦波”。

目前PWM技术广泛应用于用于直流斩波电路、逆变电路、整流电路中。