脉冲宽度调制应用

接线图 2023年01月05日 18:24 282 admin

随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。

模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V，5V}这一集合中取值。

模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。

尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重（如老式的家庭立体声设备）和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。

通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。

基本原理

脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是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，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于 π/n ，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（即冲量）相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交－直－交变频器中，PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。

根据上述原理，在给出了正弦波频率，幅值和半个周期内的脉冲数后，PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。

下图为变频器输出的PWM波的实时波形。

脉冲宽度调制应用第1张

特点：

简单灵活动态响应好

应用：

电动机控制（比如机器人内的电机控制，STM32中一个芯片可以控制很多电机）、功率控制、

转换原理：

脉冲宽度调制应用第2张

将模拟的信号（连续的曲线）分割，计算每块地面积，转换成数字信号的面积（不同的面积有不同的宽度，这也就是宽度调制这个名字的由来）

PWM输出源和输出数量

STM32除了TIM6，7（基本定时器），TIM1，8可以产生7路，共14路；通用定时器TIM2，3，4，5每个4路，共16路，所以STM32可以产生30路PWM输出。

控制原理

脉冲宽度调制应用第3张

占空比：高电平持续时间占总时间的比例。

STM32 的PWM是TIMx_ARR寄存器确定频率（周期）、由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的信号

PWM模式：

脉冲宽度调制模式可以产生一个由 TIM1_ARR 寄存器确定频率、由TIM1_CCRx寄存器确定占空比的信号。在 TIM1_CCMRx寄存器中的OCxM位写入“110”（PWM 模式 1）或“111”（PWM 模式 2），【模式1，2选择输出的高低电平】能够独立地设置每个通道工作在 PWM模式，每个 OCx 输出一路 PWM。必须通过设置 TIM1_CCMRx 寄存器 OCxPE 位使能相应的预装载寄存器，最后还要设置 TIM1_CR1 寄存器的 ARPE 位使能自动重装载的预装载寄存器（在向上计数或中心对称模式中）。

向上计数配置

当 TIM1_CR1 寄存器中的 DIR 位为低的时候执行向上计数。

在 PWM 模式 1，当 TIM1_CNT【计数器值】《 TIM1_CCRx 时 PWM 参考信号，OCxREF 为高，否则为低。如果 TIM1_CCRx中的比较值大于自动重装载值（TIM1_ARR），则 OCxREF 保持为“1＂。如果比较值为 0，则 OCxREF 保持为“0＂。图 128 为 TIM1_ARR=8 时边沿对齐的 PWM 波形实例

【不同的模式，1和0代表的电平高低不同，不是1是高，0是低】

脉冲宽度调制应用第4张