PWM原理

脈沖寬度調(diào)制波通常由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成，其占空比與信號的瞬時采樣值成比例。下圖所示為脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖和波形圖。該系統(tǒng)有一個比較器和一個周期為Ts的鋸齒波發(fā)生器組成。語音信號如果大于鋸齒波信號，比較器輸出正常數(shù)A，否則輸出0。因此，從圖中可以看出，比較器輸出一列下降沿調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制波。

通過圖b的分析可以看出，生成的矩形脈沖的寬度取決于脈沖下降沿時刻tk時的語音信號幅度值。因而，采樣值之間的時間間隔是非均勻的。在系統(tǒng)的輸入端插入一個采樣保持電路可以得到均勻的采樣信號，但是對于實際中tk-kTs《《的情況，均勻采樣和非均勻采樣差異非常小。如果假定采樣為均勻采樣，第k個矩形脈沖可以表示為：

其中，x{t}是離散化的語音信號;Ts是采樣周期;是未調(diào)制寬度;m是調(diào)制指數(shù)。

然而，如果對矩形脈沖作如下近似：脈沖幅度為A，中心在t=kTs處，在相鄰脈沖間變化緩慢，則脈沖寬度調(diào)制波xp(t)可以表示為：

其中，。無需作頻譜分析，由式(2)可以看出脈沖寬度信號由語音信號x(t)加上一個直流成分以及相位調(diào)制波構(gòu)成。當(dāng)時，相位調(diào)制部分引起的信號交迭可以忽略，因此，脈沖寬度調(diào)制波可以直接通過低通濾波器進行解調(diào)。

PWM分類

從調(diào)制脈沖的極性看，PWM又可分為單極性與雙極性控制模式兩種 。

產(chǎn)生單極性PWM模式的基本原理如圖6.2所示。首先由同極性的三角波載波信號ut。與調(diào)制信號ur，比較(圖6.2(a))，產(chǎn)生單極性的PWM脈沖(圖6.2(b));然后將單極性的PWM脈沖信號與圖6.2(c)所示的倒相信號UI相乘，從而得到正負(fù)半波對稱的PWM脈沖信號Ud，如圖6.2(d)所示 。雙極性PWM控制模式采用的是正負(fù)交變的雙極性三角載波ut與調(diào)制波ur，如圖6.3所示，可通過ut與ur，的比較直接得到雙極性的PWM脈沖，而不需要倒相電路。

PWM信號產(chǎn)生電路圖

開關(guān)電源他激控制方式有脈寬調(diào)制(PWM)和脈頻調(diào)制(PFM)，其中，大部分都采用PWM方式，因此，現(xiàn)簡介PWM控制原理。圖所示為PWM信號產(chǎn)生電路框圖及工作波形，其工作過程如下：對被控制電壓Uo。進行檢測所得的反饋電壓Ur加至放大器Al的同相輸入端，固定的參考電壓Uo加至A1的反相輸入端。經(jīng)A1放大后的直流誤差電壓Ue加至比較器A2的反相輸入端，由固定頻率振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波信號Usa加至A2的同相輸入端。A2輸出方波信號，其占空比隨誤差電壓而變化，即實現(xiàn)了脈寬調(diào)制。對于單管變換器，A2輸出的PWM信號即可作為控制功率晶體管的開關(guān)信號，對于推挽或橋式等功率變換電路，則應(yīng)將PWM信號分為兩組信號，即分相。分相電路由觸發(fā)器及兩個“與”門組成，觸發(fā)器的時鐘信號對應(yīng)于鋸齒波的下降沿。A端和B端輸出兩組相差180°的PWM信號。

(a)PWM信號產(chǎn)生電路框圖;(b)工作波形

圖 PWM信號產(chǎn)生電路框圖及工作波形

PWM轉(zhuǎn)換為模擬量電壓的電路

一些應(yīng)用程序要求在運動控制器和信號放大器之間有一個PWM和方向接口。一個典型的界面包括兩對線：一對確定方向，另一對是PWM調(diào)制的振幅參考。

本應(yīng)用程序說明的目的是為設(shè)計工程師提供一個測試的和經(jīng)過驗證的示意圖，將PWM和方向格式的解調(diào)轉(zhuǎn)換為單個的模擬量電壓信號。

電路規(guī)格：

輸入信號：20KHz -輸入頻率可從15 kHz變化到50 kHz(為了降低頻率，過濾器必須改變)。

最大輸出：

供應(yīng)：

傳播延遲時間(4503年HCPL)：<1us

帶寬：>2kHz

電流消耗：<15ma

電阻精度：