10.28 简单易懂地学习PWM控制

• 什么是PWM控制

PWM（Pulse Width Modulation）控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（包括形状和幅值）。

• PWM控制的基本原理

  在这之前我们先看一下在采样控制理论中的一个重要的结论：冲凉相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。例如下图1中所示的三个窄脉冲形状不同，其中图1（a）为矩形脉冲，图1（b）为三角形脉冲，图1（c）为正弦半波脉冲，但它们的面积（即冲量）都等于1，这时，当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。当窄脉冲变为图1（d）的单位脉冲函数时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。

图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲

上述的原理也可称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。

• 正弦半波

下面我们看一下用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。

图2 PWM代替正弦半波

把图2（a）的正弦半波分成N等份，这样就可以把正弦半波看作是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度都相等，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。如果把脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦部分面积（冲量）相等，就可以得到图2（b）所示的脉冲序列。这就是PWM波形。可以看出各脉冲的幅值相等，而宽度按正弦规律变化。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。