什麼是PWM「區」?

2020-12-05 北街末雨呀哈

PWM是脈衝寬度調製,在電力電子中,整流器和逆變器是最常用的。這就需要使用整流橋和逆變橋。三相電需要三個橋臂。以兩級為例,每個橋臂有兩個電力電子設備,如IGBT。這兩個IGBT不能同時連接,否則會短路。

因此設計帶死區的PWM波可以防止上下器件同時導通。也就是說,當一個設備打開和關閉,然後通過一個死區,另一個設備可以打開。

PWM是什麼?PWM的原理

脈寬調製(PWM)的基本原理PWM):控制方式是控制逆變電路中開關器件的通斷,從而在輸出端獲得一系列等幅脈衝,代替正弦波或所需波形。換言之,在輸出波形的半周期內產生多個脈衝,使得每個脈衝的等效電壓為正弦,並且輸出平滑且低階諧波更少。如果每個脈衝的寬度按照一定的規則進行調製,則逆變器電路的輸出電壓和頻率可以改變。

例如,如果正弦半波波形被分成N的相等部分,則正弦半波可以被視為由N連接的脈衝組成的波形。這些脈衝的寬度等於∏/n,但他們的振幅不相等,脈衝的頂部不是一條水平直線,而是一條曲線,每個脈衝的振幅根據正弦定律變化。如果用相同數量的等幅不等寬的矩形脈衝序列代替上述脈衝序列,使矩形脈衝的中點與相應正弦平分的中點重合,矩形脈衝與相應正弦部分的面積(即脈衝)相等,則得到了一組脈衝序列,即PWM波形。可以看出,脈衝寬度是按照正弦規律變化的。根據等衝原理,PWM波形與半正弦波等效。對於正弦的負半周,同樣可以得到PWM波形。

在PWM波形中,每個脈衝的振幅相等,為了改變等效輸出正弦波的振幅,只需根據相同的比例係數改變每個脈衝的寬度,因此在AC-DC-AC變換器中,PWM逆變電路輸出的脈衝電壓就是直流電壓的幅值。

根據上述原理,在給出半周內脈衝的頻率、幅度和個數後,可以精確地計算出PWM波形中每個脈衝的寬度和間隔。根據計算結果,通過控制電路中的開關器件,可以得到所需的PWM波形。

下圖顯示了輸出過程中PWM波的實時波形。

PWM-特徵是什麼

PWM的優點之一是從處理器到控制系統的信號是數字形式的,並且不需要數模轉換。只有當噪聲強度足以將邏輯1轉換為邏輯0或邏輯0轉換為邏輯1時,噪聲也會影響數位訊號。

抗噪聲能力的提高是PWM相對於模擬控制的另一個優點,也是PWM在某些時候用於通信的主要原因。從模擬信號切換到PWM可以大大延長通信距離。在接收端,通過適當的RC或LC網絡將調製後的高頻方波濾除,信號恢復為模擬形式。

NE555生成的PWM速度控制系統

PWM經濟、節省空間,抗噪具有強大的性能,他是一種值得工程師在許多設計和應用中使用的有效技術。

一、什麼是死區?

大功率電動機和變頻器的終端通常是H橋或由大功率電晶體IGBT等元件組成的三相電橋。每座橋的上半橋和下半橋不能同時連接,然而當高速PWM驅動信號到達功率元件的控制極時,由於各種原因,常常會出現延遲效應,導致某個半橋元件在應關斷時沒有關斷,導致功率元件燒毀。

死區是在上半部分橋關閉後延遲打開下半橋,或者關閉下半橋一段時間後打開上半橋,以避免功率元件燃燒。這延遲時間是死區。通常配備低端單片機的PWM中沒有死區控制。

當PWM輸出時,死區時間是為了使H橋或半H橋的上下管由於開關速度問題不會同時打開而設置的保護期,因此上下管此時不會輸出,當然,波形會輸出中斷,而死區時間一般只佔周期的百分之幾。然而當PWM波本身佔空比很小時,空區大於死區,死區會影響輸出紋波,但不應起決定性作用。

二、DSP中的PWM死區

在整流逆變過程中,同相上下橋不能同時連接,否則電源短路,理論上DSP產生的PWM不會同時連接,然而PWM不可能是一個瞬態的水平跳躍,他總是呈梯形下降,這可能會使上下橋直接通過,因此設置的時間很短,上下橋關閉,然後有選擇地開啟,避免上下橋直接連接。

PWM的三極體不能同時進行。如果同時打開,則會造成電源兩端短路。因此這兩個觸發信號是使三極體在一段時間內關閉。這個區域叫做「死區」。

PWM的佔空比決定了輸出到直流電動機的平均電壓,而PWM不受電流調節。PWM表示脈衝寬度調節,即調節高電平和低電平方波的時間比,20%佔空比波形將具有20%的高電平時間和80%的低電平時間,而60%的佔空比波形具有60%的高電平時間和40%的低電平時間,佔空比越大,高電平時間越長,輸出脈衝幅度越高,即電壓越高。如果佔空比為0%,則高電平時間為0,沒有電壓輸出。如果佔空比為100%,則輸出所有電壓。

因此通過調整佔空比,可以連續不斷地調整輸出電壓。

三、PWM的相關概念

1、佔空比

他是輸出PWM中與PWM時鐘周期時間的比值。

例如,如果PWM的頻率為1000Hz,則其時鐘周期為1ms,即1000us,如果高電平時間是200us,那麼低電平時間必須是800us,那麼佔空比是200,也就是說,PWM的佔空比是1:5。

2、分辨力

也就是說,可以達到多少最小佔空比,如8位PWM,理論解析度為1:255(單斜),16位PWM理論為1:65535(單斜)。

頻率是這樣的,例如,16位PWM的解析度為1:65535,為了達到這個解析度,t/C必須從0到65535計數,如果計數從0計數到80計數,然後從0計數到80計數….,那麼他的解析度最小為1:80,但是他也很快,也就是說,PWM的輸出頻率很高。

3、雙坡/單坡

假設PWM從0計數到80,然後從0計數到80,,,這是一個單一的斜坡,假設PWM從0計數到80,然後從80計數到0,,,,,這是雙坡,可以看出,雙斜率的計數時間是原來的兩倍,所以PWM的輸出頻率慢了一半,但解析度是1:(80+80)=1:160,是原來的兩倍。

假設PWM是一個單一的斜率,最大計數設為80,我們將比較值設為10,然後t/C計數從0到10(此時,計數器仍在向上計數,直到設置值80為止),MCU將根據您的設置控制IO埠是輸出1還是輸出0或埠反轉,在PWM中,哪一個是最基本的呢。

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