PWM簡(jiǎn)介

　　脈沖寬度調(diào)制是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

　　脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實(shí)現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時(shí)間的改變，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。

　　PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振波開關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實(shí)現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時(shí)間的改變，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。

　　脈寬調(diào)制分類

　　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(hào)ut。與調(diào)制信號(hào)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(hào)與圖6.2（c）所示的倒相信號(hào)UI相乘，從而得到正負(fù)半波對(duì)稱的PWM脈沖信號(hào)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優(yōu)點(diǎn)

　　PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。

　　對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。

　　總之，PWM既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。

　　PWM脈寬調(diào)制原理

　　脈寬調(diào)制技術(shù)是通過對(duì)逆變電路開關(guān)的通斷控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬電路的控制的。脈寬調(diào)制技術(shù)的輸出波形是一系列大小相等的脈沖，用于替代所需要的波形，以正弦波為例，也就是使這一系列脈沖的等值電壓為正弦波，并且輸出脈沖盡量平滑且具有較少的低次諧波。根據(jù)不同的需求，可以對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以改變輸出電壓或輸出頻率等值，進(jìn)而達(dá)到對(duì)模擬電路的控制。

　　PWM同步調(diào)制簡(jiǎn)介

　　同步調(diào)制一N等于常數(shù)，并在變頻時(shí)使載波和信號(hào)波保持同步

　　1.基本同步調(diào)制方式，fr變化時(shí)N不變，信號(hào)波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定

　　2.三相電路中公用一個(gè)三角波載波，且取N為3的整數(shù)倍，使三相輸出對(duì)稱

　　3.為使一相的PWM波正負(fù)半周鏡對(duì)稱，N應(yīng)取奇數(shù)

　　4.fr很低時(shí)，fc也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除

　　5.fr，很高時(shí)，fc會(huì)過高，使開關(guān)器件難以承受

　　PWM同步調(diào)制優(yōu)缺點(diǎn)

　　在改變f的同時(shí)成正比地改變fc，使K保持不變，則稱為同步調(diào)制。

　　PWM采用同步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是：可以保證輸出波 形的對(duì)稱性。對(duì)于三相系統(tǒng)，為保持三相之間對(duì)稱、互差120゜相位角，K應(yīng)取3的整數(shù)倍；為保證雙極性調(diào)制時(shí)每相波形的正、負(fù)半波對(duì)稱，則該倍數(shù)應(yīng)取奇數(shù)。由于波形的對(duì)稱性，不會(huì)出現(xiàn)偶次諧波問題。但是，受開關(guān)器件允許的開關(guān)頻率的限制，保持K值不變，在逆變器低頻運(yùn)行時(shí)，K值會(huì)過小，導(dǎo)致諧波含量變大。 使電動(dòng)機(jī)的諧波損耗增加，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相對(duì)加劇

　　PWM具體應(yīng)用

　　PWM軟件法控制充電電流

　　該方法的基本思想就是利用單片機(jī)具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的PWM控制寄存器來調(diào)整PWM的占空比，從而控制充電電流。該方法所要求的單片機(jī)必須具有ADC端口和PWM端口這兩個(gè)必須條件，另外ADC的位數(shù)盡量高，單片機(jī)的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機(jī)先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流與實(shí)際讀取到的充電電流進(jìn)行比較，若實(shí)際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比；若實(shí)際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比。在軟件PWM的調(diào)整過程中要注意ADC的讀數(shù)偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理采用算術(shù)平均法等數(shù)字濾波技術(shù)。

　　PWM在推力調(diào)制中的應(yīng)用

　　1962年，Nicklas等提出了脈沖調(diào)制理論，指出利用噴氣脈沖對(duì)航天器控制是簡(jiǎn)單有效的控制方案，同時(shí)能使時(shí)間或能量達(dá)到最優(yōu)控制。

　　脈寬調(diào)制發(fā)動(dòng)機(jī)控制方式是在每一個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)，通過改變閥門在開或關(guān)位置上停留的時(shí)間來改變流經(jīng)閥門的氣體流量，從而改變總的推力效果，對(duì)于質(zhì)量流率不變的系統(tǒng)，可以通過脈寬調(diào)制技術(shù)來獲得變推力的效果。

　　脈寬調(diào)制通常有兩種方法［15］：第一種為整體脈寬調(diào)制，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，并根據(jù)控制要求的作用力大小，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)的數(shù)學(xué)解算變換，得出固定力輸出應(yīng)該持續(xù)作用的時(shí)間和開始作用時(shí)間；第二種為脈寬調(diào)制器，不考慮控制對(duì)象模型，而是根據(jù)輸入進(jìn)行“動(dòng)態(tài)衰減”性的累加，然后經(jīng)過某種算法變換后，決定輸出所持續(xù)的時(shí)間。這種方式非常簡(jiǎn)單，也能達(dá)到輸出作用近似相同。

　　脈寬調(diào)制控制技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、技術(shù)比較成熟，俄羅斯已經(jīng)將其成功地應(yīng)用于遠(yuǎn)程火箭的角度穩(wěn)定系統(tǒng)控制中。但是當(dāng)調(diào)制量為零時(shí)，正反向的控制作用相互抵消，控制效率明顯比變流率系統(tǒng)低。而且系統(tǒng)響應(yīng)有一定的滯后，其開關(guān)的頻率必須遠(yuǎn)大于KKV本身的固有頻率，否則不但起不到調(diào)制效果，甚至?xí)l(fā)生災(zāi)難性后果。

　　在LED中的應(yīng)用

　　在LED控制中PWM作用于電源部分，脈寬調(diào)制的脈沖頻率通常大于100Hz，人眼就不會(huì)感到閃爍。

　　幾種pwm調(diào)制方式介紹

　　1、相電壓控制PWM

　　1.1等脈寬PWM法

　　VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）裝置在早期是采用PAM（PulseAmplitudeModulaTIon）控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，其逆變器部分只能輸出頻率可調(diào)的方波電壓而不能調(diào)壓。等脈寬PWM法正是為了克服PAM法的這個(gè)缺點(diǎn)發(fā)展而來的，是PWM法中最為簡(jiǎn)單的一種。它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PWM波，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。相對(duì)于PAM法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了輸入端的功率因數(shù)，但同時(shí)也存在輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量。

　　1.2隨機(jī)PWM

　　在上世紀(jì)70年代開始至上世紀(jì)80年代初，由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管，載波頻率一般不超過5kHz，電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波造成的振動(dòng)引起了人們的關(guān)注。為求得改善，隨機(jī)PWM方法應(yīng)運(yùn)而生。其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪聲（在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的），盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱。正因?yàn)槿绱耍词乖贗GBT已被廣泛應(yīng)用的今天，對(duì)于載波頻率必須限制在較低頻率的場(chǎng)合，隨機(jī)PWM仍然有其特殊的價(jià)值；另一方面則說明了消除機(jī)械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率，隨機(jī)PWM技術(shù)正是提供了一個(gè)分析、解決這種問題的全新思路。

　　1.3SPWM法

　　SPWM（SinusoidalPWM）法是一種比較成熟的、目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。該方法的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方案。

　　1.3.1等面積法

　　該方案實(shí)際上就是SPWM法原理的直接闡釋，用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后計(jì)算各脈沖的寬度和間隔，并把這些數(shù)據(jù)存于微機(jī)中，通過查表的方式生成PWM信號(hào)控制開關(guān)器件的通斷，以達(dá)到預(yù)期的目的。由于此方法是以SPWM控制的，基本原理為出發(fā)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，其所得的波形很接近正弦波，但其存在計(jì)算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn)。

　　1.3.2硬件調(diào)制法

　　硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是SPWM波形。其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點(diǎn)，在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成SPWM波。但是，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制。

　　1.3.3軟件生成法

　　由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生。軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法。

　　1.3.3.1自然采樣法

　　以正弦波為調(diào)制波，等腰三角波為載波進(jìn)行比較，在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，這就是自然采樣法。其優(yōu)點(diǎn)是所得SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性，脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程，計(jì)算繁瑣，難以實(shí)時(shí)控制。

　　1.3.3.2規(guī)則采樣法

　　規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，一般采用三角波作為載波。其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)SPWM法。當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn)（或底點(diǎn)）位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期（即采樣周期）內(nèi)的位置是對(duì)稱的，這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣。當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期（此時(shí)為采樣周期的兩倍）內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱，這種方法稱為非對(duì)稱規(guī)則采樣。

　　規(guī)則采樣法是對(duì)自然采樣法的改進(jìn)，其主要優(yōu)點(diǎn)就是計(jì)算簡(jiǎn)單，便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算，其中非對(duì)稱規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦。其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低，線性控制范圍較小。

　　以上兩種方法均只適用于同步調(diào)制方式中。

　　1.3.4低次諧波消去法

　　低次諧波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次諧波為目的的方法。其原理是對(duì)輸出電壓波形按傅氏級(jí)數(shù)展開，表示為u（ωt）=ansinnωt，首先確定基波分量a1的值，再令兩個(gè)不同的an=0，就可以建立三個(gè)方程，聯(lián)立求解得a1，a2及a3，這樣就可以消去兩個(gè)頻率的諧波。

　　該方法雖然可以很好地消除所指定的低次諧波，但是，剩余未消去的較低次諧波的幅值可能會(huì)相當(dāng)大，而且同樣存在計(jì)算復(fù)雜的缺點(diǎn)。該方法同樣只適用于同步調(diào)制方式中。

　　1.4梯形波與三角波比較法

　　前面所介紹的各種方法主要是以輸出波形盡量接近正弦波為目的，從而忽視了直流電壓的利用率，如SPWM法，其直流電壓利用率僅為86.6％。因此，為了提高直流電壓利用率，提出了一種新的方法--梯形波與三角波比較法。該方法是采用梯形波作為調(diào)制信號(hào)，三角波為載波，且使兩波幅值相等，以兩波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷實(shí)現(xiàn)PWM控制。由于當(dāng)梯形波幅值和三角波幅值相等時(shí)，其所含的基波分量幅值已超過了三角波幅值，從而可以有效地提高直流電壓利用率。但由于梯形波本身含有低次諧波，所以輸出波形中含有5次、7次等低次諧波。

　　2、線電壓控制PWM

　　前面所介紹的各種PWM控制方法用于三相逆變電路時(shí)，都是對(duì)三相輸出相電壓分別進(jìn)行控制的，使其輸出接近正弦波，但是，對(duì)于像三相異步電動(dòng)機(jī)這樣的三相無中線對(duì)稱負(fù)載，逆變器輸出不必追求相電壓接近正弦，而可著眼于使線電壓趨于正弦。因此，提出了線電壓控制PWM，主要有以下兩種方法。

　　2.1馬鞍形波與三角波比較法

　　馬鞍形波與三角波比較法也就是諧波注入PWM方式（HIPWM），其原理是在正弦波中加入一定比例的三次諧波，調(diào)制信號(hào)便呈現(xiàn)出馬鞍形，而且幅值明顯降低，于是在調(diào)制信號(hào)的幅值不超過載波幅值的情況下，可以使基波幅值超過三角波幅值，提高了直流電壓利用率。在三相無中線系統(tǒng)中，由于三次諧波電流無通路，所以三個(gè)線電壓和線電流中均不含三次諧波［4］。

　　除了可以注入三次諧波以外，還可以注入其他3倍頻于正弦波信號(hào)的其他波形，這些信號(hào)都不會(huì)影響線電壓。這是因?yàn)椋?jīng)過PWM調(diào)制后逆變電路輸出的相電壓也必然包含相應(yīng)的3倍頻于正弦波信號(hào)的諧波，但在合成線電壓時(shí)，各相電壓中的這些諧波將互相抵消，從而使線電壓仍為正弦波。

　　2.2單元脈寬調(diào)制法

　　因?yàn)椋鄬?duì)稱線電壓有Uuv＋Uvw＋Uwu=0的關(guān)系，所以，某一線電壓任何時(shí)刻都等于另外兩個(gè)線電壓負(fù)值之和。現(xiàn)在把一個(gè)周期等分為6個(gè)區(qū)間，每區(qū)間60°，對(duì)于某一線電壓例如Uuv，半個(gè)周期兩邊60°區(qū)間用Uuv本身表示，中間60°區(qū)間用－（Uvw＋Uwu）表示，當(dāng)將Uvw和Uwu作同樣處理時(shí)，就可以得到三相線電壓波形只有半周內(nèi)兩邊60°區(qū)間的兩種波形形狀，并且有正有負(fù)。把這樣的電壓波形作為脈寬調(diào)制的參考信號(hào)，載波仍用三角波，并把各區(qū)間的曲線用直線近似（實(shí)踐表明，這樣做引起的誤差不大，完全可行），就可以得到線電壓的脈沖波形，該波形是完全對(duì)稱，且規(guī)律性很強(qiáng)，負(fù)半周是正半周相應(yīng)脈沖列的反相，因此，只要半個(gè)周期兩邊60°區(qū)間的脈沖列一經(jīng)確定，線電壓的調(diào)制脈沖波形就唯一地確定了。這個(gè)脈沖并不是開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，但由于已知三相線電壓的脈沖工作模式，就可以確定開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)了。該方法不僅能抑制較多的低次諧波，還可減小開關(guān)損耗和加寬線性控制區(qū)，同時(shí)還能帶來用微機(jī)控制的方便，但該方法只適用于異步電動(dòng)機(jī)，應(yīng)用范圍較小。

　　3、電流控制PWM

　　電流控制PWM的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號(hào)，把實(shí)際的電流波形作為反饋信號(hào)，通過兩者瞬時(shí)值的比較來決定各開關(guān)器件的通斷，使實(shí)際輸出隨指令信號(hào)的改變而改變。其實(shí)現(xiàn)方案主要有以下3種。

　　3.1滯環(huán)比較法

　　這是一種帶反饋的PWM控制方式，即每相電流反饋回來與電流給定值經(jīng)滯環(huán)比較器，得出相應(yīng)橋臂開關(guān)器件的開關(guān)狀態(tài)，使得實(shí)際電流跟蹤給定電流的變化。該方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好，輸出電壓不含特定頻率的諧波分量。其缺點(diǎn)是開關(guān)頻率不固定造成較為嚴(yán)重的噪音，和其他方法相比，在同一開關(guān)頻率下輸出電流中所含的諧波較多。

　　3.2三角波比較法

　　該方法與SPWM法中的三角波比較方式不同，這里是把指令電流與實(shí)際輸出電流進(jìn)行比較，求出偏差電流，通過放大器放大后再和三角波進(jìn)行比較，產(chǎn)生PWM波。此時(shí)開關(guān)頻率一定，因而克服了滯環(huán)比較法頻率不固定的缺點(diǎn)。但是，這種方式電流響應(yīng)不如滯環(huán)比較法快。

　　3.3預(yù)測(cè)電流控制法

　　預(yù)測(cè)電流控制是在每個(gè)調(diào)節(jié)周期開始時(shí)，根據(jù)實(shí)際電流誤差，負(fù)載參數(shù)及其它負(fù)載變量，來預(yù)測(cè)電流誤差矢量趨勢(shì)，因此，下一個(gè)調(diào)節(jié)周期由PWM產(chǎn)生的電壓矢量必將減小所預(yù)測(cè)的誤差。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，若給調(diào)節(jié)器除誤差外更多的信息，則可獲得比較快速、準(zhǔn)確的響應(yīng)。目前，這類調(diào)節(jié)器的局限性是響應(yīng)速度及過程模型系數(shù)參數(shù)的準(zhǔn)確性。

　　4、空間電壓矢量控制PWM

　　空間電壓矢量控制PWM（SVPWM）也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近基準(zhǔn)圓磁通，由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān)，形成PWM波形。此法從電動(dòng)機(jī)的角度出發(fā)，把逆變器和電機(jī)看作一個(gè)整體，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制，使電機(jī)獲得幅值恒定的圓形磁場(chǎng)（正弦磁通）。具體方法又分為磁通開環(huán)式和磁通閉環(huán)式。磁通開環(huán)法用兩個(gè)非零矢量和一個(gè)零矢量合成一個(gè)等效的電壓矢量，若采樣時(shí)間足夠小，可合成任意電壓矢量。此法輸出電壓比正弦波調(diào)制時(shí)提高15％，諧波電流有效值之和接近最小。磁通閉環(huán)式引入磁通反饋，控制磁通的大小和變化的速度。在比較估算磁通和給定磁通后，根據(jù)誤差決定產(chǎn)生下一個(gè)電壓矢量，形成PWM波形。這種方法克服了磁通開環(huán)法的不足，解決了電機(jī)低速時(shí)，定子電阻影響大的問題，減小了電機(jī)的脈動(dòng)和噪音。但由于未引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒有得到根本性的改善。

　　5、矢量控制PWM

　　矢量控制也稱磁場(chǎng)定向控制，其原理是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia，Ib及Ic，通過三相/二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1及Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1及It1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度、磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。

　　但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際控制效果往往難以達(dá)到理論分析的效果，這是矢量控制技術(shù)在實(shí)踐上的不足。此外．它必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實(shí)現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配置轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，這顯然給許多應(yīng)用場(chǎng)合帶來不便。

　　6、直接轉(zhuǎn)矩控制PWM

　　1985年德國(guó)魯爾大學(xué)Depenbrock教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論（DirectTorqueControl簡(jiǎn)稱DTC）。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制，它也不需要解耦電機(jī)模型，而是在靜止的坐標(biāo)系中計(jì)算電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值，然后，經(jīng)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band-Band控制產(chǎn)生PWM信號(hào)對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，從而在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，能方便地實(shí)現(xiàn)無速度傳感器化，有很快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和很高的速度及轉(zhuǎn)矩控制精度，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。

　　7、非線性控制PWM

　　單周控制法［7］又稱積分復(fù)位控制（IntegraTIonResetControl，簡(jiǎn)稱IRC），是一種新型非線性控制技術(shù)，其基本思想是控制開關(guān)占空比，在每個(gè)周期使開關(guān)變量的平均值與控制參考電壓相等或成一定比例。該技術(shù)同時(shí)具有調(diào)制和控制的雙重性，通過復(fù)位開關(guān)、積分器、觸發(fā)電路、比較器達(dá)到跟蹤指令信號(hào)的目的。單周控制器由控制器、比較器、積分器及時(shí)鐘組成，其中控制器可以是RS觸發(fā)器，其控制原理如圖1所示。圖中K可以是任何物理開關(guān)，也可是其它可轉(zhuǎn)化為開關(guān)變量形式的抽象信號(hào)。

　　單周控制在控制電路中不需要誤差綜合，它能在一個(gè)周期內(nèi)自動(dòng)消除穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)誤差，使前一周期的誤差不會(huì)帶到下一周期。雖然硬件電路較復(fù)雜，但其克服了傳統(tǒng)的PWM控制方法的不足，適用于各種脈寬調(diào)制軟開關(guān)逆變器，具有反應(yīng)快、開關(guān)頻率恒定、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，此外，單周控制還能優(yōu)化系統(tǒng)響應(yīng)、減小畸變和抑制電源干擾，是一種很有前途的控制方法。

　　8、諧振軟開關(guān)PWM

　　傳統(tǒng)的PWM逆變電路中，電力電子開關(guān)器件硬開關(guān)的工作方式，大的開關(guān)電壓電流應(yīng)力以及高的du/dt和di/dt限制了開關(guān)器件工作頻率的提高，而高頻化是電力電子主要發(fā)展趨勢(shì)之一，它能使變換器體積減小、重量減輕、成本下降、性能提高，特別當(dāng)開關(guān)頻率在18kHz以上時(shí)，噪聲將已超過人類聽覺范圍，使無噪聲傳動(dòng)系統(tǒng)成為可能。

　　諧振軟開關(guān)PWM的基本思想是在常規(guī)PWM變換器拓?fù)涞幕A(chǔ)上，附加一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振網(wǎng)絡(luò)一般由諧振電感、諧振電容和功率開關(guān)組成。開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)，諧振網(wǎng)絡(luò)工作使電力電子器件在開關(guān)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)過程，諧振過程極短，基本不影響PWM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。從而既保持了PWM技術(shù)的特點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)技術(shù)。但由于諧振網(wǎng)絡(luò)在電路中的存在必然會(huì)產(chǎn)生諧振損耗，并使電路受固有問題的影響，從而限制了該方法的應(yīng)用。

脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有（ON），要么完全無（OFF）。電壓或電流源是以一種通（ON）或斷（OFF）的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。多數(shù)負(fù)載（無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載）需要的調(diào)制頻率高于10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。許多微控制器內(nèi)部都包含有PWM控制器。

一、NE555PWM脈寬調(diào)制電路

PWM稱之為脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，利用脈沖的寬度來調(diào)整亮度，也可用來控制DC馬達(dá)。PWM脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的基本頻率至少約400HZ-10KHZ，當(dāng)調(diào)整LED的明或暗時(shí)，這個(gè)基本的頻率不可變動(dòng)，而是改變這個(gè)頻率上方波的寬度，寬度越寬則越亮、寬度越窄則越暗。PWM是控制LED的點(diǎn)亮?xí)r間，而不是改變輸出的電壓來控制亮度。

圖1-5PWM脈寬調(diào)制圖片

以下為PWM工作原理：

reset接腳被連接到+V，因此它對(duì)電路沒有作用。

當(dāng)電路通電時(shí)，Pin2（觸發(fā)點(diǎn)）接腳是低電位，因?yàn)殡娙萜鰿1開始放電。這開始振蕩器的周期，造成第3接腳到高電位。當(dāng)?shù)?接腳到高電位時(shí)，電容器C1開始通過R1和對(duì)二極管D2充電。當(dāng)在C1的電壓到達(dá)+V的2/3時(shí)啟動(dòng)接腳6，造成輸出接腳（Pin3）跟放電接腳（Pin7）成低電位。

當(dāng)?shù)?接腳到低電位，電容器C1起動(dòng)通過R1和D1的放電。當(dāng)在C1的電壓下跌到+V的1/3以下，輸出接腳（Pin3）和放電接腳（Pin7）接腳到高電位并使電路周期重復(fù)。Pin5并沒有被外在電壓作輸入使用，因此它與0.01uF電容器相接。

電容器C1通過R1及二極管，二極管一邊為放電一邊為充電。充電和放電電阻總和是相同的，因此輸出信號(hào)的周期是恒定的。工作區(qū)間僅隨R1做變化。

PWM信號(hào)的整體頻率在這電路上取決于R1和C1的數(shù)值。公式：頻率（Hz）=1.44/（R1*C1）

二、利用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)寬范圍脈寬調(diào)制器（PWM）

脈寬調(diào)制器（PWM）常常用在開關(guān)電源（穩(wěn)壓）中，要使開關(guān)電源穩(wěn)壓范圍寬（即輸入電壓范圍大），可利用555定時(shí)器構(gòu)成寬范圍PWM。

僅需把一個(gè)二極管和電位計(jì)添加到異步模式運(yùn)轉(zhuǎn)的555定時(shí)器上，就產(chǎn)生了一個(gè)帶有可調(diào)效率系數(shù)為1%到99%的脈寬調(diào)制器（圖1）。它的應(yīng)用包括高功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)速度控制。

圖1：在555定時(shí)器電路中增加一個(gè)二極管和電位計(jì)可構(gòu)成一個(gè)寬范圍PWM

這個(gè)電路的輸出可以驅(qū)動(dòng)MOSFET去控制通過電動(dòng)機(jī)的電流，達(dá)到平滑控制電動(dòng)機(jī)速度90%左右。這也應(yīng)用于燈光的控制，燈光的強(qiáng)度可得以有效控制。

另一個(gè)應(yīng)用是在開關(guān)式電源。PWM調(diào)整允許一個(gè)可變的輸出電壓。可通過555定時(shí)器（5個(gè)引腳）VC終端的反饋來調(diào)節(jié)電壓。一個(gè)超過調(diào)節(jié)閾值限制的輸出電壓將提前結(jié)束基于周期循環(huán)的PWM信號(hào)，以維持輸出電壓的穩(wěn)定。微處理器可以通過數(shù)字電位計(jì)直接調(diào)節(jié)PWM去控制電動(dòng)機(jī)速度、燈光強(qiáng)度或者電源輸出電壓。對(duì)于周期因子（DF）：

而a是終端2和終端1之間電阻與終端3和終端1之間電阻的比值。選R3=R1，R2=100&TImes;R1，這時(shí)DF為1%至99%。如上所述，數(shù)字電位計(jì)可以代替R2。通過的電流有限是在該應(yīng)用中使用數(shù)字電位計(jì)的主要約束。對(duì)于一個(gè)100kΩ的數(shù)字電位計(jì)，R1和R3可以達(dá)到1kΩ，則峰值電流為5mA。

標(biāo)準(zhǔn)二極管可在遞減線性下當(dāng)作D來使用。對(duì)于理想的二極管，k=0.693，則有：

DF和α之間為線性關(guān)系。圖2顯示了當(dāng)α變化時(shí)VOUT的波形。

三、由555芯片組成的脈寬調(diào)制（PWM）電路

圖示出簡(jiǎn)單的脈寬調(diào)制電路及其波形。時(shí)鐘輸入U(xiǎn)e 由555 的引腳2 加入，調(diào)制輸入電壓Ue 由引腳5輸入，因此，輸出電壓UA脈沖的寬度即與調(diào)制信號(hào)成正比。改變RA。C的數(shù)值，可以改變輸出電壓的波形。

四、555組成的脈沖寬度調(diào)制電路

如圖5-26所示，555和R2。C 等接成可控單穩(wěn)態(tài)電路。由于555的5腳連至基片上的上比議器A1的反相輸人端，因而政變5腳上的外加控制電壓，就可政變555的閾值電平，則隨調(diào)制輸人信號(hào)的變化，輸出的脈沖寬度會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，產(chǎn)生脈沖調(diào)寬的效果，如圖（b）所示。

單穩(wěn)電路的初始狀態(tài)是3腳輸出呈“0”電平;當(dāng)觸發(fā)時(shí)鐘來后，3腳呈“1”電平。此后，Ci 通過R。充電，C 上的電壓變化規(guī)律為