脈沖頻率的選擇

1、脈寬調(diào)制(PWM:(PulseWidthModulation)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。簡(jiǎn)而言之，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

2、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。[編輯本段]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

3、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。PWM控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把這項(xiàng)通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中，從此為交流傳動(dòng)的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比較，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制SPW

4、M信號(hào)以控制功率器件的開關(guān)開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實(shí)時(shí)在線的PWM信號(hào)輸出，可以說直到目前為止，PWM在各種應(yīng)用場(chǎng)合仍在主導(dǎo)地位，并一直是人們研究的熱點(diǎn)。由于PWM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)。由此在交流傳動(dòng)及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。PWM控制技術(shù)大致可以為為三類，正弦PWM（包括電壓，電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案，多重PWM也應(yīng)歸于此類），優(yōu)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

5、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)槿绱思词乖贗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

6、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

7、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

8、其所得的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

9、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[2]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)