脈沖寬度�(diào)制(Pulse Width Modulation,縮�(xiě)�PWM�,簡(jiǎn)�脈寬�(diào)�,是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)�(duì)模擬電路�(jìn)行控制的一種非常有效的技�(shù),廣泛應(yīng)用在從測(cè)�、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。脈沖寬度調(diào)制的一�(gè)�(yōu)�(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是�(shù)字形式的,無(wú)需�(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)��
脈沖寬度�(diào)制(PWM)是一種對(duì)模擬信號(hào)電平�(jìn)行數(shù)字編碼的方法,其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)�(diào)制晶體管柵極或基極的偏置,來(lái)�(shí)�(xiàn)�(kāi)�(guān)�(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管�(dǎo)通時(shí)間的改變,這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化�(shí)保持恒定,是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)�(duì)模擬電路�(jìn)行控制的一種非常有效的技�(shù)。通過(guò)高分辨率�(jì)�(shù)器的使用,方波的占空比被�(diào)制用�(lái)�(duì)一�(gè)具體模擬信號(hào)的電平�(jìn)行編��
PWM控制技�(shù)以其控制�(jiǎn)�,靈活和動(dòng)�(tài)響應(yīng)好的�(yōu)�(diǎn)而成為電力電子技�(shù)最廣泛�(yīng)用的控制方式,也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科�(xué)技�(shù)的發(fā)展已�(jīng)�(méi)有了�(xué)科之間的界限,�(jié)合現(xiàn)代控制理論思想�?qū)崿F(xiàn)�(wú)諧振軟開(kāi)�(guān)技�(shù)將會(huì)成為PWM控制技�(shù)�(fā)展的主要方向之一�
隨著電子技�(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了多種PWM技�(shù),其中包括:相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨�(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM�,而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法,它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形,通過(guò)改變脈沖列的周期可以�(diào)頻,改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)�,采用適�(dāng)控制方法即可使電壓與頻率�(xié)�(diào)變化??梢酝ㄟ^(guò)�(diào)整PWM的周�、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的�
模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化,其�(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限��9V電池就是一種模擬器件,�?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等�9V,而是隨時(shí)間發(fā)生變化,并可取任何實(shí)�(shù)�。與此類�,從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之�(nèi)。模擬信�(hào)與數(shù)字信�(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于�(yù)先確定的可能取值集合之�(nèi),例如在{0V, 5V}這一集合中取��
模擬電壓和電流可直接用來(lái)�(jìn)行控�,如�(duì)汽車收音�(jī)的音量�(jìn)行控制。在�(jiǎn)單的模擬收音�(jī)�,音量旋鈕被連接到一�(gè)可變電阻。擰�(dòng)旋鈕�(shí),電阻值變大或變小;流�(jīng)這�(gè)電阻的電流也隨之增加或減�,從而改變了�(qū)�(dòng)�(yáng)聲器的電流值,使音量相�(yīng)變大或變�。與收音�(jī)一�,模擬電路的輸出與輸入成線性比例�
盡管模擬控制看起�(lái)可能直觀而簡(jiǎn)�,但它并不總是非常經(jīng)�(jì)或可行的。其中一�(diǎn)就是,模擬電路容易隨�(shí)間漂�,因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這�(gè)�(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨�(如老式的家庭立體聲�(shè)�)和昂�。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)�,其功耗相�(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能�(duì)噪聲很敏�,任何擾�(dòng)或噪聲都肯定�(huì)改變電流值的大小�
通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電�,可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功�。此�,許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制�,這使�(shù)字控制的�(shí)�(xiàn)變得更加容易��
脈沖寬度�(diào)制(PWM)是一種對(duì)模擬信號(hào)電平�(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率�(jì)�(shù)器的使用,方波的占空比被�(diào)制用�(lái)�(duì)一�(gè)具體模擬信號(hào)的電平�(jìn)行編�。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的,因?yàn)樵诮o定的任何�(shí)�,滿幅值的直流供電要么完全�(ON),要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種�(ON)或斷(OFF)的重�(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的�(shí)候即是直流供電被加到�(fù)載上的時(shí)�,斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)�。只要帶寬足夠,任何模擬值都可以使用PWM�(jìn)行編��
多數(shù)�(fù)�(�(wú)論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)�)需要的�(diào)制頻率高�10Hz,通常�(diào)制頻率為1kHz�200kHz之間�
許多微控制器�(nèi)部都包含有PWM控制�。例�,Microchip公司的PIC16C67�(nèi)含兩�(gè)PWM控制器,每一�(gè)都可以選擇接通時(shí)間和周期。占空比是接通時(shí)間與周期之比;調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM操作之前,這種微處理器要求在軟件中完成以下工作�
1、設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)�/�(jì)�(shù)器的周期
2� 在PWM控制寄存器中�(shè)置接通時(shí)�
3、設(shè)置PWM輸出的方�,這�(gè)輸出是一�(gè)通用I/O管腳
4、啟�(dòng)定時(shí)�
5、使能PWM控制�
脈沖寬度�(diào)制的一�(gè)�(yōu)�(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是�(shù)字形式的,無(wú)需�(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)�。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�(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?�?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?�(shí),也才能�(duì)�(shù)字信�(hào)�(chǎn)生影響�
脈沖寬度�(diào)制的另外一�(gè)�(yōu)�(diǎn)是對(duì)噪聲抵抗能力的增�(qiáng),這也是在某些�(shí)�?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)�(zhuǎn)向PWM可以極大地延�(zhǎng)通信距離。在接收�,通過(guò)適當(dāng)?shù)腞C或LC�(wǎng)�(luò)可以濾除�(diào)制高頻方波并將信�(hào)還原為模擬形��
總之,脈沖寬度調(diào)制既�(jīng)�(jì)、節(jié)約空�、抗噪性能�(qiáng),是一種值得廣大工程師在許多�(shè)�(jì)�(yīng)用中使用的有效技�(shù)�
脈沖寬度�(diào)制廣泛應(yīng)用在從測(cè)�、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中,由于其四象限變流的特點(diǎn),可以反饋再生制�(dòng)的能�,對(duì)于目前國(guó)家提出的節(jié)能減排具有積極意�。具體應(yīng)用:
1、脈沖寬度調(diào)制軟件法控制充電電流
其基本思想就是利用單片�(jī)具有的PWM端口,在不改變PWM方波周期的前提下,通過(guò)軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的PWM控制寄存器來(lái)�(diào)整PWM的占空比,從而控制充電電�。本方法所要求的單片機(jī)必須具有ADC端口和PWM端口這兩�(gè)必須條件,另外ADC的位�(shù)盡量�,單片機(jī)的工作速度盡量�。在�(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�(shè)定的充電電流與實(shí)際讀取到的充電電流�(jìn)行比�,若�(shí)際電流偏小則向增加充電電流的方向�(diào)整PWM的占空比;若�(shí)際電流偏大則向減小充電電流的方向�(diào)整PWM的占空比。在軟件PWM的調(diào)整過(guò)程中要注意ADC的讀�(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�(shù)字濾波技�(shù)�
2、脈沖寬度調(diào)制在推力�(diào)制中的應(yīng)�
1962�,Nicklas等提出了脈沖�(diào)制理論,指出利用噴氣脈沖�(duì)航天器控制是�(jiǎn)單有效的控制方案,同�(shí)能使�(shí)間或能量�(dá)到控制�
脈寬�(diào)制發(fā)�(dòng)�(jī)控制方式是在每一�(gè)脈動(dòng)周期�(nèi),通過(guò)改變閥門(mén)在開(kāi)或關(guān)位置上停留的�(shí)間來(lái)改變流經(jīng)閥門(mén)的氣體流量,從而改變總的推力效�,對(duì)于質(zhì)量流率不變的系統(tǒng),可以通過(guò)脈寬�(diào)制技�(shù)�(lái)獲得變推力的效果�