脈沖寬度調(diào)制(PWM)是英文“Pluse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，根據(jù)相應(yīng)的載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，廣泛應(yīng)用于測量、通信、功率控制與變化等許多領(lǐng)域。
1. CorePWM介紹
(1) PWM的控制方法
采樣控制理論中有一個重要結(jié)論：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，效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。
現(xiàn)在，PWM控制技術(shù)主要有8種，分別為：相電壓控制PWM、線電壓控制PWM、電流控制PWM、空間電壓矢量控制PWM、矢量控制PWM、直接轉(zhuǎn)矩控制PWM、非線性控制PWM和諧振軟開關(guān)PWM。
在這里要重點介紹一下相電壓控制PWM中的等脈寬PWM法。VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)裝置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技術(shù)來實現(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法的這個缺點發(fā)展而來的，是PWM法中最為簡單的一種，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，相對于PAM法，該方法的優(yōu)點是簡化了電路結(jié)構(gòu)，提高了輸入端的功率因數(shù)，但同時也存在輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量。
如圖 1所示為等脈寬PWM波。該PWM的高低電平分別為VH和VL，理想的情況VL等于0，但實際應(yīng)用中一般不等于0，這也是實際應(yīng)用中產(chǎn)生誤差的一個重要原因。
(2) PWM的優(yōu)點
PWM的優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(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，才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因，從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。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還原為模擬形式。
(3) CorePWM的結(jié)構(gòu)框圖
CorePWM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示。它主要由時間基準(zhǔn)發(fā)生器、PWM波形發(fā)生器和寄存器接口等模塊組成。
● 時間基準(zhǔn)發(fā)生器：接收PRESCALE和PERIOD寄存器的值，并產(chǎn)生一個0～255的周期計數(shù)。
● PWM波形發(fā)生器：用輸入周期計數(shù)器和上升、下降沿寄存器的值進(jìn)行比較，當(dāng)計數(shù)值等于任何一個邊沿寄存器的值的時候，就會產(chǎn)生一個相應(yīng)的PWM波形輸出，并且中斷寄存器將會被更新。
● 寄存器接口：主要是提供PWM內(nèi)核的APB總線協(xié)議的接口。
(4) CorePWM內(nèi)部寄存器
CorePWM內(nèi)部所有的寄存器都是八位的，CorePWM寄存器的寄存器描述如表 1所示。
為了使讀者能夠更加清楚CorePWM寄存器的使用，特舉例進(jìn)行說明，如圖 3所示。
(5) 應(yīng)用場合
PWM主要用于電機(jī)控制等領(lǐng)域，圖 4所示為使用CorePWM控制多路電機(jī)。
2. 小結(jié)
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