脉宽调制(PWM)是一种脉冲宽度调制技术,它根据调制信号的信息来调整脉冲的宽度,即正式的脉冲持续时间。虽然这种调制技术可以用来编码信息进行传输,但其主要用途是允许对供给电器设备的电力进行控制,特别是惯性负载如电机。此外,PWM是用于光伏太阳能电池充电器中的两种主要算法之一。通过在供给和负载之间快速地开启和关闭开关,控制供给负载的平均电压(和电流)。开关开启的时间与关闭周期的比较决定了供给负载的功率大小。PWM的开关频率必须远高于会影响负载的频率,也就是使用该电力的装置。典型的情况下,电器开关每分钟要进行多次切换,灯泡调光器通常是120Hz,电机驱动可以达到几kHz到几十kHz,而在音频放大器和计算机电源供应中则高达几百kHz。占空比描述的是“开”时间与常规间隔或“周期”时间的比例;低占空比对应于低功率,因为电源大部分时间是关闭的。占空比以百分比表示,100%表示完全打开。
PWM的主要优势在于其在开关设备中的功率损耗非常低。当开关关闭时几乎没有电流通过,而当开关打开时几乎没有电压降在开关上。由于功率损失是电压和电流的乘积,因此在这两种情况下都接近于零。PWM也与数字控制方式配合良好,因为数字控制的开关性质,可以轻松设定所需的占空比。PWM也被用于某些通信系统,其中其占空比被用来在通信通道上传递信息。
历史上,当只需要部分电力(如缝纫机电机)时,通过缝纫机脚踏板的电位器与电机串联连接,并调整流过电机的电流量,但同时也在电阻元件中浪费了电力以热量的形式。这是一种效率低下的方法,但由于总功率较低,因此是可以容忍的。这仅是控制电力的多种方法之一。
PWM调制技术的关键概念包括:
1. 脉冲宽度调制(PWM)技术是一种基于调制信号信息来改变脉冲宽度的技术。
2. PWM用于控制电器设备,尤其是惯性负载如电机。
3. PWM可以用于光伏太阳能电池充电器,通过开关控制供给负载的平均电压和电流。
4. 占空比表示开关的开启时间与关闭时间的比例,并以百分比表示,其中100%表示完全打开状态。
5. PWM的优点包括开关设备中的低功率损耗,几乎无电压降和电流通过。
6. PWM适合于数字控制,并可应用于通信系统中传输信息。
了解和应用PWM技术,对于电力电子学、电机控制、电源管理以及通信领域都具有重要意义。通过精确控制开关的开启与关闭时间比例,PWM技术能够实现对电路功率的精细调节。因此,在电源转换器、逆变器、调光器、电机控制器以及各种模拟和数字电路中,PWM技术都得到了广泛的应用。