PWM(Pulse Width Modulation)控制技术是一种广泛应用的电子信号处理方法,主要通过调整一系列脉冲的宽度来模拟所需的波形。这一技术的核心思想在于,即使脉冲的形状各异,只要它们的冲量(即脉冲面积)相等,那么在具有惯性的系统中,这些脉冲产生的效果大体相同。在低频段,这种效果尤为明显,而在高频段可能会存在微小差异。
PWM 控制的基本原理基于“面积等效原理”。这一原理在图1中得到了直观的展示,各种形状的窄脉冲在通过一阶惯性环节(如R-L电路)后,其输出响应在低频段的特性接近,只是在高频段有所区别。如果连续、周期性地应用这些脉冲,那么响应也将是周期性的,且可以通过傅里叶级数分析其频率特性。
在实际应用中,PWM 技术常用于逆变电路,尤其是在PWM型逆变电路中,它的地位举足轻重。例如,将一个正弦半波分成N等份,然后用等幅不等宽的矩形脉冲序列来替代,使得每个脉冲的面积与正弦波相应部分相等。这样的PWM波形称为SPWM(Sine Pulse Width Modulation)波形,如图3所示。通过调整脉冲的宽度,可以改变等效输出正弦波的幅值。
在电流型逆变电路中,通过PWM控制可以得到PWM电流波。这种波形不仅能够等效为直流波形,也可以等效为正弦波形,甚至可以进一步等效为其他非正弦交流波形。无论是SPWM还是其他形式的PWM控制,其基本原理都是基于面积等效,通过精确控制脉冲的宽度,来实现对输出波形的精细调控。
PWM控制技术在许多领域都有广泛的应用,包括电源转换、电机驱动、照明控制以及音频信号处理等。它的优势在于能够高效地调整功率输出,同时具有良好的动态响应和精度。通过改变PWM脉冲的宽度,可以实现对输出电压或电流的有效调节,从而达到节能、提高效率和控制性能的目的。