PWM控制技术详解：基于面积等效原理

"PWM原理及产生电路" PWM，即脉宽调制（Pulse Width Modulation），是一种广泛应用的数字控制技术，主要用于模拟信号的数字化表示和功率控制。PWM控制技术的核心思想是通过改变一系列脉冲的宽度来等效地获得所需波形，包括形状和幅值。这种技术的理论基础是“面积等效原理”，即脉冲的总能量（面积）相等时，无论脉冲的形状如何，其作用效果基本相同。 在电力电子领域，PWM技术被广泛应用于直流斩波电路、斩控式调压电路和矩阵式变频电路等。它的应用极大地提升了电力电子装置的性能，尤其是在逆变电路中的应用，使得PWM成为了电力电子技术的关键组成部分。逆变电路通常采用PWM技术，通过调整脉冲宽度，可以精确控制输出电压的平均值，从而实现电压或频率的调节。 如图6-1所示，不同形状的窄脉冲（如矩形、三角形、正弦半波）在具有惯性的环节上，如果它们的冲量（即面积）相等，那么产生的输出响应波形会基本一致。图6-2进一步展示了这一原理，不同形状的脉冲作用在同一系统上，最终得到的响应曲线是相似的。 PWM调压的基本原理如图6-3所示，电源电压US经过PWM控制后，加在负载（例如电机电枢）两端的平均电压UO可以通过改变脉冲的占空比a来调整。占空比a定义为高电平时间与整个周期T的比例。根据面积等效原理，一个占空比为a的脉冲序列在平均上等同于一个持续时间为T的恒定电压aUs。因此，通过改变a，可以无级地调整UO的大小，实现电压的调节。 在实际应用中，PWM波的周期T通常是固定的，而通过改变占空比a，就能实现输出电压UO的有效控制。例如，当a=1时，UO等于电源电压US；当a减小，UO也会相应减小。这种方法不仅简化了电路设计，还提高了效率，并允许进行精细的电压控制。 PWM技术是电力电子技术中的一个重要概念，它的原理和应用深入到电源转换、电机驱动、开关电源等多个领域。通过理解和掌握PWM，工程师能够设计出更加高效、灵活的电力电子产品。