PWM基本理论

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应用

1．0 说明

文章主要分三部分，第一部分是脉宽调制放大器的概述

及原理框图。第二部分是使用PWM 放大器设计时的注意

事项，必须阅读，每个PWM 放大器的保护特性并不完全

一样，一些设计上的错误会引起线性放大器振荡而导致

PWM 放大器的一部分保护电路损坏。最后一部分主要介

绍PWM 放大器的几种应用方式。

PWM 放大器经历了同运算放大器同样的发展过程，从

分立器件到模块化、混合电路、然后是单片集成电路。

APEX 从第一代PWM 放大器混合电路的产品开始已经在

功率、封装方面有了广泛的发展，它具有三个内部保护电

路的放大器以及低价格的产品。许多放大器具有模拟和数

字输入能力，它可以满足许多应用。

2．0 为什么用PWM 随着对功率要求的提高，各种驱动电路也就戏剧般地不断提高。具有高电压大电流的线性功放是很吸引人的，但是它的内部功耗变得很难处理，一个20A 的输出级常常需要许多20A 的半导体安装在一巨大的散热器上，通常还需要有噪音大的风扇甚至液体致冷。

图1。线性功率传输 图一说明了一个线性元件传送功率的工作方式。当输出达到最大时，驱动器将内部传输功率元件的电阻减到最小，这时电路的内部损耗相对低一些。当输出为零时，内部电阻接近无穷大，内部损耗接近零。线性电路最不利的时候是输出为50%时，此时内部电阻等于外部负载阻抗，这意味着内部功耗等于输出功率。当线性电路驱动一纯阻性负载且输出50%时，最大效率为50%，当负载呈现电抗性时，效率更低。

图2。PWM 功率传输

图二说明了PWM 的基本工作方式。PWM 控制模块将模拟信号转换成占空比可调的开关信号，随着输出电压的 提高，开关置于开的时间也随之增加。一般来讲，在开关频率的一个周期内将会发生一次开关动作，但许多设计也能实现100%的占空比。在这种工作方式下，损耗只是开关的导通电阻与电感上的电阻之和，当要求一小的占空比时，损耗还包括在续流二极管中产生的热量。大多数情况下，续流二极管的损耗很小，因为它的工作时间很短，在上的电压降只是电源电压的一小部分。 电感的作用是在开关关的时候存储能量而滤波。在这种方式下负载上的开关频率就显得很小，经验表明PWM 的可用带宽是开关频率的十分之一。感性负载有时在没有滤波器的情况下也能提供足够的滤波。 对PWM 放大器，输出要么接近电源电压要么接近零。仅仅通过改变信号的占空比就能获得连续变化的经滤波后的输出电平。相对线性电路来说，当PWM 的输出功率变化时它的效率是一常数。注意：PWM 混合电路参数表中的效率不包含滤波器的损耗，一个具有滤波电路的PWM 放大器的效率典型值从80%到95%。 在设计时，几乎所有放大器都必须能够承受最坏情况下的内部功耗一段时间（低占空比的声纳放大器除外），这段时间的长短相对于散热器将热量散去所需要的延迟时

间而定。因此这就迫使在设计时一定要让放大器在最坏的情况下具有自我致冷的能力，最坏的情况包括最大的电源工作电压，最小的负载阻抗，最高的环境温度，最低的效率，对于电抗式负载，电压和电流的相位差（最小功率因数）也必须考虑。

假设一个电路传送1KW 的峰值功率，当工作在最大输出时，90%效率的PWM 电路将产生100W 的损耗热量，理论上一个很好的线性电路传送500W 的功率时将产生500W 的损耗热量。表一显示了三种可能的设计方法。三种情况下都假设环境温度是30℃，最大壳温是85℃。并假设TO-3封装放大器的单只功率是125W 。线性电路的散热器要求安装多个部分，这样热量不会从一部分流到另一部分，线性运放要求的散热器是PWM 功放的5倍。混和线性电路最坏情况下的热量集中在一小部分，这时要求液体致冷。混合线性运放需要的散热器尺寸和重量是PWM 的5倍多。

3．0 PWM 工作方式

PWM 电路简化模式同许多开关电源电路非常相似。如果控制模块被优化产生一个宽范围的输出而不是一个固定的输出，这个功率电源就变成了一个放大器。进一步我们用四个开关组成一个H 桥在单电源下提供双向的负载电流就得到了PWM 电路。它要求负载的两边都有驱动电压，当驱动为0时，负载两边的电压是电源电压的一半。图3和4是基本的桥式工作方式和典型波形。

M I C R O T E C H N O L O G Y 应用30 PWM 基本理论

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图3。桥式电路的双极性输出

图4。H 桥波形

3．1 H 桥混合电路的基本理论

尽管单电源供电，H 桥开关电路可以实现反向驱动。注意尽管A-B 同A 的波形一样，但是它们的电压不同。Q1和Q4在每个周期的一部分时间闭合，Q2和Q3在剩下的一部分时间闭合。

图5显示了典型的APEX PWM 放大器的模块图，这些放大器的混和结构允许可以直接在每个放大器的结表面监测温度而不是监测放大器或散热器的壳。结温的直接检测消除了热阻的变化并减小了由于幅度引起的响应时间。过热保护被限制在165℃，热关断电路将所有H 桥开关管锁定在断开。拨动关断管脚或重新加电会复位放大器恢复正常工作。

3．2 电流检测，电流限制及电流关断

PWM 有两个电流限制的，第一个是高边电流限制，它只是在输出对地短路时起作用（假设具有外部电流限制），这个电路的响应时间根据Vs 的电流不同而不同，当电流是放大器额定电流的1.5倍时，限流电路需要几个开关周期时间被激活。当更高的电流被检测到，响应时间便减小。一旦检测到错误，放大器将被关断，直到重新加电。 第二个电流限制是外部电流限制，它在负载过流或输出对电源短路时起作用。外部电阻检测流过H 桥低边和地之间的电流，这个检测电压被送到SHDN/FILTER 管脚，当电压超过限制电压（看每个放大器的参数），H 桥的所有开关管在一个开关周期剩下的时间内被关断。因为检测电压也可能会有一些噪音，混合电路有一个内部滤波器。第二个外部的R-C 滤波网络允许峰值电流大于限流电阻的给定值。对于某些型号，电流限制功能常常用来根据输入逻辑电平关断放大器。

在大多数情况下（半桥除外），负载的全部电流都流过电流检测电阻。这表示检测电阻应该能够处理由它自己决定的最大电流。

注意：一些放大器，例如sa60以及其它一些放大器没有电流限制功能，但是可以用电流检测电阻实现电流环。因为这些放大器没有保护，可以用一个大的电流检测电阻限制电流（Imax=Vsupply/Rsense ）但是不要用一个太大的Rsense ，如果这样做，在Rsense 上会有一个明显的电压降-在低边输出FET 的源极和地之间。这使FET 的门驱动电路电压远远低于源极而烧毁它。

3．3精度-闭环

在闭环应用中（唯一一种提高精度的方法），一个积分误差放大器常常用来消除控制信号和反馈信号之间的差。它的输出电压将为PWM 模块提供准确的输入电压以产生合适的占空比得到所需要的输出。误差放大器的第一个作用是响应输入信号的变化，而且也能补偿反馈环中的其它变化。电源电压的变化要求调整输入信号来保持稳定的输出。H 桥开关管的阻抗，滤波器电感的阻抗以及负载的阻抗随温度变化时也需要补偿，有些控制系统例如速度控制会存在一个机械因素例如传送带的负载重量处于环路内，此时误差放大器都会补偿这些变化。PWM 放大器实现电压环和电流环并不是一件简单的事。应用41讨论了PWM 闭环控制的许多细节，建议设计者阅读该篇文章，从他们的PWM 电路寻找精确的控制方法。

PWM 电路将误差放大器的输出转换成占空比变化的驱动信号（包括0%和100%）。在输出极性的每一个变化之间插入了一个死区（所有4个FET 都关断），以阻止H 桥同一桥臂的两个FET 在同一时间导通而导致击穿尖峰电流。如果这个击穿尖峰电流存在，它将导致两个放大器和电源元件损坏。

3．4占空比

有很多方法可以将模拟信号转换成PWM 输出，下面是最常见的一种方法，是理解APEX 和其它产品及技术的基础。精确的PWM 信号的产生是建立在一个三角波参考信号上（有时简单称为RAMP ）。为了提供一个很好的参考，三角波的上升和下降段必须是线性的，最经济的产生三角波方法是用一个适度稳定的方波振荡器和一个二分频电路保证精确的50%占空比。用一个R-C 网络将方波合理地转换成一个合理的线性三角波，它是一个按指数规律

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上升和下降的三角波。仔细选择峰值电压，由三角波非线性导致的误差在开环系统中可以保证在1%左右，因为在上升时的大多数误差在下降时被补偿，在闭环系统下，非线性的影响事实上不需要注意。

图6。PWM 控制框图

图7。PWM 波形

为了产生一个PWM 信号，模拟输入电压和三角波参考电压进行比较。当输入信号大于三角波电压时，H 桥开关的A 边切换到Vs ，,B 边切换到地。同样当输入信号小于三角波电压，B 边开关切换到Vs 。图7说明了这个原理。如果输入一直在三角波的峰峰值电压内，可以获得一个无限变化的占空比。如果输入信号在三角波的峰峰值之外，则没有开关动作-此时A 边或B 边是Vs （0%或100%占空比）。

关于放大器，负载及其它邻近电路的安全性，最重要的是H 桥同一边的两个开关永远不能在同一个时间打开。本质上它会使电源到地短路，这将是不恰当的。死区是解决该问题的方法。在H 桥A 边向B 边转换的过程中有一段时间两边都不处在高电位-即死区。每个放大器根据内部开关的特性都有一个固定的死区时间。死区在占空比接近0%和100%时会引起一个小的非线性。注意在每一产品的参数表的输出占空比将从大约97%跳到100%（或3%到0%）。死区也会给系统带来一小部分无效率时间，注意有些型号有一个可以变化的开关频率。因为死区时间是不变化的，随着开关频率的提高效率将降低-死区时间在开关周期中占一个比较大的百分比。

在图7中，注意输入电压是一条直线。输入电压有可能明显变化，但是记住PWM 放大器有用的带宽明显小于开关频率。如果输入电压的转换速率接近三角波的转换速率，死区电路对保护击穿是无效的。

在死区时的输出波形主要由负载阻抗决定，死区导致电流被中断，负载或滤波器的电感在这时将释放储存的能量。虽然在框图中没有显示这一部分，但每一个功率开关都有一个二极管来回放该电流。

模块中的输出AOUT 和BOUT 不直接表示两个放大器输出管脚高和低状态。当A 边驱动为高，它打开A 输出和电源之间的开关管以及B 输出和地之间的开关管。当A 边驱动为低，这两个开关将断开。B 驱动控制桥电路中另外两个开关管。

4．0 频率，频率，频率

用PWM 设计时，开关频率是系统中的一个重要参数。大部分的APEX PWM 参数表都给出一个时钟频率。放大器内部电路将时钟频率二分频作为三角波的基础。例如，SA08的时钟频率为45KHZ ，因此开关频率为22.5KHZ 。开关频率是任何所需滤波器设计时的基础。

一些PWM 放大器包含CLK OUT 和CLK IN 管脚，通常这些管脚被简单的连在一起，因此放大器产生它自己的时钟源。然而，你可以用CLK IN 管脚同步一个系统中多个放大器的时钟频率或者用外部的时钟源。在一些情况下这可以帮助你处理EMI 问题，然而，二分频功能不保证多路放大器的三角波同相位，因此简单的用一个时钟源不允许多个放大器并联使用。一个并联电路不是简单的，它不是本篇文章关注的话题。

在任何PWM 系统中，第三个重要的频率是信号频率。在前面提到过，PWM 信号在时间上平均可以获得一个模拟输出。信号的精度和干净程度取决于多少输出脉冲被用来获得信号大小，一个原则是，模拟信号的频率的最大值是开关频率的10%，信号和开关频率之间的关系可比作模拟到数字的转换，而且必须有多少数字采样来精确地表示模拟信号的变化。

4．1时钟频率的变化

将APEX 放大器的开关频率降低或许是有益的。在一些放大器中，增加一个外部电容获得所需要的时钟频率是可行的。该时钟频率被连接到CLK IN 管脚上，电压范围是从0到Vcc 。在-PWM/RAMP 管脚和地之间连接正确的电容值使三角波峰到峰的值符合器件中的参数。

R-C 网络中电容的充放电指数决定时钟频率，不过计算新开关频率的外部电容大小只需要一个简单的比例。注意内部的固有频率误差是±2%。

Fsw(自然)*C(内部)=Fsw(需要的)*C(全部) 因此

C(外部)=（Fsw （自然）*C （内部））/（Fsw （需要的）*C （内部）） SA14举例：

需要开关频率=10KHZ 固有频率=22。5KHZ 内部电容=470pf

求 C

全部的C=1056pf 需要外部电容588pf

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650560pf 最接近标准值，对应的开关频率是10。27khz 。如果你输入一个10khz 的时钟，三角波的峰峰值性将对数据

表中的参数稍微有一点变化，但中心电压不会变。如果三

角波的电压偏离数据表中的参数很远，将会导致非线性。

5.0 PWM 的设计

PWM 放大器是大功率开关器件，它的电压和电流的转

换速率常常超过数字或模拟电路中的转换速率，即使信号

带宽不到1KHZ ，采用RF 设计工程师的观点是非常明智

的。这里有一些有用的数据，需要记住：

每英寸导线的电感是20nH

电感的电压= di/dt*L

电容的电流=dv/dt*C

一个非常好的方波=具有非常多的谐波分量

5．1电源旁路 在pwm 设计中再怎么强调这一点都不过分，大多数人都熟悉在IC 电路中增加一个旁路电容就会获得好的设计，如果不这样做，高频开关信号会在电源线上带来问题。当开关电路设计中存在这种常见的错误，不充分的电源旁路导致电源线上产生纹波和毛刺会使电路无法工作甚至损坏元件，一个好的设计应该注意元件的位置、大小、ESR 、纹波电流的容量等等。 电源旁路至少需要两个电容来满足放大器的工作。用一个至少10uF/A 电容来滤掉低频干扰信号，有些应用中需要几倍该容值的电容，具有低的ESR 的电容或许能减轻为如此大体积的电容寻找空间的负担。将电容放置在离放大器几英寸的范围内。高频旁路绝对重要！考虑频率在1到1MHZ 之间，记住许多电容在这个范围呈现感性，采用1uF 到10uF 的瓷介电容，X7R 介质的电容可以保证低的ESR 和 ESL 值，将该电容直接连接到放大器电源管脚和地之间以减小走线长度，也就是减小走线的电感量。为了说明这一点的重要性，假设电源管脚和地管脚间（即电容的两个脚连接的两端）的距离是3英寸：那么每英寸将有20nH 的寄生电感，此时电源管脚上的尖峰毛刺将等于电源电压！如果出现这种情况，信号将会失去真实性，元件上的峰值电压或许是实际信号的两倍。所以要正确地连接该电容。 旁路电容的作用是满足放大器交流电流的要求，放大器被连接它和电源间的一条导线的电感隔离。它的隔离程度随着电流的频率、幅度和距离而提高，当这个隔离阻止电流流进电源，它必须来自旁路电容，计算电容的电流是一

件麻烦的事，但是忽略它也是没有办法的。记住当选择元

件时应对它进行温度特性测量，在最大的频率和功率下运

行该系统直到温度稳定，在运行过程中，记住如果电容不

能满足额定值会爆炸。

5．2 多少电感？ 如果PWM 放大器在驱动阻性负载时，没有滤波电路将不能调制输出电压，它们只是在极性上切换。当负载的电感值很小时，由于高的纹波电流会使负载发热，即使在50%占空比时（零输出）也如此。一些负载可能会在纹波电流超过1%甚至满载电流的0。1%时性能下降。在设计中一旦纹波电流的峰-峰值已确定，可以计算出需要的最小总电感值。 它和电源电压成正比，同开关频率和Ip-p 成反比：

L=Vs/(2*F*I) 举个例子，SA01（开关频率42KHZ ）在100V 时需要300mH 以保持纹波电流在4Ap-p 以下。 5．3 关于地和布板的考虑 PWM 电路电路板的设计很难折衷考虑，因为它集高速和大电流于一体。虽然具有挑战性，一个成功的PBC 板布线并不是不可以实现的。一些常用的布板技术以及经验（包括自动布线）应用到开关设计中常常会发生问题，因此布线时应确认不能违背下面的规则： 1） 电源旁路。所有电容直接连接到电源管脚，尽可能保证走线/导线最短。用瓷介电容旁路高频成分。复习前面讨论的旁路问题。 2） 星点接地。用放大器的地作为星点的中心，确认所有的地以星点连接。由开关电路产生的di/dt 即使在很短的导体上也会产生很明显的电压而干扰低电压模拟信号。 3） 将小信号和功率地分开。将小信号地和功率地连接为一点-星点的中心。如果你的电路用到小电平逻辑信号和模拟小信号、大电流PWM 器件，使这三点的地分开，然后在一点汇接。 不正确的地将使开关噪声进入小信号模拟通道来干扰控制信号。用星点地的技术将确保大电流在一个地通道上不会给其它地上感应电压。这是唯一的一种保证参考地是干净和稳定方法。 4） 避免容性耦合反馈。在走线间和层间的寄生电容会将不需要的输出信号耦合到放大器的输入端。由于输出在几个纳秒内会变化了几百伏，计算电路中有多少pf 的耦合电容并不困难。 5） 使小信号的走线远离输出。大电流可以通过磁耦合进入到小信号部分，小信号的走线绝对不能设计在输出管脚之间。 6） 使地平面的电流达到最小。如果你确定你必须有一个地平面，不要在任何情况下将大电流的返回线连接到地平面上。 7） 使限流电阻走线尽可能的短。大多数的限流门限电压为100mv 。限流电阻中非常快的上升时间以及寄生电感可以导致错误的电流限制或使设备中的逻辑控制混乱。 如果没有注意正确的布线会使你绞尽脑汁的。

5．4 示波器的测量是正确的吗？ 可能是正确的，但是将探头连接到地上或许可以暴露问题。如果示波器显示了一个具有“地”输入，或者所有高阻抗的结点都出现不应该有的尖峰毛刺，这至少有三种可能错误。 放大器的地同示波器的输入放大器的地不同，它们的共模电压抑制比小于理想值。首先断开所有同示波器连接的其它信号电缆。如果示波器可以用电池供电，可以试一下，如果不行，在示波器的中线上安装一个地断路器。 用屏蔽探头而不要用几乎没有完全屏蔽的夹子或其它扩展器。当电压的转换速率非常高时，电容会耦合到高阻抗结点，而且开关放大器也会遇到麻烦。 探头上3到6英寸的地线或许应该拿走。它会形成一个

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感应回路，而PWM 正在传输很高的高频电流，如果幸运的话，示波器附件中会有一RF 适配器，提供小于四分之一英寸的地引脚。如果没有，买一个或自己用有弹性的线做一个。

5．5 内部功耗

PWM 放大器的大多数热原理同线性放大器是一样的。 ● 静态电流和电源电压决定静态功耗。 ● 驱动负载会产生另一部分热量。

● 散热器必须能消耗掉上面的两部分热量。 ● 壳温不能超过要求的范围。

● 负载功率会将晶体管的结温提高到壳温以上。 ● 必须检测最大的结温。

● 低壳温和低结温会提高器件的可靠性。

PWM 放大器同线性放大器的热方式有两点不同。第一，PWM 功放在加载后产生的功耗可以计算出来，这个功耗与输出电压和电源电压无关。第二，随着PWM 放大器结温的提高，它的效率会迅速降低，这意味着散热性比可靠性更重要，PWM 放大器的热设计是考虑影响电路性能因素时首先应考虑的。

首先计算PWM 驱动负载时产生的功耗，它同输出电流和PWM 的内阻有关，当高速波形出现在输出管脚时需要额外的计算，但这里着重于PWM 放大器最基本的功耗。 PWM 的内阻包括H 桥开关的电阻和所有内部金属导线的电阻。查阅放大器的数据表会发现它的值，如果内部连接导线的电阻值没有说明，表明它无关紧要。一般认为在某个温度以上内部连接导线的电阻是一常数，但FET 的电阻同温度有关。选择最大结温作为您的设计标准，找出最大结温时的FET 阻值，用公式I*I*R 计算PWM 的功耗。这只是一个小电流、所有功率管为N 通道时的简单计算方法，如果还用到P 通道的FET ，需要另外的计算。上面的功耗计算加上静态功耗便是所有加在散热器上的热量，如果放大器还有一个低电压源管脚，还要加上它的功耗。 知道了所有的内部功耗后便可以决定散热器的要求。根据您的设计选择最大的壳温，壳温不能超过器件的工作温度（产品参数表中最后一行），R θCS 是封装到散热器的热阻。

最后一项是检查结温，也就是用一个FET 的功耗乘以放大器的热阻加上壳温。关于SA01，使用P 通道的功耗，在有些型号里有P 沟道的功率管，因为P 沟道功率管的导通电阻比N 沟道的高，因此应该用P 沟道功率，N 沟道的FET 运行温度会低一些。确定特定的结温时可以先找出合适的内部功耗，然后用功率衰减曲线来确保结温不超过150℃。

举例：SA01的电源电压70V ，输出电流10A ，最大环境温度35℃。设计要求壳温和结温不超过数据表中最大值。

● 静态功耗=70V*90mA=6.3W

● N 通道功耗=10*10*0.145=14.5W ● P 通道功耗=10*10*0.26=26W ● 内部连线功耗=10*10*0.05=5W ● 全部功耗=51.8W ● 最大温升范围=85℃-35℃=50℃ ● R θCS=0.02℃/W

● 散热器最大值=50℃/51.8W-0.02℃/W=0.95℃/W ● 结温=85℃+26W*1℃/W=111℃

这个例子的实际工作温度比上面的计算温度要低，这似乎表明结温比假设的起点低而且FET 的导通阻值更低。根据上面假设的111℃结温，得知将产生一个1.1℃/W 的散热器，用1.1℃/W 的散热器计算将产生106℃的最大结温。这里将还有一个很小的安全裕量，因为N 通道的结温比P 通道的结温低。

有趣的是散热器不仅能解决放大器热的问题，而且也可以通过保持在低阻值提高效率。在低温时，FET 的导通电阻比较低，因此损耗也降低。最终，用一个更大的散热器将提高效率及保护设备。

6．0 PWM 传输功能

一个线性电路的传输功能很简单：V out=Vin*增益。，大多数运算放大器的电源抑制比都很高，因此可以忽略电源变化的影响。热影响通常处于第二个位置，而且负载的变化对输出电压的影响也很小。当然，运算放大器总是运行在闭环方式下。

PWM 在闭环形式下可以提供相似的功能。如何闭环是另外一个话题，但是理解PWM 的开环工作是很重要的。PWM 放大器容易受各种变化的影响，而这种变化很少影响一个线性设计，或者说比用PWM 设计受到的影响小。这里的讨论说明了大多数PWM 系统闭环的重要性。 下面是PWM 放大器的传输功能：

V o=输出电压（被滤波的电压） Vmid=三角波的中心电压 Vpk=三角波的峰峰值电压 Vin=输入电压 Vs=电源电压 Io=输出电流

Ron=全部导通电阻（如果是1/2桥是一个开关，如果是全桥是两个开关）

上面的公式反映了输出电压和输入电压，三角波，以及开关损耗的关系，在上面的公式中有几点需要注意。 **没有电源调整率。当电源变化时，负载也会变化。 **负载调整率差。当负载变化时，输出电流将变化，因此输出电压也会由于Io*Ron 而变化。

**PWM 放大器对温度敏感，在前面的讨论中，导通电阻会随温度的变化而变化。因为Ron 是输出电压的一个因子，也需要考虑它的影响

因此，很容易看出pwm 的开环工作方式精度很差。pwm 放大器闭环或整个系统闭环方式是一样有效的。有时候很简单，有时在PWM 运放周围闭环也并不容易。它可以消除上面提到的所有影响以及其它一些没有提到的影响。在应用41里讨论了几种模拟闭环方法以及如何使用功率设计软件帮助设计。

7．0 数字接口技术

Apex PWM 放大器设计的是一个模拟产品。前面大部分的讨论已经假设输入信号是模拟的，

并同一个三角波比

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较产生PWM 信号。但是，有一个例外，Apex PWM 放大器也可以用数字信号驱动。下面的讨论解释Apex PWM 放大器如何同一个DSP 或微型控制器产生的数字信号接口。 大多数的Apex PWM 放大器有两个输入，PWM+和PWM-/RAMP 。在PWM+输入逻辑信号，可以用数字信号控制放大器。为了数字信号能够正确的工作，PWM-/RAMP 必须偏置到1/2的逻辑电平。举个例子，对于一个5V 的逻辑电平，将PWM-/RAMP 偏置到2.5V 。虽然对偏置电压的精确度要求并不严格，但是用一个低阻抗的参考电压是很重要的，因为PWM-/RAMP 管脚有一个内部产生的三角波，它必须被充分地克服以保证比较器正确的工作。

当采用数字控制方式时，或许不会使用内部时钟。毕竟，如果DSP 或微型控制器能产生PWM 频率，就没有理由使用内部时钟，然而一个不明显的原因有时还需要保持CLK IN 管脚的连接。对于具有限流电路的放大器，低边限流激活是每一个时钟周期被复位一次。如果CLK IN 管脚没有信号，电流限制管脚上的任何激活低边限流的信号将会关断放大器直到重新加电。

7．1 提高速度的危险 在大多数情况下，Apex PWM 放大器内部的时钟频率提供了一个合理的效率，同时保持了一个合理的带宽，但是有时会要求比内部时钟频率提供的带宽更宽的情况，通过用PWM 数字控制，你可以拓展不能得到的带宽。如果在实现过程中不注意，结果会导致放大器损坏。

实际上快的开关频率是危险的。当输入周期接近输出驱动信号的上升时间时，放大器以及周围的元件和负载存在潜在的被损坏的危险。当输入信号变化的非常快使输出不能跟随，放大器内的控制电路会变得混乱。

当选择一个PWM 的频率时，要注意下面的原则： 1） 不能将开关频率提高到手册中给出的放大器的开

关频率的两倍。

2） 不能输入任何小于2us 宽的脉冲

8．0 典型应用

下面讨论几个设计例子。在大多数情况下，实际放大器的型号并不重要，而且几乎任何型号都可以工作在同样的拓扑电路中。然而，在设计当中要注意放大器的电源电压或频率。

8．1 电机速度控制

图8 PWM 速度控制

图8是用一个测速计反馈的PWM 速度环控制的例子：7.5V 的参考电压将误差放大器的同相端偏置到2V 到8V 共模电压范围的中间，增益调节电位器纠正误差放大器失调电压、反相端3.83Kohm 偏置电阻的误差、甚至输入电压的偏移带来的一些误差，470ohm 电阻同两个电容形成低通滤波器抑制开关频率，它或许可以通过电机的测速计耦合到反馈回路里。增益调节电位器补偿测速计内部电阻和精度的变化，以及反馈环内其它电阻的误差。10K 的输入电阻将电路的整个增益设为3.4，选择3.83K 电阻使误差大器的反相端当输入和反馈电压都为零时偏置到5V 。选择两个R-C 网络是为了在系统最大响应时间时提供系统的稳定性，其参数值应根据电机参数和机械负载特性来决定。

8．1 电机位置控制

图9显示的位置传感器是最简单形式之一，例如可以选择光电编码器，LVDT 传感器，可变电容变换器等等。此外，误差放大器的输入被偏置到5V 。30K 的输入和反馈电阻将设置合适的增益，而且对反相输入端进行偏置，使共模电压工作在误差放大器允许的范围内，如果系统在一极限位置，然后非常快的转到相对的极限位置，这三个30K 电阻通过提高两个10V 输出到汇接点的阻抗以及在输入端提高结点到地的阻抗来阻止共模电压问题的出现。

8.2常见的电压反馈电路

图10。SA01的电压反馈

图10是一差分输入，控制输出电压的电路，它同差

分放大器的结构类似。在SA01封装里包含有误差放大器，

因此电路可以真正做得很小。信号增益是2*RF/RI，另外，

两个上拉电阻将误差放大器的输入端偏置到共模电压范

围内，当输入为零将这个值偏到5V，使两个输出为电源

电压的一半（50%占空比），而负载驱动电压为零。这意

味着电阻的匹配变得非常严格，应该注意到尽管信号增益

是20，但增益失调误差是50，因为输入有效阻抗是信号

的输入电阻和上拉电阻的并联。

8．3 可编程数字电流源

图11显示了一个可编程的数字电流源。对于单极性

电流源只需要半桥。在半桥电路里，电流检测电阻必须同

负载串联以检测电流。用一个具有很高共模电压抑制比的

放大器检测电流流过检测电阻上的电压并反馈到控制器

上。

9.0 结束语

开关放大器解决了大功率驱动时要求一个巨大的散热

器的问题，混合PWM放大器加速了设计过程。SA01由

于提供了保护电路大大提高了错误保护功能，这是分离器

件不能完成的。

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脉宽调制(PWM)技术在电力电子电路的应用

摘要 【摘要】脉冲调制（PWM）技术最早起源于通信技术的调制、解调的思想，并将这种思想推广到测量、电力电子领域。随着全控型器件的发展与微处理器的出现，PWM技术已经变成为了电力电子领域中的重要技术，特别是在斩波电路、逆变电路。本文主要研究了PWM技术的理论基础（面积等效原理）及其控制原理;分析了在PWM控制下降压斩波电路的工作情况，并用matlab建模；分析了在180°方波控制与SPWM控制两种方法下三相桥式逆变电路的工作状态，对比两种方法的优劣，并考虑了加入死区时间对SPWM的影响。结合异步电机变频调速的相关原理，对SPWM技术控制下的逆变电路进行变化，通过控制输出电压的变化来实现变频调速。选择具体的电路，根据理论分析计算相关的参数。使用Matlab软件进行搭建仿真电路，将仿真得到的数据、波形与理论分析相互分析对照，总结其特点。 【关键词】PWM；DC–DC；DC-AC；MATLAB仿真 I

Abstract 【ABSTRACT】Pulse modulation (PWM) technology originated in the communication technology modulation, demodulation of the idea, and this idea extended to the field of measurement, power electronics. With the development of full-controlled devices with the advent of microprocessors, PWM technology has become an important technology in the field of power electronics, especially in chopping circuits, inverting circuits. This paper mainly studies the theoretical basis of the PWM technology (area equivalent principle) and its control principle. The work of the step-down chopper circuit under PWM control is analyzed and modeled by matlab. The analysis of the 180 ° square wave control and SPWM Control the working state of the three-phase bridge inverter circuit under the two methods, compare the advantages and disadvantages of the two methods, and consider the influence of adding dead time to SPWM. Combined with the principle of asynchronous motor frequency control, SPWM technology under the control of the inverter circuit changes, by controlling the output voltage changes to achieve frequency control. Select the specific circuit, according to the theoretical analysis of the relevant parameters. Using Matlab software to build simulation circuit, the simulation of the data, waveform and theoretical analysis of each other analysis, summed up its characteristics. 【KEYWORDS】PWM ;DC –DC ;DC-AC ; MATLAB simulation

单片机如何产生PWM

单片机产生PWM 1.PWM定义 脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 2.PWM控制的基本原理 理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理： 分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述

脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。 图2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 3. PWM相关概念 占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间与该PWM的时钟周期的时间之比 如，一PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，如果高电平出现的时间是200us，那么低电平的时间肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是说PWM的占空比就是1：5。 分辨率：占空比最小能达到的值，如8位的PWM，理论的分辨率就是1：255(单斜率)， 16位的的PWM理论就是1：65535(单斜率)。 频率：如16位的PWM，它的分辨率达到了1：65535，要达到这个分辨率，T/C就必须从0计数到65535才能达到。相对于周期就是65535*计数脉冲时间。 双斜率 / 单斜率： 假设一个PWM从0计数到80，之后又从0计数到80.......这个就是单斜率。 假设一个PWM从0计数到80，之后是从80计数到0.......这个就是双斜率。

合泰单片机生成pwm

#include "HT66FU70A.h" #define RS _pc0 #define RW _pc1 #define E _pd6 float ad_shidu; //湿度变量 float ad_wendu; //温度变量 char Sunshine; //光照变量 char timer0_cnt; long int m; unsigned int temp=0; void ad_init(void) //A/D转换初始化 { //8分频;内部1.25V电压除能;内部参考电源电压来源于VDD _adcr1 = 0x03; //启动A/D转换模块(ADCR0寄存器第5位) _adoff = 0; } void ad_pa1(void) //pa1端口ad配置 { //定义PA1为A/D输入，即AN1 _pas0 = 0x30; //选择模拟通道AN1；ADC数据高字节是ADRH的第7位，低字节是ADRL的第4位_adcr0 = 0x01; } void ad_pa3(void) //pa3端口ad配置 { //定义PA1为A/D输入，即AN1 _pas1 = 0x30; //选择模拟通道AN1；ADC数据高字节是ADRH的第7位，低字节是ADRL的第4位_adcr0 = 0x03; } //开始进行ad转换 void ad_switch(void)

{ //ADCR0寄存器第七位 _start=1; //start位0->1->0，表示启动A/D转换 _start=0; } void pwn_1(void) { _pcc5=0; //输出 _pcpu5=1; //上拉 // _pc5 = 1; _pcs2 |= (2 << 4); //PC5 功能选择为TM1输出 // _tm1c1=0b10101000; // _tm1c0=0b00001111; _tm0c0 |= (0 << 4); //fsys/4 _tm0c0 |= (1 << 0); //CCRP:001b _tm0al = 0x3f; _tm0ah = 0x00; _tm0c1 |= (2 << 6); //PWM模式 _tm0c1 |= (2 << 4); //PWM 输出 _tm0c1 |= (1 << 3); //高有效 _tm0c1 &=~(1 << 1); //CCRP-周期CCRA-占空比_tm0c0 &=~(1 << 7); //运行定时器 _tm0c0 |= (1 << 3); //计数器On /*_tm0c0 |= (1 << 3); //计数器On*/ } void pwn_2(void) { _pcc6=0; //输出 _pcpu6=1; //上拉 // _pc5 = 1; _pcs3 |= (1 << 0); //PC5 功能选择为TM1输出 // _tm1c1=0b10101000; // _tm1c0=0b00001111; _tm0c0 |= (0 << 4); //fsys/4 _tm0c0 |= (1 << 0); //CCRP:001b _tm0al = 0x3f; _tm0ah = 0x00; _tm0c1 |= (2 << 6); //PWM模式 _tm0c1 |= (2 << 4); //PWM 输出 _tm0c1 |= (1 << 3); //高有效

NE555PWM脉宽调制电路分析与实验

NE555PWM脉宽调制电路 PWM称之为脉冲宽度调制信号，利用脉冲的宽度来调整亮度，也可用来控制DC马达。PWM脉冲宽度调制信号的基本频率至少约400HZ-10KHZ，当调整LED的明或暗时，这个基本的频率不可变动，而是改变这个频率上方波的宽度，宽度越宽则越亮、宽度越窄则越暗。PWM是控制LED的点亮时间，而不是改变输出的电压来控制亮度。 图1-5 PWM脉宽调制图片 以下为PWM工作原理: reset接脚被连接到+V，因此它对电路没有作用。 当电路通电时，Pin 2 (触发点)接脚是低电位，因为电容器C1开始放电。这开始振荡器的周期，造成第3接脚到高电位。当第3接脚到高电位时，电容器C1开始通过R1和对二极管D2充电。当在C1的电压到达+V的2/3时启动接脚6，造成输出接脚(Pin3)跟放电接脚(Pin7)成低电位。 当第3接脚到低电位，电容器C1起动通过R1和D1的放电。当在C1的电压下跌到+V的1/3以下，输出接脚(Pin3)和放电接脚(Pin7)接脚到高电位并使电路周期重复。 Pin 5并没有被外在电压作输入使用，因此它与0.01uF电容器相接。 电容器C1通过R1及二极管，二极管一边为放电一边为充电。充电和放电电阻总和是相同的，因此输出信号的周期是恒定的。工作区间仅随R1做变化。 PWM信号的整体频率在这电路上取决于R1和C1的数值。 公式：频率(Hz)= 1.44/(R1 * C1)

利用555定时器实现宽范围脉宽调制器(PWM) 脉宽调制器(PWM)常常用在开关电源(稳压)中,要使开关电源稳压范围宽(即输入电压范围大)，可利用555定时器构成宽范围PWM。 仅需把一个二极管和电位计添加到异步模式运转的555定时器上，就产生了一个带有可调效率系数为1%到99%的脉宽调制器(图1)。它的应用包括高功率开关驱动的电动机速度控制。 图1：在555定时器电路中增加一个二极管和电位计可构成一个宽范围PWM。/TD> 这个电路的输出可以驱动MOSFET去控制通过电动机的电流，达到平滑控制电动机速度9 0%左右。这也应用于灯光的控制，灯光的强度可得以有效控制。 另一个应用是在开关式电源。PWM调整允许一个可变的输出电压。可通过555定时器(5个引脚)VC终端的反馈来调节电压。一个超过调节阈值限制的输出电压将提前结束基于周期

脉宽调制(PWM)的基本原理及其应用实例

脉宽调制(PWM)的基本原理及其应用实例 脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 模拟电路 模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V, 5V}这一集合中取值。 模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。 尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。 数字控制 通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。 简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 图1显示了三种不同的PWM信号。图1a是一个占空比为10%的PWM输出，即在信号周期中，10％的时间通，其余90％的时间断。图1b和图1c显示的分别是占空比为50%和90%的PWM 输出。这三种PWM输出编码的分别是强度为满度值的10%、50%和90%的三种不同模拟信号值。例如，假设供电电源为9V，占空比为10%，则对应的是一个幅度为0.9V的模拟信号。 图2是一个可以使用PWM进行驱动的简单电路。图中使用9V电池来给一个白炽灯泡供电。如果将连接电池和灯泡的开关闭合50ms，灯泡在这段时间中将得到9V供电。如果在下一个50ms中将开关断开，灯泡得到的供电将为0V。如果在1秒钟内将此过程重复10次，灯泡将会点亮并象连接到了一个4.5V电池(9V的50%)上一样。这种情况下，占空比为50%，调制频率为10Hz。 大多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz。设想一下如果灯泡先接通5秒再断开5秒，然后再接通、再断开……。占空比仍然是50%，但灯泡在头5秒钟内将点亮，在下一个5秒钟内将熄灭。要让灯泡取得4.5V电压的供电效果，通断循环周期与负载对开关状态变化的响应时间相比必须足够短。要想取得调光灯(但保持点亮)的效果，必须提高调制频率。在其他PWM应用场合也有同样的要求。通常调制频率为1kHz到200kHz之间。

51单片机产生PWM的程序

51单片机产生PWM的程序 其中P1.3 P1.4是两个输出/**************************************************************** *程序思路说明： * * *关于频率和占空比的确定，对于12M晶振，假定PWM输出频率为1KHZ,这样定时中断次数 * *设定为C=10，即0.01MS中断一次，则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时间为0.01ms，这样可以设定占空比可从1-100变化。即0.01ms*100=1ms * ***************************************************************** *************/ #include #define uchar unsigned char /**************************************************************** ************* * TH0和TL0是计数器0的高8位和低8位计数器，计算办法:TL0=(65536-C)%256; * * TH0=(65536-C)/256,其中C为所要计数的次数即多长时间产生一次中断；TMOD是计数器*

* 工作模式选择，0X01表示选用模式1,它有16位计数器，最大计数脉冲为65536,最长时 * * 间为1ms*65536=65.536ms * ***************************************************************** *************/ #define V_TH0 0XFF #define V_TL0 0XF6 #define V_TMOD 0X01 void init_sys(void); /*系统初始化函数*/ void Delay5Ms(void); unsigned char ZKB1,ZKB2; void main (void) { init_sys(); ZKB1=40; /*占空比初始值设定*/ ZKB2=70; /*占空比初始值设定*/ while(1) {

PWM的工作原理

PＷM得工作原理 脉宽调制PWM就是开关型稳压电源中得术语。这就是按稳压得控制方式分类得，除了PWM型,还有PFM型与ＰＷM、ＰFＭ混合型。脉宽宽度调制式（ＰWM）开关型稳压电路就是在控制电路输出频率不变得情况下，通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压得目得。 随着电子技术得发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、ＳPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用得脉宽PＷM法，它就是把每一脉冲宽度均相等得脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列得周期可以调频,改变脉冲得宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM得周期、ＰＷM 得占空比而达到控制充电电流得目得。 pwm得定义 脉宽调制(PＷＭ）就是利用微处理器得数字输出来对模拟电路进行控制得一种非常有效得技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换得许多领域中. 模拟信号得值可以连续变化，其时间与幅度得分辨率都没有限制.9V电池就就是一种模拟器件，因为它得输出电压并不精确地等于９Ｖ,而就是随时间发生变化,并可取任何实数值。与此类似,从电池吸

收得电流也不限定在一组可能得取值范围之内。模拟信号与数字信号得区别在于后者得取值通常只能属于预先确定得可能取值集合之内，例如在｛０V,5V}这一集合中取值. 模拟电压与电流可直接用来进行控制,如对汽车收音机得音量进行控制。在简单得模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时,电阻值变大或变小;流经这个电阻得电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器得电流值,使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路得输出与输入成线性比例. 尽管模拟控制瞧起来可能直观而简单,但它并不总就是非常经济或可行得。其中一点就就是,模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题得精密模拟电路可能非常庞大、笨重（如老式得家庭立体声设备）与昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流得乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值得大小。 通过以数字方式控制模拟电路,可以大幅度降低系统得成本与功耗.此外，许多微控制器与DＳＰ已经在芯片上包含了ＰＷＭ控制器，这使数字控制得实现变得更加容易了。 pwm得工作原理 脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同得矩形脉冲构成，其占空比与信号得瞬时采样值成比例.图１所示为脉冲宽度调制系统得原理

单片机PWM(脉冲宽度调制)原理与实现

、PWM原理 2、调制器设计思想 3、具体实现设计 一、PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）原理： 脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。图1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。 通过图1b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻t k时的语音信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs< （1） 其中，x{t}是离散化的语音信号；Ts是采样周期；是未调制宽度；m是调制指数。 然而，如果对矩形脉冲作如下近似：脉冲幅度为A，中心在t = k Ts处，在相邻脉冲间变化缓慢，则脉冲宽度调制波xp(t)可以表示为： （2） 其中，。无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语音信号x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。当时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。 二、数字脉冲宽度调制器的实现： 实现数字脉冲宽度调制器的基本思想参看图2。 图中，在时钟脉冲的作用下，循环计数器的5位输出逐次增大。5位数字调制信号用一个寄存器来控制，不断于循环计数器的输出进行比较，当调制信号大于循环计数器的输出时，比较器输出高电平，否则输出低电平。循环计数器循环一个周期后，向寄存器发出一个使能信号EN，寄存器送入下一组数据。在每一个计数器计数周期，由于输入的调制信号的大小不同，比较器输出端输出的高电平个数不一样，因而产生出占空比不同的脉冲宽度调制波。 图3 为了使矩形脉冲的中心近似在t=kTs处，计数器所产生的数字码不是由小到大或由大到小顺序变化，而是将数据分成偶数序列和奇数序列，在一个计数周期，偶数序列由小变大，直到最大值，然后变为对奇数序列计数，变化为由大到小。如图3例子。 奇偶序列的产生方法是将计数器的最后一位作为比较数据的最低位，在一个计数周期内，前半个周期计数器输出最低位为0，其他高位逐次增大，则产生的数据即为偶数序列；后半个周期输出最低位为1，其余高位依次减小，产生的数据为依次减小的偶序列。具体电路可以由以下电路图表示： 三、8051中的PWM模块设计：

按键控制单片机PWM输出设计

学号1322010110 天津城建大学 单片机原理及应用A课程 设计说明书 按键控制单片机PWM输出设计起止日期：2016年05月30日至2016年6月10日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 控制与机械工程学院 2016年6月10日

目录 第一章系统方案设计 (1) 1.1 PWM (1) 1.2 STC12C5A60S2简介 (1) 1.3 仿真工具介绍 (2) 1.3.1 Protues简介 (2) 1.3.2 Keil uVision3简介 (4) 第二章硬件电路设计 (5) 2.1 复位电路 (5) 2.2 时钟电路 (5) 2.3 按键中断 (5) 2.4 显示电路 (6) 第三章程序设计流程图 (7) 第四章系统仿真 (8) 4.1 仿真图 (8) 4.2 程序 (8) 4.3 PCB.................................................................................................................. 错误!未定义书签。参考资料 ....................................................................................................................... 错误!未定义书签。

第一章系统方案设计 1.1 PWM PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。 1.2 STC12C5A60S2简介 STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。 1）管脚说明: 1、P0.0~P0.7 P0：P0口既可以作为输入/输出口，也可以作为地址/数据复用总线使用。当P0口 作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线A0~A7，数据线D0~D7 2、P1.0/ADC0/CLKOUT2 标准IO口、ADC输入通道0、独立波特率发生器的时钟输出 3、P1.1/ADC1 4、P1.2/ADC2/ECI/RxD2 标准IO口、ADC输入通道2、PCA计数器的外部脉冲输入脚，第二串口数据接收端 5、P1.3/ADC3/CCP0/TxD2 外部信号捕获，高速脉冲输出及脉宽调制输出、第二串口数据发送端 6、P1.4/ADC4/CCP1/SS非 SPI同步串行接口的从机选择信号 7、P1.5/ADC5/MOSI SPI同步串行接口的主出从入(主器件的输入和从器件的输出) 8、P1.6/ADC7/SCLK SPI同步串行接口的主入从出 9、P2.0~P2.7 10、P2口内部有上拉电阻，既可作为输入输出口(8位准双向口)，也可作为高8位地址总线使用。 11、P3.0/RxD 标准IO口、串口1数据接收端 12、P3.1/INT0非 外部中断0，下降沿中断或低电平中断 13、P3.3/INT1 14、P3.4/T0/INT非/CLKOUT0 定时器计数器0外部输入、定时器0下降沿中断、定时计数器0的时钟输出 2）A/D转换器的结构： STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口，有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHz(25万次/秒)。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型IO口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D 转换，不须作为A/D使用的口可继续作为IO口使用。 单片机ADC由多路开关、比较器、逐次比较寄存器、10位DAC、转换结果寄存器以及ADC_CONTER

脉冲宽度调制(PWM)技术

脉冲宽度调制(PWM)技术 在电力电子变流器控制系统中，对于控制电路的要求往往是除能够控制负载的加电与断电外，还应该能够控制加载到负载上的电压高低及功率大小。在大功率电力电子电路中，控制加载至负载上电压及功率的实用方法就是脉冲宽度调制(pulse width modulation, PWM)。 1. 面积等效原理 在控制理论中，有一个重要的原理，即冲量等效原理：大小、波形不相同的窄脉冲变量(冲量)作用在具有惯性的环节上时，只要这些变量对时间的积分相等，其作用的效果将基本相同。这里所说的效果基本相同是指惯性环节的输出响应波形基本相同。例如，下图1示出的三个窄脉冲电压波形分别为矩形波、三角波和正弦波，但这二个窄脉冲电压对时间的积分相等，或者说它们的面积相等。当这三个窄脉冲分别作用在只有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。因此，冲量等效原理也可以称为面积等效原理。 从数学角度进行分析，对上图1所示的三个窄脉冲电压波形进行傅里叶变换，则其低频段的特性非常相近，仅在高频段有所不同，而高频段对于具有惯性负载的电路影响非常小。由此进一步证明了面积等效原理的正确性。 2. 脉冲宽度调制技术

依据面积等效原理，在电路中可以利用低端电源开关或高端电源开关，以一定频率的导通和截止连续切换，使电源电压U i以一系列等幅脉冲(或称为矩形波)的形式加载到负载上，加载在负载上的电源电压Uo波形如图2所示。 图2所示的矩形波的电压平均值： 此式表明在一个脉冲周期内，电压的平均值与脉冲的占空比是成正比的，于是，可以通过改变脉冲的占空比来调整加载到负载上的电压大小。当占空比小时，加载到负载上的平均电压就低，即加载到负载上的功率小；而占空比大时，加载到负载上的平均电压就高，加载到负载上的功率大。这种通过等幅脉冲调节负载平均电压及功率的方法称为脉冲宽度调制，也称为斩波控制。 采用脉冲宽度调制方式为负载供电，由于供电电压是脉动的，势必会产生出各种谐波。为了明确脉冲宽度调制技术对负载产生的影响，且考虑此分析结果便于以后章节引用，可将图2所示的等幅脉冲序列描述为 式中，G(t)为开关函数，其波形如图3所示。 在此式中，第一项DUi是等幅脉冲序列的直流成分，也即输出电压的平均值。可见，输出电

单片机设计PWM三种方式

第一次学单片机，学到PWM 的时候刚好有很多事，就学的很是纠结。今晚不对是今晨，大概三点半有了一点思路，写下来，以飨初学者。 设计思路： A.单纯的通过延时程序，让单片机在某段时间内输出高电平，另一段时间内输出低 电平。思路很简单，但是稳定性有待商榷，频率不可调。 B.利用一个定时器，提高计时精度，if 语句 if(num == 1) // 设定占空比80% { led = 1; } else if(num == 5) { num = 0; led = 0; } 此方法稳定性也不是很高有大概10% 的占空比波动，当然也可以按位取反，不过占空比就只能是50% 了有一个人，做而论道这是他的百度 用户名，很强的一个人，使用三个定时器一个T0 控制频率两个外部中断INT0 INT1 分别控制pwm 的加减并且用数码管输出占空比的级数，程序摘录如 下，调节占空比的部分比较出彩 //========================================== #include unsigned int a, b; // ---------------------------- void main() { TMOD = 0x01; //T0 定时方式 1 TH0 = (65536-50000) / 256; //50ms@12MHz TLO = (65536-50000) % 256; TRO = 1; ET0 = 1; EX0 = 1; EX1 = 1;

IT0 = 1; IT1 = 1; EA = 1; a = 0; b = 10; while(1); } // ---------------------------- void time0() in terrupt 1 { TL0 = (65536-50000) % 256; TH0 = (65536-50000) / 256; 〃50ms@12MHz a++; if(a == 20) a = 0; // 在这里调整周期. if(a < b) P2 = 0xff; // 在这里调整占空比. else P2 = 0x00; P0 = ((b / 10) << 4) + b % 10; // 显示占空比等级 } // ---------------------------- void X0_INT() in terrupt 0 { b++; if(b > 19) b = 19; // 占空比等级最大为19 } // ---------------------------- void X1_INT() in terrupt 2 { b--; if(b < 1) b = 1; // 占空比等级最小为1. } //========================================== 原文链接关于MCS-51单片机实现PW啲方法_做而论道的空间_百度空间 C.在定时器里开启定时器，需要两个定时器，第一个控制频率，第二个控制 占空比稳定性非常高。 #include

PWM (脉冲宽度调制)原理与实现

PWM (脉冲宽度调制)原理与实现 1、PWM原理 2、调制器设计思想 3、具体实现设计 一、PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）原理： 脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。图1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。 通过图1b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻t k时的语音信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs<

其中，。无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语 音信号x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。当时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。 二、数字脉冲宽度调制器的实现： 实现数字脉冲宽度调制器的基本思想参看图2。 图中，在时钟脉冲的作用下，循环计数器的5位输出逐次增大。5位数字调制信号用一个寄存器来控制，不断于循环计数器的输出进行比较，当调制信号大于循环计数器的输出时，比较器输出高电平，否则输出低电平。循环计数器循环一个周期后，向寄存器发出一个使能信号EN，寄存器送入下一组数据。在每一个计数器计数周期，由于输入的调制信号的大小不同，比较器输出端输出的高电平个数不一样，因而产生出占空比不同的脉冲宽度调制波。 图3 为了使矩形脉冲的中心近似在t=kTs处，计数器所产生的数字码不是由小到大或由大

PWM脉宽调制方法介绍

脉冲宽度调制 脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。 许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作： * 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 * 在PWM控制寄存器中设置接通时间 * 设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚 * 启动定时器 * 使能PWM控制器 PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。 总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。 几种PWM控制方法 采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些

脉冲宽度调制(PWM)技术原理

一、PWM技术原理 由于全控型电力半导体器件的出现，不仅使得逆变电路的结构大为简化，而且在控制策略上与晶闸管类的半控型器件相比，也有着根本的不同，由原来的相位控制技术改变为脉冲宽度控制技术，简称PwM技术。PwM技术可以极其有效地进行谐波抑制，在频率、效率各方面有着明显的优点使逆变电路的技术性能与可靠性得到了明显的提高。采用PwM方式构成的逆变器，其输人为固定不变的直流电压，可以通过PwM技术在同一逆变器中既实现调压又实现调频。由于这种逆变器只有一个可控的功率级，简化了主回路和控制回路的结构，因而体积小、质量轻、可靠性高。又因为集凋压、调频于一身，所以调节速度快、系统的动态响应好。此外，采用PwM技术不仅能提供较好的逆变器输出电压和电流波形，而且提高了逆变器对交流电网的功率因数。把每半个周期内，输出电压的波形分割成若干个脉冲，每个脉冲的宽度为每两个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比γ为此时，电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，也同样可以实现变频也变压的效果。 二、正弦波脉宽调制(sPwM） 1．sPwM的概念工程实际中应用最多的是正弦PwM法(简称sPwM)，它是在每半个周期内输出若干个宽窄不同的矩形脉冲波，每一矩形波的面积近似对应正弦波各相应每一等份的正弦波形下的面积可用一个与该面积相等的矩形来代替，于是正弦波形所包围的面积可用这N个等幅(Vd)不等宽的矩形脉冲面积之和来等效。各矩形脉冲的宽度自可由理论计算得出，但在实际应用中常由正弦调制波和三角形载波相比较的方式来确定脉宽：因为等腰三角形波的宽度自上向下是线性变化的，所以当它与某一光滑曲线相交时，可得到一组幅值不变而宽。度正比于该曲线函数值的矩形脉冲。若使脉冲宽度与正弦函数值成比例，则也可生成sPwM波形。在工程应用中感兴趣的是基波，假定矩形脉冲的幅值Vd恒定，半周期内的脉冲数N也不变，通过理论分析可知，其基波的幅值V1m脉宽δi有线性关系在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图5 3所示；这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，称为正弦波脉宽调制。sPwM方式的控制方法可分为多种。从实现的途径可分为硬件电路与软件编程两种类型；而从工作原理上则可按调制脉冲的极性关系和控制波与载波间的频率关系来分类。按调制脉冲极性关系可分为单极性sPwM和双极性sPwM两种。 3．双极性sPwM法双极性控制则是指在输出波形的半周期内，逆变器同一桥臂中的两只元件均处于开关状态，但它们之间的关系是互补的，即通断状态彼此是相反交替的。这样输出波形在任何半周期内都会出现正、负极性电压交替的情况，故称之为双极性控制。与单极性控制方式相比，载波和控制波都变成了有正、负半周的交流方式，其输出矩形波也是任意半周中均出现正负交替的情况 4．sPwM生成方法正弦脉宽调制波(sPwM)的生成方法可分为硬件电路与软件编程两种方式。按照前面讲述的PWM逆变电路的基本原理和控制方法，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对功率开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波形。但这种模拟电路结构复杂，难以实现精确的控制。微机控制技术的发展使得用软件生成的SPWM波形变得比较容易，因此，目前SPWM波形的生成和控制多用微机来实现。本节主要介绍用软件生成SPWM波形的几种基本算法。

51系列单片机输出PWM的两种方法

51系列单片机输出PWM的两种方法 51系列单片机无PWM输出功能，可以采用定时器配合软件的方法输出。对精度要求不高的场合，非常实用。电路图见图一，采用了高速光隔（6N137）输出，并将PWM的信号倒相。 一、原理原理图 图一 二、固定脉宽PWM输出 用T0定时器完成PWM输出，脉宽固定：65536微妙。T0定时器设置成：16位定时器 PWM： 程序清单：(12MHz) PwmData0 ；T0定时t1所需的定时初值（字）

PwmData1 ；T0定时t2所需的定时初值（字） PwmF ；PWM输出标志 ;********************************************************* setb tro ;启动T0 。。。。。。 T0Int：；T0中断服务程序 JB PwmF ，PwmOutH ；PWM输出未完成返回 Mov TH0,High(PwmData0) Mov TL0,Low(PwmData0) Setb tr0 Setb PwmF Clr p1.0 ;PWM输出脚 reti PwmOutH： Setb p1.0 Clr tr0 Mov TH0,High(PwmData1) Mov TL0,Low(PwmData1) Setb tr0 Clr PwmF reti 说明：在主程序中计算PwmData0、PwmData1的值。 三、可变脉宽PWM输出 用T0定时器控制PWM的占空比，T1定时器控制脉宽（最大：65536微妙）。

T0、T1定时器设置成：16位定时器。 程序清单：(12MHz) PwmData0 ；T0定时t1所需的定时初值（字） PwmData1 ；T1定时T所需的定时初值（字）;********************************************************* setb tro ;启动T0 setb tr1 。。。。。。 T0Int：；T0中断服务程序 Clr tr0 setb p1.0 ;PWM输出脚 reti T1Int：；T1中断服务程序 Clr p1.0 Clr tr0 Clr tr1 Mov TH0,High(PwmData0)