PWM控制(脉冲宽度调制)的基本原理

PWM(Pulse-width modulation)是脉冲宽度调制的缩写。脉冲宽度调制是一种模拟信号电平数字编码方法。脉冲宽度调制PWM是通过将有效的电信号分散成离散形式从而来降低电信号所传递的平均功率的一种方式。所以根据面积等效法则，可以通过对改变脉冲的时间宽度，来等效的获得所需要合成的相应幅值和频率的波形。实现模拟电路的数字化控制可显著降低系统成本和功耗。许多微控制器和数字信号处理器 (DSP) 已包括了 PWM控制器芯片，因此可以更轻松地实施数字化控制。PWM信号是通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化。

PWM控制(脉冲宽度调制)的基本原理

控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形，也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少，按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

脉冲宽度调制的简介

脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变，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，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，脉冲宽度调制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。

脉冲宽度调制的发展背景

随着电子技术的发展，出现了多种脉冲宽度调制技术，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的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的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的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。

脉冲宽度调制的特点

PWM的特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。

控制方法

等脉宽PWM法

等脉宽PWM法是PWM法中最为简单的一种，它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变其周期，达到调频的效果，改变脉冲的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。

随机PWM

在20世纪70年代开始至20世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注，为求得改善，随机PWM方法应运而生。

SPWM法

SPWM法是一种比较成熟的，如今使用较广泛的PWM法，前面提到的采样控制理论中的一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同的。

线电压控制PWM

前面所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时，都是对三相输出相电压分别进行控制的，使其输出接近正弦波，但是，对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载，逆变器输出不必追求相电压接近正弦，而可着眼于使线电压趋于正弦。

电流控制PWM

电流控制PWM的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号，把实际的电流波形作为反馈信号，通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断，使实际输出随指令信号的改变而改变。

应用领域

电信

在电信使用上，脉冲宽度调制是一种信号调制的形式，其脉冲波的宽度对应到另一个特定资料会在传送端被编码，并于接收端解码，不同长度的脉冲波将会每隔固定的时间后被传递。

能量的传递

脉冲宽度调制可以被用来控制对于一个载流子能量传递的多寡，而不会产生由阻抗所造成的线性能量传递损失，此方法所需要付出的代价是，载流子所流失的能量并非一个常数且是不连续的，载流子上传递的能量也不是连续的。

现在的社会发展离不开电子产品，做电源设计的工程师天天接触的就是脉冲宽度调制(PWM)，脉冲频率调制(PFM)，脉冲宽度频率调制(PWM-PFM)。然而我们的主题就是PWM与PFM，我看看还有哪些我们需要进一步了解~

开关电源的控制技术主要有三种：(1)脉冲宽度调制(PWM);(2)脉冲频率调制(PFM);(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM).

做电源设计的应该都知道PWM 和PFM 这两个概念

PWM：脉冲宽度调制

脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式(PWM)开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。

PFM： 脉冲频率调制

一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FM。PWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM是利用脉冲的有无控制输出.

其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片;PFM具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式。

与PWM相比，PFM的输出电流小，但是因PFM控制的DC/DC变换器在达到设定电压以上时就会停止动作，所以消耗的电流就会变得很小。因此，消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。PWM在低负荷时虽然效率较逊色，但是因其纹波电压小，且开关频率固定，所以噪声滤波器设计比较容易，消除噪声也较简单。

若需同时具备PFM与PWM的优点的话，可选择PWM/PFM切换控制式DC/DC变换器。此功能是在重负荷时由PWM控制，低负荷时自动切换到PFM控制，即在一款产品中同时具备PWM的优点与PFM的优点。在备有待机模式的系统中，采用PFM/PWM切换控制的产品能得到较高效率。

总结：通过学习可以对PWM和PFM进一步了解，从此工作中可以避免弯路。希望大家在学习过程中不断积累，为我们的脉冲宽度调制技术做出自己的贡献。