PWM 技術介紹，哪種 PWM 技術最適合您的電機控制應用？

PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。

PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，再進行數(shù)模轉(zhuǎn)換?？蓪⒃肼曈绊懡档阶畹?可以跟電腦一樣)。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。

對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當?shù)腞C或LC網(wǎng)絡可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。

PWM控制技術一直是變頻技術的核心技術之一。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把這項通訊技術應用到交流傳動中，從此為交流傳動的推廣應用開辟了新的局面。

那么，哪種 PWM 技術最適合您的電機控制應用?如果您沒有猜到，這是一個有點棘手的問題。這有點像問“哪種冰淇淋口味最好”，因為每個人都知道答案顯然是“巧克力片”。PWM 的口味沒有冰淇淋那么多，但它們的種類可能比您想象的要多。哪一個最適合您的應用程序顯然取決于您的應用程序。因此，讓我們花一些時間閱讀接下來的幾篇博客，了解不同的 PWM 拓撲及其優(yōu)缺點，以努力選擇適合您的。

對于那些更有經(jīng)驗的電機控制工程師，請在我為這個主題做準備時放縱一下。如果不首先了解電機中的能量傳輸是如何發(fā)生的，就不可能對不同的 PWM 技術進行有意義的討論。在研究能量傳遞時，我們通常參考如下所示的二維速度-扭矩圖，其中速度是 x 軸，扭矩是 y 軸。

如果將速度乘以扭矩，就會得到功率。所以上圖中的面積對應的是功率。藍色區(qū)域是電機功率為正的區(qū)域(即電機正在將電能轉(zhuǎn)換為機械能)。但圖中的紅色區(qū)域表示電機功率為負的區(qū)域(即電機正在將機械能轉(zhuǎn)換為電能)。如果您不小心，這就是您可能會遇到問題的地方。如果電機正在產(chǎn)生電能，則需要為該電能提供一些地方。如果您的應用是一輛滑下山坡的電動汽車，則可以通過給電池充電來充分利用產(chǎn)生的電能。但是如果你有一個需要突然停止負載的電力驅(qū)動器，

某些 PWM 拓撲會固有地阻止能量再生回到您的電源中。事實上，有些只允許電機在一個方向上旋轉(zhuǎn)并在同一方向上產(chǎn)生扭矩。如您所料，這些驅(qū)動器稱為單象限驅(qū)動器在象限 1 或象限 3 中驅(qū)動和運行。這種驅(qū)動器的典型示例如下所示，其中 PWM 信號應用于單個晶體管。這些類型的電機驅(qū)動器在成本至關重要的應用中很常見，例如玩具、電動嬰兒秋千等。電機只能在一個方向上旋轉(zhuǎn)并在同一方向上產(chǎn)生扭矩。如果您嘗試通過降低占空比來使電機減速(即產(chǎn)生負制動扭矩)，則電機只會緩慢地滑行。這是因為這種配置無法在電機中產(chǎn)生負電流。旋轉(zhuǎn)負載中的所有動能最終都會在負載摩擦中以熱量的形式耗散，并且沒有任何動能會轉(zhuǎn)換回電能。

然而，如果你想讓電機前進和后退，你需要提供一種方法來驅(qū)動電機電流在負方向。您可以使用單獨的負電源來實現(xiàn)這一點，但這通常成本過高。一種更常見的方法是將電機置于“H 橋”中，如下所示?，F(xiàn)在您有四個晶體管，每個晶體管都可以獨立打開和關閉。這允許一些相當有趣的可能性，因為我們現(xiàn)在有一個能夠在所有四個象限中運行的配置。如何相對于彼此切換晶體管將決定電機將在哪個功率象限中運行。

在我們的下一篇文章中，我們將研究如何使用上述 H 橋配置來創(chuàng)建單極二象限驅(qū)動器。