電流模式PWM的工作原理?及關(guān)鍵步驟

電流模式PWM的工作原理?主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

?調(diào)制信號(hào)?：PWM控制器接收一個(gè)模擬信號(hào)(如電壓或電流)，這個(gè)信號(hào)代表了所需的輸出水平?1。

?比較器?：控制器內(nèi)部的比較器將這個(gè)模擬信號(hào)與一個(gè)固定的或可調(diào)的參考信號(hào)進(jìn)行比較?1。

?開關(guān)動(dòng)作?：根據(jù)比較結(jié)果，控制器的輸出端(通常是晶體管)會(huì)快速地在高電平和低電平之間切換?1。

?濾波?：負(fù)載(如電機(jī))上的快速開關(guān)動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲，因此通常需要一個(gè)低通濾波器來平滑輸出，使得負(fù)載接收到的是平滑的電壓或電流?1。

?電流模式PWM與電壓模式PWM的區(qū)別?在于：

?反饋機(jī)制?：電流模式PWM通過檢測(cè)流經(jīng)電感的電流來調(diào)節(jié)占空比，而電壓模式PWM則是通過檢測(cè)電容上的電壓來調(diào)節(jié)占空比?2。

?穩(wěn)定性?：電流模式PWM通常具有更好的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，適合高速開關(guān)應(yīng)用，而電壓模式PWM在穩(wěn)定性上稍遜一籌，但在某些情況下更為簡(jiǎn)單?2。

?應(yīng)用場(chǎng)景?：

?電機(jī)控制?：通過PWM信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中?3。

?電源管理?：用于調(diào)節(jié)電壓輸出，實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換和管理?3。

?LED調(diào)光?：通過改變LED燈的占空比來調(diào)節(jié)亮度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和舒適的光照效果?4。

首先，將正弦半波均等分割成N個(gè)相連的寬度相等幅值不同的脈沖。然后，用N個(gè)等幅不等寬的矩形脈沖對(duì)其進(jìn)行代替，矩形脈沖的中點(diǎn)與相應(yīng)正弦波脈沖的中點(diǎn)重合，且兩者面積(沖量)相等。

這樣，即可獲得與正弦半波等效的一系列PWM波形——SPWM波形，SPWM波形的脈沖寬度按正弦規(guī)律變化。

除了正弦波外，PWM技術(shù)還可對(duì)直流以及非正弦交流等波形進(jìn)行等效，其基本原理與SPWM控制相同，都是基于面積等效原理。

二、PWM技術(shù)應(yīng)用

PWM斬波電路與PWM逆變電路是PWM技術(shù)的最典型的兩種電路應(yīng)用。

目前，實(shí)際應(yīng)用的逆變電路中絕大部分是PWM型，而在直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速中PWM斬波電路得到了廣泛應(yīng)用。此外，基于PWM技術(shù)的斬控式交流調(diào)壓電路和矩陣式變頻電路在交流-交流變換領(lǐng)域中均有應(yīng)用。

1、直流斬波電路

常用的直流斬波電路有：Buck電路、Boost電路、Buck-Boost電路、Cuk斬波電路以及Sepic斬波電路等。

當(dāng)器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電源向負(fù)載供電，并給電容充電，二極管電壓VD=Vin;當(dāng)器件處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，電容給負(fù)載供電，二極管電壓近似為0。

若周期性的給開關(guān)器件開通與關(guān)斷信號(hào)，輸出電壓波形如右圖所示。電源在導(dǎo)通時(shí)間ton內(nèi)被接通，在關(guān)斷時(shí)間T- ton內(nèi)被截?cái)?，因此也稱為斬波。

可見，直流斬波電路可以通過調(diào)節(jié)開關(guān)器件的開通與關(guān)斷時(shí)間，從而調(diào)節(jié)輸出電壓平均值，獲得所需的直流電壓波形。

2、PWM逆變電路

常用的PWM逆變電路控制方法有計(jì)算法與調(diào)制法兩種。其中，計(jì)算法過程繁瑣且當(dāng)輸出正弦波形變化時(shí)需要重新進(jìn)行計(jì)算，因此常用調(diào)制法進(jìn)行PWM逆變電路控制。

下面對(duì)單相橋式逆變電路的SPWM調(diào)制過程以及三相橋式逆變電路的SVPWM調(diào)制過程進(jìn)行講解。

▍單相橋式逆變電路

將期望的輸出信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，采用等腰三角波或鋸齒波作為載波信號(hào)，以兩種信號(hào)的交點(diǎn)控制開關(guān)器件的通斷，將得到一系列寬度正比于信號(hào)波幅值的PWM脈沖。

在電 流 模 式PWM IC內(nèi)部集成斜坡補(bǔ)償電路要比理論分析復(fù)雜得多，因?yàn)樵诓煌瑧?yīng)用情況下，(5)式中的m2和D也會(huì)不同，所以很難對(duì)所有可能的情況作最好的補(bǔ)償。由( 5)式 可 以看出，開關(guān)電源穩(wěn)定工作時(shí)占空比D和電感電流下降沿斜率m2越大，那么它所需的斜坡補(bǔ)償?shù)牧恳簿驮酱?。在連續(xù)工作模式中，D和m2都是由電路結(jié)構(gòu)決定的。而在不連續(xù)工作模式中，D是隨負(fù)載變化的量，m2是

由電路結(jié)構(gòu)決定的。根據(jù)這個(gè)原理可以設(shè)計(jì)一個(gè)補(bǔ)償量隨占空比增大而增大，并且能夠適合一定范圍的m的斜坡補(bǔ)償電路，如圖6。其中V二是較穩(wěn)定的電壓，約為2.3V,V05C是PWM內(nèi)部振蕩器輸出的鋸齒波，最小值和最大值分別為。.6V和1.7V, V-是功率管的柵極控制信號(hào)，I是斜坡補(bǔ)償電流，輸出到電流采樣電阻(如圖1中的R3)的正端，從而在采樣電阻上疊加了一個(gè)電壓降，達(dá)到斜坡補(bǔ)

償?shù)哪康你Q 位二 極 管DI、D2，分壓電阻網(wǎng)絡(luò)RI,R 2.R 3和R4共同決定了QS, Q6和、Q7的開啟點(diǎn)當(dāng)一個(gè)時(shí)鐘周期開始時(shí)，V*由低變高，Ql管導(dǎo)通，同時(shí)VOSC從最小值開始以一定的斜率上升Q4、Q5, Q6和Q7先后開啟，這四個(gè)晶體管集電極電流的總和被由Q2, Q3, R9. R10構(gòu)成的比例電流鏡鏡像后輸出到I.,設(shè) NP N晶 體管的開啟閡值為VTn,D l和D2的正向?qū)▔航刀紴閂I), Ql的C-E結(jié)壓降近似為零，則通過兩個(gè)二極管的電流為

因此Q4, Q5. Q6. Q7的開啟點(diǎn)分別為

Q2 go的集電極電流為上述四個(gè)晶體管的集電極電流總和：

因?yàn)?Q 4 ,Q 5,Q 6和Q7是先后開啟的，所以補(bǔ)償電流在時(shí)間軸上的斜率dl_}dt將隨著V05C的增大而增大，即斜坡補(bǔ)償?shù)牧侩S占空比增大而增大功率 管 的 導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束時(shí)，V，由高變低，Ql關(guān)斷，1.1隨即降為零(51。這樣可以減少不必要的系統(tǒng)功耗?？紤] 不 同 應(yīng)用情況下m:的變化范圍，計(jì)算(5)式就可以確定m隨D變化的曲線，再根據(jù)電流放大器IA的增益和振蕩器鋸齒波斜率計(jì)算可得各元件的尺寸。圖 7 是 在選取了元件尺寸后計(jì)算機(jī)仿真波形。