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常见问题

PWM控制技术的概念

时间:2024-02-29 12:19:05 来源:博亿堂byt98网址登陆 点击:1次

  脉宽调制,PWM(Pulse Width Modulation),通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)。PWM控制技术主要使用在在电力电子技术行业,具体讲包括风力发电、电机调速、直流供电等领域。在其诸多应用领域中,在这我们只讲电动汽车中的PWM应用。

  电动汽车上的电源是蓄电池,蓄电池为电动汽车的驱动电机提供电能,电机将电源的电能转化为机械能,通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置,此时的电机称为“电动机”。

  蓄电池是直流电,需要将直流电逆变为交流电(逆变电路,电动汽车中的逆变属于无源逆变),这一过程中几乎都是采用PWM技术。PWM 逆变电路分为电压型和电流型两种,目前实用的PWM 逆变电路几乎都是电压型电路。

  电机除了担任动力传递的角色之外,还能够为电池进行反向充电,此时电机被称为“发电机”。在电动车减速时,制动能量回收系统则是通过电机将电能传回给电池。将直流转换为交流的电路称为逆变电路,将交流转换为直流的电路称为整流电路。将电能反哺给电池的过程则要使用到整流电路。电机通过控制器实现交/直流的互换,如下图所示。

  在这以直流斩波器说明PWM概念,电机系统的原理图和电压波形如下图所示。当开关S导通时,直流电源电压Us加到电动机上,当S关断时,直流电源与电机脱开,电动机电枢电流经续流二极管VD续流,电机两端电压接近于零。如此反复,电枢端电压波形如右图所示,好像是电源电压Us在ton时间内被接通,又在T-ton时间内被斩断,故称为“斩波”。

  以上三种控制技术,数PWM 控制技术在逆变电路中应用最广,最有代表性,应用的逆变电路绝大部分都是PWM 型,除了功率很大的逆变装置外。PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用,才确定了它在电力电子技术中的重要地位。

  像在AC电机控制器中,通过PWM控制开关频率实现控制转速,由于PWM有着其他技术没办法比拟的优点,例如:调速范围宽、快速性好、波形系数好、功率因数好等,因而,得到了广泛的应用。

  我国交流电的频率是50Hz,因此,交流电的波形是正弦波。那么,PWM控制技术的目标就是用什么样的信号或波形来代替这个正弦波交流电。这个信号可以是形状不相同的各种窄脉冲,如方波、三角波等。而在我们今天要讲的电动汽车中采用的是等幅但不等宽的脉冲来代替这个正弦波。

  在这以半个正弦波为例进行说明,将正弦半波进行N等分,可以看成是N个相连的脉冲序列,宽度相等,但幅值不等,如下图a)所示。然后用矩形脉冲代替这N个宽度相等,幅值不等的脉冲,而矩形脉冲是等幅,不等宽的脉冲,如下图b)所示。并且这个脉冲的宽度按正弦规律变化。而这一系列等幅不等宽的脉冲,我们叫做PWM波。

  用PWM波形代替这个正弦半波的过程如下图所示。首先将正弦半波等分,每个等分的脉冲宽度是相同的,但幅值不同,然后使用一系列PWM波,即等幅但不等宽的脉冲来代替这个正弦半波。每个等幅不等宽的脉冲与等宽脉冲的面积(冲量)相等,中点重合。PWM波的宽度按正弦规律变化,若要改变等效输出正弦波幅值,按同一比例改变各脉冲宽度即可。最后,这个PWM波等效为正弦交流电。

  对于正弦波的负半周,采取相同的方法,得到PWM波形,因此正弦波一个完整的周期的等效PWM波形如下图所示。

  根据面积等效原理,正弦波还可以等效为下图中的PWM波,而且这样的形式在实际应用中更为常见。

  PWM控制技术对半导体开关器件的导通和关断来控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,即PWM波,用PWM波来代替正弦交流电压。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。如下图所示,当改变脉冲的周期(开关频率)时,起到了改变输出频率的作用。

  上图是以单相电压型逆变电路为例进行说明的,因为直流电源Ud的矩形波U0展开成傅立叶级数为

  所以,图中的频率为开关频率的1,3,5倍。开关周期越短,频率越高。开关频率及它的倍频对应瀑布图中伞状阶次中的中心频率,如下图所示。

  对于PWM而言,由于脉冲的宽度是不变的,因此,下图中相邻两条蓝色虚线对应的时间是不变的,调制的是中间绿色虚线的时间,也就是脉冲宽度,通过调节开关的导通时间来控制脉冲宽度。对信号1进行调制,按某个规律进行脉宽调制,从而获得信号2,信号1与信号2的原始频率是相同的(因为开关周期没有变化),只是脉冲宽度不同。如果开关周期时刻发生明显的变化,则对应的调制称为脉冲频率调制。

  将脉冲宽度按正弦规律变化进行调制,调制成想要的正弦波,若要改变等效输出正弦波幅值,按同一比例改变各脉冲宽度即可。

  在进行PWM控制时,脉冲信号通过电机的惯性进行平滑。理想的交流电压应是正弦波,如下图中的正弦参考(图中红线表示),但实际电压(图中绿线表示)是存在波动区间(图中两虚线表示的区间),这个波动区间也称为迟滞带。正是因为迟滞带的存在,当对信号进行FFT分析时,才使得瀑布图中出现了伞状的阶次线(关于这一点,后续将有详细介绍)。

  以上介绍的DC转换到AC的控制过程。将直流转换为交流的电路称为逆变电路,PWM控制技术在逆变电路中应用广泛。将交流转换为直流的电路称为整流电路,同样,PWM控制技术也可应用于整流电路,可以看成逆变电路中的PWM技术向整流电路的延伸,这一小节主要介绍整流过程中的应用。

  由于交流电不同的国家采用的标准是不相同的,像USA交流电是110V,60Hz,而我国采用的是220V,50Hz。对于一个正弦的交流电来说,不进行任何转换,其直流电压为0。

  当对单相交流电进行整流时,又分为半波整流和全波整流。半波整流是指对半个正弦波进行整流,整流后的直流电压为交流电峰值/л,直流电压如下图中虚线所示。

  全波整流是指对交流电整个正弦波进行整流,包括负半部分,整流后的直流电压为交流电峰值/л的2倍,直流电压如下图中虚线所示。相比于半波整流,全波整流获得的直流电压幅值提高一倍。

  三相交流电也分半波整流和全波整流。三相交流电中每相相差为120度,如下图所示,此时的直流电压为0。

  倘若各相都正常工作,由于我国交流电的频率为50Hz,因此,信号中的频率成分应为主线倍的主线Hz),如下图所示。

  若是对三相交流电采用全波整流,则整流后的波形如下图所示,由于三相中每相相差120度,而全波整流时,将负部分反向,因此,此时各相相差60度,如下图所示。

  从下图能够准确的看出,全波整流后的直流电压更平直,与半波整流相比,直流电压波动更小,更趋向于直流电。

  如果全波整流中有某一相交流电出现一些明显的异常问题,也就是说控制器控制过程中出现一些明显的异常问题,则在整流中会导致某相交流电丢失,如下图所示。与上面的全波整流正常的情况相比,能够准确的看出,绿色相交流电的后半个正弦波丢失了,则整流后的直流电压曲线在这部分有明显的下降,见下图中黑色曲线。

  正常的信号频率应该是主线倍的线频率,如果控制器出现一些明显的异常问题,导致某相交流电丢失,则信号频率将出现其他倍频。如果在三相全波整流中出现高的2,3,4和5倍线频率,则表明整流电路出现了问题,如下图所示。这些倍频都是问题频率。

  一、概述 近年来,随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用,汽车电子控制技术获得了迅猛的发展,尤其在控制精度、控制范围、智能化和网络化等多方面有了较大突破。汽车电子控制技术已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志。 汽车电子控制管理系统基本由传感器、电子控制器(ECU)、驱动器和控制程序软件等部分所组成,与车上的机械系统配合使用(通常与动力系统、底盘系统和车身系统中的子系统融合),并利用电缆或无线电波互相传输讯息,即所谓的“机电整合”,如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制管理系统、防滑控制管理系统、电子控制悬架系统、电子控制自动变速器、电子助力转向等。汽车电子控制管理系统大体可分为四个部分:发动机电子控制管理系统,底盘综合控制管理系统,车身电子安全系统,

  使用stm32cubemx配置外设,代码使用HAL stm32f1 v1.3.1库。 用的是stm32l152c开发板,时钟频率32MHZ。 这里,没有配置中断。 上图的意思是,TI2收到1给正脉冲,触发TIM1开始计数,经过 tDelay后,OC1输出低,经过一个tPulse后,OC1又恢复为高。 The OPM waveform is defined by writing the compare registers (taking into account the clock frequency and the counter prescaler). • The tDELAY is defined b

  输出 /

  void TIME3_Config(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //第一步:配置时钟 // GPIOC Configuration: Channel 6 as alternate function push-pull RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE); //第二步,配置goio口 GPIO_InitS

  FP6291是一个 电流 模式增压直流-直流 转换器 。它的PWM电路内置0.2Ω功率 MOSFET 使该调节器高效。内部补偿 网络 还可最小化多达6个外部组件计数。误差 放大器 的非反相输入连接到一个0.6V的精度参考电压,内部的软启动功能能降低涌入电流。FP6291可在SOT23-6L软件包中使用,并为应用程序领域提供节约空间的 PCB 。 特色 ➢可调输出高达12V ➢内部固定PWM频率:1.0MHz ➢精密反馈参考电压:0.6V(±2%) ➢内部0.2Ω,2.5A,16V MOSFET ➢关机电流:0.1μA ➢过温保护 ➢过电压保护 ➢可调过电流保护:0.5A~2.5A ➢封装:SOT23-6L 应用案例 1、移

  升压IC /

  1.概 述 小型轻量化是目前开关电源类产品的追求目标,实现这一目标的主要手段是提高开关频率。然而开关频率的提高会带来开关损耗增加、严重的电磁干扰(EMI)等问题,这些都限制了开关频率的进一步提升。软开关技术的出现能很好的解决这样一些问题,但是目前软开关技术的发展还不够完善,存在着不少问题,如在实现所有开关管的软开关、降低电压和电流应力以及在较宽的输入和负载范围内实现软开关等方面还有待进一步的发展 。 本文提出了一种Boost变换器的软开关实现方法,它实现了所有开关管的软开关,这不仅能降低开关损耗,更能明显降低电磁干扰(EMI),同时它还具有和Boost硬开关变换器相同的电压、电流应力,且能在与Boost硬开关变换器近似相同的输

  -MR Boost变换器 /

  摘 要: 针对永磁推进电机低转速、大转矩、轻噪声的运行要求,其控制应具备良好的低速性能。根据最大转矩/电流矢量控制原理,该文提出了一套以数字信号处理器(DSP)为横心的全数字永磁同步电动机推进系统控制方案,给出了交-直-交脉宽调制(PWM)驱动方式的硬件结构,以及比例积分调节、空间矢量PWM(SVPWM)等软件设计。仿真和实验根据结果得出,系统动态响应快,转矩脉动小,谐波含量少,低速性能好,能移满足舰船电力推进的需要。 关键词: 矢量控制;永磁推进电机;数字信号处理器;空间矢量脉宽调制 永磁推进电机因其体积小、重量轻、效率高、转矩密度大等优点,慢慢的开始替代传统直流推进电机,成为现代舰船电力推进系统中的常见动力装置

  步进电机区别于其他控制用途电机的最大特点是,它可接受数字控制信号(电脉冲信号)并转化成与之相对应的角位移或直线位移,因而本身就是一个完成数字模拟转化的执行元件。 而且它能进行开环位置控制,输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量。这样的增量位置控制管理系统与传统的直流伺服系统相比,其成本明显降低,几乎不必进行系统调整。因此,步进电机大范围的应用于数字控制机床、机器人、遥控、航天等领域,特别是微型计算机和微电子技术的发展,使步进电机获得更广泛的应用。 步进电机的速度特性 步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比,而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下,只要控制脉冲频率就可以获得所需速度。由

  主动振动控制具有隔振率高、适应能力强、可抗强冲击振动等优点,可使关键设备在恶劣冲击振动环境下可靠工作。但是,主动振动控制管理系统对相位要求较为严格,要求系统具有极强的实时性,否则由于相位滞后,控制效果将会受到严重影响。因而在数字式主动振动控制管理系统中,通常在单片机难以达到实时性要求,本文采用高速DSP器件解决控制的实时性问题。 TMS320LF2407是TI公司专为实时控制而设计的高性能16位定点DSP器件,指令周期为33ns,其内部集成了前端采样A/D转换器和后端PWM输出硬件,在满足系统实时性要求的同时可简化硬件电路设计。本文在总线模拟主动控制系统模块设计作经验的基础上,设计了以TMS320F2407为核心的数字式主动振动控制管理系统。 1 主

  STM32CubeMX and STM32Cube HAL basics

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