電機控制之PWM斬波電路

PWM斬波電路一般采用固定頻率調脈寬的控制方式。這種控制方式通過調節脈沖寬度來控制輸出電壓或電流。在PWM控制下，斬波器按照一定的頻率進行開關動作，但每次的脈沖寬度可以變化。通過改變脈沖寬度，可以調節輸出電壓或電流的平均值。這種方式具有較好的調節范圍和靈活性，適用于對輸出電壓或電流要求較高或需要同時調節多個參數的場合。

PWM斬波電路的控制方式還包括頻率調制和混合調制。頻率調制是通過改變斬波器的開關頻率來調節輸出電壓或電流。而混合調制則同時調節脈沖寬度和開關頻率，以實現對輸出電壓或電流的更精確控制。

PWM控制的思想源于通信技術，理論基礎為面積等效原理。

什么是面積等效原理？即沖量相等而形狀不同的窄脈沖（占空比小的脈沖）加在具有慣性環節（不會突然變化。慣性環節因含有儲能元件，RC電路就是典型的慣性環節）上時，其效果基本相同。

PWM控制技術基本思想

我國交流電的頻率是50Hz，因此，交流電的波形是正弦波。那么，PWM控制技術的目標就是用什么樣的信號或波形來代替這個正弦波交流電。這個信號可以是形狀不同的各種窄脈沖，如方波、三角波等。而在我們今天要講的電動汽車中采用的是等幅但不等寬的脈沖來代替這個正弦波。

在這以半個正弦波為例進行說明，將正弦半波進行N等分，可以看成是N個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等，如下圖a）所示。然后用矩形脈沖代替這N個寬度相等，幅值不等的脈沖，而矩形脈沖是等幅，不等寬的脈沖，如下圖b）所示。并且這個脈沖的寬度按正弦規律變化。而這一系列等幅不等寬的脈沖，我們稱之為PWM波。

PWM控制過程

PWM控制技術對半導體開關器件的導通和關斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，即PWM波，用PWM波來代替正弦交流電壓。按一定的規則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。如下圖所示，當改變脈沖的周期（開關頻率）時，起到了改變輸出頻率的作用。

pwm斬波電路的優缺點

PWM斬波電路具有以下優點：

高效性：PWM斬波電路可以有效地控制電機的轉速和轉矩，實現快速響應和精確控制。

精確性：它以較高的分辨率調制電機的相電壓，實現對電機的精細控制，從而提高控制精度。

靈活性：PWM斬波電路可以根據實際需求進行參數調整和優化，適應不同的應用場景和控制要求。

良好的動態響應：在轉速調節系統中，PWM斬波電路表現出快速的動態響應。

然而，PWM斬波電路也存在一些缺點：

噪聲和振動：由于PWM斬波電路采用高頻PWM調制，可能會引起電機的電磁噪聲和機械振動，需要采取適當措施進行抑制和減少。

開關損耗：PWM斬波電路在工作過程中，會頻繁關斷與導通主開關，從而增加了開關損耗。

審核編輯：黃飛