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嵌入式自学「嵌入式学习之PWM」

时间:2023-03-27 19:41:04来源:搜狐

今天带来嵌入式自学「嵌入式学习之PWM」,关于嵌入式自学「嵌入式学习之PWM」很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!

PWM全称为Pulse width modulation(脉冲宽度调制),相信各位网友都非常熟悉了。笔者曾在大学2年级就已经掌握了PWM的使用方法,但是直到工作多年后才渐渐熟悉他的真正应用及设计初衷,感叹当时自己的无知。PWM在电力电子领域应用非常广泛,是利用微处理器的数字输出对模拟电路进行控制的一种有效的技术;比如升压,降压,AD-DC,DC-AC都离不开它的应用,广泛应用于电动汽车充电,高铁,飞机,变频器,UPS,光伏逆变器,电机控制等等。

单相逆变器-SPWM调制

基本原理

PWM控制技术就是对脉冲宽度进行调制的技术。即通过对一系列的脉冲宽度进行调制,来等效地获得所需要的波形。采样控制理论中有一个重要结论: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。PWM波可以分为幅值相同和不同的PWM波,由于微控制输出的电平一般都是固定的,所以一般调整微控制器输出矩形脉冲的占空比,就可以输出等辅不等宽的PWM波。这对微控制来说是方便的,易于实现的。

用PWM波代替正弦半波

PWM频率

PWM的频率也称为开关频率,是指关键元器件的导通/关断的频率,如IGBT,Mosfet等等。开关频率越高,电感可以做得越小,成本越低;但是温度越高,管子损耗越大,软件控制时间也会不足。所以最好是根据实际应用去选择一个比较合适的频率。

PWM波的计数模式

一般微控制都会留出来PWM计数的方式(向上向下计数模式,向上计数和向下计数模式)和开关周期;

向上向下计数模式,软件预设频率值=微控制PWM时钟频率/开关频率/2

向上/向下计数模式,软件预设频率值=微控制PWM时钟频率/开关频率

例如,微控制28075的时钟为120MHz,变频器的开关频率为19.2KHz,那么在向上向下计数模式中,预设值=120*10^6/19200/2=3125;向上/下计数模式中,预设值=120*10^6/19200=6250。

向上向下计数和向上计数模式在工控行业很常见,比如Boost/Buck电路常用向上/向下计数模式,DC-AC逆变电路常用向上-向下模式,方便中心对齐,上下管子互补比较好处理。

PWM的占空比

在常用电路中,经常是频率不变,通过不同的占空比来控制输出电压/电流,所以占空比是实时变化的。一般的软件逻辑为:进入中断->采样->PI控制->得到输出的占空比;微控制器在执行上述逻辑的同时,PWM是一直在打驱动,计算出来之后不能立刻载入到实际电路中,需要在过零/顶点载入,保证机器的可靠性;

比如下面的例子,在过零点进入中断进行计算,可以在过零点或顶点进行载入,但是实际测试会发现,在过零点载入的值根本不是预设值。这个需要实际测试与理解,但是非常重要,在实际应用中,很多公司把这一步做不好或者理解不透彻,导致产品出现炸机,又很难复现。

PWM的驱动载入步骤

死区

通常叫死区时间,是防止功率器件在翻转时误触发。比如逆变电路,上下管子不能同时导通,导通后硬件电路短路导致炸机;所以在上管开通瞬间,下管需要关断,由于都是元器件,因此有可能下管还未关断完全,上管已经开通,非常不稳定。因此加入死区时间,保证下管关断之后,再将上管开通。

如下配置方式就是上升沿延迟1.5us,下降沿不延迟,过零点载入PWM波。可以看到,任何情况下,上下管子都不会被导通。

死区的形成过程

结语

PWM的知识就说到这里了,后续我会更新几个常见电路的MATLAB仿真,如Boost,Buck等;理论知识学习过程中,夹杂着仿真的实际应用,相信效果会更好。

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