PWM波形生成原理Word下载.docx

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PWM的实现方法一般有两种：

比较法和计算法。

随着数字技术的迅速发展和计算机功能的提高，计算法以其方便灵活的特点成为PWM实现方法的主流。

采用计算法实现PWM时，按照每个载波周期内调制波的取法，可以分为规则采样PWM和自然采样PWM。

其中，采用规则采样法，计算简单，占用系统软件资源较少，因而应用比较广泛；

但是由规则采样法计算出的PWM波形，在系统载波频率较低时，输出精度差，并且在计算时需要通过查表确定计算结果，所以并不能保证其波形的对称性，谐波含量也会因为波形的不对称而增加。

对于调制类PWM，有三种方式：

同步调制，异步调制，分段同步调制三种方式。

同步调制虽然可以在调制波频率变化的所有范围内，载波与调制波的相位相同，PWM波形一直保持对称，输出谐波的低次谐波

期与比较寄存器值成比例的脉冲信号。

在比较单元中重复完成计数、匹配输出的过程，产生PWM信号，如图2所示。

基于数字化控制技术产生PWM脉冲的这种特点，利用本文提出的算法，可以实现在任何频率下产生完全对称的PWM波形。

其原理为：

根据三角载波频率及DSP系统时钟频率确定定时器周期，利用数学计算方法，将形成载波的定时器周期等分，均分后所得到的数作为脉宽增量单元，随时间递增。

脉宽以脉宽增量为单元成比例地增加或减少。

三角载波由软件及硬件定时器形成，三角载波的频率由时钟频率及定时器的周期值决定。

根据需要可以选取一个定时器周期T1，以确定调频过程中的固定载波频率。

由于载波频率不变，故整个调频过程的载波比是变动的，可先设定在一个固定的输出波频率f1下的载波比为n1，对所需的输出频率f（对应的周期为T）进行处理，如式

（1）所示，x为f处理后的值。

图3所示为均分载波的原理图，将定时器的周期进行等分为n1／（4x）份，则每份的宽度叫可由式

（2）确定：

f1/1=fx

（1）

ω=4T1x/n1

（2）

式中：

ω为脉宽增量的最小单元。

在确定了脉宽增量的最小单元值之后，以ω为增量单元，随时间递增，依次增大或减小占空比的值。

占空比的增大过程为：

第一个装载占空比为ω，第二个装载占空比为2ω，第三个装载占空比为3ω，第y个装载占空比的值为yω，占空比的值以此规律依次增加。

式（3）为脉宽递增时占空比值DC更新规律的数学表达式。

式中K的值是为满足冲量定理所需的系数，将在后面做详细的计算和论述。

当输出脉冲达到最大宽度MAX（DC）时，a计数值也达到最大值MAX（a），已完成T／4周期的脉冲输出。

此时，占空比从最大宽度依次减小，减小的规律为yω，（y-1）ω，直至ω0式（4）为脉宽递减时占空比值DC'

更新规律的数学表达式。

其中，DC'

的初始值为MAX（DC），a'

的初始值为MAX（a）。

由以上原理可以看出，PWM波形在T／2内关于T／4完全对称，图4所示为占空比更新的原理图。

由上述分析，载波频率在整个过程中是固定值，所以具备了异步调制的优点。

同时，脉宽是完全由形成载波的时钟数量、期望输出波的频率因素决定，而不是由查表得到，可以克服异步调制时大多数情况下载波与调制波相位不同步的缺点。

此种算法综合了同步和异步调制的优点，避免了采用分段同步调制时需要考虑调频的问题。

PWM的基本依据是面积相等原理，即冲量（面积）相等不同形状的窄脉冲加到惯性环节上在保证波形对称的基础上，讨论该算法对冲量相等原则的实现。

以正弦调制为例，当调制波为正弦波时，根据面积相等原则，其正弦半波积分的面积等于脉冲相加之和，如式（5）所示。

，其作用效果基本相同。

根据占空比更新原理可以确定冲量面积，如式（6）所示。

根据以上公式，可准确计算输出波形面积，K值的选取可决定输出电压的幅值。

2实验结果

为了验证提出的PWM算法的正确性和可行性，利用TI公司的TMS320F2812进行实验；

系统采用30MHz外部晶振，通用定时器时钟的频率由系统5倍频后，再6分频得到，为25MHz。

该实验采用的载波频率为fz=1kHz，定时器周期值T1=12500。

输出频率f1=50Hz时，载波比n1=20。

选择在定时器达到周期值时装载更新占空比的值，相当于在三角载波的波峰时装载。

实验结果见图5（UPWM为PWM脉冲幅值）：

图5（a）为单极性调制时采用该算法得到的输出波形，它是50Hz正弦波调制时正半周期的输出波形；

图5（b）是43Hz正弦波调制时正半周期的输出波形；

图5（c）是50Hz单极性调制时，正弦波PWM脉冲波形的能谱分析图；

图5（d）是43Hz单极性调制时正弦波PWM脉冲波形的能谱分析图。

3结语

该算法是基于异步调制的优化PWM脉冲波形的一种算法，它对于提高系统输出质量有着重要的意义。

应用此算法已成功地实现在1～400Hz之内调频，输出对T／4周期完全对称的波形，有效地降低了谐波，运行效果良好。