PWM 和 SPWM 的基本原理與定義

1. PWM（脈沖寬度調(diào)制，Pulse Width Modulation）

定義：
PWM 是一種通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的占空比（高電平時(shí)間與周期的比值）來(lái)控制平均電壓或功率的技術(shù)。

基本原理：

• PWM 信號(hào)由固定頻率的方波組成，通過(guò)改變脈沖寬度（高電平時(shí)間）來(lái)調(diào)整輸出的等效電壓。

• 占空比（Duty Cycle, D）：

  D=TonT×100%

  • TonTon：高電平時(shí)間

  • TT：PWM 周期（T=1fT=f1，ff 為 PWM 頻率）

• 等效電壓（V_{avg}）：

  Vavg=D×Vmax
  

  • VmaxVmax：PWM 高電平電壓（如 5V、12V 等）。

特點(diǎn)：

• 適用于數(shù)字控制（如 MCU 輸出 PWM 驅(qū)動(dòng)電機(jī)、LED 調(diào)光）。

• 效率高（開(kāi)關(guān)器件如 MOSFET 工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài)，損耗低）。

應(yīng)用：

• 直流電機(jī)調(diào)速

• LED 亮度調(diào)節(jié)

• 開(kāi)關(guān)電源（Buck/Boost 電路）

2. SPWM（正弦脈寬調(diào)制，Sinusoidal PWM）

定義：
SPWM 是一種通過(guò) PWM 技術(shù)生成等效正弦波輸出的調(diào)制方法，常用于交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和逆變器。

基本原理：

1. 調(diào)制波與載波：

   • 調(diào)制波（Modulating Wave）：低頻正弦波（如 50Hz 工頻）。

   • 載波（Carrier Wave）：高頻三角波或鋸齒波（如 10kHz）。

   • 通過(guò)比較兩者的瞬時(shí)值，生成 PWM 脈沖。

2. 脈沖生成規(guī)則：

   • 當(dāng)正弦波瞬時(shí)值 > 三角波值時(shí)，輸出高電平；否則輸出低電平。

   • 生成的 PWM 脈沖寬度隨正弦波幅度變化，使平均電壓逼近正弦波。

3. 等效正弦波：

   • 通過(guò) LC 濾波器濾除高頻 PWM 成分，保留低頻正弦信號(hào)。

數(shù)學(xué)表達(dá)：

• 調(diào)制波（正弦波）：

  Vmod(t)=Amsin?(2πfmt)

• 載波（三角波）：

  Vcarrier(t)=Ac?(2Tct)（上升沿）Vcarrier(t)=Ac?(Tc2t)（上升沿）

• SPWM 脈沖寬度由交點(diǎn)決定，輸出占空比隨時(shí)間正弦變化。

特點(diǎn)：

• 輸出諧波含量低，適合驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載（如電機(jī)）。

• 需配合濾波器使用以平滑波形。

應(yīng)用：

• 變頻器（驅(qū)動(dòng)三相異步電機(jī)）

• 太陽(yáng)能逆變器（DC-AC 轉(zhuǎn)換）

• UPS 不間斷電源

PWM 與 SPWM 的區(qū)別

關(guān)鍵要點(diǎn)

1. PWM 是基礎(chǔ)技術(shù)，通過(guò)占空比調(diào)節(jié)等效電壓；

2. SPWM 是 PWM 的特殊形式，專(zhuān)用于生成正弦波，需高頻載波和調(diào)制波交互；

3. SPWM 的諧波性能優(yōu)于普通 PWM，但需要更高頻率的開(kāi)關(guān)器件（如 IGBT）。