PWM原理的案例
淺析PWM控制電機轉速的原理
經常使用的直流電機原理就是電生磁：通電導線會產生磁場。
也就是電磁感應 旋轉磁場帶動轉子轉動。
電動機是由定子和轉子組成，一個產生旋轉磁場，一個為磁極，電機的轉子(軸承)就轉起來了。
這便實現了電能->磁能->機械能的轉換。
下面這個圖可以更直觀的理解：
PWM原理
關于PWM的原理請參照這篇文章：PWM原理及其應用。
通過上文大概知道，通過PWM控制電機速度，實際上是控制供電電流的大小來實現。
通電導線在磁場中受到的力稱為安培力，而安培力的公式：F=BIL。
其中，F是受力大小，I是電流大小，L是導線長度。在其他條件不變的情況下，控制其通過的電流即控制安培力的大小。
電機的電阻R 是基本不變的，那么電流 I = U/R，F= BLU/R。
在R B L不變的情況，控制安培力的大小，本質就是修改供電電壓的大小。
我們也就知道，控制電機轉速的本質就是給電機供不同的供電電壓，電壓越大，電機轉速越快。
而PWM的本質就是脈寬調制，通過輸出不同的占空比，從而將直流電壓轉換成不同電壓值的模擬信號。
展開 PWM控制原理和檢修
PWM原理
以單片機為例，我們知道，單片機的IO口輸出的是數字信號，IO口只能輸出高電平和低電平，假設高電平為5V 低電平則為0V 那么我們要輸出不同的模擬電壓，就要用到PWM，通過改變IO口輸出的方波的占空比從而獲得使用數字信號模擬成的模擬電壓信號。
我們知道，電壓是以一種連接1或斷開0的重復脈沖序列被夾到模擬負載上去的（例如LED燈，直流電機等），連接即是直流供電輸出，斷開即是直流供電斷開。通過對連接和斷開時間的控制，理論上來講，可以輸出任意不大于最大電壓值（即0~5V之間任意大?。┑哪M電壓。
比方說 占空比為50% 那就是高電平時間一半，低電平時間一半，在一定的頻率下，就可以得到模擬的2.5V輸出電壓 那么75%的占空比 得到的電壓就是3.75V。
pwm的調節作用來源于對“占周期”的寬度控制，“占周期”變寬，輸出的能量就會提高，通過阻容變換電路所得到的平均電壓值也會上升，“占周期”變窄，輸出的電壓信號的電壓平均值就會降低，通過阻容變換電路所得到的平均電壓值也會下降。
也就是，在一定的頻率下，通過不同的占空比 即可得到不同的輸出模擬電壓。
pwm就是通過這種原理實現D/A轉換的。
總結：PWM就是在合適的信號頻率下，通過一個周期里改變占空比的方式來改變輸出的有效電壓。
PWM頻率越大，相應越快，PWM輸出呼吸燈，那么，PWM信號的實際作用是什么呢？我們以經常使用的呼吸燈舉例：一般人眼睛對于80Hz 以上刷新頻率則完全沒有閃爍感。
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PWM原理
以單片機為例，我們知道，單片機的IO口輸出的是數字信號，IO口只能輸出高電平和低電平，假設高電平為5V 低電平則為0V 那么我們要輸出不同的模擬電壓，就要用到PWM，通過改變IO口輸出的方波的占空比從而獲得使用數字信號模擬成的模擬電壓信號。
我們知道，電壓是以一種連接1或斷開0的重復脈沖序列被夾到模擬負載上去的（例如LED燈，直流電機等），連接即是直流供電輸出，斷開即是直流供電斷開。通過對連接和斷開時間的控制，理論上來講，可以輸出任意不大于最大電壓值（即0~5V之間任意大小）的模擬電壓。
比方說 占空比為50% 那就是高電平時間一半，低電平時間一半，在一定的頻率下，就可以得到模擬的2.5V輸出電壓 那么75%的占空比 得到的電壓就是3.75V。
pwm的調節作用來源于對“占周期”的寬度控制，“占周期”變寬，輸出的能量就會提高，通過阻容變換電路所得到的平均電壓值也會上升，“占周期”變窄，輸出的電壓信號的電壓平均值就會降低，通過阻容變換電路所得到的平均電壓值也會下降。
也就是，在一定的頻率下，通過不同的占空比 即可得到不同的輸出模擬電壓。
pwm就是通過這種原理實現D/A轉換的。
總結：PWM就是在合適的信號頻率下，通過一個周期里改變占空比的方式來改變輸出的有效電壓。
PWM頻率越大，相應越快，PWM輸出呼吸燈，那么，PWM信號的實際作用是什么呢？我們以經常使用的呼吸燈舉例：一般人眼睛對于80Hz 以上刷新頻率則完全沒有閃爍感。
展開 原來PWM這么簡單，看完這篇就懂了
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整體效果如下：
呼吸燈
通過示波器看其中的一路PWM輸出的占空比也是隨時間變化；
PWM變化情況
總結
本文簡單介紹了PWM的原理，以及如何產生PWM，可以通過鋸齒波作為載波和調制波經過比較強，產生相應的PWM輸出波形，最后結合STM32實現了一個呼吸燈的簡單程序。
具有一個PWM (IN／IN) 輸入接口的260mΩ低電阻H橋電機驅動芯片-SS8837T
PWM（Pulse Width Modulation，脈寬調制）接口是一種通過調節信號的脈沖寬度來控制功率傳遞的技術。它被廣泛應用于各種電子設備中，尤其是在控制電動機、調節亮度、音頻輸出、信號處理等方面。
PWM的基本原理是通過改變信號的占空比來調節輸出信號的有效功率。具體來說，PWM信號是一種數字信號，它在一個固定的周期內以某一頻率進行高低電平的切換。這個切換的比例（高電平時間占整個周期的比例）就是所謂的占空比。
工采網代理的SS8837T是一款專為有刷直流電機開發H橋驅動器,同時可兼顧步進電機的驅動需求，可驅動一個直流電機或螺線管等，適用于工業自動化設備、一體化步進電機、按摩椅、智能家居等領域。以前方案很多采用TI的DRV8837或其他昂貴型號做直流電機驅動，隨著中美貿易戰以及產品價格平民化普及，很多大廠在做國產化替代設計方案；而國產SS883T可pin to pin兼容替代TI-DRV8837、拓爾微-TMI8230、禾潤-HTD9202、艾為-AW8637、矽塔-SA8310。
此器件能夠驅動一個直流電機或諸如螺線管的器件。其導通電阻：高側+低側(HS + LS) 260mΩ。輸出由N溝道功率MOSFET組成的H橋電路，以驅動電機繞組。內部電荷泵生成所需的柵極驅動電壓。
SS8837T提供了一體化的電機驅動器解決方案，能夠驅動直流電機或螺線管等設備，輸出電流達到1.8A,適用于0至12V之間的電機電源電壓，及1.8V至12V范圍內的器件電源電壓;此外，還增加了欠壓鎖定、過流保護、短路保護和過熱保護的內部關斷功能，以確保設備的安全運行。
展開 【技術貼】基于AVL EXCITE M軟件的PWM逆變器對電機噪聲影響分析
常見的逆變器的PWM控制主要包含CPWM與DPWM控制方式，而CPWM即為SVPWM一種，對應為七段式控制方式，七段式SVPWM在三角波計算器周期內，即一個開關周期內，左右兩邊是對稱的零矢量。如果不進入過調制區域，那么三角波計數器中點也是零矢量。整個開關周期分成了七段，所以叫七段式SVPWM。而對于DPWM原則上說也是屬于SVPWM控制方式一種，只是這是一種五段式控制方式，五段式PWM比較值是不連續的，所以五段式PWM又稱作Discontinuous-PWM模式，簡寫DPWM。本文主要介紹七段式SVPWM控制。
對于典型的兩電平三相電壓源逆變器原理圖如圖3，在三相半橋電路中，由六個等效開關控制輸出端電壓的狀態。為了防止短路，同一橋臂的上下兩只開關不能同時導通。因此，只要確定了上橋臂三只開關管的開關狀態，就可以確定整個逆變器的工作狀態。如圖3中，用S=0或S=1來表示各個開關的關閉與開啟狀態。上述的逆變器三路逆變橋的開關組合總共有8中狀態。
圖3 兩電平三相電壓源逆變器原理圖
圖4 電壓空間矢量圖
根據8種組合的電壓空間矢量，包括6個非0矢量和兩個0矢量，匯總組合的基本空間電壓矢量映射至下圖中的復平面中，即可得到改圖中的電壓空間矢量圖。它們將復平面分成6個區，稱之為扇區。
對于每個扇區矢量作用時間計算，分別用XYZ表示，其中Ts為逆變器開關時間，即為開關頻率的倒數。各個扇區矢量作用時間如下表：
對于各扇區調制波計算，令u1、u2、u3如下公式所示，各扇區調制波計算可查以下表格。
通過以上各個扇區調制波與三角載波比較即可得到逆變器開關信號，以第一扇區為例，下圖為一扇區的開關信號示意圖。
展開 干貨 | 電源變換類型分析
采用PWM原理，MOS管工作產生變化波形后通過變壓器變換電壓，再整流輸出。交流電轉換成直流電被稱為整流，直流電轉換成交流電被稱為逆變。
廣泛適用于空調、家庭影院、電動砂輪、電動工具、縫紉機、DVD、VCD、電腦、電視、洗衣機、抽油煙機、冰箱，錄像機、按摩器、風扇、照明等。在國外因汽車的普及率較高外出工作或外出旅游即可用逆變器連接蓄電池帶動電器及各種工具工作。通過點煙器輸出的車載逆變是20W 、 40W、 80W、 120W到150W 功率規格。
逆變電源常用的方法為：通過SPWM方式調制出正弦波波形，然后通過一個H橋切換輸出電壓極性，要求H橋的切換和SPWM電路同步。在技術上較為復雜，但是效率高，市場上不少逆變器都采用這種方式。
SPWM：正弦脈寬調制正弦PWM的信號波為正弦波， 就是正弦波等效成一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形（與我們課件上畫的一致） ， 這個由n個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的半周波形等效， 稱為SPWM波形。
單極性脈寬調制波的形成
SPWM是以正弦波作為基準波（調制波）,用一列等幅的三角波（載波）與基準正弦波相比較產生PWM波的控制方式。當基準正弦波高于三角波時,使相應的開關器件導通;當基準正弦波低于三角波時,使相應的開關器件截止。由此,逆變器的輸出電壓波形為脈沖列,其特點是：半個周期中各脈沖等距等幅不等寬,總是中間寬,兩邊窄,各脈沖面積與該區間正弦波下的面積成比例。這種脈沖波經過低通濾波后可得到與調制波同頻率的正弦波,正弦波幅值和頻率由調制波的幅值和頻率決定。
逆變電路的工作還可以細化為：先把振蕩電路將直流電轉換為交流電；其次，線圈升壓將不規則交流電變為方波交流電；最后，整流使得交流電經由方波變為正弦波交流電。
展開 基于AVL EXCITE M軟件的PWM逆變器對電機噪聲影響分析
常見的逆變器的PWM控制主要包含CPWM與DPWM控制方式，而CPWM即為SVPWM一種，對應為七段式控制方式，七段式SVPWM在三角波計算器周期內，即一個開關周期內，左右兩邊是對稱的零矢量。如果不進入過調制區域，那么三角波計數器中點也是零矢量。整個開關周期分成了七段，所以叫七段式SVPWM。而對于DPWM原則上說也是屬于SVPWM控制方式一種，只是這是一種五段式控制方式，五段式PWM比較值是不連續的，所以五段式PWM又稱作Discontinuous-PWM模式，簡寫DPWM。本文主要介紹七段式SVPWM控制。
對于典型的兩電平三相電壓源逆變器原理圖如圖3，在三相半橋電路中，由六個等效開關控制輸出端電壓的狀態。為了防止短路，同一橋臂的上下兩只開關不能同時導通。因此，只要確定了上橋臂三只開關管的開關狀態，就可以確定整個逆變器的工作狀態。如圖3中，用S=0或S=1來表示各個開關的關閉與開啟狀態。上述的逆變器三路逆變橋的開關組合總共有8中狀態。
圖3 兩電平三相電壓源逆變器原理圖
圖4 電壓空間矢量圖
根據8種組合的電壓空間矢量，包括6個非0矢量和兩個0矢量，匯總組合的基本空間電壓矢量映射至下圖中的復平面中，即可得到改圖中的電壓空間矢量圖。它們將復平面分成6個區，稱之為扇區。
對于每個扇區矢量作用時間計算，分別用XYZ表示，其中Ts為逆變器開關時間，即為開關頻率的倒數。
展開 基于FPGA的步進電機控制系統的設計方案
2 步進電機細分控制硬件的實現
為了實現步進電機的等步距角細分，本文采用脈沖寬度調制（PWM）的方式來實現。PWM 就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖。這些脈沖綜合在一起即可形成等效的正弦波、方波等預期的波形。而等效輸出波形的質量與脈沖的步距有關，即同一時刻輸出的PWM路數越多，則脈沖密度越高，則輸出等效波形的質量就越好。而傳統的步進電機控制系統多采用單片機作為微處理器，而單片機是單線程的微處理器，同一時刻只能執行一條命令，也即是同一時刻只能產生一路PWM信號，因此輸出波形質量較差，從而導致步進電機的控制精度偏低。而FPGA的運算速度遠遠高于單片機的運算速度，且通過模塊化設計可以使其處于多線程工作模式，即可以同時產生多路PWM信號，提高了輸出等效波形的質量。本文中選取Altera公司2004年推出了新款Cyclone Ⅱ系列FPGA器件作為開發平臺，同時輸出8路PWM信號，控制實現四相步進電機的16細分。同時利用串口模塊與上位機相連以實現人機交互。系統原理圖如圖4所示。
該控制系統中采用總線控制方式，利用片選信號依次控制4路PWM鎖存器的通斷，這樣可以簡化硬件電路和軟件設計。以A相控制為例，當片選A為高電平而其他幾路片選為低時，A 路PWM 鎖存器工作而其他幾路PWM鎖存器休眠。根據公式（8）計算出細分的電流分配系數，進而轉化成控制PWM信號的占空比，同時開通幾路鎖存器，通過鎖存器輸出驅動步進電機。
3 步進電機細分控制軟件的設計
本設計中采用Quartus Ⅱ軟件開發平臺和Verilog設計語言進行控制軟件的設計。
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