pwm和spwm的基本原理和定义

PWM 和 SPWM 的基本原理与定义

1. PWM（脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation）

定义：
PWM 是一种通过调节脉冲信号的占空比（高电平时间与周期的比值）来控制平均电压或功率的技术。

基本原理：

• PWM 信号由固定频率的方波组成，通过改变脉冲宽度（高电平时间）来调整输出的等效电压。

• 占空比（Duty Cycle, D）：

  D=TonT×100%

  • TonTon：高电平时间

  • TT：PWM 周期（T=1fT=f1，ff 为 PWM 频率）

• 等效电压（V_{avg}）：

  Vavg=D×Vmax
  

  • VmaxVmax：PWM 高电平电压（如 5V、12V 等）。

特点：

• 适用于数字控制（如 MCU 输出 PWM 驱动电机、LED 调光）。

• 效率高（开关器件如 MOSFET 工作在饱和或截止状态，损耗低）。

应用：

• 直流电机调速

• LED 亮度调节

• 开关电源（Buck/Boost 电路）

2. SPWM（正弦脉宽调制，Sinusoidal PWM）

定义：
SPWM 是一种通过 PWM 技术生成等效正弦波输出的调制方法，常用于交流电机驱动和逆变器。

基本原理：

1. 调制波与载波：

   • 调制波（Modulating Wave）：低频正弦波（如 50Hz 工频）。

   • 载波（Carrier Wave）：高频三角波或锯齿波（如 10kHz）。

   • 通过比较两者的瞬时值，生成 PWM 脉冲。

2. 脉冲生成规则：

   • 当正弦波瞬时值 > 三角波值时，输出高电平；否则输出低电平。

   • 生成的 PWM 脉冲宽度随正弦波幅度变化，使平均电压逼近正弦波。

3. 等效正弦波：

   • 通过 LC 滤波器滤除高频 PWM 成分，保留低频正弦信号。

数学表达：

• 调制波（正弦波）：

  Vmod(t)=Amsin?(2πfmt)

• 载波（三角波）：

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

• SPWM 脉冲宽度由交点决定，输出占空比随时间正弦变化。

特点：

• 输出谐波含量低，适合驱动交流负载（如电机）。

• 需配合滤波器使用以平滑波形。

应用：

• 变频器（驱动三相异步电机）

• 太阳能逆变器（DC-AC 转换）

• UPS 不间断电源

PWM 与 SPWM 的区别

关键要点

1. PWM 是基础技术，通过占空比调节等效电压；

2. SPWM 是 PWM 的特殊形式，专用于生成正弦波，需高频载波和调制波交互；

3. SPWM 的谐波性能优于普通 PWM，但需要更高频率的开关器件（如 IGBT）。