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关于PWM这个话题，很多电源工程师在工作中都会遇到不同的问题。 其实，只有找到问题的根源，才能对症下药。 给大家分享几篇不错的文章，供大家学习~

分享：基于8098单片机的SPWM变频调速系统设计

目前，高性能交流调速系统的研究与开发已经引起了世界各国学者的高度重视，并得到了越来越深入的研究。 选用的微处理器、功率器件和产生PWM波的方法是影响交流调节系统性能的直接因素。 介绍了一种以8098单片机为控制器，智能功率模块IPM为开关器件的变频调速系统。 本控制系统硬件电路标准化程度高，生产成本低，不受器件温度漂移的影响：控制软件可进行逻辑判断和复杂计算，可实现优化、自适应等控制规律，有别于一般线性调整的非线性、智能化，变更灵活方便。

正弦波脉冲宽度调制 (SPWM) 技术

1SPWM控制技术原理

由于PWM变换器具有高功率因数、变频、变压和谐波抑制等特点，被广泛应用于交流传动等能量转换系统中。 最常用的PWM技术是正弦波脉宽调制技术，即SPWM控制技术。

SPWM控制技术的原理如图1所示，逆变器输出的正弦波作为期望波形，频率远高于期望波的三角波作为载波，与相同的频率和期望被用作调制波。 当调制波与载波相交时，由它们的交点决定的倒数 变压器开关器件的通断时刻，从而得到一系列等幅不等宽的矩形波，窄于在正弦调制波的半个周期内两侧和中间宽。 根据波形面积相等的原理，每个矩形波的面积都等于相应位置正弦波的面积，所以这个序列的矩形波等价于期望的正弦波。

采用SPWM控制技术的一个明显优势是，由于电机的绕组是感性的，虽然电压是由一连串的脉冲组成，但流入电机的电流却非常接近于正弦波。

SPWM波的实现方法

SPWM波可以用模拟电路、数字电路或专用集成芯片等硬件电路实现，也可以用微型计算机用软件产生。 如何计算SPWM的开关点是SPWM信号生成中的难点，也是目前人们研究的热点。 产生SPWM波的方法有很多种，但目标只有一个，就是尽量减少逆变器输出的谐波分量和计算机的工作量，使计算机更好地完成实时控制任务。 在模拟电子电路中，SPWM波的实现方法是通过正弦波发生器、三角波发生器和比较器来实现的； 改为数字控制后，同样的方法只是在开始时数字化，称为“自然采样法”。 自然采样法的操作相对复杂，简化后的“定期采样法”在工程上更具有实用性。 本文采用8098单片机通过“等面积法”实现SPWM波的产生。

SPWM变频调速系统的组成

图 1 系统总体组成框图

为了使变频调速系统获得理想的静态和动态特性，同时系统的组成不会过于复杂，采用转差频率控制方式，如图2所示。

该系统由主电路和控制电路组成。 主电路智能功率模块IPM由6个绝缘栅双极晶体管IGBTVT1-VT6组成。 绝缘栅双极晶体管属于第二代自关断器件。 它结合了MOSFET和GTR的优点。 由其构成的电源变换器电路简单，控制方便，输出电压纹波小。 它是目前最有前途的电力电子产品。 设备。 驱动电路采用高速EXB850驱动模块。 控制电路采用8098单片机实现SPWM波的产生、M/T高精度测速和闭环控制。

二、8098控制系统的组成

8098单片机硬件资源丰富。 除了一般单片机所具有的中断系统、定时计数器、串行和并行输入/输出接口外，还包括高速输入/输出端口HIS/HSO、软件定时器、片内数据转换等。 A/D和D/A等； 软件处理能力强，运算处理速度快，非常适合作为高性能交流变频调速系统的SPWM产生输出、稳压运算和数据处理的核心器件使用。 8098控制系统实现SPWM变频调速的硬件电路如图3所示。

控制系统由8098单片机、地址锁存器74LS373、外接8KEPROM2764、扩展输入输出接口芯片8279、键盘和显示器、地址译码器74LS138和SPWM波反转及延时电路等组成。其中，最小的8098系统完成SPWM、M/T测速和闭环控制的产生，并在最小系统的基础上用8279扩展键盘/显示电路，完成命令/数字键的输入和输出并显示相关数据。

SPWM 信号的产生

SPWM控制信号的作用是当一对桥臂上的某个管子处于导通极性时，可以按正弦规律通断，使电机电流接近正弦波。

根据等面积法求出所需U相SPWM波的第i个脉冲的脉宽时间为：

由于U相SPWM波的正负半波是通过HS0.0得到的，为了得到U相的负半波，ta1、ta2对应的命令（低电平或高电平） , 和 ta3 反转输出。 从U、V、W的相位关系可以得到V相、W相的SPWM波的第i个脉冲的脉宽时间tv2、tw2和间隙时间tv1、tv3、tw1、tw3阶段。 具体实现方法是：可以将余弦值预先以表格的形式存入程序存储器2764中，每当采样周期Tc时间一到，计算θi，根据θi的值查找cosθi，进行比较用最后一个Tc周期的θi-1计算出三相脉冲的脉宽时间和间隙时间，分别向HSO.0、HSO.1、HSO.2写入两条指令，发送给HSO的CAM。 HSO.0-HSO.2的输出由指令和指令自动定时控制，从而在逆变器输出端得到一个相位差为120°的SPWM脉冲序列。 该脉冲序列通过基极驱动控制 IPM 的 6 个开关的开启和关闭。

软件框图设计

8098微机控制的SPWM变频调速系统软件程序包括主程序和M/T测速、转差频率计算、键盘显示等子程序。 本文主要设计了SPWM波产生的主程序和中断服务程序框图，如图4所示。其他程序框图请参考相关参考书籍。

图 4

实验结果

8098单片机产生的SPWM波形可以通过实验用示波器测量。 实验系统由AC-DC-AC逆变器主电路和8098微机控制系统、驱动电路、检测电路、键盘控制和显示电路及各种保护电路等控制电路组成。 主电路中的功率模块IPM采用IGBT。 输出电压为600V，工作频率为20kHz。 图5是测得的实验波形。 当电机输出频率为50Hz时，实测U相电压波形如图（a）所示，当频率为100Hz和150Hz时实测负载电流波形如图（b）和（c）所示。 从图5可以看出，通过在三相异步电动机上的实验，该系统可以很好地实现一定频率范围内的调速，其精度可以达到1r/min。 在调频过程中，电机的负载电流谐波、转矩脉动和噪声极少，系统工作更稳定...

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一个简单的逆变器电路图及PWM逆变器的工作原理

随着科技的飞速发展，逆变器越来越多地出现在人们的生活中。 目前，逆变器已应用于计算机、电视机、洗衣机、空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、录像机、按摩器、风扇、灯饰等众多领域。 逆变器是一种能够转换电能的装置。 输入为直流时，输出为交流，一般为220v50HZ正弦波或方波。 与应急电源的工作原理相反。 逆变器一般由控制逻辑、滤波电路和逆变桥组成。 本文将首先介绍二极管在逆变器中的应用，然后结合一个简单的逆变器电路图具体分析PWM逆变器的工作原理。

二极管在逆变器中的应用

在家电应用中，最重要的是高效节能。 三相无刷直流电机以其效率高、体积小等优点被广泛应用于家用电器和许多其他应用领域。 此外，由于用电子换向器代替机械换向装置，三相无刷电机被认为比以前更可靠。

标准的三相功率级（功率级）用于驱动三相无刷直流电机，如图 1 所示。功率级产生的电场必须与转子的磁场保持接近 90° 的角度电机工作良好的领域。 六步顺序控制生成六个必须在指定转子位置改变的定子磁场矢量。 霍尔效应传感器扫描转子的位置。 为了向转子提供 6 个阶跃电流，功率级使用 6 个功率 MOSFET，它们可以按不同的特定顺序切换。 下面介绍一种常用的开关方式，可以提供6阶跃电流。

MOSFET Q1、Q3 和 Q5 以高频 (HF) 开关，而 Q2、Q4 和 Q6 以低频 (LF) 开关。 当低频 MOSFET 导通且高频 MOSFET 切换时，会创建一个功率级。

步骤 1) 功率级同时为两相供电，不为第三相供电。 假设供电相为L1和L2，L3不供电。 在这种情况下，MOSFET Q1 和 Q2 导通，电流流过 Q1、L1、L2 和 Q4。

步骤 2) MOSFET Q1 关闭。 由于电感器不能突然中断电流，它会产生一个额外的电压，直到体二极管 D2 被直接偏置并允许续流电流流动。 续流电流路径为 D2、L1、L2 和 Q4。

步骤 3) Q1 导通，体二极管 D2 突然反向偏置。 Q1 中的总电流是电源电流与二极管 D2 中的恢复电流之和。

显示了体漏二极管。 电流流入正向偏置的体漏二极管 D2（见图 1）全桥逆变电路原理图，少数载流子注入二极管区域和 P 区域。

当MOSFET Q1导通时，二极管D2反向偏置，N区的少数载流子进入P+体区，反之亦然。 这种快速传输导致大量电流流过二极管，从 N-epi 到 P+ 区，即从漏极到源极。 电感器 L1 对流经 Q2 和 Q1 的峰值电流呈现高阻抗。 Q1 表现出额外的电流尖峰，增加了导通期间的开关损耗。

为了提高体二极管在这些特殊应用中的性能，研究人员开发了具有快速体二极管恢复特性的 MOSFET。 二极管导通后反向偏置时，反向恢复峰值电流Irrm很小。

结合简单的逆变电路图分析PWM逆变电路的工作原理

电阻器 R2 和电容器 C1 设置 IC 内部振荡器的频率。 预设 R1 可用于微调振荡器频率。 14 脚和 11 脚 IC 内部驱动晶体管发射极端子。 驱动晶体管（引脚 13 和 12）的集电极端子连接在一起并连接到 8 V 电源轨（7808 输出）。 IC 的引脚 14 和 15 上有两个 180 度、可分离的 50 Hz 脉冲序列。

这些信号驱动后续的晶体管级。 当引脚 14 上的信号为高电平时，晶体管 Q2 导通，进而导致晶体管 Q4、Q5 和 Q6 从电流 +12 V 电源（电池）连接流向通道的上半部分（标签为标记）变压器（T1），初级通过晶体管 Q4、Q5 和 Q6 沉入地。

因此感应出变压器的次级电压（由于电磁感应），这个电压是220V输出波形的前半个周期。 在此期间，11 英尺低，它的成功阶段将不活跃。 当IC的11脚Q3结果Q7被取并切换时，Q8和Q9就会导通。 从 +12 V 电源通过变压器的初级下半部分并通过晶体管 Q7、Q8、Q9 吸收到地，以及由此产生的电压，次级感应对 T2 处周期的下半部分做出贡献（标记在标签上) 电流流过220V输出波形。

逆变电路输出稳压部分的工作原理

逆变器输出（T2 的输出）标有 B、C 的抽头点，并提供给变压器 T2 的主控器。 在变压器 T2 降低此高压的步骤中，电桥 D5 对其进行整流，并且此电压（与逆变器的输出电压成正比）通过 Audi R8、R9、R16 和（IC 内部误差放大器相位输入的反相）在 PIN1 上提供) 该电压与内部参考电压进行比较。

该误差电压与输出电压的期望值成正比，IC 调整驱动信号（引脚 14 和 12）的占空比以使输出电压达到期望值。 R9的预置，可以用来调节逆变器的输出电压，因为它直接控制着逆变器的输出电压误差放大器部分。 ……

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AVR单片机作为逆变器生成SPWM波形存在的问题

使用AVR单片机作为逆变器时，步骤如下：

1、第一步，使用相位校正方式PWM产生SPWM波形，载波频率为15.586K，编写程序，制作PCB调试。

2、第二步，低电压开环调试，实测得到一个正弦波。

3、第三步实现闭环控制和各种保护功能。

测得的时空载体图像为矩形波，改变调制度影响不大。 轻微（20W）负载后，波形变化很大，失真严重。 测试主电压24vdc，MOS管驱动TLP250，外接3个隔离驱动电源，电压12V。

就是空载时调制度比较高，调制度的值不是每次变化都更新。 这样，理论上，谐波就少了； 成本低，外围电路简单； 计算方便，查表方便。

实际上，数值都是由PC计算出来的。 单片机在运行时不进行计算，只处理逻辑和时序。 如果执行计算程序，8位单片机来不及； 实际运行时，载波频率变小。 原因分析：在使用中断处理输入PWM值时。 但是，由于乘法或除法计算时临时使用的寄存器较多，在响应中断前需要一定的时间来存储这些寄存器，所以载波频率实际上变小了很多。

在C语言中，如果以计算为例，系数为1.01（每个调整变量为1%），即乘以101再除以100，这对于C语言来说没有问题，但是如果累加连续的，计算量会比较大； 比如连续调整3次后，电压就不够了。 那么对于单个值，计算量为101*101*101/1000000，这样就不会丢失数据（因为四舍五入）...

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无需发生器、时钟或微控制器的 PWM LED 调光

LED 调光可以通过两种方式完成：模拟调光和脉冲宽度调制 (PWM) 调光。 模拟调光只是通过调节LED串的直流电流来改变LED的光输出，而PWM调光是通过改变LED串中一个恒流的占空比来有效改变LED串中的平均电流来实现调光。 虽然模拟调光的简单性很有吸引力，但它并不适合许多应用，因为模拟调光在仅 10:1 调光时会损失超过 25% 的精度，并且会扭曲 LED 的颜色。 相比之下，PWM 调光可以产生 3000:1 和更高（在 100Hz 时）的调光比，而不会显着降低精度，并且 LED 颜色也没有变化。

LT3761 通过其自身生成的 PWM 信号提供模拟调光的简单性和 PWM 调光的准确度。 高调光比可通过调节 LT3761 调光输入端的一个简单直流信号来实现，无需额外的微控制器、振荡器或信号发生器来生成 PWM 信号。 LT3761 的内部 PWM 信号可产生 25:1 调光，而使用外部 PWM 信号时，该器件可提供高达 3000:1 的调光。

大功率 LED 驱动器

LT3761 是一款类似于 LT3755-2 和 LT3756-2 系列的大功率 LED 驱动器。 LT3761 具有 4.5V 至 60V 的输入电压范围和 0V 至 80V 的输出电压范围，是一款单开关控制器 IC，可配置为升压、SEPIC、降压-升压模式或降压模式 LED 驱动器。 该器件提供 100kHz 至 1MHz 的开关频率范围、LED 开路保护和用于短路保护的额外内部逻辑，并且可以用作具有电流限制的恒压稳压器，或用作恒流 SLA 电池或超级电容器充电器使用。

图 1 显示了具有 94% 效率和 PWM 调光的高效 60V、1A (60W) 350kHz 汽车前照灯应用。 LT3761 采用与 LT3755/LT3756 系列相同的高性能 PWM 调光电路，但增加了在内部产生 PWM 调光信号的能力，而无需增加引脚。

图 1：具有 25:1 内部 PWM 调光的 94% 高效升压模式 LED 驱动器，适用于汽车前照灯

内部 PWM 调光信号发生器

与其他高功率 LED 驱动器不同，LT3761 产生自己的 PWM 调光信号，用于以高达 25:1 的调光比进行调光。 这使得该设备无需外部组件即可生成精确的 PWM 调光信号。 LT3761 仅需要一个外部 DC 电压即可在指定频率下实现高性能 PWM 调光，这与模拟调光控制非常相似。 该器件还可以接受 PWM 输入信号，以使用标准模式信号驱动 LED 灯串。

内部 PWM 调光信号发生器提供可编程频率和占空比。 PWMOUT 方波信号的频率由 PWM 引脚和 GND 之间的电容 CPWM 根据等式 fPWM = 14kHz • nF/CPWM 设置。 PWMOUT 信号的占空比由流入 DIM/SS 引脚的 µA 电流设置，如图 3 所示。PWM 引脚内部生成的上拉和下拉电流用于对它们之间的电容器充电和放电高阈值和低阈值以生成占空比信号。 这些 PWM 引脚上的电流信号足够小，很容易被来自微控制器的数字信号过驱动，从而实现非常高的调光性能。 使用内部信号发生器时，如果通过DIM/SS引脚调整调光比，实际最小占空比约为4%。 对于 100% 占空比操作，PWM 引脚可以连接到 INTVCC。

图 2：图 1 所示应用中内部生成的 PWM 信号和 LED 电流

图 3：在 DIM/SS 引脚设置占空比时，使用 µA 电平信号。该引脚也可用于外部 PWM 信号，以实现非常高的调光比

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工程师对用单片机做SPWM芯片的朋友说几句

现在很多公司都推出了正弦波SPWM专用芯片，但我猜它的内涵应该是单片机芯片。 使用单片机作为SPWM源的优势是毋庸置疑的，因其电路简单、性能优良、方案灵活，越来越受到开发工程师的青睐。 有时，只要升级软件，产品的功能和性能就可以升级，所以用单片机作为SPWM源绝对是一个方向。

我想说的是：目前单片机制作的SPWM芯片一般只用两个脉冲输出口输出两个极性相反的SPWM脉冲波。 以单极性调制方式为例，送入H桥的4个管栅的波形要求如下图所示。 要获得这四种波形，必须在芯片和H桥之间加入非常复杂的时序电路和死区产生电路。 单说这个时序电路，由于其错综复杂的逻辑关系，一般人很难做到不知所措。 除非是设计者本人，否则其他人很难弄清楚工作原理和时序关系。

所以，开发者能否在芯片内部解决这四种波形，即用软件或者硬件，利用单片机的4个IO口，直接输出如图所示的调制波形，应该是可以的，如果输出MCU的IO口电流在10MA以上，可以直接接光耦。 如果在软件中也做好死区时间，就可以省去复杂的定时电路和死区时间产生电路。 这样的H桥实在是太简单了。 真心希望有编程功底的朋友能做出这样的程序来。

下图是单极性调制SPWM在H桥4管上的驱动波形。

下图是一个假想的H桥电路，使用单片机进行SPWM。

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三电平光伏并网逆变器共模电压SVPWM抑制分析

介绍

目前，多电平变换器以其突出的优点在高压大功率变换器中得到广泛应用。 不仅可以降低输出波形的谐波，而且便于模块化设计。 二极管中性点钳位（NPC）三电平拓扑是高压大功率逆变器的主流拓扑之一。 但是三电平变换器在应用中也存在一些问题，尤其是共模电压问题。 目前，抑制变频器共模电压的方式主要有两种：一种是加无源滤波器或有源滤波器，这会导致体积和成本大幅增加，不易应用于高电压场合。电压和大容量场合； 就是通过控制策略从源头上降低共模电压。 消除共模电压的SPWM调制方法是通过异相调制消除开关共模电压，但存在直流电压利用率低和线性调制面积过小的问题。

针对SPWM调制电压利用率低，不利于在各种调制比条件下使用的缺点，本文从三电平逆变器共模电压的形成机理出发，提出一种基于优化电压空间矢量（SVPWM）的方法可以有效抑制三电平逆变器的输出共模电压。 通过Matlab/Simulink软件对该方法进行仿真验证，结果表明效果良好。

光伏三电平逆变器及其共模电压

本文研究的三电平光伏逆变器系统如图1所示，其输入为光伏阵列的直流电压，逆变器的主要拓扑结构为NPC三电平结构。 设直流母线电压幅值为Vdc，用开关状态字“1”、“0”、“-1”分别表示逆变器各相输出的三种状态为+Vdc/2、0、- Vdc/2，三相三电平逆变器共有27种不同的开关状态。 根据幅值和相位可以画出三电平逆变器的电压空间矢量图，如图2所示。

表1 输出控制字与共模电压的关系

对于三电平逆变器，需要保证输出电压基波分量的幅值随输出频率按一定比例关系变化，其共模电压的计算与其触发方式有关。 设Ua、Ub、Uc分别为逆变器的三相相电压。 根据三相三线制对称原理，推导出三相输出电压波形的共模电压为...

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基于8098单片机的SPWM变频调速系统设计

目前，高性能交流调速系统的研究与开发已经引起了世界各国学者的高度重视，并得到了越来越深入的研究。 选用的微处理器、功率器件和产生PWM波的方法是影响交流调节系统性能的直接因素。 本文研究了一种以8098单片机为控制器、智能功率模块IPM为开关器件的变频调速系统。 该控制系统硬件电路标准化程度高，生产成本低，不受器件温度漂移的影响：其控制软件可以进行逻辑判断和复杂计算，可以实现优化、自适应等控制规律、非线性、智能化，有别于一般的线性调整，变化灵活方便。

正弦波脉冲宽度调制 (SPWM) 技术

一、SPWM控制技术原理

由于PWM变换器具有高功率因数、变频、变压和谐波抑制等特点全桥逆变电路原理图，被广泛应用于交流传动等能量转换系统中。 最常用的PWM技术是正弦波脉宽调制技术，即SPWM控制技术。

SPWM控制技术的原理如图1所示，逆变器输出的正弦波作为期望波形，频率远高于期望波的三角波作为载波，与相同的频率和期望被用作调制波。 当调制波与载波相交时，由它们的交点决定的倒数 变压器开关器件的通断时刻，从而得到一系列等幅不等宽的矩形波，窄于在正弦调制波的半个周期内两侧和中间宽。 根据波形面积相等的原理，每个矩形波的面积都等于相应位置正弦波的面积，所以这个序列的矩形波等价于期望的正弦波。

The obvious advantage of using SPWM control technology is that because the winding of the motor is inductive, although the voltage is composed of a series of pulses, the current passed into the motor is very close to a sine wave.

2. The realization method of SPWM wave

SPWM waves can be realized by hardware circuits such as analog circuits, digital circuits or application-specific integrated chips, and can also be generated by software with a microcomputer. How to calculate the switching point of SPWM is a difficult point in the generation of SPWM signal, and it is also a hot topic that people are currently studying. There are many ways to generate SPWM waves, but there is only one goal, which is to minimize the output harmonic components of the inverter and the workload of the computer, so that the computer can better complete real-time control tasks. In the analog electronic circuit, the realization method of SPWM wave is realized by sine wave generator, triangular wave generator and comparator; after changing to digital control, the same method is just digitized at the beginning, which is called "natural sampling method". The operation of the natural sampling method is relatively complicated, and the simplified "regular sampling method" is more practical in engineering. In this paper, 8098 single-chip microcomputer is used to realize the generation of SPWM wave through "equal area method".

Composition of SPWM frequency conversion speed regulation system

1. Overall composition block diagram of the system

In order to obtain ideal static and dynamic characteristics of the frequency conversion speed regulation system, and at the same time, the composition of the system is not too complicated, the slip frequency control method is adopted, as shown in Figure 2...

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