一文讀懂PWM原理及其在電源中的應用

? ? ? ?熟悉單機片的同學就應該知道pwm,也就是脈沖寬度調(diào)制技術(shù),它是通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制,來獲得等效的波形。是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，因其操作簡單，又靈活等優(yōu)勢成為電力電子技術(shù)最常見的控制方式。

　　　　一、PWM原理

　　脈寬調(diào)制（PWM）控制方式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，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產(chǎn)生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率，如REF _Ref465597749 \h \* MERGEFORMAT圖1所示為脈寬調(diào)制原理圖。

　　圖1 脈寬調(diào)制原理圖

　　例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個彼此相連的脈沖所組成的波形。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是PWM波形。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的，如圖2所示為正弦波PWM調(diào)制波形。

　　圖2 正弦波PWM調(diào)制

　　二、PWM在LED驅(qū)動電源中的作用

　　PWM信號驅(qū)動是LED驅(qū)動電源中的一種。許多LED應用都需要具備調(diào)光功能，比如LED背光或建筑照明調(diào)光。通過調(diào)整LED的亮度和對比度可以實現(xiàn)調(diào)光功能。簡單地降低器件的電流也許能夠?qū)ED發(fā)光進行調(diào)整，但是讓LED在低于額定電流的情況下工作會造成許多不良后果，比如色差問題。取代簡單電流調(diào)整的方法是在LED驅(qū)動器中集成脈寬調(diào)制（PWM）控制器。

　　PWM的信號并不直接用于控制LED，而是控制一個開關，例如一個MOSFET，以向LED提供所需的電流。PWM控制器通常在一個固定頻率上工作并且對脈寬進行調(diào)整，以匹配所需的占空比，應用者的系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖，即可簡單地實現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)LED的亮度。當前大多數(shù)LED芯片都使用PWM來控制LED發(fā)光，為了確保人們不會感到明顯的閃爍，PWM脈沖的頻率必須大于100HZ。PWM控制的主要優(yōu)點是通過PWM的調(diào)光電流更加精確，最大程度地降低LED發(fā)光時的色差，如圖3所示為脈寬調(diào)制（PWM）LED驅(qū)動器控制電路。

　　圖3 脈寬調(diào)制（PWM）LED驅(qū)動器控制電路

　　三、如何準確分析LED驅(qū)動電源中的PWM信號

　　PWM信號在LED驅(qū)動電源中的作用已經(jīng)不言而喻了，那么如何才能做出高質(zhì)量的PWM驅(qū)動電源呢？廣州致遠電子ZDS4054PLUS示波器基于512M的存儲深度，可以長時間觀測PWM驅(qū)動器控制LED燈光變化時的脈寬長度變化，便于工程師對燈光亮度進行準確的調(diào)節(jié)。100萬次每秒的波形刷新率和豐富的觸發(fā)方式快速捕獲PWM信號，并且在ZOOM放大模式下，可對波形細節(jié)進行重點分析。如REF _Ref465598033 \h \* MERGEFORMAT圖4所示為PWM信號調(diào)制波形。

　　圖4 PWM調(diào)制信號

　　同時在LED驅(qū)動電源中最重要的就是對脈寬信號進行準確的測量，ZDS4054PLUS示波器基于51種參數(shù)測量可對脈沖寬度、幅值、信號的上升時間等參數(shù)準確測量，大大加快研發(fā)進程，而且可以通過分段存儲方式對每次觸發(fā)到的PWM波形進行存儲，便于分析。如圖5為使用ZDS4054Plus示波器測得的PWM信號放大波形。

　　圖5 PWM信號ZOOM放大波形