PWM转换为模拟量电压的电路介绍

作者：fanxiaoxi 时间：2022-10-08

　　PWM原理

　　脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。下图所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。

　　通过图b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻tk时的语音信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs《《的情况，均匀采样和非均匀采样差异非常小。如果假定采样为均匀采样，第k个矩形脉冲可以表示为：

　　其中，x{t}是离散化的语音信号;Ts是采样周期;是未调制宽度;m是调制指数。

　　然而，如果对矩形脉冲作如下近似：脉冲幅度为A，中心在t=kTs处，在相邻脉冲间变化缓慢，则脉冲宽度调制波xp（t）可以表示为：

　　其中，。无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语音信号x（t）加上一个直流成分以及相位调制波构成。当时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。

　　PWM分类

　　从调制脉冲的极性看，PWM又可分为单极性与双极性控制模式两种。

　　产生单极性PWM模式的基本原理如图6.2所示。首先由同极性的三角波载波信号ut。与调制信号ur，比较（图6.2（a）），产生单极性的PWM脉冲（图6.2（b））；然后将单极性的PWM脉冲信号与图6.2（c）所示的倒相信号UI相乘，从而得到正负半波对称的PWM脉冲信号Ud，如图6.2（d）所示。双极性PWM控制模式采用的是正负交变的双极性三角载波ut与调制波ur，如图6.3所示，可通过ut与ur，的比较直接得到双极性的PWM脉冲，而不需要倒相电路。

　　PWM信号产生电路图

开关电源他激控制方式有脉宽调制（PWM）和脉频调制（PFM），其中，大部分都采用PWM方式，因此，现简介PWM控制原理。图所示为PWM信号产生电路框图及工作波形，其工作过程如下：对被控制电压Uo。进行检测所得的反馈电压Ur加至放大器Al的同相输入端，固定的参考电压Uo加至A1的反相输入端。经A1放大后的直流误差电压Ue加至比较器A2的反相输入端，由固定频率振荡器产生的锯齿波信号Usa加至A2的同相输入端。A2输出方波信号，其占空比随误差电压而变化，即实现了脉宽调制。对于单管变换器，A2输出的PWM信号即可作为控制功率晶体管的开关信号，对于推挽或桥式等功率变换电路，则应将PWM信号分为两组信号，即分相。分相电路由触发器及两个“与”门组成，触发器的时钟信号对应于锯齿波的下降沿。A端和B端输出两组相差180°的PWM信号。