pwm和spwm的基本原理和定义
出处：网络整理 发布于：2025-07-08 17:09:00
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）：
Ton：高电平时间
T：PWM 周期（T=f1，f 为 PWM 频率）
等效电压（V_{avg}）：
Vmax：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：
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。
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。
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）：
载波（三角波）：
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：
PWM 与 SPWM 的区别
| 特性 | PWM | SPWM |
|---|---|---|
| 输出目标 | 控制平均电压或功率 | 生成等效正弦波 |
| 调制波 | 直流或固定参考信号 | 正弦波 |
| 载波 | 固定频率方波 | 高频三角波/锯齿波 |
| 应用场景 | 直流调压、开关电源 | 交流电机驱动、逆变器 |
| 滤波器 | 通常不需要 | 必需（LC 滤波） |
关键要点
PWM 是基础技术，通过占空比调节等效电压；
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；
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）。
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