PWM 功率放大电路 ——卢浩天 LC 梦创电子制作工作室 一、PWM 功率放大原理 PWM 功放电路有单极性和双极性之分。双极性指在一个PWM 周期内，电机电枢电压正、负极性改变一次；单极性指PWM 功放管工作时，有一个PWM 信号端和一个方向控制端，在电机正转或反转时，仅有对应的一对功放管通电，而另一对功放管截止。因此，电机电枢在正转或反转时，正、负极性是固定的，即是单极性的。 若忽略晶体管的管压降，可以认为PWM 功率放大管的输出电平等于电源电压，即|ABU|=CU 。图1 描绘了电枢的电压波形和电流波形。在图中，T 为 PWM 脉冲周期，PT 为正脉冲宽度，hT 为负脉冲宽度。电枢两端的电流是一个脉动的连续电流，从图可看出，电枢两端的电流是一个脉动的连续电流，加快PWM 的切换频率，电流的脉动就变小，结果近似于直流信号的效果，使电机均匀旋转。同时，如果改变PWM的脉冲的宽度，电枢中的平均电流也将变化，电机的转速便将随之改变，这就是PWM 调速的原理。 在图中，PWM 脉冲频率决定了电枢电流的连续性，从而也决定了电机运行的平稳性。如果脉冲频率切换频率选择不当，电机的低速性能有可能不理想，容易烧坏晶体管，而且由于电流不连续，电机有可能产生剧烈震荡，甚至出现啸叫现象，这些都是不允许的。因此，在设计PWM 功率放大器时，要慎重选择切换频率。为了克服静摩擦，改善运行特性，切换频率应能使电机轴产生微振，即： SACTMTTLUKFF4 式中，TK 为转矩系数，MTCK（MC 为电机电磁常数、为励磁磁通），CU 为功放电源，AL 为电枢电感，ST 为电机静摩擦力矩。 另外，选择切换频率具体还应考虑以下几个方面： （ 1）微振的最大角位移应小于允许的位置误差。在伺服系统中，假设要求位置误差小于 ，则要求切换频率满足下式： 31)1 9 2(JLUKFFACTT 式中，J 为电机及负载的转动惯量。 （ 2）应尽量减小电机内产生的高频功耗。PWM 脉冲信号的谐波分量将引起电机内部的功耗，降低效率。为此切换频率应足够高，使电机电枢感抗大大超过电枢内阻，即要求 AATLRF2 式中，AR 是电机电枢电阻。 （ 3）应当远远大于系统的固有频率，防止系统固有振荡。 实际设计时应综合考虑上述条件，在 1000Hz 至数万Hz 的范围内选取PWM 切换频率。特别需要强调的是，由于伺服电机的电枢电感较小，如果频率不够高，交流分量过大，很容易烧毁功放管。不过功放管的开关频率总有一个限度，...
