隨著電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了多種脈沖寬度調(diào)制(Pulse width modulation,PWM)技術(shù),其中包括:相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等,而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法,它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形,通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻,改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓,采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化??梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。
模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化,其時(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限制。9V電池就是一種模擬器件,因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V,而是隨時(shí)間發(fā)生變化,并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類似,從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi),例如在{0V,5V}這一集合中取值。模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制,如對(duì)汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中,音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí),電阻值變大或變小;流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少,從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值,使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣,模擬電路的輸出與輸入成線性比例。盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單,但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是,模擬電路容易隨時(shí)間漂移,因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱,其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感,任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路,可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外,許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器,這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。
脈寬調(diào)制(PWM)基本原理:控制方式就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等但寬度不一致的脈沖,用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)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(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,既可改變逆變電路輸出電壓的大小,也可改變輸出頻率。
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(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等,都等于 π/n ,但幅值不等,且脈沖頂部不是水平直線,而是曲線,各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。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(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合,且使矩形脈沖和相應(yīng)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??梢钥闯?,各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。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。對(duì)于正弦的負(fù)半周,也可以用同樣的方法得到PWM波形。在PWM波形中,各脈沖的幅值是相等的,要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí),只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可,因此在交-直-交變頻器中,PWM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。根據(jù)上述原理,在給出了正弦波頻率,幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后,PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷,就可以得到所需要的PWM波形。圖1為變頻器輸出的PWM波的實(shí)時(shí)波形。