逆变器的PWM分辨率理解

一、脉冲宽度调制

PWM是Pulse Width Modulation的缩写，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

1.PWM基本原理

简单的讲无论是什么形状的电压波形只要波型与坐标轴t围成的阴影面积相同则产生的效果是一样的。

图中正弦波和方波输出的平均电压一样。

2.PWM分辨率

首先我们要考虑我们的PWM的精度  8位？ 10位？ 12位？
其次我们要考虑我们的PWM的频率  5kHz   8kHz  10kHz  12kHz 15kHz 20kHz 50kHz ………………
使用STM32，主频以常规的72MHz
8bit PWM  最高PWM频率  281.2KHz
10bit PWM  最高PWM频率  70.3KHz
12bit PWM  最高PWM频率  17.5KHz
14bit PWM  最高PWM频率  4.4KHz

既然是分辨率，就体现在输出PWM波形时，调整频率和占空比时的精细程度。

举一个简单的例子，如果要产生10kHz的PWM波形，而分别提供50MHz和10MHz的PWM时钟，都可以产生要求的10kHz波形，但是如果要调整这个波形的占空比，从0%到100%，PWM时钟为50MHz时，可以调整出5000步，而使用PWM时钟为10MHz时，则只有1000步，这就是差别，即分辨率。

而如果载波频率是23.4KHz，采用72MHz的主频，则PWM分辨率为3077。

现在已有专用的集成电路用来产生上面这种调制信号，微处理器仅对其发出输出频率、电压等参数就可产生高精度控制信号，输出完好的正弦波。例如EG8010芯片。

那么纯正弦波SPWM芯片EG8010的载波频率为什么是23.4khz？

载波频率的选择会影响逆变器的效率和功耗。较高的载波频率通常会增加开关损耗，而较低的载波频率可能会降低PWM控制的精度。因此，23.4kHz可能是在考虑到效率和损耗之后找到的一个平衡点。

二、SPWM调制

下面我们来看一下逆变器是怎样产生纯正弦交流电的。

如上图所示，PWM的占空比是按正弦规律变化的，在需要电压幅值大的地方就产生占空比大的PWM，在电压幅值小的地方就产生占空比小的PWM

在短时间内，PWM平均输出电压的大小如红线所示，可以看到，波形已经产生近似于正弦波的波形了,如果PWM越精确，那么正弦波的波形就会越平滑。 

像这种脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列的调制脉冲方式称为SPWM。

三、为什么SPWM芯片的pwm分辨率比普通MCU的分辨率高

SPWM芯片通常被设计用于特定的应用，如逆变器控制、电机驱动等，需要高精度的PWM输出来产生接近正弦波的输出信号。相比之下，普通的MCU可能更多地用于通用的控制任务，PWM精度的要求可能较低。可能原因如下：

（1）SPWM芯片通常是专门设计用于PWM控制的集成电路，其硬件电路可以优化用于PWM生成和控制。与之相比，普通的MCU通常是通用性的，其PWM功能可能是通过通用的定时器/计数器模块来实现，受限于MCU的硬件资源和设计。

（2）SPWM芯片可能具有较高的内部时钟频率，这使得它能够更精确地控制PWM信号的生成和调节。较高的时钟频率提供了更细致的时间分辨率，从而可以实现更高的PWM分辨率。

（3）SPWM芯片可能实现了专门优化的PWM生成算法，能够在更短的时间内生成更精确的PWM波形。这些算法可能结合了硬件加速和软件优化，以实现更高的PWM分辨率。

四、单片机怎么实现SPWM调制

调制的核心是利用高频载波（三角波）与低频基波（正弦波）作比较得出。

最简单实现的SPWM我觉得是双极性调制。全程只需要控制一个PWM的占空比。代码包括两部分，生成SPWM占空比序列的程序和基于hal库和STM32cubeMX的单片机程序。占空比实时计算或是预先计算好占空比序列，用查表法实现。

整体大致过程如下：

• 生成基波信号：首先，你需要生成一个50Hz的正弦波信号作为基波信号。这可以通过查表、数学函数（如sin函数）、或者直接从波形发生器获取来实现。基波信号是SPWM的主要频率成分。

• 生成高频载波信号：其次，你需要生成一个高频率的载波信号，频率通常远远高于基波频率。比如载波频率选择为24kHz。这个信号将被用来调制基波信号，以产生PWM输出。

• 调制：接下来，你将使用基波信号来调制高频载波信号，从而产生PWM输出。调制的方式是根据基波信号的幅度来调整高频载波信号的占空比。在这种情况下，基波信号的幅度将决定PWM输出的幅度。你可以通过改变基波信号的幅度来控制PWM输出的变化。

• 输出：最后，你将调制后的PWM信号输出到你的目标设备上，控制电机、灯光、或其他设备的功率。