【我是工程师第四季】之我想当工程师（纯硬件搭建单项逆变以及三相逆变摸索）

谢谢大家的支持，因为现在上大三，平时也参加一些比赛，学校也有一些事务，时间可能没有那么充足，但是我一有时间就会更新帖子，现在从头开始。先介绍一下，pwm波与spwm的区别

pwm波，说白了，就是矩形波（方波是占空比为50%的矩形波），脉冲宽度调制技术也就是通过改变此矩形波的占空比来控制电路。比如Buck电路（降压电路）与Boost电路（升压电路）。输出电压可以用输入电压以及占空比的某种数学关系来计算出来『Buck电路Vo=Vi*Ton，Boost电路Vo=Vi*（1-Ton）』既然说改变占空比，那么是怎么改变占空比的呢，那就是要根据采样来改变占空比，改变占空比是为了干什么呢，拿Buck恒压电路举例说明，当输出电压由于负载的各种因素引起波动（举例：增大）时，电压采样就会改变（变大），由控制电路产生的方波占空比就会改变（变小），来稳定输出电压不变，由公式可证。在这里就不再细说Back电路与Boost电路的工作原理了，我会在从新开一个帖子说一下，我一开始学习Back电路的心路历程。

spwm波，说白了也还是矩形波，也是通过改变占空比来控制电路，但是spwm与pwm的区别在于spwm的占空比改变方法与pwm不一样，前面说了，pwm改变占空比的方式是根据采样来改变的，那么spwm波改变占空比的方式是什么呢，我们可以先来看一下spwm波长什么模样，如下图，从波形来看，spwm的占空比先变大，再变小，又变大，又变小，以此循环，根据数学知识我们不难发现，spwm波的占空比是按正弦规律来变化的。这样的电路怎么产生呢，我们说到，pwm波控制的Buck电路可以通过比较器以及一些其他分离元件搭建出来，那么spwm波可不可以用分离元器件搭建出来呢，这也就是下面需要说到的spwm波的产生方式。spwm波的产生方式有很多种，这里我们主要来讨论一下硬件调制法。

不行了，这个点该睡觉了，这次就先更新到这里，等明天或者是后天再更新硬件调制法。

写的不好，都是自己一个一个打出来的，有很多地方可能理解不够深刻，还希望各位大佬多多指教。

在讲解spwm波之前，我们先来说一下pwm波。以及如何使用硬件搭建pwm波。

之前提到过，所谓pwm波也就是矩形波，这里我们很容易联想到方波，他们三者有着一定的关系，即：pwm波就是矩形波，而方波也就是占空比为50%的矩形波，那么什么叫做矩形波呢，个人这么理解：之所以叫做矩形波，正是因为其波形长的像矩形，才叫矩形波。由此我们可以知道矩形波（pwm波）也只有高低二个电平，并且高低电平时连续的。如图所示，

正是因为其只有高低二个电平，这很容易让我们想到比较器（简单介绍一下：比较器除去VCC以及GND以外，就只有二个输入端，一个输出端，二个输入端分别是同相输入端以及反相输入端。比较器工作原理：当同相输入端电压高于反相输入端的时候，输出为高电平，反之，当反相输入端电压大于同相输入端时，输出为低电平。注意：比较器为OC输出「LM3933」，这时输出需要接上拉电阻，要不然输出没有高电平）。经过上面简单介绍我们可以知道，比较器的输出只有高低二个电平，所以我们可以利用比较器来搭建pwm波，刚才我们也知道，比较器有二个输入端，一个同相输入端，一个反相输入端，那么，这二个输入端，我们应该接什么呢？

简单思考一下，我们就应该能够想到，这二个输入端，应该接入二个波形，通过利用比较器对这二个波形的比较，得到pwm波也就是矩形波，在电路设计中，常用的波形，有直流波、正弦波、三角波、矩形波、锯齿波、馒头波等我们可以来简单分析一下，在这里面，我们可以先把矩形波排除在外（我们要产生矩形波，就不能利用矩形波来产生矩形波），馒头波也就是将过0的正弦波反转得到，锯齿波也就是将三角波等其中一个边等斜率做到很大，即将三角波的一个斜边做的很陡即可得到，在此我们利用假设法来对直流波、正弦波、三角波三个波形进行一下对比。

1、直流波与正弦波：如果我们利用直流，与正弦波进行比较，这就会出现二种情况，即正弦波过0与不过0，我们以不过0为例，接下来我们利用数学方法来对这二个波形进行比较，如图所示：我们可以发现正弦波与直流电进行比较，只有二种情况，即直流电大于正弦波或者是反之，那么这二个波形可以进行比较。但是我吗可以发现，在直流电快要接近正弦波最大值时，只要稍微将直流电调高，占空比就会发生很大变化，反之，在最小值时也会有这种情况，这就说明，利用直流与正弦波进行比较，并不能很好的调节占空比，所以我们不选用此电路。

2、直流波与三角波：如果我们将三角波与直流进行比较，雷同于直流电与正弦波，我们利用数学画图的方法来简单分析，通过分析我们可以发现，利用三角波与直流进行比较的时候不会出现占空比变化很大的情况，这也正是因为，三角波的变化呈现出线性规律。

3、正弦波与三角波：继续画图来分析，我们可以发现，用着二个波形进行分析的时候，需要二个电路的相位相同，如果不相同的话，就会出现一系列的问题。从电路发生的角度来看，这个电路需要的条件太多，不适合用来产生矩形波。

为此，我们选取方案二，即：三角波与直流进行比较来产生矩形波，并可以通过调节直流电的高低来调节矩形波的占空比的大小。

看帖子的更新时间，几乎每次都是深夜更新帖子，真是辛苦了。

 
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共同研究

三角波发生电路：

通过模电知识，我们可以知道电容充放电的波形如图1所示，我们可以看出来，在电容充电时，电容二端电压正斜率慢慢减小，在放电时，电容二端电压负斜率也是慢慢减小的。我们还知道三角波的斜率为正负1。那么我们可不可以利用电容充放电来搭建三角波发生电路呢？

我们可以发现，在给电容充电上升到最大值的64%之前，电容二端的电压上升的比较陡，我们可以把这一段看成是一条直线，同样放电也是如此。那么我们可不可以讲着二端比较陡陡波形进行组合，来构成类似三角波呢。既然已经有了初步方案，那么就开始设计吧！既然需要给电容充电，那么就有二种充电方式，第一种是以恒流源给电容充电，第二种也就是以恒压源给电容充电。从产生方式上，以恒流源给电容充电，得到的波形更像三角波，但是如果是用恒流源的话，会对我们的电路增加一系列的复杂性，所以我们考虑，以恒压源来给电容充电。

接下来，我们来设计电路，首先，要给电容充电，需要有一个电容、一个VCC和一个限流电阻（如果没有此电阻，当vcc接到电容二端时，由于电容二端电压不能突变，会导致刚一上电，电流过大，对元器件照成损坏）。如图2所示，刚才我们提到，当充电至电源电压vcc的64%之前可近似于直线，那么也就是说，在电容二端电压达到vcc的64%之前，电容需要一直充电，我们假设vcc=10v，即，当电容二端电压达到10V*64%=6.4V之前电容都需要充电，因为这里出现了，逻辑比较，我们首先想到了使用电压比较器来达到效果，那么应该怎么连接呢，首先，我们可以分析一下，既然需要比较电容二端的电压和6.4V，那么我们就必须要将电容电压和6.4V分别接到同相与反相输入端，再来分析一下，哪一个需要接到同相输入端，在此之前我们先来看一下电容二端电压，当电容的一端接地，另外一端接输入端时，怎么来给电容充电呢，这时，我们已经用到了比较器，那么我们可以考虑，能不能利用比较器来给电容充电呢，我们知道比较器为OC输出（输出端内部有一个开关管【如图3所示】，当输出为高时三极管关端，输出即为VCC，当输出为低电平时，三极管导通，VCC经过上拉电阻到地构成回路，使输出端嵌位在三极管Uce二端压降，大约0.3V左右，达到低电平。我们来延伸一下，上拉电阻的作用，我们可以发现，当输出为高电平时，若没有此电阻，输出端将悬空，高低不定，当输出为低电平时，输出端影响不大。但是当我们上拉电阻选值太小的话，将导致电流过大，三极管Uce二端电压过高，使输出电压不够低），当输出为高电平时，Vout=Vcc，我们可以利用此方法来给电容充电，如图4所示，我们先将输出端与电容连接，我们再来考虑它应该接哪一个输入端，既然我们需要输出端为高时给电容充电，那么也就是说，只要电容二端电压低于某个值时，输出电压为高，那么这样，我们根据前面更新的帖子也就知道6.4V电压应该接入同相输入端，电容电压应该接入反相输入端，这样电容的充电回路也就设计完成。设计完成之后，我们在来分析一下这个电路有没有什么问题，我们先来看一下当电容二端电压小于6.4V时，输出为高，由VCC经过上拉电阻之后来给电容充电，当电容二端电压高于6.4V时，输出为低，Vcc经过上拉电阻，流经比较器内部开关管到地，不再给电容充电，哎，到这里我们可以发现，这个电路，就到这里就完事了，它只能完成充电，给电容充电到6.4V后，电容二端电压就不变了，这也只完成了充电回路，这样的电路，只是完成了半个周期，那么怎么样才能给电容放电呢？？？

由于篇幅原因，这个楼层先讲到这里，我会再继续更新的！！！！！！

图四

讲完给电容充电，我们在来看一下给电容放电，到目前，我们已经用到了比较器，比较器也为OC输出，我们知道，当比较器输出端为低时，输出端与比较器的接地端相连，那么我们可不可以考虑利用比较器输出为低电平时，给电容放电呢？

那肯定是可以的，我们再来看一下，之前给电容充电的电路图，如楼上图四，接着再看一下比较器给电容放电，刚才提到，若输出端为低电平时给电容放电，放电和充电一样，需要一个限流电阻，连接好的电路图如【图五】所示，我们来整体分析一下这个电路图，首先，在刚上电的瞬间，电容二端电压小于6.4V，比较器输出为高，VCC通过上拉电阻来给电容充电，当给电容充到6.4V稍微大一点时，输出端输出为低，电容通过电阻对地放电，当电容二端电压刚刚小于6.4V时，输出端又为高电平，来给电容充电，以此循环，我们可以发现，这样的电路并不可行，那么就需要对它进行改进，那么要怎么样改进呢，我们再来回顾一下，前面提到的三角波的下降沿，经过简单分析我们可以知道，如果想要得到比较规整的三角波，那么就需要给电容放电到3.6V，而我们刚才到电路，将输出端稳定到了6.4V左右，这样就达不到我们想要的结果。我们发现，利用比较器的输出高低电平来给电容充放电必须要有二个阈值，一个为充电阈值6.4V，另外一个为放电阈值3.6V，那么怎么样才能在一个比较器中产生二个阈值呢？

我们先来看一个电路结构，如【图六】所示，我们利用欧姆定律来分析一下这个电路。我们可以看到，一共有四个电阻，R1与R2串联在VCC和GND之间，当S1和S2断开时，Vref1=[R2/（R1+R2）]Vin，当S1闭合S2断开时，Vref2=[R2/【（R1//Rf）+R2】]Vin，当S1断开S2闭合时，Vref3=【(R2//Rf2)/「R1+(R2//Rf2)」】Vin，对比三个电压值我们可以发现，Vref2>Vref1>Vref3，我们可以发现通过将二个开关的打开与关端，改变了Vref的电压值，结合之前的比较器电路图，我们得到【图七】.

我们再来从头分析一下这个电路。刚接通VCC的瞬间，反相输入端电压小于同相输入端电压，比较器输出为高，Rf相当于图六中的S1闭合（并连在R1二端），使同相输入端电压达到64%的Vcc，vcc经过上拉电阻给电容进行充电，当电容二端电压刚刚超过同相输入端电压时，比较器输出为低电平，而此时，Rf相当于图六中的S2闭合（并连在R2二端），使同相输入端电压降低到64%当Vcc，这样电容二端的电压就通过R4到地放电，直到电容二端电压刚刚小于同相输入端时，输出又为高电平，Rf又相当于并联在R1二端，Vcc通过上拉电阻给电容充电，以此类推。我们就在电容二端得到了三角波。

前面讲完了三角波发生电路，我们再来看一下，直流信号发生电路，我们知道直流电路就是一条直线，他与vcc不一样，vcc是电源，而直流信号是信号，所以我们不能拿vcc来充当直流信号，那么我们怎么样才能得到直流信号呢，这里关于电源与信号我就不仔细介绍了，直接上直流信号产生电路图，相信大家，一看就懂了。