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串馈脉宽调制发射机调制级的设计方法
概述
串馈脉宽调制（PWM）发射机广泛用于嵌入式系统、工业控制、电动机驱动和电力转换等领域。在PWM发射机中，调制级起着极其重要的作用，关系到PWM波形的质量和系统性能的稳定性。因此，在PWM发射机设计中，调制级的设计是至关重要的。
本文将结合传统的PWM发射机设计方法和一些现代电路技术，介绍PWM调制级设计的关键步骤和技术。首先，我们将讨论PWM调制级的基本原理，然后详细描述PWM调制级的设计流程，包括设计的关键参数、计算方法和设计考虑。最后，我们将总结PWM调制级设计方法，并简要介绍一些现代PWM调制技术。
PWM调制级基本原理
PWM发射机的调制级可以看作是一个比较器。通常，比较器接收一个模拟信号和一个参考波形。比较器输出的是一个PWM信号，其占空比根据模拟信号的大小而定义。PWM信号通过滤波器进行滤波处理，得到所需的输出信号。
根据上述PWM调制原理，PWM调制级主要目的是生成PWM信号，并将其输出到下一级电路以控制电路的工作。因此，PWM调制级主要有两个关键参数：频率和占空比。频率是PWM信号的输出频率，可以通过调整参考波形的频率来调节。占空比是表示PWM信号中高电平的时间占整个信号周期的百分比，可以通过模拟信号来控制。
PWM调制级的设计步骤
PWM调制级的设计必须考虑到电路工作的各种因素，如带宽、输出功率和稳定性等。在PWM调制级的设计中，以下是几个关键步骤。
1.确定PWM信号频率
PWM信号频率是指PWM信号的开关周期。PWM信号频率通常越高，输出波形就越接近模拟信号，但也意味着更高的开关频率和更高的功率损耗。在选择PWM信号频率时，需要平衡输出精度和效率之间的trade-off。常用的PWM信号频率为10kHz至200kHz
2.确定参考波形
参考波形用于生成PWM信号的占空比。常用的参考波形形式包括三角波、锯齿波、矩形波以及自定义波形。三角波和锯齿波用于变频PWM应用，矩形波被用于平滑器，而自定义波形适用于特殊的应用。参考波形的选择应该平衡输出精度和系统效率之间的权衡。
3.确定比较器阈值
比较器阈值确定了PWM信号的占空比，它是由调制信号的水平来确定的。这个参数很重要，因为它直接影响系统的输出波形。在设计调制级时，应该考虑调制信号的遗留系数，峰值和均值等因素。
4.确定电源电压
电源电压是影响PWM信号最高电平的参数。高电压值意味着更高的输出功率，但也意味着更高的损耗和更高的温度。通过合理平衡电源电压和系统性能，可以充分利用PWM调制级的优势。
5.选择合适的电感元件和输出电容器
电感元件和电容器是电路的关键元件，用于平滑输出电压波形。电感元件的选择应基于预定的电源电压范围和需要的输出电流。电容的选择应该平衡稳态和动态响应，以确保输出电压的稳定性。
6.考虑开关电路的稳定性
在PWM发射机中，信号开关电路往往是抑制系统稳定性的关键因素之一。设计PWM调制级时，应该注意不同开关电路的稳定性和电路抗干扰性。应该选择有效的抑制措施，如峰值电压控制技术、反馈电路和滤波器等，以保证系统的稳定性。
现代PWM调制技术
除了上述传统的PWM调制技术外，现代PWM调制技术为PWM调制级的设计和性能提供了许多新的思路和解决方案。典型的现代PWM技术包括较差保持PWM（DPWM）、非等间距PWM（NPWM）和磨合PWM（SPWM）等。
DPWM技术通过与参考波形相比较，使得PWM信号保持恒定的占空比而不受噪声影响。NPWM技术是通过以不同的时序分解PWM信号，来减少输出波形中的高频分量。SPWM技术通过将参考波形与三角波形进行磨合，使得PWM信号波形更加平滑，并减少高次谐波产生，大大提高PWM波形的质量。
结论
本文简要介绍了PWM调制级设计的关键步骤和技术，并介绍了一些现代PWM技术。通过合理选择调制级参数、考虑开关电路稳定性和选择合适的电感元件和输出电容器等，可以有效地设计高质量的PWM调制级。在未来，随着技术的不断发展，PWM调制级设计将会变得更加精密和高效。