數(shù)字PWM伺服放大器相比線性伺服放大器具有體積小、高效、廉價和易于使用等特點。

電機驅(qū)動伺服放大器的輸出電壓有一個基頻和幅度，它對應(yīng)于電機的速度、轉(zhuǎn)矩和電機的極數(shù)。PWM 放大器本身也會產(chǎn)生較高頻率的電壓成份，主要對應(yīng)于 PWM 的上升與下降時間和重復(fù)速率。PWM 輸出的快速邊沿會將噪聲電流電容性耦合到周圍的導(dǎo)體上，除非系統(tǒng)設(shè)計師采取措施來減少或消除耦合路徑。

因此，設(shè)計師在噪聲敏感應(yīng)用中使用 PWM 放大器時要特別小心。噪聲敏感應(yīng)用包括那些采用高分辨率編碼器、超聲換能器，或其它低電平、中頻信號發(fā)生器。接地、屏蔽和其它電路設(shè)計技巧可以緩解大部分噪聲問題。而對噪聲最敏感的應(yīng)用可能需要進一步的降噪方法，如 PWM邊沿濾波器。簡單的設(shè)計指導(dǎo)可以確保對電容性耦合電流的有效管理，幫助你獲得 PWM 伺服放大器的全部好處。

PWM 方案

PWM 用一種數(shù)字兼容的雙電平脈沖串對模擬信號作編碼。PWM 有各類變型，但伺服放大器最常用的是恒定載波頻率型。用于伺服放大器的典型 PWM 載波頻率為 10 kHz ~ 20 kHz。用脈沖寬度的變化對PWM脈沖串中的模擬信號信息進行編碼。對于固定頻率的 PWM，設(shè)計師有時會用占空比來描述脈沖寬度：即脈沖寬度與 PWM 周期之比。

在頻率域中，PWM 驅(qū)動電壓有兩個主要頻率成份。首先是基本的電機驅(qū)動成分，它對應(yīng)于電機的速度和電機極數(shù)。這個基本成份引起了轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的電機電流。第二個頻率成份是 PWM 載頻。由于這個電壓與基本電機驅(qū)動頻率沒有關(guān)聯(lián)，電機驅(qū)動電壓的 PWM 成份所產(chǎn)生的任何電流都不會對電機運行有任何作用。在這個頻率下的任何電流都只會造成電機的功率損耗。所幸的是，PWM 頻率通常高得足以使在PWM 頻率下的電機感抗很大。由于電流等于電壓除以阻抗，因此在PWM 頻率下的電流一般都較小。

使用 PWM 電機驅(qū)動的主要原因是要減小尺寸，提高效率。IGBT（絕緣柵雙極晶體管）或功率 MOSFET 可將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為電機驅(qū)動電壓，當(dāng)它們工作在開關(guān)方式時效率最高。PWM 信號在全開或全關(guān)這兩個狀態(tài)間快速轉(zhuǎn)換時驅(qū)動 IGBT 或 MOSFET。在線性放大器中，這些器件都工作在其線性區(qū)內(nèi)，因此，驅(qū)動放大器的功率損耗和整體尺寸都比較大。

電容性耦合

當(dāng)晶體管在通和斷狀態(tài)間切換時，會通過它們的線性區(qū)，消耗能量。晶體管切換得越快，消耗的能量就越少，放大器的效率就越高。如果高效率是放大器設(shè)計的唯一要求，則設(shè)計目標(biāo)就是盡量加快晶體管的切換速度。但是，通常會存在一個折衷�？焖偾袚Q過程造成的高 dv/dt 會將噪聲耦合到鄰近電路中。通常，切換越快噪聲越高。因此，放大器設(shè)計師必須在效率與噪聲水平之間達到一種平衡。

噪聲是通過電機電纜的導(dǎo)體與鄰近電路之間的寄生電容耦合的（圖 1）。圖中顯示了一個常見的伺服電機應(yīng)用，它有一個直流電源供電的PWM 伺服放大器，用于驅(qū)動一個無刷電機。放大器從一個增量編碼器接受位置反饋信息。在本例中，電機電纜和編碼器電纜都沒有做屏蔽。

放大器 PWM 輸出電壓的 U、V 和 W 相位上的波形是同相的，它們的占空比為 50%。當(dāng)系統(tǒng)處于保持(holding)位置時，這種同相和占空比條件是典型的，電機電流和速度都近于零。圖中下半部顯示的是相位 W 輸出上升沿的詳圖。注意，該邊沿有一個有限的上升時間，典型的 dv/dt 量級為 0.5V/ns。在這個上升沿詳圖下方顯示的是通過寄生電容耦合到鄰近電路上的噪聲電流圖，由 PWM 上升沿所產(chǎn)生。

電機導(dǎo)體與鄰近導(dǎo)體之間的寄生電容大小依賴于相鄰導(dǎo)體的尺寸、形狀、方向和接近程度。公式 I=C dv/dt 可計算出流過的噪聲電流量，其中，dv/dt 是 PWM 電壓的變化率，C 是雜散電容值。這個噪聲電流是否會造成電路功能問題，要看它經(jīng)過的確切路徑以及鄰近電路的敏感度。

噪聲電流會通過最小阻抗路徑返回源頭，即放大器。對于 PWM邊沿所產(chǎn)生的頻率，該路徑通常就是最小感抗的路徑。如果一個系統(tǒng)沒有采取任何適當(dāng)?shù)钠帘�，則最小阻抗路徑就難以精確限定。噪聲電流可能流經(jīng)附近的導(dǎo)體，如編碼器電纜和其它與放大器共地的電路。當(dāng)這些電流經(jīng)過編碼器線路時，在編碼器和放大器線路兩端就會產(chǎn)生一個電壓。如果這個電壓足夠大，則放大器編碼接收器電路就會錯誤地檢測出信號，或者屏蔽真正的編碼器轉(zhuǎn)換，于是產(chǎn)生錯誤或額外的編碼器計數(shù)。同樣，這些噪聲電流可以在地——導(dǎo)體間產(chǎn)生電壓降，從而在其它信號線上造成噪聲。

當(dāng)電機控制系統(tǒng)位于保持位置時，噪聲電流為最大。此時，所有三個波形的上升沿與下降沿都同時發(fā)生。來自 PWM 沿的電流尖峰會在同一時刻、同一點上產(chǎn)生。因此，電容性耦合到外部電路上的凈峰值電流就是 U、V 和 W 相位各個電流的疊加。另一方面，當(dāng)電機處于旋轉(zhuǎn)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時，每個相位的 PWM 占空比都是變化的，上升沿和下降沿不再重合。此時