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使用STM32定时器通过抖动技术实现高分辨率PWM输出方法介绍

导言

如今，电力开关电子正在表现出显著的性能增强。 电力开关电子的开关频率不断提高，以满足现代电力转换系统的要求。 这在控制技术方面变得越来越具有挑战性。 对于数字控制的脉冲宽度调制发生器，开关频率和占空比微调之间存在权衡。 同时实现高分辨率和高开关频率意味着控制电路工作在高频。

在这个应用说明中，我们提出了抖动技术，它提高了PWM的分辨率，同时保持相同的开关 频率和相同的工作频率的控制电路。

此应用说明支持使用STM32通用定时器之一（16位定时器）演示PWM抖动技术。 该实现和提供的STSW-STM32151固件针对STM32F3D IS COVERY发现工具包，但无论硬件开发环境如何，都可以很容易地为STM32MCU中的任何一个量身定做。

表1. 适用的固件和工具

目录

1. PWM抖动技术的概念 5
   1. 开关频率与PWM分辨率之间的权衡 5
   2. PWM抖动 5
      1. 导言 5
      2. 概念 5
      3. N值分辨率位PWM抖动 7
2. STM32定时器的PWM抖动技术实现 9
   1. PWM抖动实现的STM32定时器特性 9
      1. STM32定时器时间基准 9
      2. STM32定时器通道 9
      3. 通道寄存器预加载功能 10
      4. 定时器DMA突发功能 10
   2. PWM中使用的系统级特性和外围设备

执行的抖动 11

• • 1. 事件触发的DMA传输 11
    2. DMA半传输中断 11
  1. 使用STM32单片机实现PWM抖动 11

1. 示范示范 14
   1. 示范硬件环境 14
   2. 演示固件架构 16
      1. 微控制器硬件资源的利用 16
      2. 通过流程图演示固件描述 16
      3. 固件脚印 17
   3. 实验结果 18
      1. PWM分辨率增强的抖动效应 18
      2. 低通滤波器尺寸的考虑 19
2. 参考资料 20
3. 修订历史 21

表格清单

表1. 适用的固件和工具 1

表2 PWM频率与PWM分辨率 5

表3 1位PWM抖动的可能模式 7

表4 PWM抖动模式，产生1/2LSB抖动效应（最高纹波幅度） 8

表5. 产生1/2LSB抖动效应的PWM抖动模式

（最低纹波幅度） 8

表6 PWM抖动模式，3加分辨率位PWM

（最低输出纹波） 8

表7 固件脚印 18

表8 文件修订历史 21

数字一览表

图1. PWM抖动技术的占空比调整 7

图2. STM32定时器PWM模式 10

图3. PWM抖动技术实现框图 13

图4. STM32F3发现板安装 15

图5. 应用程序的主要功能 16

图6. 外围设备初始化流程图 17

图7. DMA中断处理程序流程 17

图8. 三角波形上升斜率的抖动效应 18

图9. 低通滤波器截止频率对抖动技术效率的影响 19

PWM抖动技术的概念

开关频率与PWM分辨率之间的权衡

开关频率与PWM频率和PWM分辨率之间存在紧密的关系。 提高PWM分辨率意味着降低PWM频率，同时保持恒定的定时器时钟频率。 对于一般用途的STM32定时器，以下公式给出了时钟定时器实现给定PWM频率和分辨率所需的最小时钟频率：

PWM频率=定时器时钟 2 PWM分辨率

下表根据上述公式提供了一些例子。

表2 PWM频率与PWM分辨率

PWM抖动

导言

为了克服上述权衡，PWM抖动技术提出在保持恒定PWM频率的同时提高PWM分辨率，而 不需要增加定时器时钟频率。

理论上，任何所需的添加分辨率位数都是可能的。 实际上，添加的分辨率位仅限于几个， 特别是由于固件足迹指数增加。

概念

PWM抖动是通过使PWM占空比不再恒定来完成的.. 其思想是调整占空比由一个LSB与重复模式在给定的数量连续PWM周期。 外部低通滤波器用于切割额外的开关元件，其结果是增加了分辨率小于1的直流偏移

占空比LSB。 可采用两种可能的办法调整工作周期。

第一种方法是从应进行工作周期调整的时期中减去一个工作地点差价调整数。 在这种情况

下，直流偏移将是负的。 另一种办法是，在应进行工作周期调整的期间增加一个工作地点差价调整数。 在这种情况下，直流偏移将是正的。

增加的直流偏移与进行占空比调整的PWM周期数之间的比率成正比，除以连续PWM周期 数，形成一个PWM抖动模式。 无论占空比调整模式如何，得到的比值总是一个正子一分数值.. 使用这种抖动技术，外部设备可以控制的分辨率高于原来的PWM分辨率。

由此产生的PWM分辨率由以下公式给出：

PWM Effective_Resolution =PWM 决议 PWM Dither_Resolution

PWM 决议 =计时器时钟频率 PWM频率

PWM Dither_Resolution 由下面的公式给出

PWM Dither_Resolution

N. =2

PWM_Adjustment_Periods

地点PWM_Adjustment_Periods 构成一个占空比调整模式(也称为PWM抖动模式)所需的

PWM周期数。

从先例公式可以明显看出，一个完整的占空比调整模式所需的周期数是分辨率位数的2倍， 加上抖动技术。

为了简单起见，下面的示例给出了1位增强PWM分辨率。 对于更多的附加分辨率位，概念保持不变。

在这个示例中，我们只想使用抖动技术添加一个额外的分辨率位。 占空比调整模式将占用2 个PWM周期.. 下面给出了PWM周期的序列。 图1 PWM抖动技术包括调整两个连续PWM周期的占空比.. 在接下来的两个PWM周期中，模式可以是相同的，以保持相同的输出值，或者可以更改为新的输出值。

图1. PWM抖动技术的占空比调整

对于1加分辨率-位PWM抖动，四种模式是可能的.. 下面列出了这些模式。 表3

表3 1位PWM抖动的可能模式

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