最強干貨！一文帶你了解PWM技術(shù)

PWM有著(zhù)非常廣泛的應用，比如直流電機的無(wú)極調速，開(kāi)關(guān)電源、逆變器等等，個(gè)人認為，要充分理解或掌握模擬電路、且有所突破，很有必要吃透這三個(gè)知識點(diǎn)：

• PWM

• 電感

• 紋波

PWM是一種技術(shù)手段，PWM波是在這種技術(shù)手段控制下的脈沖波，如果你不理解是把握不住PWM波的！

如下圖所示，這種比喻很形象也很恰當，希望對學(xué)習的朋友有所幫助與啟發(fā)。

PWM全稱(chēng)Pulse Width Modulation：脈沖寬度調制（簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調制，通俗的講就是調節脈沖的寬度），是電子電力應用中非常重要的一種控制技術(shù)，在理解TA之前我們先來(lái)了解幾個(gè)概念 。

脈沖波的基本信息如下圖所示：

• 脈沖周期T：單位是時(shí)間，比如納秒ns、微妙μs、毫秒ms等；

• 脈沖頻率f：單位是赫茲Hz、千赫茲kHz等，與脈沖周期成倒數關(guān)系，即f=1/T；

• 脈沖寬度W：簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬，是脈沖高電平持續的時(shí)間，單位是時(shí)間，比如納秒ns、微妙μs、毫秒ms等；

• 占空比D：脈寬除以脈沖周期得到的值，百分數表示，比如50%，也常有小數或分數表示的，比如0.5或1/2。

以上之間的關(guān)系如下圖所列的公式：

工程應用中的PWM波是幅值、周期（或頻率）不變，脈寬（或占空比）可調的脈沖波，接下來(lái)我們來(lái)認清該PWM波到底是什么，TA隱藏著(zhù)什么思想？

當我們想要控制一個(gè)直流電機的轉速，我們可以通過(guò)改變其兩端電壓即可，但是該種方法有很大的局限性，可調直流電源構造復雜、成本高昂，應用起來(lái)很不現實(shí)。

所以我們采用另外的控制方式：電壓源→驅動(dòng)器→直流電機，電壓源提供直流電壓，不同的驅動(dòng)器控制不同的直流電機，應用非常靈活，其中驅動(dòng)器對電機的調速控制就是利用PWM。

可調直流電源控制與PWM控制都是能調速的，那么它們有什么相同之處呢？

如下圖，電機為某相同轉速時(shí)，紅色代表驅動(dòng)器輸出幅值不變的PWM波，藍色代表可調直流電源輸出的電壓，兩者都是直接作用到負載。

由以上得知：

當PWM波的占空比越大時(shí)，所對應的直流電壓與PWM波的幅值越接近；反之與0V越接近。

周期的紅色PWM波脈寬下的矩形面積之和與藍色直流電壓的面積相等，即伏秒積相等：

U紅(幅值) × ton = U藍 × T

兩端同時(shí)除以T，得到如下關(guān)系式：

U紅(幅值) × 占空比 = U藍

例如當PWM波的幅值為24V，占空比為50%時(shí)，與直流電壓12V作用到電機上所產(chǎn)生的效果是一模一樣的，即速度相同，即24V×50%=12V。

另外，既然滿(mǎn)足這個(gè)關(guān)系，那PWM波的頻率是不是可以隨意了，答案當然不是，頻率太低會(huì )導致電機運轉不暢，振動(dòng)大，噪音大；頻率太高會(huì )導致驅動(dòng)器開(kāi)關(guān)損耗較大，甚至有電機會(huì )嘯叫而不轉的情況。

一般1k~30k的PWM頻率較為普遍，幾百Hz的也有，實(shí)際上還是根據電機功率在測試時(shí)確定合適的PWM頻率范圍為宜。

如下圖為實(shí)物測試，脈寬在變化，周期不變的PWM波。

所加負載如下圖，為PWM控制電機調速實(shí)物測試，有刷直流電機的PWM無(wú)極調速，其中LED是并聯(lián)在電機輸入端的，其亮弱反映電機速度的變化。

要點(diǎn)：

• PWM波其實(shí)就是一種脈寬可連續調節的矩形脈沖波；

• 占空比其實(shí)就是描述脈寬與脈沖周期的比值，是量化值，便于分析研究，當我們用占空比來(lái)表達時(shí)，對脈寬就不那么關(guān)心了；

• 占空比調節就是脈寬調節，表達不一樣，但本質(zhì)是一樣的；

• PWM波滿(mǎn)足伏秒積計算：U紅(幅值) × 占空比 = U藍，作用效果與直流電壓一樣。