最強干貨！一文帶你了解PWM技術

PWM有著非常廣泛的應用，比如直流電機的無極調速，開關電源、逆變器等等，個人認為，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知識點：

• PWM

• 電感

• 紋波

PWM是一種技術手段，PWM波是在這種技術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，希望對學習的朋友有所幫助與啟發。

PWM全稱Pulse Width Modulation：脈沖寬度調制（簡稱脈寬調制，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，在理解TA之前我們先來了解幾個概念 。

脈沖波的基本信息如下圖所示：

• 脈沖周期T：單位是時間，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系，即f=1/T；

• 脈沖寬度W：簡稱脈寬，是脈沖高電平持續的時間，單位是時間，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，接下來我們來認清該PWM波到底是什么，TA隱藏著什么思想？

當我們想要控制一個直流電機的轉速，我們可以通過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，應用起來很不現實。

所以我們采用另外的控制方式：電壓源→驅動器→直流電機，電壓源提供直流電壓，不同的驅動器控制不同的直流電機，應用非常靈活，其中驅動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，紅色代表驅動器輸出幅值不變的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，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

兩端同時除以T，得到如下關系式：

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，與直流電壓12V作用到電機上所產生的效果是一模一樣的，即速度相同，即24V×50%=12V。

另外，既然滿足這個關系，那PWM波的頻率是不是可以隨意了，答案當然不是，頻率太低會導致電機運轉不暢，振動大，噪音大；頻率太高會導致驅動器開關損耗較大，甚至有電機會嘯叫而不轉的情況。

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

如下圖為實物測試，脈寬在變化，周期不變的PWM波。

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

要點：

• PWM波其實就是一種脈寬可連續調節的矩形脈沖波；

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

• 占空比調節就是脈寬調節，表達不一樣，但本質是一樣的；

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